Brevet FR2045914A1 — publié le 19710305

TO 18375 1 2045914 La présente invention concerne un procédé pour l'affinage des métaux et plus particulièrement un procédé suivant lequel le métal sous la forme d'une électrode fondante est fondu sous vide par une décharge électrique d'espace. 5 Des techniques de fusion d'électrodes fondantes sont utilisées depuis longtemps pour la production de lingots affinés de métaux purs ainsi que d'alliages de métaux. Dans ce but, une électrode est en général formée en ayant une composition similaire à celle demandée pour le produit final. Cette électrode est utilisée comme conducteur électrique à partir duquel 10 un arc est établi vers la surface du creuset ou du métal supplémentaire placé dans ce but. L'électrode, le lingot en cours de formation et l:arc électrique sont tous contenus dans un creuset ou une chambre de fusion refroidie par une circulation d'eau et dont l'air a été évacué. La chaleur engendrée par l'arc électrique fait fondre l'extrémité de l'électrode 15 orientée vers le fond du creuset, et elle est éventuellement entièrement consommée. Des gouttes du métal contenu tombent de l'extrémité de l'électrode à travers la zone de l'arc vers un bain de métal en fusion existant sur la partie supérieure du lingot en formation du fait de la solidification de métal du bain. 20 Le diamètre du creuset dans lequel le lingot se solidifie est normalement supérieur à celui de l'électrode dont la fusion est provoquée par l'arc pour former le lingot. Par suite, pendant la progression de la fusion, la hauteur du lingot augmente et le bain de métal en fusion supporté par le lingot s'élève à une vitesse inférieure à la vitesse d'éloi-25 gnement de l'extrémité fondante de l'électrode par rapport à la surface du bain de métal en fusion. Jusqu'ici, le recul ou l'éloignement de l'extrémité de l'électrode par rapport au bain a été considéré comme très indésirable, non seulement parce que dans ce cas de nombreux alliages sont des produits de mauvaise qualité, si ce n'est inutilisables, en raison de la variation 30 de la vitesse de fusion et de la variation correspondante des conditions thermiques du processus de fusion, mais aussi parce qu'il risque de provoquer la destruction du creuset représentant un danger pour le personnel. Différents systèmes ont été étudiés et sont actuellement en service pour maintenir entre des limites étroites un intervalle court d'arc 35 entre la surface de l'extrémité de l'électrode et la surface du bain de métal en fusion afin d'empêcher que lferc ne saute du bain vers la paroi du creuset. La plupart de ces systèmes règlent la longueur de l'arc, c'est-à- 70 48375 2 2045914 dire la distance entre l'extrémité de l'électrode et le bain de métal en fusion, en détectant les variations de la tension aux bornes de l'arc ou du courant de l'arc3 ou des deux, résultant de la variation de la longueur de l'arc pour maintenir sensiblement constante la longueur de l'arc afin de 5 minimiser les fluctuations thermiques pendant la fusion. Certains systèmes contrôlent les fluctuations très importantes et rapides qui ont lieu quand le métal en fusion forme un pont à travers l'intervalle d'arc en provoquant des courts-circuits partiels appelés des courts-circuits par les gouttes, bien que certains courts-circuits partiels de l'arc puissent aussi résulter 10 de vagues et d'éclaboussures du métal en fusion du bain venant court-circuiter 1'intervalle d'arc. Bien que les procédés utilisant une électrode fondante et un arc dans le vide utilisés jusqu'ici soient satisfaisants du point de vue commercial, ils ont cependant différents inconvénients sérieux. Des dispo-15 sitifs d'avance de l'électrode et des dispositifs de commande coûteux et relativement compliqués sont nécessaires pour maintenir un intervalle d'arc court désiré entre l'extrémité intérieure de l'électrode et la surface du bain de métal en fusion. La faible distance entre l'électrode et la surface du bain entraîne l'établissement d'une région de pression relativement élevée 20 entre les deux par comparaison avec la pression mesurée à la Sortie du four, le rapport entre ces pressions pouvant être de 10 à 100 et même plus. L'agitation du bain de métal en fusion par l'arc électrique a tendance à influer sur le mode de solidification du métal. Le métal fondu tombant sous la forme de gouttes de l'électrode fondante à travers l'arc, bien que sur une faible 25 distance seulement, est chauffé de façon supplémentaire, et il en est de même pour la surface de bain du métal en fusion, et ce surchauffage se traduit par la nécessité d'évacuation d'une plus grande quantité de chaleur à travers l'interface entre le métal liquide et le métal solide. Pour la coulée en continu de lingots d'un diamètre inférieur à 30 celui de l'électrode fondante pour la production d'une barre de titane de petit diamètre, le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 2.955.333 décrit un dispositif pour maintenir un arc électrique tournant entre l'extrémité amincie d'une.