Brevet FR2086293A1 — publié le 19711231

La présente invention concerne un procédé et un appareil destiné au dégazage et à la purification de masses de métal fondu traversant un récipient. On connatt un procédé de purixication de ce dégazage par filtration, de masses fondues d'aluminium, dans lequel la masse filtrante utilisée est constituée par des granules d'alumine. On utilise pour cela un récipient en forme de U avec une entrée et une sortie pour la masse fondue et dans lequel se trouvent les granules d' mine. Une cloison séparatrice placée dans le récipient, qui pénètre en partie dans la masse irrégulière de granules, a pour effet de modifier la direction de la masse fondue qui s'écoule à travers la masse de granules jusqu'à la sortie du récipient (brevet EUB No 2 863 558). L'expérience a montré que cette opération de filtrage provoque la formation de canaux dans la masse de granules, ce qui entrain une filtration insuffisante de la masse fondue. On connatt par ailleurs un procédé de filtration et de dégazage de masses fondues de métaux ou d'alliages légers. On place dans un creuset des corps réfractaires en céramique résistant à la chaleur, les couches filtrantes supérieure et inférieure étant constituées par de gros corps filtrants et la couche intermédiaire par de petits corps filtrants, de préférence d'alumine0 Pour chas ser de la masse fondue l'hydrogène qu'elle contient et, en mYme temps, la purifier, on introduit de l'argon dans la zone de la couche inférieure de filtration du métal fondu.La couche de corps filtrants de petites dimensions joue, dans ces conditions, uniquement le roule d'une zone de ralentissement pour le gaz et pour la masse fondue (brevet BUA No 3 039 864). Mais on sait que, pour de nombreux métaux, la présence d'oxygé- ne a une influence très défavorable sur leurs propriétés physiques et mécaniques. Par exemple, l'oxygène dissous dans 1' aluminium, ou même présent sous forme d'une phase Al203, provoque, lors du lami- nage et du formage, de nombreuses criques sur les bords. on a observé également des phénomènes analogues avec le cuivre et les al- liages de cuivre. 'élimination de l'oxygène présent est particulièrement difficile lors d'une nouvelle fusion de charges à teneur élevée en mitraille, comme cela est maintenant souvent le cas en pratique. On entend, en pratique, par purification d'une masse fondue l'élimination par lavage des impuretés nuisibles telles que, par exemple les oxydes, les nitrures, les sulfures etc > tandis que l'élimination de l'hydrogène et de l'oxygène contenus dans la masse fondue est dénommée dégazage. L'invention a pour objet un procédé qui assure la purification d'une masse métallique fondue et qui provoque une élimination très poussée de l'oxygène et de l'hydrogène présents dans la masse fon due, avec des moyens simples et une dépense minimale. Â cet ef-fet, l'invention prévoit de faire passer un courant de gaz inerte à contre-courant de la masse fondue tandis que celle ci traverse une masse destinée à lier chimiquement l'oxygène qu'elle continent. Le coke de pétrole en grains, qui constitue un produit secondaire peu coûteux des opérations de pétrochimie, sous forme de coke d'éthylène ou d'acétylène, a fait ses preuves, chose surprenante, comme masse fixant l'oxygbne. Ce coke est extr8mement pur du point de vue chimique et possède une surfacechimiquement active lorsqu'il est sous forme de petites particules.Ce coke est insoluble dans une masse fondue d'aluminium jusqu'à des températu res de l'ordre de 1 100oC, De meme, le cuivre n'a aucune affinité pour le carbone. Une masse de cuivre fondu dissout au-dessus de 1 15000 la proportion pratiquement négligeable de 0,5 partie par million de carbone. Pour le dégazage des masses de métal fondu, en particulier pour la fixation de l'oxygène présent, il s'est avéré particulièrement avantageux d'utiliser un coke de pétrole qui a'une granulation de 2 à 8 mm, de préférence de 2 à 6 mm. Mme avec cette grosseur des grains, la masse fondue qui descend est subdivisée en gouttes si petites qu'elles sont complètement traversées et dégazées par un gaz inerte.On a observé qu'il est particulièrement avan tageux de faire passer le courant de gaz inerte d'une manière pul satire. On favorise ainsi la formation de bulles très fines et, de plus, on maintient à un faible niveau la consommation d'argon. On a également la possibilité de mélanger au gaz inerte, par exem ple de l'argon, des gaz réducteurs ou oxydants. Par exemple, on peut désoxyder le cuivre ou les alliages de cuivre avec un mélange d'argon et d'hydrogène ou de l'hydrogène pur. De plus, on peut in troduire en même temps que l'argon, d'autres gaz tels que, par exemple, l'azote, le chlore, l'oxyde de carbone e-t;c en quantités variables et mettre en oeuvre intentionnellement des réactions correspondantes. il est par ailleurs avantageux d'introduire dans la masse fondue, par ltintermédiaire d'un gaz inerte, des métaux carbonyle pour préparer des