Brevet FR2970191A1 — publié le 20120713

Procédé de fabrication d'un fil fourré comportant un garnissage en un matériau destiné à être introduit dans un métal liquide et une enveloppe externe constituée d'un feuillard métallique, et fil ainsi fabriqué L'invention concerne la métallurgie, et plus particulièrement l'addition à un métal liquide de matériaux destinés à régler sa composition et/ou la composition des inclusions non-métalliques qu'il renferme, ces matériaux étant enserrés dans une enveloppe métallique en forme de fil que l'on déroule et injecte dans le métal liquide. L'addition de quantités relativement faibles et précises de matériaux à un métal liquide, tel que l'acier liquide, est souvent réalisée au moyen de « fils fourrés » se présentant sous forme de bobines. Le fil fourré est composé du matériau à ajouter, sous une forme pulvérulente, enserré dans une enveloppe métallique réalisée en un métal dont la composition est compatible avec celle du métal liquide traité. Dans le cas du traitement d'un acier liquide, cette enveloppe est elle-même avantageusement en acier. Le matériau peut avoir pour fonctions de modifier de façon précise la composition du métal liquide et/ou de se combiner aux inclusions non-métalliques, par exemple, aux inclusions d'oxydes d'un acier, pour modifier leur composition et leur morphologie. Le calcium destiné à transformer les inclusions d'alumine et de silicoaluminates en aluminates ou silicoaluminates de calcium pour améliorer la coulabilité de l'acier et ses propriétés mécaniques est ainsi souvent introduit dans l'acier liquide par cette méthode, sous forme de Ça pur ou de SiCa. Dans certains cas, on ajoute entre la poudre et l'enveloppe une ou des couches intermédiaires, par exemple en papier, en papier humidifié, en papier métallisé ou en métal, pour ajuster le coefficient de transfert thermique global entre le métal liquide et la poudre, et retarder ainsi la fusion complète du fil (voir notamment le document FR-A- 2 871 477). On assure ainsi que la poudre viendra au contact du métal liquide à une profondeur aussi importante que souhaité, ce qui est favorable au rendement d'addition des matériaux. C'est particulièrement le cas lorsque des matériaux facilement évaporables comme le calcium sont présents dans la poudre. Par rapport aux autres techniques d'additions de matériaux à un métal liquide, le fil fourré présente les principaux avantages suivants. La profondeur à laquelle le matériau vient au contact du métal liquide peut être réglée avec plus de précision que si le matériau est ajouté sous forme de morceaux solides devant au préalable traverser la couche de laitier surnageant à la surface du métal. Et l'addition s'effectue de façon plus calme que si le matériau était injecté sous forme d'une poudre propulsée par un gaz neutre à l'aide d'une lance plongée dans le métal liquide. Pour ces raisons, le rendement d'addition du matériau est aussi élevé que possible, en particulier lorsque le matériau est facilement oxydable et/ou vaporisable, comme le calcium, le titane, le plomb, les terres rares... Le plus souvent, le fil fourré est fabriqué comme suit. Le feuillard métallique, habituellement épais de quelques dixièmes de mm (typiquement 0,2 à 0,6mm), constituant l'enveloppe est mis en défilement et conformé pour lui donner une section transversale en forme de U. Les bords du feuillard sont également conformés par pliage, d'une manière qui permettra ultérieurement leur agrafage l'un à l'autre. La poudre finement divisée est déposée sur le feuillard pour remplir le U jusqu'à un niveau donné, puis les deux bords du feuillard sont progressivement rapprochés, et finalement agrafés. Lors de ce rapprochement, la poudre tend à être compactée, ce qui diminue sa porosité. On vise ainsi généralement à obtenir une porosité la plus faible possible pour avoir une masse de poudre par mètre de fil la plus élevée possible. Cela permet, pour une vitesse de déroulement du fil donnée, d'introduire une quantité de poudre maximale en un minimum de temps. Une autre méthode de fabrication, décrite dans le document WO-A-2006/079832, consiste à solidariser les bords du feuillard non par agrafage, mais par soudage, par exemple par soudure bout à bout (« butt-welding ») ou par laser. Le fil ainsi obtenu peut ensuite subir un laminage et/ou un étirage qui diminuent son diamètre et accroissent la compaction de la poudre. Un fil fourré fermé par agrafage n'autorise pas une telle opération, ce qui fait que le taux de remplissage du fil et la compacité du garnissage ne peuvent être améliorés significativement, postérieurement à l'agrafage. La fermeture du fil par soudage est bien adaptée au cas où le feuillard a une épaisseur relativement élevée. Une telle épaisseur finale élevée (de l'ordre de 1 mm pour un feuillard d'acier, voire plus, par exemple 1,5 mm) peut être désirée, d'une part pour conférer au fil fourré une rigidité qui lui permettra plus assurément de traverser la couche de laitier, qui est plus ou moins solide, et