Brevet FR2135078A1 — publié le 19721215

La présente invention concerne l'électrométallurgie et peut être appliquée à la fabrication de lingots de métaux purs, d'aciers et d'alliages fins dans les fours électriques. Le procédé le plus appliqué actuellement à cette fin est le procédé de refusion à l'arc sous vide. Dans ce procédé de refusion on utilise en tant que source de chaleur un arc libre, et la protection du métal contre l'air est assurée par le vide. Toutefois le procédé indiqué présente une série d'inconvénients. Lors de la refusion d'alliages contenant des éléments d'addition à tension de vapeur élevée, par exemple du manganèse, ces éléments se volatilisent, ce qui altère la composition des alliages. En outre, il est impossible, dans ceproèédé, de traiter le métal liquide par un gaz et du laitier. On connaît aussi un procédé de refusion d'un demi-produit métallique par arc de plasma en atmosphère contrôlée, dans lequel le lingot est mis en forme dans une lingotière refroidie connectée à une source de courant électrique (voir la demande de brevet N P1758487.7 déposée en Dans ce procédé, la source d'énergie calorifique est constituée par des plasmatrons à arc à action directe, et la transmission de la chaleur au métal s'effectue principalement par le courant de gaz réchauffé. La zone de l'arc de plasma se trouve dans ce cas au-dessus de la lingotière, laquelle est équipée d'un mécanisme d'extraction du lingot. Un tel procédé permet de supprimer l'évaporation sélective des éléments d'addition par régulation de la pression de service dans la chambre de fusion. En outre, la possibilité d'employer différentes atmosphères permet de commander le déroulement des réactions métallurgiques. Toutefois, ce procédé présente lui aussi des inconvénients. Les plasmatrons mis en oeuvre dans ce procédé sont compliqués et croûteux; en outre, leur rendement thermique effectif est faible et ils nécessitent pour leur fonctionnement une très grande consommation de gaz. Etant donné que dans ce procédé, la zone le l'arc de plasma se trouve au-dessus de la lingotière, le procédé donne lieu à de grandes pertes de chaleur suite au rayonnement d'échauffement de la paroi du laboratoire du four et, d'autre part, il est nécessaire d'utiliser une lingotière coûteuse et compliquée, équipée d'un mécanisme d'extraction. Le but de la présente invention est de supprimer les inconvénients mentionnés. I1 s'agissait donc de créer un procédé de refusion d'un demi-produit métallique par arc de plasma en atmosphère contrôlée, qui permettait de simplifier la conception du four par arc de plasma, d'accroitre son rendement et d'abaisser la consommation de gaz plasmagène. La solution consiste en un procédé de refusion d'un demi-produit métallique par arc de plasma en atmosphère contrôlée, dans lequel le lingot est mis en forme dans une lingotière refroidie, connectée à une source de courant électrique, et dans lequel, suivant l'invention, on réalise un demi-produit creux, on le place à l'intérieur de la lingotière, on crée entre la tranche du demi-produit parcouru par le courant électrique et le bain de métal un arc de plasma à basse température en amenant le gaz plasmagène à travers le demi-produit creux, et on déplace la zone de l'arc de plasma de bas en haut au fur et à mesure de la fusion du demi-produit. I1 est avantageux, pour stabiliser additionnellement l'arc de plasma, d'introduire un flux dans la zone dudit arc. Grâce à la présente invention, on obtient un procédé de refusion d'un demi-produit métallique par arc de plasma en atmosphère contrôlée, permettant de simplifier la conception du four à arc de plasma, d'abaisser notablement son prix, d'accroître son rendement et d'abaisser la consommation de gaz plasmagène. L'invention est expliquée ci-après par un exemple de réalisation non limitatif et un dessin qui représente schématiquement, en coupe longitudinale, un four pour la réalisation du procédé de refusion par arc de plasma, conformément à l'invention. Le demi-produit à refondre 1 ayant une cavité intérieure longitudinale 2 est placé dans le laboratoire 3 d'un four, à l'intérieur d'une lingotière en cuivre 4 refroidie à fond plein, coaxialement à ladite lingotière. Un courant continu ou alterna tif est amené au demi-produit 1 et à la lingotière 4. te laboratoire 3 du four est mis au préalable sous vide, puis rempli de gaz plasmagène. On crée le plasma à l'intérieur de la lingotière 4, entre la tranche inférieure du demi-produit 1 et le bain de métal 5. A travers la cavité 2 du demi-produit î on admet un gaz plasmagène passif ou actif vis-à-vis du métal refondu, par exemple l'argon, l'hélium, l'azote ou l'hydrogène. L'arc de plasma 6 à basse température reste stable entre la tranche inférieure du demi-produit 1 et le bain de métal 5. La fusion du demi-produit i et 11 entretien du bain de métal 5 s'effectuent grace à la chaleur dégagée dans les zones de l'arc voisines des électrodes, et celle rayonnée par la colonne de l'arc et le courant de gaz chaud. La zone de l'arc de plasma 6 est déplacée de bas en haut au fur et à mesure de la fusion du demi-produit 1. La vitesse de déplacement de la zone de l'arc de plasma est réglée par changement de la vitesse d'avance du demi-produit 1. Le contrôle de l'atmosphère du four s'effectue aussi bien par changement de la composition du gaz plasmagène que par changement de la pression dans le laboratoire 3 du four. Pour faciliter l'ionisation du gaz dans l'espace entre la tranche inférieure du demi-produit 1 et le bain de métal 5 et éliminer ainsi la possibilité d'errement de l'arc de plasma, c'est-à-dire pour'stabiliser le plasma, on amène à la surface du bain de métal 5 un flux (laitier) 7, qui contient des substances facilement ionisables. Le laitier 7 sert aussi à raffiner le métal. Le lingot 8 est mis en forme dans la lingotière 4 à fond plein. Par le procédé proposé on a refondu des demi-produits dans une lingotière en cuivre refroidie par eau. La refusion a été exécutée en courant continu et en courant alternatif, dans une atmosphère d'argon, d'azote et de mélanges argon-azote ou argon- hydrogène, avec amenée de flux. Les refusions ainsi exécutées ont démontré la haute stabilité de l'arc de plasma. La consommation de gaz plasmagène a été réduite de 20 à 25% et la consommation d'énergie électrique de 10 à 15 comparativement aux procédés connus de refusion au plasma-arc. Comparativement à la refusion à l'arc sous vide, la consommation d'énergie électrique est réduite de 20 à 25%. Les lingots obtenusaveientune surface lisse, sans retassure. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de 1 t invention. REVEND I OATI 0N8 1. Un procédé de refusion d'un demi-produit métallique par arc de plasma en atmosphère contrôlée, dans lequel le lingot à obtenir est mis en forme dans une lingotière refroidie, connectée à une source de courant électrique, caractérisé en ce qu'on utilise un demi-produit creux, on le place à l'intérieur de la lingotière ,on crée entre la tranche du demiproduit parcouru par le courant électrique et le bain de métal un arc de plasma à basse température en amenant un gaz plasmagène à travers le demi-produit creux, et on déplace la zone de l'arc de plasma de bas en haut au fur et à mesure de la fusion du demi-produit. 2. Un procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour stabiliser additionnellement l'arc de plasma, on amène en outre un flux dans la zone dudit arc. 7. tes produits, lingots ou ébauches, caractérisés, en ce qu'ils sont obtenus par le procédé suivant l'une des revendications 1 et 2.