"PROCEDE ET APPAREIL DE TRAITEMENT D'UN MATE-RIAU FLEXIBLE DE GRANDE LONGUEUR PAR ALTERNAN-CE DE DEUX REGIMES DE MARCHE"
Argument :
La présente invention concerne le passage dans un
volume de traitement d'un matériau flexible de grande longueur
tel que bande métallique (feuillard), fil métallique, boudin de fil
métallique ou tube, progressant dans le volume sous forme de spires
d'hélice portées par des arbres rotatifs, ces spires étant formées
avec un diamètre assez grand pour être capables d'une déformation
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tématique et efficace des contacts dits "fugaces" du matériau avec
les parois du volume de traitement pour obtenir une meilleure ré-
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de marche normale pendant lequel la longueur du matériau en trai- <EMI ID=3.1>
pour résorber périodiquement l'excès de longueur apparaissant au cours du régime normal.
En marche normale, la vitesse périphérique des arbres porteurs est légèrement supérieure à celle du matériau à l'entrée, elle-même légèrement supérieure à celle du matériau à la sortie. En outre, on précise que la régulation est particulièrement efficace quand les contacts fugaces ont lieu avec une paroi latérale déterminée du volume, ce qui conduit à lui donner une forme s'apparentant à celle d'une ogive renversée.
Art antérieur :
Pour le décapage et autres traitements de surface des matériaux flexibles de grande longueur (fil et bandes métalliques notamment), la mise en forme d'hélice de ce matériau pour son passage dans le volume de traiternent, par exemple un bain acide de décapage, a constitué un progrès important qui est utilisé depuis une trentaine d'années. On a cherché à obtenir une hélice aussi régulière que possible pour éviter les incidents que constituaient les contacts accidentels d'une spire de l'hélice avec une des parois du volume de traitement, contacts qui imposaient presque toujours l'arrêt de l'installation de traitement elle-même ; comme ce traitement fait en général partie d'une chaîne de fabrication en continu (fabrication de tubes soudés par exemple), il en résultait, à tout contact accidentel, un arrêt de toute la chaîne.
Un premier perfectionnement antérieur a constitué, quand il s'agit de bande, à la cambrer transversalement avant de la mettre en hélice, moyennant quoi les spires acquièrent une rigidité qui concourt à régulariser l'hélice. En mettant en oeuvre ce perfectionnement et à condition d'exercer une surveillance active, <EMI ID=4.1>
on peut espérer traiter d'un coup une bobine entière de bande
(plusieurs kilomètres), et n'arrêter la chaîne que pour souder le début de la bande suivante à celle qui vient de finir de se dérouler d'une bobine. La remise en route est d'ailleurs délicate. On profite de l'arrêt poux régulariser au mieux les spires à la main. Ces mains doivent être gantées de gants spéciaux puisque le bain
de traitement est généralement acide. Les interventions de l'agent doivent être particulièrement vigilantes à la reprise, par crainte d'un heurt possible de la bande avec le fond ou les parois de la cuve. Si cet incident se produit avec une bande cambrée, il se forme généralement un coude qui rompt la régularité du rayon de courbure. Un agent très adroit arrive à faire franchir à ce coude les obstacles que constituent ses passages successifs sur les arbres jusqu'à la fin de l'hélice, mais c'est une performance qui demande un sérieux entraînement, car il lui faut, en même temps, avoir un oeil sur le reste de l'hélice. De telles installations
ont cependant fonctionné pendant plus de 25 années.
Un second perfectionnement a été apporté par le brevet français 2.185.459 et consiste à réaliser des conditions de fonctionnement nouvelles dans lesquelles les contacts du matériau avec les parois du volume de traitement constituent un facteur positif pour assurer la régulation de la grandeur des spires. Dans ces conditions, les spires sont capables de subir des déformations relativement importantes, et en particulier il n'ya plus lieu, pour la bande, de la cambrer avant de la mettre en hélice : les galets cambreurs deviennent inutiles et l'écrouissage qui en résulte sur le matériau est évité. Dans ces conditions, une spire qui vient au contact des parois du volume de traiteront ne s'arrête que momentanément (elle est tirés par la spire immédiatement en aval) ; on a <EMI ID=5.1>
donc donné à ce phénomène le nom de "contact fugace". En reprenant sa progression, la spire diminue de taille. Ce contact fugace et cet arrêt momentané se propagent à la spire immédiatement en amont qui est régulée à son tour, et ainsi de suite. La mise en oeuvre du procédé des contacts fugaces ne peut se concevoir que si chaque spire de l'hélice est suffisamment élastique pour s'agrandir ou se rétrécir sous le seul effet d'une différence des vitesses de défilement, au début et à la fin de cette spire, du matériau qui la constitue (bande ou fil d'acier, par exemple).
