Brevet FR2460169A1 — publié le 19810123

L'invention concerne les procédés pour fabriquer un fil de métal ou d'alliage métallique dans une installation comportant essentiellement un creuset dans lequel se trouve un métal ou un alliage métallique en fusion, une filière disposée dans une paroi du creuset, une enceinte contenant un fluide de pressurisation agissant sur le métal ou l'alliage métallique dans le creuset, une seconde enceinte contenant un fluide refroidisseur et faisant suite à la filière, le fil étant obtenu par projection d'un jt dudit métal ou alliage métallique sous l'effet du fluide de pressu- risation à travers la filière dans l'enceinte de refroidissement dans laquelle le jet liquide est refroidi et se transforme en fil solide. Lorsque, dans une telle installation, on désire fabriquer des fils ayant un diamètre supérieur à quelques dixièmes de millimètre l'action des procédés de refroidissement connus est trop lente. Ceci provoque l'apparition de défauts de continuité et/ou de géométrie du fil avant l'achèvement du refroidissement, c'est-à-dire de la transformation du jet en fil. Les procédés connus font appel à des échanges thermiques entre le jet et le fluide refroidisseur basés sur des caractéristi- ques physiques du milieu refroidisseur. C'est ainsi que les brevets français 2 367 561 et 2 367 562 décrivent une enceinte et un fluide de refroidissement dans lesquels on utilise un fluide dont un composant est de la vapeur d'eau formant un brouillard. Les gouttelettes d'eau du brouillard entrant en contact avec le jet et le fil contribuent au refroidissement de celui-ci par évaporation. Le but de la présente invention est d'améliorer la vitesse de l'échange thermique entre le fluide refroidisseur et le jet (fil) au-cours de son trajet dans l'enceinte de refroidissement, afin de pouvoir augmenter le diamètre du fil fabriqué. Selon l'invention, on utilise un procédé de refroidissement remarquable en ce que le fluide refroidisseur comporte au moins un composant qui subit une réaction chimique endothermique au contact avec le jet (fil) aussi longtemps que la température du jet (fil) est supérieure à la température d'amorçage de ladite réaction. -2- 2460169 L'expression "jet (fil)" exprime que le refroidissement s'exerce d'abord sur le jet, mais peut aussi s'exercer sur le fil, tant que la température du fil permet l'entretien de la réaction endothermique. Il est préférable que ledit composant du fluide refroidisseur et le ou les produits de la réaction endothermique soient chimi- quement inertes vis-à-vis du métal ou de l'alliage métallique. Mais il est également possible d'utiliser un composant donneur d'oxygène, notamment dans le cadre des procédés de fabrication de fils d'acier selon les brevets US 3 933 441 et 3 861 452, l'acier projeté dans le fluide refroidisseur ayant une teneur en silicium et éventuel- lement en manganèse telle que le produit d'oxydation lors du contact du jet avec le fluide refroidisseur est de la silice. La gaine de silice ainsi produite stabilise le jet et permet la fabrication de fils continus. De préférence ledit composant a une température d'ébullition inférieure à 100 C et est introduit dans l'enceinte de refroidis- sement sous forme de brouillard. Le brouillard est une suspension de gouttelettes dudit composant dans ledit composant à l'état gazeux ou dans un autre composant à l'état gazeux. Au contact du jet (fil) les gouttelettes (liquides) du brouillard s'évaporent en enlevant au jet (fil) une quantité importante de chaleur. Dans le cas o ledit composant est un gaz liquéfié sous pression c'est-àdire lorsque sa température d'évaporation sous 1 atmosphère (pression ambiante) est inférieure à 100 C, le brouillard peut être obtenu par détente au travers d'un orifice; il se produit alors au cours de la détente une auto-vaporisation qui favorise la pulvérisation de la phase liquide. Dans le cas o le composant a une température d'évaporation sous une atmosphère supérieure à la température ambiante le brouillard peut être obtenu avantageusement par chauffage sous pression suivi d'une détente avec auto-vaporisation qui favorise la pulvérisation de la phase liquide. Au lieu d'utiliser un seul composant sous forme de brouillard par exemple dans un autre gaz et se dissociant dans le cadre d'une réaction endothermique lorsque les gouttelettes entrent en contact avec le jet (fil), on peut utiliser deux composants sous forme de brouillard qui réagissent l'un avec l'autre au contact du jet (fil). 3 2460169 -3- Voici des exemples de fluicis refroidisseurs utilisables dans le cadre du procédé revendiqué. Exemple 1: Dans cet exemple, le composant du fluide refroidisseur conforme à l'invention subit une dissociation endothermique lorsqu'au contact du jet il atteint sa température de dissociation. Le composant lui-même ainsi que les produits résultant de sa dissociation sont chimiquement inertes vis-à-vis du jet (fil) de métal ou d'alliage métallique. On utilise un fluide refroidisseur formé d'un mélange de 50 % mol d'ammoniac (N H3) et de 50 % mol d'hydrogène (H2). L'ammoniac liquide sous pression dans une bouteille est auto-vaporisé par détente dans un certain nombre de pulvérisateurs débouchant dans l'enceinte de refroidissement. La température d'ébullition de l'ammoniac sous 1 atmosphère de pression est égale à -33,30 Celsius. L'ammoniac en gouttelettes entrant en contact avec un jet d'acier liquide de 1 mm de diamètre se vaporise puis se dissocie endothermîquement selon l'équation: 2 N H3 N + 3 H2 