alliages. Ceci s'applique également à d'autres composés le plus souvent liquides et facilement décomposables (comme par exemple les acétylacétonates). Un appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est caractérisé par le fait qu'un récipient, garni d'une masse de coke de pétrole est ouvert vers le haut et comporte une entrée pour la masse de métal fondu à traiter et qu'il est disposé à l'intérieur d'un autre récipient rendu étanche en direction de ltexté- rieur et chauffé et que le récipient intérieur comporte au voisinage de son fond au moins une ouverture d'écoulement de la masse fondue tandis qu'est fixé au fond une ou plusieurs briques perméables aux gaz et réfractaires, et comportant un raccord pour l'introduction du gaz inerte.Les briques perméables aux gaz et réfractaires spécialement mises au point pour ce procédé (briques de purification) en bauxite (cuites et non cuites) ainsi que celles à base de silicate de zirconiumXrésistent bien aux masses fondues de métaux non ferreux. il suffit en général, suivant le volume du récipient et le débit de la masse de métal fondu descendante, de 1 à 3 briques réfractaires, perméables aux gaz. On a également la possibilité de procéder à la purification par l'argon de la masse de métal fondu dans l'espace compris entre le récipient intérieur et le récipient extérieur.C'est ainsi, par exemple, qutil est avantageux, lorsqu'on utilise des briques de purification peu conteuses en bauxite et pour introduire de grades quantités d'argon dans la masse fondue, de recouvrir la totalité du fond de la cuve par des briques de cette nature. Ceci présente l'avantage que, lors des travaux de réparation, on peut remplacer la totalité du fond en une seule opération. Une autre caractéristique avantageuse de l'invention réside dans le fait que le récipient extérieur, rendu étanche en direction de lsextérieur et chauffé, est réalisé sous forme d'une poche de coulée avec couvercle de fermeture, aussi bien ladite poche de coulée que le couvercle de fermeture comportant un dispositif de chauffage réglable. Comme dispositif de chauffage, on peut prévoir une résistance électrique ou une bobine d'induction. Comme matériau d'étanchéité on peut utiliser, par exemple, des plaques d'amiante ou des cordons d'amiante disposés entre la poche de coulée et le couvercle, le plus souvent sous forme de plusieurs couches superposées. Pour protéger la masse fondue contre l'action de l'air extérieur, on intercale avantageusement entre la face supérieure du récipient intérieur et le couvercle de fermeture, un tube de distribution comportant plusieurs trous pour l'introduction du gaz inerte. Un organe d'évacuation incorporé à la poche de coulée est utilisé par exemple pour amener la masse fondue jusqu'à une installation de coulée continue. Par ailleurs, il est avantageux de réaliser la poche de coulée de manière qu' elle soit déplaçable. R ECE 1.- 1.- On utilise pour le dégazage de masse fondue d'aluminium récipient qui contient environ 600 kg de métal. La masse fondue traitée a la composition chimique ci-après : éléments Cu Pe Xg Si Ni Ni AI Poids en ffi 2,5 2,0 2,5 0,2 1,2 0,05 reste La masse fondue était à une température de 72O0C dans le four et s'écoulait à travers le récipient intérieur au rythme de l'arrivée de la masse fondue dans le dispositif d'amenée, ou bien en fonction des conditions de solidification dans la coquille pour coulée en continu.Pour obtenir une coulée de structure uniforme, on maintient la température de la masse fondue dans le dispositif d'amenée à une valeur constante de 700 C par un dispositif de régulation, les résultats des mesures étant enregistrés en permanence. On filtre en moyenne 25 kg de masse fondue par minute. On obtient les résultats ci-après lorsqu'on insuffle en même-temps, à contrecourant, 6 à 10 1 dugon à la minute. Densité de Teneur en Teneur en l'alliage hydrogène oxygène (en ppm) (en ppm) Savant le traitement 2,32 1,6 60 Après filtrage et 2,78 0,1 31 purification Chose surprenante, la teneur en sodium de la masse fondue était également abaissée de 50 0. EXEMPLE 2.- Pour des débits assez élevés de métal en fusion, il est recommandé de placer plusieurs récipients intérieurs dans la poche de coulée. Dans ces conditions, en moyenne 100 kg de métal en fusion peuvent passer, par minute, à travers les récipients contenus dans la poche de coulée. Le débit de l'argon insufflé augmente en proportion : il est compris entre 25 et 40 l/mn. Au cours de nombreux essais effectués sur des masses fondues d'alliage allqminium-cuivre-silicium-manganèse (matière No 5. 