On est conduit ainsi à gouverner le fonctionnement d'ensemble par la sortie du matériau hors du volume ; le matériau traité étant l'objet d'un certain dérapage plus ou moins aléatoire, et de plus asymétrique puisque la bande n'a plus la même nature
en surface à la sortie qu'à l'entrée, du fait même du traitement qu'elle a subi. Ce procédé de l'art antérieur présente donc l'inconvénient d'exiger qu'un opérateur surveille l'hélice et agisse
au jugé sur la vitesse d'entrée pour la maintenir en moyenne égale à celle de sortie. C'est cependant un progrès sensible sur la situation précédente, car cet opérateur n'a plus à faire d'interventions manuelles directes sur le matériau traité et il peut surveiller plusieurs chaînes cote à côte.
Exposé général :
La présente invention apporte, en neuf, d'une part un procédé suivant lequel les contacts fugaces sont utilisés systématiquement pour obtenir une régulation entièrement automatique, mise en route et arrêt compris, et d'autre part une structure pour la mise en oeuvre du procédé.
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volume d'un matériau flexible de grande longueur, comprenant les phases suivantes : donner à un brin de matériau la forme de boucles, donner au matériau en boucles la forme d'une hélice composée d'une pluralité de spires, faire progresser cette hélice de façon continue dans le dit volume, qui contient un agent de traitement dans lequel l'hélice baigne au moins partiellement, par réglage
de la vitesse linéaire moyenne du matériau à l'intérieur du volume à égalité avec une vitesse déterminée d'extraction du matériau hors du volume, est caractérisé en ce que le réglage est effectué automatiquement par l'alternance d'un premier régime de marche normale au cours duquel la longueur du matériau dans le volume s'accroît et d'un deuxième régime d'ajustement au cours duquel la longueur du matériau dans le volume décroît.
Pendant le régime de marche normale, il y a échelonnement dégressif de trois vitesses linéaires, à savoir, dans l'ordre :
vitesse périphérique des arbres porteurs, vitesse du matériau à l'entrée et vitesse du matériau à la sortie : pendant ce régime,
la longueur totale du matériau dans le volume augmente lentement. Pendant le régime d'ajustement, plus bref que le précédent, la vitesse à l'entrée devient inférieure à celle d'extraction, le temps qu'il faut pour réajuster la longueur du matériau en traitement.
L'appareillage nouveau met en oeuvre :
- d'une part, des moyens moteurs pour extraire le matériau du volume à une certaine vitesse d'extraction et faire tourner les arbres avec une vitesse périphérique dont le rapport avec la vitesse d'extraction est fixé pour un matériau donné. Le rapport est ajustable en fonction de la nature du matériau si le volume est destiné à traiter divers matériaux, comme c'est souvent le cas.
Il sera cependant toujours supérieur à l'unité. - d'autre part, des moyens moteurs autonomes pour faire entrer le matériau dans le volume à une vitesse qui est :
- soit légèrement supérieure à celle d'extraction en régime normal ;
- soit nettement inférieure à la vitesse d'extraction
(par exemple nulle) en régime d'ajustement ;
- en troisième lieu, des moyens de commutation pour gouverner les moyens moteurs autonomes en fonction de la longueur du matériau dans le volume détectée par un dispositif capteur approprié et ainsi passer du régime normal au régime d'ajustement. La longueur du matériau dans le volume est de préférence détectée par action
de la première spire amont sur un contact ; lorsque la première spire devient supérieure en taille à une valeur de consigne, elle agit sur le contact, lui-même mettant en oeuvre les moyens de commutation gouvernant les moyens moteurs autonomes. L'appareil passe ainsi du régime normal au régime d'ajustement ; lorsque la première spire devient inférieure à la même valeur de consigne, l'appareil passe du régime d'ajustement au régime normal.
