Brevet FR2128398A1 — publié le 19721020

i 2128398 La présente invention concerne un procédé et, un.appareil servant à produire directement des filaments et des fibres métalliques par solidification d'un filet de métal en fusion continu . 5 On sait que l'on peut fabriquer des filaments et des fibres métalliques par des procédés sans tréfilage faisant intervenir des techniques de coulée continue. La coulée continue donne un fil métallique dont la forme du grain n'a subi aucune déformation et qui est, par conséquent, dépourvu de contraintes 10 résiduelles appréciables. Quoique les procédés connus pour une telle coulée directe impliquaient la simple coulée d'un métal en fusion dans des rainures, des progrès récents ont abouti à des procédés perfectionnés qui impliquent habituellement 1'extrusion d'un filet de métal en fusion continu suivie de la solidification 15 de ce filet "en vol" tandis qu'il se trouve dans sa forme fila-mentaire extrudée. La solidification de la forme extrudée peut être effectuée par passage du filet liquide dans une atmosphère de refroidissement,ou par extrusion du filet liquide dans une atmosphère de refroidissement ou bien encore par extrusion du 20 filet liquide sur une plaque de refroidissement qui tourne ou qui se déplace et dont le mouvement est suffisant pour maintenir le métal en fusion extrudé dans sa forme filamentaire jusqu'à ce qu'il soit solidifié. Le brevet américain n° 2.879.566 décrit un autre procé-25 dé de coulée directe de filaments métalliques dans lequel un filet continu de métal en fusion est extrudé en contact avec un Jet de gaz non confiné. Le jet de gaz non seulement sert à refroidir rapidement le métal en fusion mais également à maintenir le métal en fusion dans sa forme filamentaire. 30 La fabrication de fins fils ou filaments métalliques par le procédé qui précède est limitée lorsque la chaleur latente de la fusion du métal est suffisamment élevée et/ou que la tensio-activité du métal est suffisamment importante pour provoquer un sectionnement du filet de métal extrudé par "pincement" avant que 35 la solidification ait eu lieu. Cela étant, les. métaux, tels que le fer, l'acier, le cuivre, le nickel, le béryllium et le bore, par exemple, ne permettent de produire que des fibres courtes ou extrêmement courtes. Pour produire un filament de longueur appréciable à partir de ces métaux, il est clair que la solidification du lf-0 filet de métal doit être effectuée plus rapidement et plus près de 72 06800 2 2128398 la buse à*extrusion qu'il n'est possible de,le faire dans de l'air ou dans d'autres agents de refroidissement gazeux à température ambiante. Quoique de l'eau ou d'autres agents de refroidissement liquides pourraient susciter une solidification très 5 rapide d'un filament métallique, lorsqu'il le faut, les agents de refroidissement liquides ne conviennent pas en raison de l'effet d'inertie excessif du liquide sur les filaments métalliques. C'est-à-dire qu'un filet de métal en fusion qui se déplace rapidement se désintègre au contact d'une surface de liquide massive. 10 L'invention a pour but de produire des filaments et des fibres métalliques de longueur appréciable par solidification d'un filet continu de métal en fusion qui possède une chaleur latente de fusion et/ou une tensio-activité relativement élevées. m Suivant l'invention, il est prévu un procédé pour ex-15 truder un filet de métal en fusion directement dans une masse de mousse d'une configuration prédéterminée de telle sorte que le filet de métal se solidifie en un filament métallique au cours de sa chute au travers de la masse de mousse. Il est également prévu un appareil pour l'exécution du 20 procédé, l'appareil suivant l'invention étant caractérisé Kl ce qu'il comporte un fût dont l'extrémité inférieure est submergée dans une solution moussante et dont l'extrémité supérieure est espacée d'une buse d'extrusion d'un filet de métal en fusion, et une conduite d'alimentation de gaz comprimé qui s'étend dans 25 l'extrémité sutoergée du fût. En utilisant un agent de refroidissement moussant, on obtient une mousse qui exerce un effet de refroidissement rapide semblable à celui de l'eau en raison de sa chaleur spécifique de sa conductibilité thermique et de sa chaleur de vaporisation 30 relativement élevée mais sans i'effet d'inertie désintégrateur dû à la masse liquide. L'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple', avec référence au dessin annexé qui est une vue en coupe fragmentaire d'un appareil. 