1255 DIIXT) les résultats indiqués ci-dessus sous forme de tableau ont été confirmés. Les récipients intérieurs contiennent en moyenne 50 kg de coke de pétrole. Avec une charge de ee produit, on peut dégazer et traiter 20 masses d'aluminium fondu On se débarrasse du coke de pétrole usagé en soulevant le récipient et en le faisant simplement basculer. Des recherches analytiques portant sur les gaz contenus dans les échantillons de coke de pétrole avant l'emploi et après la vidange du récipient ont donné les résultats ei-après :: Echantillon Oxygène dans le coke de pétrole (en cm par 100g) état de neuf 306 dans la partie inférieure du filtre dans la partie supérieure du filtre 980 On se rend compte, d'après cela, de l'absorption énergique de l'oxygène par le coke de pétrole. La fig. unique représente, en coupe, un exemple de réalisation d'appareil selon l'invention. Un récipient 3 ouvert vers le haut est situé à l'intérieur d'une poche de coulée 1à couvercle de fermeture 2. Ce récipient intérieur 3 contient du coke de pétrole en grains 4 et comporte à sa partie inférieure 5 des ouvertures de vidange 6 pour la masse de métal fondu 7, par exemple une masse fondue d'aluminium. Le fond 5 est recouvert d'une masse de briques (briques de purification) étanches aux gaz et réfractaires 8, à il extrémité inférieure 9 desquelles se trouve un raccord 10 pour un gaz inerte, par exemple de l'argon. Pour réduire autant que possible au minimum l'abaissement de la température pendant la coulée de la masse fondue, il est prévu sur le couvercle 2 de fermeture et la cuve de coulée 1, des raccords 11 pour chauffage électrique qui sont reliés à un appareil de chauffage réglable (non représenté sur le dessin).Entre la face supérieure 12 du récipient intérieur 3 et le couvercle de fermeture 2 est disposé un tubo de distribution 13 orienté de l'extérieur vers l'intérieur avec des orifices 14 por l'introduc- tion du gaz inerte. Une conduite 15 pénétrant dans la poche de coulée 1, et prolongée jusqu'au récipient intérieur x, sert de dispositif d'introduction de la masse métallique 7 tondue. L'écoule- ment de la masse fondue 7 est assurée par une r Jo1~e de distribution 16 à une installation de coulée continue raccordée à la poche de coulée Io Pour pouvoir déplacer la poche de coulée 1, elle est montée sur un châssis 17 à roues 18* L'ensemble fonctionne conne suit la masse de métal fondue s'écoule d'un four 19 en passant par l'alimentation 15 de la poche de coulée 1 dans le récipient intérieur 3 garni de coke de pétrole 4. En même temps, la masse fondue placée dans le récipient intérieur 3 est traversée à contre-courant par un gaz inerte qui pénètre par le raccord 10 en passant par la brique de purification 9 dans le réservoir 3. Le dégazage et la purification de la masse fondue 7 se produisent dans ces conditions dans le récipient 3. On insuffle pendant cette opération, afin de diminuer l'influence de l'air, un gaz inerte par les trous 14 du tube de distribution 13 à la surface de la masse fondue 7. Ensuite, la masse fondue 7 sort du récipient intérieur 3 par les orifices de vidange 6 et parvient ainsi, en partant de l'espace intérieur de la poche de coulée, dans la rigole de distribution 16 d'une installation de coulée continue. - R B V B N D I C AX I O g S 1.- Procédé de dégazage et de purification de masses métalliques fondues traversant un récipient, caractérisé par le fait que la masse fondue est traversée à contre-courant par un gaz inerte et traverse elle-même une masse fixant chimiquement l'oxygène qu'elle contient. 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel la masse utilisée comme moyen de fixation chimique est constituée par du coke de pétrole en grains. 3.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel la circulation du gaz inerte est pulsatoire. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 et 3, dans lequel on mélange au gaz inerte des gaz réducteurs ou oxydants. 5.- Procédé selon l'une des revendications i, 3 et 4, dans lequel on ajoute au gaz inerte, pour transformer la masse fondue en alliage, des composés se décomposant facilement. 6.- Appareil destiné à la mise en oeuvre du procédé selon la revendication i, caractérisé par le fait qu'il comprend un récipient garni d'une masse de coke de pétrole, ouvert vers le haut, muni d'une entrée pour la masse de métal fondue à traiter et placé à l'intérieur d'un autre récipient rendu étanche vis-à-vis de l'extérieur et chauffé, le récipient intérieur comportant dans la région de son fond au moins une ouverture d'écoulement pour la masse fondue et le fond étant garni d'une ou plusieurs briques perméables pour les gaz et réfractaires et comportant un raccord pour l'arrivée du gaz inerte. 7.- Appareil selon la revendication 6, dans lequel le récipient extérieur étanche vis-à-vis de l'extérieur et chauffé est réalisé sous forme d'une poche de coulée avec couvercle de fermeture, aussi bien ladite poche de coulée que ledit couvercle de fermeture comportant un moyen de chauffage réglable. 8.- Appareil selon l'une des revendications 6 et 7, dans lequel un tube de distribution du gaz inerte comportant plusieurs trous est placé entre la face supérieure du récipient intérieur et le couvercle de fermeture. 9.- Appareil selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la poche de coulée est agencée de manière à pouvoir entre déplacée.