Les moyens moteurs, pour extraire le matériau du volume, peuvent suivant le cas faire partie intégrante de l'appareil de l'invention ou non.
Si, après traitement dans l'appareil, le matériau est destiné à être stocké sous forme de rouleaux par exemple, l'appareil comprend alors des moyens moteurs d'extraction qui, comme indiqué plus haut, sont les mêmes que ceux qui font tourner les arbres porteurs. Si, par contre, après traitement dans l'appareil, le matériau est immédiatement soumis à une opération réalisée dans
une machine située en aval, les moyens moteurs d'extraction propres à l'appareil de l'invention peuvent être supprimés. Ce seront <EMI ID=7.1>
alors les moyens assurant l'avance du matériau dans la machine ' aval qui extrairont le matériau et qui par couplage, dans un rapport déterminé, avec les arbres porteurs, entraîneront ces derniers avec la vitesse périphérique convenable. Cette dernière
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traiter du matériau en bande par exemple, sera située une machine transformant ce matériau plat en tube soudé.
L'expérience a, en outre, montré que la régulation est particulièrement efficace quand les contacts fugaces ont lieu avec une paroi latérale déterminée du volume, celle devant laquelle le matériau défile de haut en bas (paroi aval) et jamais sur le fond de la cuve. C'est donc une caractéristique de l'invention que le volume ait une forme telle que le contact du matériau avec le point bas du fond de cuve soit impossible, par exemple la forme d'une ogive renversée, ou une forme s'en rapprochant plus ou moins.
L'angle d'ogive doit être autant plus faible que la capacité de déformation radiale des spires est plus grande, c'est-àdire que le matériau est plus flexible.
Les parois sont naturellement revêtues de briques anticorrosives, s'il s'agit d'un traitement acide. Sur les parois où
se produisent les contacts fugaces, il était prévu, dans l'art antérieur, de compléter le revêtement de briques par un revêtement supplémentaire de lave volcanique assurant, par son adhérence avec le matériau traité, les contacts fugaces. La lave présente deux inconvénients importants : c'est un matériau naturel dont les propriétés physiques ne sont pas constantes, ce n'est donc pas un matériau fiable ; ensuite la lave s'use vite et en s'usant produit une poussière qui passe dans le bain de traitement et qui est néfaste car elle peut obstruer des canalisations. L'invention prévoit, au <EMI ID=9.1>
Ce matériau est fiable car sa fabrication industrielle permet de lui assurer des propriétés physiques constantes ; en outre il est pratiquement inusable et ne présente donc pas de déchets. Il est alors possible d'incorporer les carreaux au briquetage. Ces carreaux ont une adhérence avec le matériau traité supérieure
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ces meilleurs que la lave.
Dans un appareil, tel qu'il vient d'être décrit, l'alternance d'un régime de marche normale et d'un régime d'ajustement, formant un cycle de régulation automatique caractérisant le procédé de l'invention, se déroule comme indiqué ci-après.
- Régime de marche normale : au début de ce régime les spires sont régulées, très sensiblement à la même taille, car elles l'ont été en fin du régime d'ajustement précédent ; la longueur du matériau entre l'entrée et la sortie est minimale mais suffisante pour que le volume soit normalement garni. La vitesse d'entraînement des arbres est supérieure à la vitesse d'entrée, et pour cela la vitesse des arbres va au-delà de la compensation du glissement inévitable et normal du matériau entraîné. De ce fait, les spires coté sortie ont tendance à grandir au détriment de celles c8té entrée.
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gulière. Une spire plus grande que ses voisines vient à toucher la paroi aval. Il se produit un contact fugace qui déclenche une onde rétrograde (progressant vers l'entrée) qui régule les spires qu'elle parcourt, mais qui est, en général, évanescente, et n'atteint pas l'entrée. Plusieurs ondes rétrogrades évanescentes pou-
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d'agitation permanente résultant de deux effets qui se contrarient :
la poussée du matériau vers la sortie (vitesse des arbres supérieure à la vitesse d'entrée) et les ondes de régulation rétrogrades déclenchées par chaque contact fugace. Pendant ce temps, la longueur du matériau dans le volume augmente lentement mais régulièrement (vitesse d'entrée légèrement supérieure à vitesse de sortie). Alors qu'au début du régime normal, l'agrandissement des spires, contrecarré par des ondes rétrogrades qui ramènent l'agrandissement vers l'entrée, n'arrive pas à atteindre la sertie, cela se produit au bout d'un certain temps (par exemple, dix minutes),
et il se déclenche alors une onde rétrograde complète qui parcourt tout le volume et atteint la spire d'entrée, laquelle grandit brusquement. Cela entraîne le passage du régime normal au régime d'ajustement.