le métal liquide sans se courber, et d'autre part pour retarder la fusion de l'enveloppe. Telle qu'elle est habituellement pratiquée, cette dernière technique présente cependant plusieurs inconvénients. La fermeture du fil par soudage oblige à ne pas remplir le feuillard en U autant qu'il serait souhaitable lorsque la poudre est inflammable, notamment si elle contient du calcium. En effet, il y un risque d'inflammation de la poudre si celle-ci est trop proche de la région de la soudure. Même après le laminage/étirage qui suit, la compacité de la poudre dans le fil final n'est donc pas toujours idéale. Dans la pratique, des allongements de l'ordre de 100 à 500% de l'enveloppe métallique lors du laminage/étirage sont courants. Pour les obtenir, des outils de mise en forme nombreux et/ou puissants sont nécessaires. De plus, ces allongements conduisent à un durcissement et à une fragilisation de l'enveloppe, qui risquent d'entraîner sa rupture lors du déroulage du fil. Ce risque peut être limité en choisissant de façon adéquate le matériau de l'enveloppe, par exemple en utilisant un acier à bas carbone microallié au titane et au niobium. Mais cela augmente le coût du fil, et si les éléments de microalliage de l'enveloppe sont indésirables dans le métal à traiter, cette méthode n'est pas utilisable. Le but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication d'un fil fourré à enveloppe soudée permettant d'obtenir une compacité maximale du matériau qu'il contient, sans nécessiter à cet effet de déformations très importantes du fil postérieurement à la soudure de l'enveloppe externe. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un fil fourré comportant un garnissage en un matériau destiné à être introduit dans un métal liquide et une enveloppe externe constituée d'un feuillard métallique, selon lequel on place le garnissage sur le feuillard, on rapproche les bords du feuillard l'un de l'autre et on les solidarise l'un à l'autre par soudage, caractérisé en ce que ledit garnissage est mis sous la forme d'un barreau avant son placement sur le feuillard. On peut enrober le barreau constituant le garnissage avec au moins une enveloppe destinée à constituer une enveloppe intermédiaire entre le garnissage et l'enveloppe externe du fil fourré préalablement à son placement sur le feuillard. La ou lesdites enveloppes peuvent être en papier, en polymère ou en métal. Ledit métal peut être un métal réactif tel que l'aluminium. Après le soudage des bords du feuillard, on peut procéder à au moins une opération de laminage et/ou d'étirage du fil fourré. L'opération d'étirage et/ou de laminage du fil fourré peut procurer au fil fourré un taux d'allongement d'au plus 25°/O, de préférence entre 10 et 20°/O. Ledit barreau peut avoir été obtenu par extrusion. Ledit barreau peut avoir été obtenu par coulée continue. On peut avoir laminé ledit barreau après son obtention. Ledit barreau peut être en calcium ou en alliage de calcium. L'invention a également pour objet un fil fourré comportant un garnissage en un matériau destiné à être introduit dans un métal liquide et une enveloppe externe constituée d'un feuillard métallique, caractérisé en ce qu'il a été obtenu par le procédé précédent. Comme on l'aura compris, l'invention repose d'abord sur un conditionnement préalable du matériau destiné à remplir le fil sous forme d'un barreau, au lieu de la poudre finement divisée habituellement utilisée pour remplir les fils fourrés fermés par soudage. Ce barreau peut être obtenu par différents moyens, tels qu'une extrusion seule, une extrusion suivie d'un laminage, une coulée en continu d'un matériau initialement à l'état liquide ou pâteux, éventuellement suivie d'un laminage. De préférence après que le feuillard a été conformé en U, le barreau est déposé sur le feuillard. Puis, pour la fermeture du fil fourré, les deux bords du feuillard sont rapprochés et soudés, comme dans la technique conventionnelle décrite dans WO-A-2006/079832. Enfin, de préférence, le fil ainsi obtenu subit au moins un laminage et/ou un étirage pour plaquer l'enveloppe contre le barreau, et ainsi chasser le peu d'air résiduel. Ce laminage ou étirage procure typiquement au fil un allongement de 25% au maximum, de préférence entre 10 et 20°/O. Bien entendu, il n'est pas indispensable que le feuillard soit déjà conformé en U lors du dépôt du barreau. Cette conformation peut n'intervenir qu'ensuite, en préalable au rapprochement des bords du feuillard en vue de leur soudage, voire être supprimée. La préconformation en U du feuillard permet seulement de faciliter le positionnement du barreau, alors qu'elle est indispensable dans le cas de l'utilisation classique d'un garnissage pulvérulent pour garantir que la poudre ne quittera pas le feuillard avant ou pendant le rapprochement des bords du feuillard. Le barreau de matériau à ajouter dans le métal liquide peut être obtenu par l'extrusion au moyen d'une presse d'une billette dudit matériau au travers d'une filière de diamètre déterminé. Les