électrode fondante et une sole de section décroissante refroidie par une circulation d'eau et comportant une ouverture centrale, 35 cette sole étant entourée par un éléctro=aimant provoquant la rotation de l'arc électrique pendant le fonctionnement. Comme dans le cas des procédés mentionnés ci-dessus, cette solution a pour but de maintenir un trajet d'arc 70 18375 3 2045914 court entre l'extrémité inférieure amincie de l'électrode fondante et la sole (cette dernière pouvant être appelée une contre-électrode). Bien que cette combinaison permette une certaine réduction du surchauffage du bain de métal en fusion, elle présente différents inconvénients. Le champ magné-5 tique nécessaire pour faire tourner 1"arc électrique provoque un mauvais fonctionnement de l'équipement détectant la tension de l'arc ou le courant de l'arc et utilisé pour régler la longueur de l'arc entre l'électrode fondante et la sole ou contre-électrode. Le débit et la distribution de la chaleur fournie à l'électrode sont aussi perturbés par le champ magnétique. 10 Par suite, il est plus difficile, avec cette combinaison, d'obtenir un lingot affiné d'une structure saine, si toutefois cela est possible, sans un déchet intolérable. L'invention a pour objet un procédé pour la fusion d'une électrode fondante au moyen d'une décharge électrique d'espace autour d'une 15 partie d'extrémité de l'électrode fondante dans une chambre de fusion de façon que le métal fondu de cette partie d'extrémité de l'électrode forme un bain de métal en fusion à partir duquel le métal se solidifie pour former un lingot. Le procédé selon l'invention est caractérisé par l'établis-20 sement d'une décharge électrique d'espace diffuse entre la partie d'extrémité de l'électrode fondante et une contre-électrode distante du bain de métal en fusion, la distance entre la surface du bain en fusion et l'extrémité de l'électrode étant maintenue (a) supérieure à la distance maximale à laquelle le métal en fusion peut former un pont entre l'électrode fondante et le bain 25 de métal en fusion, et (b) au moins sensiblement égale à la distance minimale permettant la décharge électrique d'espace diffuse, tout au plus une partie faible du courant de la décharge passant à travers le bain de métal en fusion, de manière que la décharge électrique d'espace diffuse se produise principalement entre l'électrode fondante et la contre-électrode pendant la consom-30 mation d'au moins une partie importante de l'électrode, et que les champs magnétiques perpendiculaires à cette décharge dans la chambre de fusion soient inférieurs à la valeur minimale nécessaire pour interrompre la décharge électrique diffuse. La distance entre la surface du bain de métal en fusion et 35 l'électrode fondante est de préférence maintenue au moins sensiblement égale à une valeur telie qu'une augmentation de cette distance n'ait pratiquement pas d'effet sur la chute de tension dans la décharge électrique d'espace. La 70 16375 4 2045914 distance entre la surface du bain de métal en fusion et l'électrode fondante est de préférence maintenue au moins sensiblement égale au diamètre de la chambre de fusion dans la zone de la décharge. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus parti-5 culièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une coupe schématique illustrant le procédé en utilisant une décharge électrique d'espace diffuse entre l'électrode fondante et la paroi de la chambre de fusion formée par un creuset refroidi 10 par une circulation d'eau, suivant un mode de mise en oeuvre de l'invention, . - la figure 2 est une coupe schématique d'une partie d'un appareil selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, et - la figure 3 est une coupe schématique d'une partie d'un appareil montrant l'utilisation d'un fondant à la surface du bain de métal 15 en fusion» Les électrodes fondantes utilisées par le procédé selon l'invention sont produites de la même façon que pour les procédés précédents. Le procédé peut être utilisé avec un équipement classique de fusion par arc électrique dans le vide avec électrode fondante, tel que que celui repré-20 senté schématiquement sur la figure 1, mais ; il doit être compris que différentes modifications indiquées plus en détail ci-après peuvent être apportées à l'équipement classique pour le simplifier et/ou pour l'adapter au procédé selon l'invention. Les opérations de départ pour le présent procédé peuvent être 25 les mêmes que celles utilisées' pour la fusion classique. Une électrode 10 est montée sur un mécanisme d'avance (non représenté), le creuset 11 est fermé de façon étanche, le vide est établi par pompage et le courant est établi pendant que l'extrémité inférieure de-l'électrode est en contact avec le fond du creuset ou du métal de démarrage placé au fond du creuset 30 dans ce but. A ce moment, la circulation du réfrigérant est déjà établie entre les parois du creuset. Un arc est amorcé initialement à l'ouverture de l'intervalle, entre l'extrémité inférieure de l'électrode 10 et le métal situé immédiatement en dessous. Jusqu'à ce point, le