- Régime d'ajustement : des moyens capteurs appropriés détectent l'agrandissement de la spire d'entrée et déclenchent le passage au régime d'ajustement par action sur les moyens moteurs autonomes d'entrée, en arrêtant ceux-ci, ou en les ralentissant nettement, alors que les autres moyens moteurs, extraction et arbres, ne sont <EMI ID=15.1>
tée ou fortement ralentie, reprend rapidement sa taille d'origine, et on se retrouve dans les conditions initiales du régime normal qui recommence.
Enoncé des figures .
La Fig. I représente schématiquement en perspective un volume de traitement et des moyens moteurs conformes à l'invention prévus plus particulièrement pour le traitement de matériau en bande.
La Fig. 2 représente schématiquement en coups un volume <EMI ID=16.1>
de traitement, les moyens moteurs associés pour y faire entrer la bande, et pour faire avancer la bande dans le volume (arbres porteurs).
Les Figs 3 et 4 correspondent aux Figs. 1 et 2 quand le matériau à traiter est du fil.
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d'un cycle de régulation des spires et
La Fig. 6 représente la variation au cours du temps de la longueur du matériau dans le volume de traitement. Description détaillée de formes de réalisation :
On trouve sur la Fig. 1 un certain nombre d'éléments classiques en matière de traitement de bande en forme d'hélice :
organes 3 d'introduction du matériau et moteurs 70 pour les entraîner, galet cintreur 4, arbres porteurs rotatifs 5 et 6 reliés par un coupleur 73 à un moteur 72 qui entratne aussi des organes d'extraction du matériau 74. Comme particularité, on notera que
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renversée avec un angle au sommet sensiblement droit. Les parois latérales ou flancs de la cuve sont des éléments de cylindres sensiblement circulaires.
Comme cela apparaît sur la Fig. 2, cette cuve est revêtue intérieurement de briques anti-corrosives 2 indispensables quand le bain de traitement est acide ; le niveau du bain est représenté en N. En outre, une de ses parois latérale ou flanc 15, celui qui est du même cote que le galet cintreur 4, est revêtu partiellement en 16; sensiblement à mi-hauteur de la paroi, de plaques de lave volcanique ou de carreaux en produit électrocéramique qui font corps avec les briques anti-corrosives.
Les moyens moteurs représentés sur la Fig. 2 sont
<EMI ID=19.1> galets 3a et 3b, qui entraînent la bande pratiquement sans glissement, suivis d'un galet cintreur 4 pour lui donner une courbure appropriée. Ces galets sont à surface cylindrique, et la bande n'est pas cambrée transversalement. De ce fait, elle garde son élasticité propre. La bande vient ensuite passer sur les arbres porteurs rotatifs amont 5 et aval 6 en formant la première spire 9 dont la forme normale est presque circulaire parce que la vitesse périphérique des arbres est supérieure à la vitesse d'introduction imposée par 3a et 3b. Il y a donc un glissement permanent de la bande sur les arbres. Les autres spires telles que 10, sont normalement plus grandes que la première, avec des formes plus ou moins allongées et descendent plus ou moins vers le fond de la cuve.
En raison de l'excès de la vitesse d'entraînement des
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spire II vienne toucher le revêtement 16, qui a un coefficient de frottement supérieur à celui du revêtement des arbres. C'est un
fait d'expérience que chaque spire est comme attirée vers la partie immergée du flanc de la cuve devant lequel le matériau à traiter défile en allant de haut en bas (flanc "aval"). Il en résulte qu'avec les cuves où le plan vertical de symétrie de section de cuve se confond avec le plan vertical de symétrie de la paire d'arbres rotatifs, les contacts fugaces commencent par s'établir sur cette partie du flanc "aval" de cuve. Or cette circonstance favorise le maintien de la spire en position verticale car un tel contact, qui est latéral, tend à faire soulever la spire seulement au-dessus de l'arbre rotatif "amont" mais pas du tout au-dessus de l'arbre <EMI ID=22.1> point le plus bas du fond de la cuve, c'est-à-dire à égale distance
tendance
des arbres rotatifs, la spire aurait/à se soulever simultanément au-dessus de ces deux arbres et à se coucher sur le c8té au risque de pénétrer dans la plan d'une spire voisine.