35 La forme d'exécution de l'appareil représenté au des sin comprend essentiellement un dispositif pour injecter un filet de métal en fusion dans une colonne de mousse verticale au-dessus d'une solution moussante de telle façon que le filament en fusion extrudé se solidifie rapidement lorsqu'il tombe bO à travers la colonne de mousse avant de se déposer dans la solu 72 06800 3 2128398 tion moussante. D'une manière plus spécifique, l'appareil représenté comprend une cuve ouverte 10 contenant une solution moussante 12. La solution moussante 12 peut être une solution aqueuse de savon ou une solution semblable quelconque, aqueuse ou non 5 aqueuse, ayant une tensio-activité appropriée lui permettant de former une mousse raisonnablement stable possédant des valeurs élevées pour la chaleur spécifique, la conductibilité thermique et la chaleur de vaporisation. Un long fût à mousse 14, ouvert aux deux 10 bouts, ou un corps quelconque muni d'une paroi qui délimite un espace confiné latéralement, est disposé verticalement au-dessus de la solution moussante 12, son extrémité inférieure ouverte étant immergée sous la surface de la solution 12. On peut utiliser n'importe quel moyen, par exemple des supports en colle-15 rette 16 fixés radialement aux parois externes du fût 14> pour maintenir le fût 14 dans une position verticale au-dessus de la solution moussante 12. Une conduite 18 au moins traverse la paroi du fût 14 ou passe en dessous de celle-ci en un point situé sous la surface de la solution 12 20 pour admettre de l'air ou du gaz comprimé dans cette solution et ainsi former' une mousse 20 qui monte dans le fût 14 au-dessus de la solution moussante 12. L'équipement d'extrusion, par exemple un récipient thermiquement isolé 22 comportant une buse d'extrusion 2b, est 25 positionné au-dessus de l'extrémité supérieure ouverte du fût 14-, la buse d'extrusion 2b étant dirigée vers le bas approximativement dans l'axe du fût 14* I»e récipient 22 doit être thermiquement isolé et peut être muni d'un dispositif de chauffage approprié, par exemple une bobine d'induction (non re-30 présentée) servant à maintenir en fusion le métal y contenu. Pour produire des filaments métalliques avec l'appareil décrit plus haut, il faut remplir la cuve 10 d'une solution moussante 12, comme décrit plus haut, jusqu'à un niveau tel que l'extrémité inférieure du fût 14 et la sortie de la conduite 18 35 soient submergées. De l'air comprimé ou un autre gaz approprié est admis par la conduite 18 à un débit suffisant pour maintenir une colonne de mousse 20 en mouvement vers le haut dans le. fût 14* Le métal formant les filaments, à l'état fondu, est extrudé du récipient 22 par la buse 2b par n'importe quelle technique d'ex-**0 trusion classique.' Le ou les filets de métal en fusion extradés, 72 06800 2128398 indiqués par la ligne 26, tombent par gravité et par inertie à contre-courant de la colonne de mousse montante 20 et ils se soli-fient rapidement pendant la chute par contact direct avec la mousse 20. Les filaments sont alors recueillis au fond de la cuve 10 dans 5 la solution 12 et sont ainsi refroidis jusqu'à la température de la solution. La colonne 'de mousse 12, qui est un mélange de liquide et de gaz, refroidit le filet de métal en fusion beaucoup plus rapidement que des agents de refroidissement gazeux purs car de 10 minces films de liquide, c'est-à-dire les surfaces des bulles, se déposent de manière répétée sur la surface du filet de métal qui traverse la mousse. Le film liquide exerce évidemment un effet de refroidissement beaucoup plus puissant que du gaz pur en raison de sa chaleur de vaporisation et de sa chaleur spécifique 15 ainsi que de sa conductibilité thermique plus élevée. Il est clair que la quantité de liquide impliquée dans la transmission de la chaleur n'est pas importante et serait pratiquement sans effet s'il s'agissait de refroidir rapidement des pièces métalliques chaudes de volume appréciable. Cependant, dans cette application, 20 le filet de métal en fusion est très mince, présentant un rapport aire:volume appréciable de sorte que le faible volume de film de refroidissement liquide utilisé est très efficace pour refroidir rapidement le filet sans exercer d'effet d'inertie désintégra-teur ' sur ce filet. 25 Comme indiqué plus haut, l'invention a trait, en parti culier à l'utilisation de métaux qui ont une chaleur latente de fusion élevée et/ou une tensio-activité élevée de manière à pouvoir être rapidement solidifiés avant d'être sectionnés, par pincement .près de la buse en fibres extrêmement courtes. A cet 30 effet, la distance séparant la mousse 20 de la buse 24 doit, par conséquent, être aussi courte que possible sans arriver à un contact réel. Il est essentiel que la mousse ne vienne pas en contact avec la buse car un contact direct obstruerait l'orifice de la buse en raison d'une solidification prématurée du métal ou provoquerait une fis- * 35 suration de la buse à la suite des chocs thermiques. Pour cette raison, il est préférable de maintenir la buse 20 légèrement êlu-dessus de l'extrémité du fût 14 puis de régler le débit de l'air passant par la conduite 18 pour assurer que la mousse 20 monte