Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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P~OCEDE ET DISPOSITIF DE FORMATION DE BOBINES
DE FIL METALLIQUE
La présente invention concerne un procédé et un dispositif
de formation d'une bobine de fil métallique, notamment en acier,
S du type selon lequel on fait chuter des spires préformées dudit
fil dans un puits de formation, ayant une paroi cylindrique d'axe
vertical, et de diamètre interne supérieur au diamètre des spires
et dans lequel lesdites spircs s'accumulent pour former la
bobine.
Des dispositifs de ce type sont notamment utilisés dans les
installations de laminage de fils métalliques pour former des
bobines qui sont ensuite compactées et liées. Dans de telles
installations, après laminage, le fil est préformé en spires qui
sont ensuite disposées sensiblement à plat et en recouvrement
l'une sur l'autre sur un convoyeur de refroidissement
généralement prévu, pendant le déplacement duquel les spires de
fil sont refroidies.
A l'extrémité du convoyeur, les spires de fil chutent l'une
après l'autre dans un puits à paroi cylindrique et à axe
20 vertical, de diamètre légèrement supérieur à celui des spires, où
elles s'empilent pour former une bobine qui est ensuite extraite
du puits pour être compactée et liée avant stockage ou
utilisation.
Une telle installation est notamment décrite dans les
documents FR-A-l 383 950 ; FR-A-2 057 934 et FR-A-2 105 309.
Dans de telles installations, les spires, bien que
partiellement guidées par une ogive axiale placée à l'intérieur
du puits, ont tendance à se déposer les unes sur les autres de
manière désordonnée. Il en résulte que la hauteur de la bobine
ainsi formée est beaucoup plus importante que si les spires
étaient bien ordonnées.
Ainsi que cela a été dit précédemment, les bobines sont
ensuite compactées, en exerçant une pression axiale sur
celles-ci. Les spires étant disposées de manière désordonnée, les
fils se croisent en de nombreux endroits, et lors du compactage
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du fil le risque de blessure au niveau de ces croisements est
important.
La présente invention a pour but de résoudre ces problèmes
et de proposer un système de formation de bobine qui permette
d'ordonner la disposition des spires, de réduire l'encombrement
des bobines et d'éviter les blessures du fil.
Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un
procédé de formation de bobines de fil du type indiqué au début
de ce mémoire, ce procédé étant caractérisé en ce que au cours de
la chute des spires dans le puits, on exerce sur celles-ci une
force radiale d'attraction des spires vers la paroi du puits, la
direction de cette force étant animée d'un mouvement de rotation
autour de l'axe du puits.
L'invention a aussi pour objet un dispositif de formation
de bobines de fil métallique préalablement conformé en spires,
comprenant un puits de formation de la bobine ayant une paroi
cylindrique d'axe vertical. Selon l'invention le dispositif est
caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour exercer sur
lesdites spires une force radiale centrifuge animée d'un
mouvement de rotation autour de l'axe du puits.
Comme on l'aura sans doute déjà compris, le procédé et le
dispositif selon l'invention permettent d'ordonner l'arrangement
des spires dans la bobine en cours de formation, de manière
qu'elles soient disposées en couches superposées, les spires de
25 chaque couche étant angulairement décalées l'une par rapport à
l'autre. Autrement dit chaque spire, ou groupe de spires, est
sensiblement en contact avec la paroi du puits en un point et les
points de contact respectifs de deux spires, ou groupes de
spires, successives sont régulièrement décalés
30 circonférentiellement. Le foisonnement des spires est ainsi
optimisé lors de la formation des bobines. Il en résulte un gain
substantiel, à longueur de fil constant, sur la hauteur des
bobines et donc sur l'encombrement de celles-ci. De plus, les
spires étant régulièrement arrangées dans les bobines, celles-ci
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ont une meilleure tenue, et risquent moins de se déformer lors de
leur manutention. Les bobines ainsi formées étant plus compactes,
les opérations ultérieures de compactage peuvent être réduites,
voire supprimées ce qui peut conduire à la suppression des
compacteurs et donc à la réduction du temps et du coût de
fabrication, ou tout au moins à la diminution du risque de
blessure du fil lors du compactage.
Selon une disposition particulière de l'invention, le
procédé est appliqué à la formation de bobines de fil en métal
pouvant etre attiré par un aimant, et la force d'attraction des
spires est générée par un champ magnétique tournant, ce champ
magnétique étant préférentiellement engendré par des inducteurs
tels que des électroaimants régulièrement répartis à la
périphérie du puits de formation et alimentés cycliquement en
courant continu.