Le contact d'une spire II, en 16, ne dure qu'un instant et cette spire repart, entraînée par celle qui est immédiatement en aval. En repartant, elle a repris une taille normale. L'excès de longueur qu'elle a perdu (l'une de ses extrémités ayant dérapé sur les arbres) est reporté sur la spire immédiatement en amont qui s'arrête à son tour, ou ne s'arrête pas, suivant que cet excès lui fait,ou ne lui fait pas.,toucher le revêtement 16, et ainsi de suite. Tel est le phénomène élémentaire de régulation, et la conjugaison de ces phénomènes produit un cycle complet de régulation qui va maintenant Être expliqué en relation avec les Figs. 5A
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Ces figures représentent schématiquement en plan, et vue de dessus, la cuve I, les moyens moteurs d'introduction 3 avec leur moteur autonome 70, les arbres rotatifs porteurs 5 et 6 entraînés par le moteur 72, et les moyens d'extraction 74 entraînes par le même moteur 72 que les arbres. Les Figs. 5A et 5D" sont les mêmes . début et fin d'un cycle complet de régulation.
Sur la Fig. 5A, toutes les spires ont sensiblement la même dimension. En SB, l'effet de l'excès de vitesse des arbres s'est fait sentir d'une façon non uniforme sur la grandeur des
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remonter plus haut. A ce moment (Fig. 5 B'), toutes les spires <EMI ID=27.1>
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ques secondes).
Au bout d'un certain temps (Fig. 5C), une autre spire
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sieurs ondes rétrogrades peuvent se produire en même temps et l'effet de ces ondes allant vers l'amont, combiné avec la progression générale vers l'aval résultant de l'excès de vitesse des arbres, produit une sorte de frémissement perpétuel de l'hélice
qui contraste avec la régularité d'une hélice de l'art antérieur dans laquelle la rigidité des spires résultait de la cambrure de
la bande.
Arrive, par la suite, un moment où la spire de sortie
S4 touche la paroi de la cuve (Fig. 5 D). L'onde rétrograde se transmet alors à travers toute la cuve vers l'amont jusqu'à la spire d'entrée 9. Celle-ci croît brusquement en 9' (Fig. 5 D')
et entraîne l'arrêt des moyens moteurs d'entrée par action sur un contact 12 (Fig. 2), déclenchant le régime d'ajustement au cours duquel le matériau passe de la situation de la Fig. 5 D' à la situation 5 D", identique à 5 A, et le régime de marche normale reprend.
L'alternance du régime de marche normale et du régime d'ajustement produisant la régulation automatique de la longueur
de l'hélice est schématiquement représentée sur la Fig. 6.
Pendant le régime normal, la vitesse d'entrée est supérieure à la vitesse de sortie. La longueur de la bande traitée
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sur le graphique de la Fig. 6, sur lequel le temps est porté en <EMI ID=34.1>
abscisse. La grandeur moyenne des spires augmente, et les spires voisines de la sortie commencent à grandir:; arrive le moment où
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il se produit alors une onde rétrograde non évanescente qui atteint l'entrée et reporte sur la première spire 9 tout l'excès AL de longueur. La spire 9 grandit brusquement en 9' (Fig. 5 D' et 2). Elle agit sur des moyens de commutation combinés à un contact 12 qui stoppent les moyens d'entrée le temps nécessaire pour que le
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d'ajustement. Quand la spire 9 a repris sa taille normale, on se retrouve dans les conditions de la Fig. 5 A. Un nouveau cycle commence en régime normal, et ainsi de suite.
Sur la Fig. 6, le coefficient angulaire de la courbe,
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d'accroissement de la longueur du matériau en régime normal, alors qu'il représente, entre 5 D'et 5 D", la vitesse de décroissance
de la longueur du matériau en régime d'ajustement. Le rapport de la seconde à la première est de l'ordre de quelques centaines.