processus classique de démarrage de la fusion par arc. dans le vide de l'électrode fondante 35 n'est pas modifié. Suivant la pratique antérieure, la distance entre l'électrode et le bain de métal en fusion (longueur d'arc des procédés classiques) est réglée pour empêcher que la décharge et le courant de décharge ne quittent 70 18375 5 2045914 le bain de métal en fusion pour passer directement au creuset d'une façon appréciable. Suivant le présent procédé, au moins une partie substantielle de la décharge est écartée du métal en fusion formé pendant le démarrage, et le retour de la décharge au métal en fusion est empêché pendant le reste 5 du fonctionnement. Quand le procédé selon l'invention est utilisé avec un creuset classique comportant un équipement de commande, ce résultat peut être obtenu en élevant l'électrode pour augmenter la distance entre celle-ci et le bain, ou bien l'électrode peut être maintenue stationnaire pour que la décharge provoque la fusion de l'extrémité de l'électrode et augmente sa 10 distance par rapport au bain. Si désiré, l'élévation de l'électrode et la fusion de son extrémité par la décharge peuvent être combinées pour établir la distance voulue entre l'électrode et le bain. Quand la distance entre 1'électrode et le bain augmente, la tension de fonctionnement augmente, et initialement la tension augmente 15 d'environ 0,4 volt par centimètre,d'augmentation de la longueur de l'arc. Quand la distance augmente au-delà de la distance d'environ 25 mm utilisée habituellement, le nombre de courts-circuits de courte durée résultant du métal en fusion formant des ponts à travers l'intervalle entre l'électrode et le bain devient nul et il semble que cela arrive quand la distance est 20 égale à environ 50 à 75 mm. Il est constaté aussi que,quand la longueur de l'arc augmente, la tension subit de moins en moins l'influence de la variation de la distance entre l'électrode et le bain, et qu'elle dépend de plus en plus des formes géométriques de l'électrode et du creuset et de l'intensité du courant de la décharge. Plus spécifiquement, quand la distance entre l'élec-25 trode et le bain du métal en fusion augmente, les autres paramètres, parmi lesquels l'intensité de courant, restant constants, la tension de décharge devient de plus en plus fonction du rapport entre le diamètre intérieur du creuset et le diamètre de l'électrode. Il peut être estimé que la tension approche asymptotiquement d'une valeur déterminée par ce rapport et qu'une 30 augmentation supplémentaire de la distance entre l'électrode et le bain n'a plus d'effet sur la tension de la décharge. La tension de décharge croissant du fait de l'augmentation de la distance entre l'électrode et le bain influe.de plus en plus sur le courant de décharge entre l'électrode et le creuset, mais non entre l'électrode et le 35 bain de métal en fusion. Quand la tension devient indépendante pour une augmentation supplémentaire de la distance entre l'électrode et le bain, il est évident que pratiquement tout le courant de décharge 12 passe directement 70 18375 6 2045914 entre l'électrode et le creuset et qu'il ne passe aucun courant à travers- le bain. Du point de vue pratique, cette condition existe habituëllement quand la distance entre l'électrode et le bain est au moins égale au diamètre du creuset, mais elle peut exister pour des distances un peu plus faibles, ainsi 5 que cela peut être facilement constaté en mesurant la distance entre l'élec-trode et le bain quand la tension de décharge n'est plus modifiée par une augmentation de cette distarfce. Cette mesure peut être effectuée ën mesurant la distance de laquelle l'électrode doit être avancée vers le bas pour arriver en contact avec le bain de métal en fusion et court^circuiter ou arrêter la 10 décharge. L'augmentation de la tension résultant seulement de l'augmentation de la distance entre l'électrode et le bain jusqu'au point où une nouvelle augmentation n'a plus d'effet sur la tension dépend des formes géométriques du creuset et de l'électrode. Dans le cas d'un creuset ayant un diamètre 15 intérieur de 200 millimètres et d'une électrode fondante d'un diamètre de 100 millimètres, la fusion classique par arc dans le vide a lieu pour une tension d'environ 24,5 à 25,5 V avec un courant de 2.500 A. Ce même courant augmente à environ 28,5 V quand la distance entre l'électrode et le bain a augmenté au point à partir/duquel une augmentation supplémentaire n'a plus 20 d'influence sur la tension de décharge. Pour une augmentation relativement faible du courant, l'augmentation ne dépasse pas plus de quelques volts. Quand le courant augmente à 5.000 A, la tension passe de 28,5 V à 37,5 V d'après les essais considérés. Dans le cas d'un creuset ayant un diamètrë intérieur de 355 mm 25 et d'une électrode fondante d'un diamètre de 230 mm, la fusion classique par arc dans le vide est effectuée sous 24 V avec un courant d'environ 5.000 A. Quand la distance entre l'électrode et le bain est augmentée jusau'à ce qu'une augmentation supplémentaire n'influe pas sur la tension, et avec un courant d'environ 9.000 A, la tension est d'environ 40 V, suivant cet exemple. 