Grâce à cette disposition, l'attraction cyclique des spires
de métal vers la paroi du puits de formation de la bobine peut
être réalisée de manière très simple sans organes mécaniques
intervenant à l'intérieur du puits. L'utilisation d'un champ
magnétique engendré par des électroaimants permet par ailleurs de
régler aisément l'intensité de la force d'attraction ainsi que la
vitesse de rotation du champ tournant en fonction du diamètre du
fil, des dimensions des spires, et de la vitesse du convoyeur de
transport des spires et aussi de la vitesse de chute des spires
dans le puits.
De plus l'utilisation d'électroaimants placés à l'extérieur
du puits permet d'adapter aisément le procédé selon l'invention
sur des installations existantes, sans modifications importantes
du puits, seule la paroi du puits à hauteur des électroaimants
devant être réalisée en un matériau amagnétique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention
apparaitront dans la description qui va être faite à titre
d'exemple d'un dispositif et du procédé selon l'invention
appliqués à la formation de bobines de fil d'acier en fin de
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ligne d'un train de laminage de fil.
On se reportera aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique en coupe
axiale d'un dispositif de ~ormation de bobine conforme à
l'invention ;
- la figure 2 est une vue de dessus de ce dispositif ;
- la figure 3 est une autre vue de dessus représentant
schématiquement une disposition particulière des électroaimants.
Le dispositif représenté aux figures 1 et 2 comporte un
puits 1 de formation de bobines de fil en acier dont la paroi est
cylindrique d'axe vertical. Cette paroi comprend :
- une virole supérieure 2, dont la partie supérieure peut
être légèrement évasée pour former un réceptacle pour des spires
de fil 10 qui y sont amenées par le convoyeur 11 entraîné selon
la flèche 12 et sur lequel le fil est disposé en spires 10'
sensiblement à plat et en recouvrement partiel ;
- une virole inférieure 3 qui sert de guide et de maintien
pour la bobine de fil formée, et est pourvue de moyens non
représentés permettant d'extraire la bobine du puits ;
- une virole intermédiaire 4 en matériau amagnétique.
Des électroaimants 5, au nombre de cinq dans l'exemple
représenté, sont répartis circonférentiellement à la périphérie
de la virole intermédiaire 4 sur laquelle ils sont fixés. La
hauteur des électroaimants 5 est légèrement inférieure à celle de
25 la virole intermédiaire 4, de sorte que sensiblement toutes les
lignes du champ magnétique crée par les électroaimants en
fonctionnement traversent ladite virole intermédiaire.
A l'intérieur du puits 1 se trouve un plateau horizontal 6
mobile verticalement, sa position supérieure étant située au
30 niveau de la virole intermédiaire 4. Ce plateau est destiné à
supporter la bobine 7, et s'abaisse progressivement de manière
que la partie supérieure de la bobine en cours de formation reste
en permanence dans la zone d'action du champ créé par les
électroaimants 5. Sur la figure 1, le dispositif est représenté
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au début de la formation, la bobine 7 n'étant alors constituée
que par quelques spires du fil 10 déposées sur le plateau 6 en
position haute.
Le plateau 6 est annulaire et entoure un mandrin central 8
qui se termine vers le haut par une ogive 9 destinée à assurer un
guidage complémentaire des spires 10 de fil lors de leur chute
dans le puits 1 et notamment à éviter que les spires tombent en
biais et perturbent la formation de la bobine. L'ogive 9 qui se
trouve à hauteur de la virole intermédiaire 4 est
10 préférentiellement réalisée en matériau amagnétique. Cette ogive
n'est toutefois pas indispensable, notamment lors du bobinage de
fil de gros diamètre, du fait que la mise en oeuvre du procédé
selon l'invention a pour effet de guider la chute des spires et
d'ordonner leur positionnement dans la bobine.
Selon la disposition représentée à la figure 3, les
électraimants 5 sont disposés "horizontalement", c'est-à-dire de
manière que la direction générale des lignes de champ qui
s'étendent entre les deux pôles d'un même électroaimant se trouve
dans un plan horizontal. A cet effet les électroaimants peuvent
20 être conformés selon la représentation schématique de la figure
3, la culasse magnétique de ceux-ci ayant une forme en U et les
pôles formés par les extrémités des branches du U s'étendent
verticalement sur une hauteur légèrement inférieure à celle de la
virole amagnétique 4 et sont accolés à la surface extérieure de
25 celle-ci.