Si pour une raison quelconque les moyens moteurs d'extraction ralentissent ou même s'arrêtent, les arbres s'arrêtent aussi et le contact 12 arrête les moyens d'introduction du..matériau. La remise en route ne présente pas de difficulté.
La seule condition est que la vitesse d'extraction ne dépasse jamais la vitesse d'entrée.
Revenant à la Fig. I, le moteur 72 entraîne directement les moyens d'extraction 74 et entraîne les arbres 5 et 6 par l'intermédiaire d'un coupleur 73 qui est un variateur de vitesse.
En effet, il est absolument nécessaire que l'entraînement des arbres rotatifs soit concomitant de celui des moyens <EMI ID=38.1>
d'extraction, mais il est également vrai que ces deux entraîne- / ments doivent pouvoir se faire dans un rapport de vitesse ajustable car si, à l'extraction, l'entraînement du matériau traité
à tout lieu d'être positif (c'est-à-dire sans glissement) il n'en est pas de même de 1' entraînement de ce matériau par les arbres rotatifs ; en fait, la vitesse du matériau étant inférieure à
la vitesse périphérique des arbres, il y a glissement du matériau traité sur les arbres rotatifs car l'adhérence de ce matériau sur ces arbres est faible (en effet, cette adhérence résulte uniquement du poids de la spire reposant sur les arbres) et c'est parce que l'importance de ce glissement dépend de plusieurs facteurs qui changent suivant l'échantillon de matériau traité qu'il faut pouvoir ajuster le rapport de vitesse précité. (D'ailleurs, si l'entraînement du matériau traité par les arbres rotatifs était lui aussi positif, le problème de la régulation de l'hélice ne se poserait évidemment pas).
Ceci rappelé, et le matériau traité glissant sur les arbrec rotatifs, il est bien évident que, pour compenser ce glissement, il faut faire tourner les arbres rotatifs relativement plus vite ; sinon le débit du moyen d'introduction (ou d'entrée) ne serait pas transmis intégralement au débit du moyen d'extraction et l'hélice aurait tendance à se rétrécir radialement et progressivement à partir de l'introduction jusqu'à l'extraction.
Bien au contraire, si les arbres rotatifs présentent une vitesse périphérique qui va au-delà de la compensation du glissement, l'hélice aura tendance à s'agrandir radialement et progressivement à partir de l'introduction jusqu'à l'extraction ; c'est là une circonstance qui est tout-à-fait favorable au déclenchement, à partir de la dernière spire avant extraction, du phénomène des contacts fugaces se propageant, en quelques secondes, à partir de cette dernière spire jusqu'Il la première spire après introduction.
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fil au lieu de la bande. Le fil étant plus rigide que la bande, la forme matérielle des spires est plus voisine du cercle . c'est
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préférence voisin de 120<2>. Le volume de traitement est ainsi mieux utilisé et les spires ne risquent cependant pas de toucher le fond ce la cuve. Naturellement les moyens d'introduction et d'extraction du fil sont adaptés au profil du matériau : ce sont des galets gorge circulaire. Pour le reste, le dispositif et le fonctionnement sont les mêmes que dans le cas de la bande : un régime normal, pendant lequel il y a échelonnement dégressif des trois vitesses linéaires : arbres porteurs, matériau à l'entrée et matériau à la sortie et un régime d'ajustement de la longueur du matériau dans le volume pendant lequel la vitesse du matériau à l'entrée s'annule, ou du moins devient nettement inférieure à celle de la sortie.
Au cours du régime normal il faut, comme on l'a vu plus haut, que le rapport des vitesses d'entrée et d'extraction du matériau, pour un bon fonctionnement de l'appareil, soit supérieur à I. L'expérience a montré que ce rapport devait cependant être voisin de 1 et que la vitesse d'entrée ne devait être supérieure à la vitesse d'extraction que d'une quantité inférieure à
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604/600, auquel cas la vitesse d'entrée est supérieure d'environ 0,7 � à la vitesse d'extraction. Par contre, la vitesse périphérique des arbres rotatifs qui supportent le matériau doit être <EMI ID=43.1>
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la durée du régime d'ajustement, régime au cours duquel l'entrée
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