30 Les valeurs précises' du courant et de la tension suivant les exemples considérés sont mesurées près de la sortie du creuset à une pression d'environ 1 à 10 microns de mercure. Cependant, il doit être noté que la pression et la composition de l'atmosphère ne sont pas estimées critiques. L'opération peut avoir lieu à une pression comprise entre 1 et 500 microns de 35 mercure ainsi qu'à des pressions inférieures ou supérieures si cela est désirable. Pour les pressions supérieures, une atmosphère plus convenable que l'air est formée d'argon ou d'un autre gaz ou d'un mélange de gaz non réactifs 70 18375 7 2045914 avec le métal. L'augmentation de la pression à une valeur supérieure à environ 1 mm de mercure et jusqu'à environ 10 mm de mercure, provoquant une augmentation de la tension de décharge d'environ 10 à 20 V, peut donner une décharge plus chaude dans la zone dans laquelle des vapeurs métalliques pourraient 5 autrement se condenser sur la surface de la contre-électrode et ces pressions peuvent être utilisées pour empêcher la condensation ou pour faire fondre à nouveau le métal condensé et solidifié, si cela est désirable. Une pression ne dépassant pas environ 5 mm de mercure est préférable dans ce but, bien qu'une pression jusqu'à environ 8 à 10 mm de mercure puisse être utilisée. 10 Cependant, au-dessus d'environ 10 mm de mercure, il devient difficile de maintenir la décharge diffuse stable utilisée selon l'invention. Quand le précédent procédé est utilisé avec un équipement vertical classique et une électrode placée verticalement, un champ magnétique vertical dans l'espace de décharge a tendance à perturber la décharge sensi-15 blement invisible et stable, caractéristique du présent procédé, et à provoquer la formation d'un phénomène apparaissant comme des arcs concentrés émanant d'un certain nombre de points séparés distribués circulairement autour de l'extrémité de section amincie de l'électrode. Ces arcs cachent la vue du bain métal en fusion, et sont accompagnés d'un brouillard dans la zone de 20 décharge. Ces arcs sont habituellement accompagnés d'une chute de tension. En raison des courants très importants utilisés pour la fusion de l'électrode fondante, il doit être pris soin de positionner les conducteurs de courant pour éviter l'établissement de champs magnétiques perturbateurs dans l'espace dé décharge. Cependant, quand un tel champ existe, son effet peut être 25 supprifté !en produisant un champ égal et opposé pour l'annuler, par exemple au moyen d'un enroulement électromagnétique extérieur3 d'une façon connue. Bien que les raisons pour lesquelles un tel champ magnétique a tendance à perturber la décharge, caractéristique de l'invention, ne soient pas entièrement connues, la présence de ce champ peut être facilement détectée d'après 30 son effet sur la décharge, ainsi qu'il a été indiqué ci~dessus. Avec la longueur d'arc faible caractéristique d'un procédé classique de fusion par arc dans le vide, la présence d'un champ de dispersion magnétique est démontrée par la rotation du bain de métal en fusion résultant de la réaction entre le champ et le courant électrique de décharge dans le bain. Quand la 35 rotation du bain résulte seulement de la réaction entre le courant et le champ, l'élévation de l'électrode jusqu'à ce qu'il ne passe pratiquement plus de courant à travers le bain provoque l'arrêt de la rotation de celui-ci. La 70 18375 2045914 8 suppression pratique du courant qui, avec les procédés classiques, passe à travers le bain de métal en fusion rend ainsi celui-ci insensible à ces champs magnétiques. 5 moins principalement entre le côté de l'électrode fondante et la contre™ entre la surfafee de l'extrémité de l'électrode fondante et la surface très voisine du bain de métal en fusion, la décharge est libre et elle s'étale sur une superficie bien plus importante de l'électrode fondante. Quand le 10 fonctionnement se stabilise après le démarrage, l'extrémité de l'électrode est amincie de la façon représentée, et il en résulte que la partie de la surface de l'électrode sur laquelle a lieu la décharge devient encore plus importante, la décharge s'étendant jusqu'à une zone correspondante de la contre-électrode. La décharge selon l'invention n'est, par suite, pas une 15 décharge en arc concentré, mais une décharge électrique d'espace très diffuse. procédé classique à arc dans le vide, il peut être montré qu'avec une distance de décharge entre l'électrode et le bain d'environ 19 mm, près de 100% de 20 l'énergie de IL'arc électrique pénètre dans le bain de métal en fusion sous la forme de chaleur. Bien que la mesure précise de la partie de cette chaleur pénétrant dans le bain de métal en fusion sous la forme de chaleur latente des gouttelettes de métal n'ait pas été effectuée, des calculs basés sur les mesures montrent que seulement 40% environ de l'énergie de l'arc pénè-25 trent dans le bain en tant que chaleur latente des gouttelettes de