En variante, il est possible de disposer les électroaimants
"verticalement", c'est-à-dire de manière que les lignes de champ
aient une direction générale verticale.
Les électroaimants 5 et leurs moyens d'alimentation en
30 courant électrique sont déterminés de manière que l'effet sur les
spires du champ que chaque électroaimant génère, soit
essentiellement localisé dans la partie de la zone annulaire
comprise entre la virole intermédiaire 4 et l'ogive 9 et située
en regard dudit électroaimant.
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Autrement dit, la force d'attraction exercée par un
électroaimant sur la ou les spires qui se trouvent à son niveau
au moment où il est alimenté en courant électrique ne s'exerce
que sur la portion d'arc de cette ou de ces spires la plus proche
dudit électroaimant.
Il est rappelé que dans ce type d'installation, le diamètre
intérieur du puits est supérieur à celui des spires. Par exemple,
le diamètre du puits est de 1150 mm et celui des spires d'environ
1050 mm. Chaque spire a donc un débattement horizontal possible à
l'intérieur du puits d'environ 100 mm. Lorsqu'un des
électroaimants est excité, la ou les spires en cours de chute qui
se trouvent à hauteur de la virole intermédiaire 4 peuvent donc
se trouver éloignées de la paroi de cette virole située en regard
dudit électroaimant d'environ 100 mm, ou même plus pour tenir
compte du fait que les spires peuvent être inclinées par rapport
à l'horizontale. Pour que ces spires soient soumises à
l'attraction exercée par cet électroaimant il est nécessaire que
le champ généré par celui-ci pénètre à l'intérieur du puits sur
une profondeur au moins égale à cette distance soit, dans le cas
exemplifié ci-dessus, d'environ 150 mm.
On comprendra aisément que la profondeur de pénétration du
champ magnétique dans le puits devra être adaptée notamment en
fonction des diamètres du puits e-t des spires, et aussi en
fonction de la présence ou de l'absence de l'ogive et du diamètre
de celle-ci.
Par ailleurs, afin de provoquer la rotation du champ
magnétique autour de l'axe du puits, le dispositif comporte des
moyens non représentés pour alimenter cycliquement les
électroaimants 5 en courant continu. Ces moyens permettent
d'alimenter les électroaimants suivant plusieurs cycles
différents. Par exemple, en se référant à la figure 3 ou les
électroaimants sont respectivement repérés par les lettres a, b,
c, d, e, on pourra alimenter un seul électroaimant à la fois et
réaliser un cycle d'alimentation dans l'ordre _, b, c, d, e, a...
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ou dans l'ordre a, c, e, b, d, a... On pourra egalement alimenter
simultanément deux électroaimants, voisins de préférence, par
exemple selon l'un des cycles suivants :
a+b, c+d, e+a, b+c, d+e,
a+b, b+c, c+d, d+e, e+a,
ou encore a+c, b+d, c+e, d+a, e+b,
Le sens de rotation peut également être inversé.
On va maintenant décrire la mise en oeuvre du dispositif
pour la formation d'une bobine. Avant l'arrivée des premières
spires transportées par le convoyeur 11, les électroaimants 5
sont alimentés selon l'un des cycles préalablement déterminés.
Le plateau 6 est amené dans sa position supérieure
représentée à la figure 1, à hauteur de la virole intermédiaire
4. Les premières spires 10 chutent dans le puits 1 et tombent sur
le plateau 6. Il est précisé que dans le cas où le dispositif est
adapté sur une installation du type de celle décrite dans le
document F~ 2 105 309 précité, et auquel on se reportera pour
d'éventuels compléments d'informationss les premières spires
peuvent se déposer sur des doigts rétractables qui pénétrent dans
le puits et assurent le soutien de la bobine en attente du retour
en position haute du plateau, ces doigts s'effasant alors pour
permettre à la bobine en cours de formation de venir reposer sur
le plateau.
Lors de leur chute, les spires de fil sont attirés par les
25 électroaimants 5 et, du fait de l'alimentation cyclique de
ceux-ci qui crée une rotation du champ magnétique, les spires se
répartissent circonférentiellement en chevauchement partiel ainsi
que cela est représenté à la figure 2. Au fur et à mesure du
dépôt des spires et donc de l'accroissement de la hauteur de la
30 bobine, la descente du plateau 6 est commandée de manière que la
partie supérieure de la bobine en cours de formation demeure au
niveau de la virole intermédiaire et reste ainsi soumise à
l'action du champ magnétique.