billettes utilisées en vue d'une telle opération d'extrusion sont typiquement d'une forme cylindrique, et ont un diamètre initial typiquement compris entre 80 et 300 mm et une longueur initiale typiquement comprise entre 500 et 1300 mm. Les billettes peuvent être constituées d'un matériau pur (calcium ou magnésium par exemple) ou d'un alliage. Mais, comme on l'a dit, d'autres procédés d'obtention du barreau sont envisageables. La cohésion et la compacité du barreau peuvent être améliorées par un laminage, qui lui confére son diamètre définitif avant son placement sur le feuillard. Les avantages de l'invention, par rapport à l'introduction du matériau de remplissage du fil fourré sous forme de poudre, sont les suivants. Le garnissage se présentant sous forme d'un solide, il est plus facile à déposer et à maintenir sur le feuillard que s'il était sous forme d'une poudre. Le barreau peut présenter d'emblée une compacité élevée, optimalement proche de 100% de la densité théorique du matériau, surtout si sa fabrication a été conclue par un laminage. Du fait de sa compacité, donc de la faible surface exposée à l'atmosphère, le barreau est moins facilement inflammable qu'une poudre finement divisée, à composition identique. Il est donc possible d'utiliser un barreau dont la surface supérieure se retrouve à une relativement faible distance de la soudure, donc dont le diamètre est pratiquement identique au diamètre intérieur de l'enveloppe du fil après sa soudure. Pour ces raisons, sur le fil final, a fortiori si le fil a subi après la soudure de l'enveloppe une opération de laminage/étirage, on se retrouve avec une masse de matériau par mètre de fil maximale, avec une compacité du matériau aussi proche que possible de 100°/O. Cela permet de diminuer la longueur de fil à utiliser pour introduire une quantité donnée de matériau dans le métal liquide, toutes choses étant égales par ailleurs. Le matériau renferme une quantité d'oxygène atmosphérique moindre que s'il était initialement sous forme de poudre, ce qui présente un avantage métallurgique significatif : on observe une moindre pollution du métal liquide par cet oxygène atmosphérique et un meilleur rendement d'addition des matériaux oxydables (calcium, magnésium...). Les opérations de laminage/étirage qui suivent éventuellement la soudure de l'enveloppe pour amener le fil fourré à son diamètre final, avec une enveloppe enserrant le barreau au plus près, peuvent être d'une ampleur limitée. Là où un allongement du fil fourré de 100 à 5000/0 était nécessaire avec le procédé utilisant de la poudre pour obtenir une compacité convenable du garnissage, un allongement de 250/0 au maximum, typiquement de 10 à 200/0 pour bien plaquer l'enveloppe contre le barreau et réaliser un bon compromis entre l'obtention d'une compacité élevée du matériau introduit et un allongement qui ne diminue pas trop la quantité de produit apporté par mètre de fil déroulé, peut être suffisant à cet effet. Cela simplifie grandement les traitements de mise en forme du fil, qui peuvent ne faire usage que d'outils de faibles puissances et/ou en petit nombre, et permet aussi de limiter considérablement la fragilisation de l'enveloppe. Il n'est donc plus utile d'utiliser un matériau relativement coûteux pour constituer l'enveloppe. L'utilisation d'un barreau au lieu d'une poudre permet également d'obtenir des gains substantiels, aussi bien techniques qu'économiques, sur le conditionnement des bobines de fils. En effet, du fait de la raideur extrême du fil à enveloppe soudée épaisse et fortement laminée/étirée issu du procédé décrit dans le document WO-A-2006/079832, la cage métallique enfermant la bobine de fil doit être surdimensionnée par rapport à des conditionnements de bobines habituels pour éviter toute casse intempestive du fil et assurer un bon dévidage. L'utilisation d'un barreau au lieu d'une poudre permettant, comme on l'a dit, de réduire significativement la raideur du fil, un conditionnement standard de la bobine peut être à nouveau employé sans risques. Enfin, le faible taux d'allongement nécessaire pour obtenir un fil de compacité maximale permet d'utiliser un feuillard dont l'épaisseur initiale est proche de son épaisseur finale, voire lui est identique s'il s'avère qu'on peut se passer d'un laminage/étirage postérieur à la soudure. Ce feuillard ne nécessite donc pour sa soudure qu'une puissance réduite par rapport à celle qui est exigée par le procédé de WO-A-2006/079832, pour une épaisseur finale donnée. Tous ces avantages font que l'inconvénient de la nécessité de conditionner sous forme d'un barreau le matériau à injecter dans le métal, ce qui est plus coûteux que le simple dépôt d'une poudre dudit matériau sur le feuillard lors de la fabrication du fil, est largement compensé par les économies réalisables sur les étapes ultérieures de la fabrication du fil et par les avantages métallurgiques et pratiques résultant de l'utilisation du fil ainsi fabriqué. Egalement, il est ainsi possible de conditionner sous forme