métal. Autrement dit, le bain de métal en fusion reçoit avec un tel procédé environ 150% d'énergie thermique de plus que la quantité nécessaire pour la simple fusion de l'électrode à la vitesse utilisée..Avec le procédé selon l'inven-tion par lequel pratiquement tout le courant de décharge passe par la contre-30 électrode, telle que la paroi du creuset 11, et non par le bain de métal en fusion 13, pratiquement la seule énergie de la décharge électrique reçue par le bain de métal en fusion 13 est celle sous la forme de la chaleur latente des gouttelettes du métal et le reste de l'énergie de la décharge passe dans la paroi du creuset où elle n'est pas nuisible parce qu'elle est distr 35 sur une superficie importante. En utilisant pour la comparaison la distribution précitée de l'énergie de la décharge d'environ 40% vers le bain de métal en fusion sous la forme d.e chaleur latente et d'environ 60% vers la paroi du Comme la décharge selon l'invention a lieu entièrement ou au électrode qui peut être, et non comme jusqu'ici, à peu près entièrement Du point de vue de l'écoulement de l'énergie dans le cas du 18375 9 2045914 creuset pour que le bain de métal en fusion 13 suivant le présent procédé reçoive une quantité de chaleur égale à celle fournie suivant le procédé antérieur pour une vitesse de fusion donnée, la vitesse de fusion doit être augmentée d'environ deux fois et demie la vitesse utilisée suivant le procédé 5 antérieur. La structure méfallirgique du lingot formé à partir de 1 'âectrode fondante dépend de paramètres relatifs à la solidification, tels que la profondeur et la forme du bain de métal en fusion, le gradient thermique à travers l'interface entre le bain de métal en fusion et le métal à l'état 10 solide, la vitesse de solidification et d'autres facteurs. Par exemple, en ce qui concerne la profondeur du bain, si celle-ci devient trop importante, la structure métallurgique du lingot est effectuée de façon nuisible dans le cas de certaines compositions, ainsi qu'il est bien connu. Par suite,, la nécessité de ne pas dépasser une profondeur prescrite du bain détermine 15 effectivement la vitesse maximale de fusion possible, et les autres conditions restant égales, la vitesse admissible avec le procédé selon l'invention est au moins double de celle permise par les anciens procédés. D'autre parts un bain trop peu profond peut aussi affecter nuisiblement la structure métallurgique du lingot, ce qui peut arriver si la fusion selon le présent 20 procédé a lieu à la même vitesse que celle nécessaire par le procédé antérieur pour établir et maintenir la profondeur minimale du bain. Dans ces conditions, la fusion selon le présent procédé se traduit par la formation d'un bain relativement peu profond, ce qui, à son tour,se traduit par un temps impropre pour que la diffusion et d'autres processus de transport aient lieu effica-25 cernent pour l'affinage convenable du métal avant la solidification. Dans ce cas, la plus grande vitesse de fusion désirable économiquement permise par le présent procédé devient nécessaire pour la formation d'un produit de bonne qualité. Par suite, suivant un mode de mise en oeuvre de l'invention," 30 d'une part, la décharge est établie en maintenant 11 extrémité de l'électrode fondante espacée de la surface du bain de métal en fusion d'une distance au moins sensiblement égale au diamètre de la contre-électrode et, d'autre part, le courant de décharge est augmenté pour obtenir une vitesse de fusion suffisamment élevée pour le maintien du bain de métal en fusion quand la distance 35 entre l'extrémité de l'électrode et la surface du bain augmente, et la vitesse d'augmentation du courant est réglée pour éviter un choc thermique dans le métal ainsi que des effets nuisibles sur les caractéristiques de surface et la ségrégation de la structure métallurgique. 18375 10 2045914 Quand le traitement selon le présent procédé est conduit sous une pression inférieure â environ 1 mm de mercure dans un appareil classique de façon que la zone de décharge passe par des parties du creuset situées au-dessus du métal montant qui se solidifie pour former le lingot et que la 5 distance entre la surface montante du bain de métal en fusion et l'extrémité de l'électrode soit telle que le courant de décharge passe pratiquement d'une façon complète entre l'électrode 10 et le creuset 11. les vapeurs métalliques qui se condensent sur la paroi du creuset 11 le long de la zone de décharge forment une gaine relativement longue 14, de la façon représentée 10 sur la figure 1. Dans les conditions considérées, la longueur de la gaine 14 est approximativement égale à la distance entre la surface du bain de métal en fusion 13 et l'extrémité de l'électrode,, plus la distance sur laquelle la décharge s'étend le long de la partie amincie de l'extrémité de l'électrode. Pendant sa solidification3 le métal formant la gaine 14, dont la surface 15 est irrégulière, se contracte et s'écarte d'une faible distance de la paroi refroidie du creuset 11 en établissant un intervalle formant une