De préférence, on réglera la descente du plateau de manière
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à maintenir la partie supérieure de la bobine à proximité du bas
de la zone d'influence des électroaimants. De la sorte le champ
aura un effet prépondérant sur les spires en cours de chute,
l'effort d'attraction nécessaire desdites spires étant alors
relativement faible. Le champ aura cependant encore un effet sur
les spires qui viennent juste de se déposer ce qui permettra
d'éviter l'éventuel déplacement de celles-ci qui pourrait
résulter par exemple de l'élasticité des spires. Les spires
sous-jacentes se trouvant hors du champ, ne risquent cependant
pas de se déplacer du fait de la pression exercée sur celles-ci
par les spires supérieures.
Lorsque toutes les spires sont déposées et la bobine
constituée, le plateau est descendu en position basse et la
bobine est évacuée.
Comme on l'aura compris, c'est grâce à l'arrangement
r~gulier des spires que la hauteur de la bobine se trouve
notablement réduite par rapport à celles des bobines réalisées
selon l'Art antérieur, dans lesquelles les spires se
répartissaient sans aucune régularité en se superposant
aléatoirement.
A titre d'exemple, dans le cas de l'installation décrite
ci-dessus, utilisée en aval d'un laminoir produisant du fil de
diamètre 5,5 mm préformé en spires de diamètre 1050 mm chutant
dans le puits à une vitesse de l'ordre de 25 spires/seconde,
chaque électroaimant est alimenté en courant continu et
fonctionne sous environ 40 000 Ampère-tours dans le bobinage.
Cinq électroaimants sont utilisés et alimentés successivement le
champ créé tournant à une vitesse d'environ 0,25 tours par
seconde.
On a pu ainsi obtenir une réduction de la hauteur de la
bobine de plus de 30 %.
Il est précisé que la vitesse de rotation du champ peut
varier dans de grandes proportions, en fonction notamment du
cycle d'alimentation des électroaimants choisi, des caractéris-
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tiques dimensionnelles du fil et de la vitesse de chute des
spires. Elle dépend également du temps de montée en puissance des
électroaimants, qui implique une durée minimale d'alimentation de
ceux-ci pour que le champ magnétique créé puisse produire un
effet d'attraction suffisant sur les spires.
De plus il faudra tenir compte de l'aimantation rémanente
des électroaimants qui entraîne un retard dans la disparition du
champ magnétique par rapport au moment de coupure de leur
alimentation électrique, il faudra donc prévoir une durée du
cycle d'alimentation suffisante pour éviter que les effets du
champ créé par différents électroaimants ne se perturbent ou même
s'annulent.
A cet effet on disposera de préférence les électroaimants
de manière que les pôles adjacents de deux électroaimants vo sins
aient la même polarité. Dans le même but on pourra préférer
alimenter les électroaimants selon un cycle dans lequel on
alimente un électroaimant puis, non pas l'électroaimant adjacent
mais le suivant, et ainsi de suite.
De même t pour réduire le temps de réponse des
électroaimants, on pourra maintenir en permanence dans ceux-ci
une certaine tension, par exemple d'environ 90 V, insuffisante
pour créer l'effet d'attraction mais permettant de réduire le
temps de montée en puissance lors de l'alimentation cyclique de
ceux-ci sous la tension de travail, de l'ordre de 200 V dans ce
cas-
L'invention n'est pas limitée au dispositif et au procédédécrit ci-dessus à titre exemplatif.
En particulier le nombre d'aimants pourra être modifié et
ceux-ci pourront être disposés de manière que les pôles adjacents
de deux électroaimants adjacents soient de même polarité, ou de
polarité inverse. On notera que dans le cas de pôles adjacents de
même polarité le nombre d'aimants sera préférentiellement pair
pour éviter une discontinuité dans la répartition des pôles.
Le champ magnétique tournant pourra également être généré
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par tous moyens connus de l'Homme du métier dans le domaine de
l'électromagnétisme en utilisant par exemple des inducteurs
polyphasés ou une culasse et des bobinages similaires à ceux d'un
stator de moteur électrique, alimentés en courant continu ou non.
Le champ magnétique pourra également s'exercer sur une
hauteur plus ou moins importante et à un niveau plus ou moins
proche de l'extrémité supérieure du puits, les hauteurs
respectives des viroles intermédiaires ou supérieures étant
adaptées en conséquence.