de fil fourré des matériaux qui ne seraient pas broyables sous forme de poudre. L'invention est aussi applicable au cas où le fil fourré comporte une ou plusieurs couches intermédiaires entre le garnissage et le feuillard constituant l'enveloppe externe. Comme on l'a dit, cette ou ces couches intermédiaires ont généralement pour fonction de réguler les transferts thermiques entre le métal liquide et le garnissage de manière à retarder la fusion complète du fil pour augmenter la profondeur d'introduction de la matière constituant le garnissage, toutes choses étant égales par ailleurs. Elles peuvent être réalisées notamment en papier, éventuellement humidifié, en papier métallisé, en polymère, en métal... A cet effet, il est avantageux de réaliser un enrobage du barreau par cette couche intermédiaire, ou au moins une de ces couches intermédiaires, et de préférence par la totalité d'entre elles s'il y en a plusieurs, préalablement au placement du barreau sur le feuillard constituant la couche externe du fil fourré. De cette façon, on assure davantage la cohésion du barreau lors de son placement sur le feuillard. De plus, on ne complique pas la réalisation de la fermeture et du soudage du feuillard constituant la couche externe, en ce que ce soudage n'a pas besoin de s'étendre aux couches intermédiaires, en ce que les couches intermédiaires n'interfèrent pas ou peu avec la couche externe lors du soudage, et en ce que comme ces couches intermédiaires sont déjà refermées au moment où la fermeture du fil débute, il n'est pas nécessaire de veiller à leur bon placement lors de cette fermeture. Si le barreau est enrobé par une feuille métallique, elle-même fermée, par exemple, par un léger soudage ne requérant qu'une faible quantité d'énergie du fait de la minceur de la feuille, cette feuille permet de protéger le barreau lors du soudage de l'enveloppe externe et se déformera plus aisément qu'une feuille de papier lors du laminage/étirage qui suit éventuellement la fermeture de l'enveloppe du fil. L'enveloppe métallique peut également avoir une fonction métallurgique : par exemple si elle est en aluminium et si le fil fourré est injecté dans de l'acier liquide, elle peut réaliser localement une désoxydation de l'acier et augmenter ainsi le rendement d'addition du matériau constituant le barreau si celui-ci est facilement oxydable. A titre d'exemple, bien entendu non limitatif, on peut mettre en ceuvre l'invention de la façon suivante : - extrusion à chaud (à 350-400°C) d'une billette de calcium métallique de diamètre initial 120 mm, pour obtenir un barreau bobiné de Ça de diamètre 8,5 mm ; - dépôt du barreau extrudé déroulé sur un feuillard d'acier de 1 mm d'épaisseur et de largeur 36 mm, profilage du feuillard sous forme d'un fil de diamètre 11,5 mm que l'on ferme par soudage laser pour obtenir le fil fourré dans un état intermédiaire ; - puis laminage du fil fourré pour lui conférer un diamètre final de 10,5 mm, avec, donc, un taux d'allongement de 11%.20 REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un fil fourré comportant un garnissage en un matériau destiné à être introduit dans un métal liquide et une enveloppe externe constituée d'un feuillard métallique, selon lequel on place le garnissage sur le feuillard, on rapproche les bords du feuillard l'un de l'autre et on les solidarise l'un à l'autre par soudage, caractérisé en ce que ledit garnissage est mis sous la forme d'un barreau avant son placement sur le feuillard. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en qu'on enrobe le barreau constituant le garnissage avec au moins une enveloppe destinée à constituer une enveloppe intermédiaire entre le garnissage et l'enveloppe externe du fil fourré préalablement à son placement sur le feuillard. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en que la ou lesdites enveloppes sont en papier, en polymère ou en métal. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit métal est un métal réactif tel que l'aluminium. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, après le soudage des bords du feuillard, on procède à au moins une opération de laminage et/ou d'étirage du fil fourré. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'opération d'étirage et/ou de laminage du fil fourré procure au fil fourré un taux d'allongement d'au plus 25%, de préférence entre 10 et 20°/O. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit barreau est obtenu par extrusion. 8. procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit barreau est obtenu par coulée continue. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce qu'on lamine ledit barreau après son obtention. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit barreau est en calcium ou en alliage de calcium. 11. Fil fourré comportant un garnissage en un matériau destiné à être introduit dans un métal liquide et une enveloppe externe constituée d'un feuillard métallique, caractérisé en ce qu'il a été obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 10.