La vaporisation puis la dissociation endothermique absorbent des quantitués de chaleur importantes. le transfert thermique est augmenté d'environ 30 %/ par rapport à un brouillard de vapeur d'eau mélangé à de l'hydrogène. Exemple 2: Dans cet exemple, i-l y a deux composants du fluide refroidisseur conforme à l'invention qui subissent une réaction chimique endothermique entre eux lorsqu'au contact du jet la température de cette réaction est atteinte. On utilise deux composants dont un sous forme de brouillard. Un premier composant est un mélange gazeux d'hydrogène (H2) saturé d'eau à 700 C par passage dans un humidificateur usuel, puis injecté dans l'enceinte de refroidissement. Le second composant est du propane (température d'ébullition sous 1 atmosphère: - 42,60 C) injecté sous forme de brouillard dans l'enceinte de refroidissement % mol du prmier composant sont mélangés à 50 % mol du second composant, le propane liquéfié sous pression dans une bouteille étant auto-vaporisé par détente dans un certain nombre de pulvé- risateurs débouchant dans l'enceinte de refroidissement. 4 2460169 Les gouttelettes de propane entrant en contact avec le jet (fil) d'acier inoxydable de 1,7 mm de diamètre se vaporisent puis participent ainsi que la vapeur d'eau à la réaction endother- mique selon l'équation C3 H8 + 3 H20 3 CO + 7 H02 Le transfert thermique est amélioré d'environ 50 % par rapport à un mélange dé vapeur d'eau et d'hydrogène. Il est à remarquer que le gaz carbonique (CO) dégagé au cours de ladite réaction comporte de l'oxygène. Il peut par suite être utilisé comme donneur d'oxygène du fluide refroidisseur dans le cadre de la production de fil d'acier au silicium par les procédés décrits dans les brevets US 3 861 452 et 3 933 441 précités. A la place du propane, on peut utiliser d'autres hydro- carbures à point d'ébullition inférieur à la température ambiante, à bas prix de revient et facilement disponibles dans le commerce à l'état liquide et comprimé, tels que butane, isobutane, éthane, butadiène, propadiène. Exemple 3: On utilise un fluide refroidisseur comportant trois composants. 1er composant: 45 % mol d'hydrogène (H2) injecté sous forme gazeuse. 2e composant: 45 % mol de propane (C 3H8) injecté sous forme de brouillard en plusieurs points proches du jet (fil). Le brouillard est obtenu par détente dans un orifice avec autovapo- risation de C l H8 provenant d'une bouteille de gaz liquéfié sous pression. % 3e composant: 10 % mol d'eau (H20) injectée sous forme de brouillard en plusieurs points proches du jet (fil). Le brouillard est obtenu par détente dans un orifice avec auto-vaporisation d'eau chauffée à 2000 C sous une pression de 17 atmosphères. Au contact du jet (fil) en acier inoxydable (diamètre 2 mm), il y a évaporation d'une partie des gouttelettes de propane et d'Eau avec enlèvement au jet (fil) d'une quantité importante de chaleur. Ensuite a lieu une réaction chimique endothermique entre les vapeurs d'eau et de propane au contact du jet (fil) selon l'équation C3 H8 + 3 H20 - 3 CO + 7 H2 - 5 - Le transfert thermique est amélioré de 53 % par rapport à un mélange de vapeur d'eau et d'hydrogène. L'eau a une température d'ébullition supérieure à la température ambiante (200 Celsius) et est utilisée en temps que composant sous forme de brouillard. -6- REVENDICATIONS 1. Procédé de refroidissement d'un fil de métal ou d'un alliage métallique dans une installation comportant essentiellement un creuset dans lequel se trouve un métal ou un alliage en fusion, une filière disposée dans une paroi du creuset, une enceinte contenant un fluide de pressurisation agissant sur le métal ou l'alliage métallique dans le creuset, une enceinte contenant un fluide refroidisseur et faisant suite à la filière, le fil étant obtenu par projection d'un jet dudit métal ou alliage métallique à travers la filière dans l'enceinte de refroidissement, caractérisé en ce que le fluide refroidisseur comporte au moins un composant qui subit une réaction endothermique chimique au contact avec le jet (fil) aussi longtemps que la température du jet (fil) est supérieure à la température d'amorçage de ladite réaction. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit composant du milieu refroidisseur ainsi que le ou les produits de la réaction endothermique sont chimiquement inertes vis-à-vis du métal ou de l'alliage métallique. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit composant a une température d'ébullition inférieure à 100 C et est sous forme de -brouillard. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le milieu refroidisseur comporte au moins deux composants qui participent à une réaction chimique endothermique au contact du jet (fil). 5. Procédé selon la revendicatïin 4, caractérisé en ce que l'un des composants a une température d'ébullition supérieure à la température ambiante et est sous forme de brouillard. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit composant subit une réaction endothermique de dissociation au contact avec le jet (fil). 7. Procédé selon la revendication 4 utilisé pour fabriquer des fils par projection d'un jet d'acier dans un fluide refroidisseur, l'acier ayant une teneur en silicium et éventuellement en manganèse telle que le produit d'oxydation lors du contact du jet avec le fluide refroidisseur donneur d'oxygène soit de la silice, caractérisé en ce qu'un produit de la réaction endothermique au contact du jet (fil) comporte de l'oxygène et est utilisé comme donneur d'oxygène du fluide refroidisseur.