barrière thermique. Pour les meilleurs résultats, la gaine 14 doit être refondue quand le bain de métal en fusion 13 s'élève à l'intérieur de la gaine afin de minimiser la porosité superficielle et d'autres états qui, autrement, 20 pourraient apparaître. Dans certains cas, cela peut être obtenu quand cela est nécessaire en augmentant la vitesse de fusion et, par suite, la profondeur et la température du bain 13. Cependant3 si la vitesse de fusion ne peut pas être augmentée dans la mesure nécessaire,, par exemple parce que pour 25 une composition particulière la structure métallique désirée du lingot ne pourrait pas être obtenue, la décharge électrique et la fusion de l'électrode fondante peuvent être confinées dans une partie ou chambre du creuset et la formation du lingot peut avoir lieu dans une autre partie de la façon décrite plus en détail relativement à la figure 2. De cette façon, la gaine formée le 30 long de la zone de décharge ne peut pas affecter la structure métallurgique du lingot. La fusion de l'électrode fondante par le procédé de fusion à l'arc électrique sous vide pratiquée jusqu'ici et par le présent procédé à décharge électrique diffuse convient pour des compositions très diverses, 35 par exemple des métaux purs et aussi des alliages allant de ceux contenant relativement peu d'éléments d'alliage à ceux contenant une proportion peu importante de ces éléments. Ces alliages sont par exemple les aciers à 18375 11 2045914 outils, les aciers à grande résistance au vieillissement et à la dégradation par vieillissement, les aciers résistant aux températures élevées et les alliages à base non ferreuse. Sans que cela limite le présent procédé, il est illustré ci-après dans le cas de la fusion d'une électrode fondante en 5 alliage du type A.I.S.I. n" 685 habituellement vendu sous le nom Waspaloy. Une électrode ayant cette composition, pesant environ 830 kg, ayant une forme polygonale à 16 côtés d'une dimension de 230 mm mesurée entre plats opposés et une longueur d'environ 2.310 mm, est montée suivant cet exemple d'une façon usuelle dans un creuset classique refroidi par circulation d'eau 10 et d'un diamètre de 355 mm, avec une alimentation de 15.000 A réglée pour maintenir le courant constant. Après la fermeture étanche du creuset et le pompage pendant environ 15 mn, la pression mesurée près de la sortie vers les pompes est d'environ 10 microns de mercure. Une décharge d'arc électrique de type 15 classique est amorcée en écartant l'électrode d'une distance d'environ 25 mm du métal de démarrage placé au fond du creuset. L'arc est amorcé avec un courant de 2.000 A à environ 21 V et l'arc est ensuite augmenté immédiatement à 5.000 A à 25 V. La fusion classique est maintenue dans ces conditions pendant environ 16 mn. Après environ 16 mn, l'extrémité de l'électrode 20 fondante est reculée d'environ 460 mm et le courant est augmenté à 9.000 A avec une tension de fonctionnement de 37 V. Pendant les 15 mn suivantes, il se produit une augmentation progressive de la tension de 37 V à 40 V. L'équilibre est atteint environ 30 mn après le démarrage. Pendant la suite de la fusion, l'électrode est avancée à une vitesse d'environ 50 à 57 mm 25 pour chaque intervalle de 10 mn. La fin de la fusion est indiquée par une élévation brusque de la tension quand la superficie de l'électrode disponible pour la décharge diminue rapidement. A la fin de la décharge, la distance constatée entre l'extrémité de l'électrode et l'extrémité supérieure du lingot est de 710 mm. 30 La formation d'un lingot pesant environ 805 kg demande 178 mn environ, ce qui donne une vitesse moyenne de formation d'environ 270 kg à l'heure. Cependant, en tenant compte que les 16 premières minutes correspondent au fonctionnement avec le courant plus faible de 5.000 A, la vitesse réelle de formation est supérieure pour la plus grande partie de cette 35 formation. En fait, il a été constaté que la dernière partie de 1.400 mm de l'électrode a fondu à une vitesse d'environ 330 kg/h. 18375 12 2045914 A l'examen, la surface du lingot ainsi que la microstructure d'un disque découpé dans une billette carrée de 230 mm de côté forgée à partir du lingot sont satisfaisantes. La distribution des carbures dans la billette est constatée similaire à celle existant dans les billettes 5 du même alliage refondu par des techniques classiques de fusion par arc sous vide de l'électrode fondante. L'importance de cette caractéristique apparaît plus particulièrement en considérant que la vitesse de fusion utilisée pour la fusion des électrodes fondantes en Waspaloy par les procédés classiques de fusion à l'arc sous vide est d'environ 148 kg/h. ]0 Le creuset 20,représenté sur la figure 2, qui peut être refroidi de la façon habituelle, contient une contre-électrode fixe 21 montée à l'intérieur du creuset. Cette électrode est en cuivre en raison de la meilleure conductivité-électrique, et elle est supportée par des conduits en cuivre 22 qui constituent aussi les barres d'alimentation en 15 courant électrique et des conduits pour un