aussi près que possible de la buse sans entrer en contact !f0 avec celle-ci. Des distances buse-mousse de 5>1 à. 7,6 cm donnent COPY 72 06800 5 2128398 habituellement satisfaction. La distance parcourue par le filet de métal en fusion dans la colonne de mousse 20 doit être suffisante pour assurer que le filet soit solidifié avant qu'il tombe dans la solution 12. Ce-5 ci varie suivant le diamètre du filet, sa vitesse et sa température ainsi que la vitesse à laquelle la mousse monte. En pratique, une colonne de mousse de 1,22 m s'est avérée satisfaisante pour la plupart des applications. Pour la plupart des applications, il est essentiel de 10 régir et de maximaliser la vitesse de formation de la mousse pour obtenir une production optimum. Chaque fois que des fibres appropriées ne sont pas formées, une augmentation de la vitesse de formation de la mousse supprime fréquemment les difficultés. Par exemple, si la distance de "pincement" se raccourcit en raison d'une 1? diminution du diamètre de l'orifice de la buse, une augmentation de la vitesse de formation de la mousse, raccourcit la distance séparant la buse de la mousse en vue d'obtenir une compensation. D'autre part, lorsque le métal ne se solidifie pas suffisamment rapidement en raison de l'augmentation du calibre des filaments 20 due à un accroissement du diamètre de l'orifice de la buse, il peut s'avérer nécessaire d'augmenter la vitesse de formation de la mousse pour éliminer la chaleur de fusion accrue. Une augmentation de la vitesse du filet de métal peut nécessiter un accroissement de la vitesse de formation de la mousse pour évacuer la 25 chaleur plus rapidement. A titre d'exemple spécifique détaillé du procédé qui précède, on a produit des filaments de fonte d'un calibre de 0,25 mm avec un appareil en substance tel que représenté à l'aide d'une simple solution de savon et de l'air comprimé pour pro-30 duire des bulles d'environ 1,9 cm de diamètre. Le fût utilisé avait 7?6 cm de diamètre et a donné une colonne de mousse d'environ 1,22 m de longueur se terminant approximativement à ■ 5,1 - 7,6 cm en dessous de la buse d'extrusion. On a réglé la montée de la mousse entre 0,76 et 3>03 litres d'eau à la minute 35 et le fer en fusion a été extrudé à 1227°C et à raison d'environ 6 m à la seconde. Les filaments de fer de 0,25 mm obtenus mesurent de 352 mm à 10,2 cm de longueur. Quoique la forme d'exécution décrite plus haut soit assez spécifique, il est clair que d'autres formes d'exécution et 1+0 d'autres modifications pourraient facilement être utilisées sans COPV 72 06800 6 2128398 sortir du cadre de l'invention. Par exemple^, l'invention telle qu'elle est décrite a trait principalement à la production de filaments à partir de métaux à tensio-activité élevée ou à chaleur latente de fusion élevée. Quoique ce procédé évite des diffi-5 cultes particulières lors du traite;:ieht de ces métaux, de nombreux autres métaux qui ne rentrent pas dans cette catégorie pourraient tout aussi bien être traités par ce procédé. Quoique l'appareil et le procédé décrits plus haut soient idéaux pour la production d'un filet de métal en laboratoire, des opérations 10 industrielles pourraient facilement recevoir de nombreuses modifications avantageuses, par exemple l'extrusion de plusieurs filets .simultanément. Une cuve à solution plus importante 10 pourrait alors être utilisée pour éliminer le besoin du fût lif, les parois de la grande cuve servant à confiner la 15 mousse sous la forme d'une grande masse. De plus, un système de moussage incorporé plus élaboré pourrait être mis au point pour remplacer la conduite 18, et une grande variété de solutions moussantes, à la fois aqueuses et organiques, pourrait être utilisée. 72 06800 7 • 2128398 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour produire des filaments ët des fibres métalliques à partir d'un métal en fusion, caractérisé en ce qu'on extrude un filet de métal en fusion directement dans une casse de 5 mousse de configuration prédéterminée de telle sorte que le filet de métal se solidifie en un filament métallique au cours de sa chute à travers la masse de mousse. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on forme la mousse de manière continue au-dessus d'une solu- 10 tion moussante en faisant barboter du gaz dans la solution. 3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on fait monter la mousse formée en continu dans un fût à contre-courant des filaments de métal en fusion qui tombent dans ce fût. 15 Appareil servant à exécuter le procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un fût dont l'extrémité inférieure est submergée dans une solution moussante et dont l'extrémité supérieure est espacée d'une buse pour extruder un filet de métal en fusion, 20 et une conduite pour le gaz comprimé s'étend dans l'extrémité submergée du fût.