réfrigérant convenable, tel que de l'eau. Le reste de la structure supérieure du creuset peut être d'une construction connue, avec un mécanisme d'entraînement pour l'électrode fondante 10 et le dispositif d'alimentation en courant électrique qui est connecté à l'électrode fondante 10 et la contre-électrode 21* cette 20 dernière étant de préférence connectée à la borne positive. La contre- électrode 21 est de préférence isolée électriquement de la paroi du creuset pour minimiser toute tendance du courant de la décharge électrique à passer à travers le bain de métal en fusion. La gaine 14 est formée de la façon décrite par rapport à la figure 1 sur la surface exposée à la décharge de 25 la contre-électrode 21. La surface du bain de métal en fusion 13 est maintenue à une distance sensiblement fixe de l'extrémité inférieure de la contre-électrode •21 en tirant le lingot de métal solidifié 15 vers le bas de la façon indiquée par la flèche 23 à une vitesse sensiblement égale à celle à laquelle l'inter-30 face 16 entre le bain de métal en fusion 13 et le lingot de métal solidifié s'élèverait autrement, tout en maintenant sensiblement constante la profon=-deur du bain. Ge. mode d'opérer est bien connu, et n'a pas besoin d'être décrit parce qu'il ne fait pas partie de l'invention. Quand le procédé selon l'invention est utilisé avec l'appareil 35 de la figure 2; la décharge est démarrée entre l'électrode fondante 10 et la contre-ëlectrode 21 en côurt-circuitant d'abord l'intervalle avec une matière convenable d'amorçage, par exemple un fil métallique relativement 18375 13 2045914 fin ou de la laine métallique, de préférence ayant la même composition que l'électrode fondante 10. Quand le courant est établi, la matière d'amorçage est immédiatement vaporisée et la décharge est démarrée. Bien entendu, il n'est pas nécessaire de tirer l'électrode en arrière au démarrage. Si la 5 vitesse d'avance est trop faible, la tension augmente car la longueur d'électrode fondante 10 se trouvant devant la surface intérieure de la contre-électrode 21 diminue progressivement. Cette augmentation de la tension est utilisée pour régler l1avance de l'électrode 10 en provoquant sa descente de la façon indiquée par la flèche 24 de la distance nécessaire 10 pour que son extrémité soit maintenue environ au centre de la contre-électrode L'appareil d'avance est bien connu et n'a pas à être décrit. En dehors du mode de démarrage de la décharge et de l'entraînement de l'électrode fondante 10 et du lingot 15, le fonctionnement est le même que celui déjà décrit. Un avantage important de lrappareil de la 15 figure 2 est que, dans le bain dé métal en fusion 13, l'interface 16 et le métal solidifié 15 ne remontent pas dans le creuset vers la zone de la décharge électrique. Par suite, la formation d'une gaine à l'état solide du fait de la condensation du métal sur la surface de -la contre-électrode 21 n'a pas d'action sur le lingot et aucune disposition particulière n'est 20 nécessaire pour faire fondre la gaine. Le procédé selon l'invention convient aussi pour la fusion d'électrodes fondantes pour former des lingots ou des barres d'un diamètre inférieur à celui de l'électrode. Dans ce but, le creuset est divisé en deux chambres, une chambre supérieure pouvant être identique à celle représentée sur la figure 2 jusqu'à un point juste en 25 dessous de la contre-électrode 21, et une chambre inférieure d'un diamètre plus petit, mais par ailleurs semblable à la partie inférieure du creuset 20. Si désiré, l'électrode fondante peut être formée d'avance avec une extrémité amincie pour faciliter le dégouttement du métal fondu vers la chambre inférieure de diamètre plus faible pendant la période suivant 30 immédiatement le démarrage au cours duquel l'amincissement autrement aurait lieu du fait de la décharge diffuse. Une autre technique pouvant être utilisée pour limiter la formation de métal condensé à partir des vapeurs du •métal, ou de son effet, consiste à utiliser un fondant suivant un mode de mise en oeuvre de l'inven-35 tion qui présente d'autres avantages importants. Comme le 'montre la figure 3, l'appareil pour utiliser le procédé selon un mode de mise en oeuvre peut être le même que célui décrit par rapport à.la figure 1. -Quand :1a, fusion a démarré 70 18375 14 2045914 et que l'équilibre a été atteint,, le fondant est ajouté d'une façon suffi-samment lente pour ne pas arrêter la décharge. Après l'addition du fondant, la décharge- se stabilise à nouveau en une à deux minutes environ. Le fondant fondu surnage à la surface du bain de métal en fusion de. la façon indiquée 5 en 25. Bien qu'une gaine 26 se forme sur la surface du creuset, cette gaine est dans ce cas formée principalement par la condensation de la vapeur du flux plutôt que de celle du métal. De plus, le fondant forme un revêtement sur la surface du creuset et sur la surface du lingot 15 de la façon indiquée en 26a. Ce revêtement a un effet avantageux sur la surface du lingot formé 10 dans le creuset. Le fondant présent sur la surface du bain de métal en fusion a aussi pour effet de réduire l'agitation du bain de métal en fusion par amortissement des gouttelettes de métal tombant sur le bain. Bien que le procédé selon l'invention soit décrit ci-dessus en considérant l'utilisation de creuset de section circulaire, il doit être noté 15 que les formes des électrodes et des équipements utilisés peuvent, être modifiées de la façon désirée. Il est. possible d'utiliser des électrodes fondantes, des creusets et des contre-électrodes ayant des sections non circulaires. Le terme "diamètre" est utilisé, quand il n'est pas question d'un élément circu- laire pour désigner la dimension transversale la plus f.aible, telle que le 20 petit axe d'une ellipse ou la largeur d'un rectangle.. De plus, les termes et les expressions ut.ilisés dans la description ne sont pas limitatifs. Bien entendu, la description qui. précède-n'est pas limitative, et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que 25 l'on sorte de son cadre. 70 18375 15 2045914 REVENDICATIONS 1, Procédé pour la fusion d'une électrode fondante par une décharge électrique d'espace établie autour de la partie d'extrémité de l'électrode à l'intérieur d'une chambre de fusion pour que le métal fondu tombant de cette extrémité de l'électrode forme un bain de métal en fusion se solidifiant en 5 formant un lingot, caractérisé en ce que, pour produire une décharge électrique d'espace diffuse entre la partie de l'extrémité de 1'électrode fondante et une contre-électrode espacée du bain de métal en fusion, on maintient entre la surface du bain de métal en fusion et l'extrémité de l'électrode, une distance supérieure à la distance maximale pour laquelle le métal fondu peut 10 former un pont entre l'électrode fondante et le bain de métal en fusion, cette distance étant au moins sensiblement égale à la distance minimale • permettant la décharge électrique d'espace diffuse, tout au plus une partie faible du courant de la décharge passant à travers le bain de métal en fusion, de manière que la décharge électrique d'espace diffuse se produise principa-15 lement entre l'électrode fondante et la contre-électrode pendant la consommation d'au moins une partie importante de l'électrode, et que les champs magnétiques perpendiculaires à cette décharge dans la chambre de fusion soient inférieurs à la valeur minimale nécessaire pour interrompre la décharge électrique diffuse. 20 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le maintien entre la surface du bain de métal en fusion et l'électrode fondante d'une distance au moins sensiblement égale au diamètre de la chambre de fusion dans la zone de la décharge. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé 25 par le maintien entre la surface du bain de métal en fusion et l'électrode fondante d'une distance au moins sensiblement égale à une valeur telle qu'une augmentation de cette distance n'ait pratiquement pas d'effet sur la chute de tension à travers la décharge électrique d'espace. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en 30 ce que la contre-électrode est une partie de la paroi de la chambre de fusion distante du bain de métal en fusion. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la pression dans la chambre de fusion est maintenue à une valeur inférieure à environ 10 millimètres de mercure. 18375 16 2045914 6 - Procédé selon la revendication 5S caractérisé en ce que la pression dans la chambre de fusion est maintenue à une valeur inférieure à environ 500 microns de mercure. 7 - Procédé selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé 5 par l'établissement dans la chambre de fusion d'une atmosphère ne réagissant pas avec le métal en fusion. 8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'atmosphère est de l'argon. -9 ■» Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé 10 par le maintien d'une pression comprise entre environ 1 millimètre et 5 millimètres de mercure. 10 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par la fusion d'un fondant sur la surface du bain de métal en fusion, l'électrode fondante étant espacée de la surface de ce fondant. 15 11 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le démarrage de la décharge électrique d'espace en reculant l'extrémité de l'électrode fondante à partir du fond de la chambre.de fusion et en augmentant le courant de la décharge électrique d'espace quand la distance entre l'électrode fondante et le bain de métal en fusion est aug- 20 mentée. 12 - Procédé selon, la revendication 11, caractérisé par le maintien de l'électrode fondante sensiblement stationnaire après le démarrage de la décharge quand la distance entre l'électrode fondante et le bain de métal en fusion augmente du fait de la fusion de l'électrode 25 fondante. . 13 - Procédé selon la revendication 11, caractérisé par l'éloi-gnement de l'électrode fondante après le démarrage de la décharge au moins jusqu'à ce que la distance entre l'électrode fondante et le bain de métal en fusion soit au moins sensiblement-égale au diamètre de la chambre de 30 fusion.