Brevet FR2121668A1 — publié le 19720825

V-'.i- " lia présente invention concerne un procédé pour le . , , rëfroidis sement rapide des scories formées sur la surface d,un métal en fusion, et en particulier sur la surface de l'aluminium en fusion. Le terme "aluminium® est utilisé pour englober l'alu-5 minium ainsi que les alliages à "base d'aluminium. Quand une masse d's&uminium est maintenue en fusion dans un four, par exemple pour la coulée, il.se forme à la surface des scories ou des crasses qui sont périodiquément ërtlevées par écumage ou par des opérations analogues. Les scories ainsi 10 enlevées sont typiquement des matières à l'était pâteux ou granulé à la température ou au-dessus de la température du four, et ces scories contiennent une quantité importante d'aluminium à l'état de métal libre et à l'état d'oxyde d'aluminium, ainsi que d'autres composés non métalliques. 15 Pour des raisons d'économie, il est intéressant de récupérer sous une forme utilisable la plus grande quantité possible de métal libre entraîné à partir du four dans les scories. Différents procédés ont été proposés pour oette récupération. - 20 II a été constaté que les scories enlevées de la sur face de l'aluminium en fusion contiennent couramment jusqu'à 60 à 80 en poids de métal libre. Cependant, la teneur en métal libre de scories fraîchement écrémées peut diminuer considérablement par oxydation si les scories ne sont pas refroidies 25 rapidement et efficacement. Le métal libre contenu dans des scories plus ou moins poreuâes est ainsi hautement sensible à l'oa^dation, en particulier aux températures élevées» Aux températures du four (habituellement entre environ 700°0 et 800°C) les scories 30 s'allument fréquemment et brûlentj c'est particulièrement le cas quand la température du four est élevée et qu'il existe du magnésium ou des fluorures dans l'alliage d'aluminium en fusion dans le four, ou quand du chlore. jaillit* dans le four. Quand les scories se sont allumée^ leur température s'élève à des 35 valeurs pouvant atteindre 1000*0 à 2000°C, et ces scories continuent à brûler après leur sortie du four. Les scories non allumées dans le four peuvent cependant s'allumer après leur sortie du four. Oette combustion réduit rapidement par 72-00464 2 2121668 oxydation la teneur en-métal libre récupérable des scories avec •une vitesse de perte d'aluminium jpuvsait atteindre 1 par minute et finalement la réduction de la teneur en métal libre ne dépassant pas-10 à 20 # en poids. • • _>i ■ 5 E*une façon générale, la conservation de la teneur en métal ..libre des scories fraîchement é'cuaées 'nécessite un refroidissement très rapide des scories après l'écumage, au moins jusqu'à une température inférieure au-point de fusion de 1*aluminium, et de préférence jusqu'à line température inférieure à 10 environ 500° C. Ce refroidiss an ent rapide empêche l'allumage et réduit substantiellement l'oxydation du métal libre dans les scories. Différents procédés ont été proposés pour le refroidissement rapide des scories alumineuses. Par exemple, après 15 l'écumag% les scories peuvent être refroidies à l'air par étalaient au moyen de râteaux sur une surface étendue, telle qu'un sol. Avec ce procédé, la difficulté est qu'habituellement la surface étendue du sol pour le refroidissement par l'ait doit se trouver à une certaine distance du four dont les scories 20 sont extraites, et que par suite il subsiste un risque important d'allumage pendant le délai nécessaire pour le transport. De plus, si les scories s'allument,' elles doivent être étalées «a rateau en couches très minces pour arrêter la combustion. ÏÏn autre inconvénient de ce procédé e.it que le personnel assurant 25 la manutention-des scoriès est exposé à des conditions pénibles du point de vue de la chaleur et des poussières. ïïn autre procédé de refroidissement rapide proposé comporte l'arrosage des scories avec de l'eau pour leur refroidissement. Cette opération doit aussi avoir lieu dans une zone 30 spécialement prévue datas ce but, et habituellement à une certaine distance, du four dont les scories sont extraites. Ce procédé de refroidissement par arrosage provoque également des conditions indésirables du point de vue dés poussières et des fuméeB ainsi qu'un danger possible pour le personnel, par exemple 35 parce que. des explosions peuvent résulter de la réaction entre l'eau et les. scories chaudes. Un autre procédé connu consiste à placer les scories 72 00464 3 2121668 sur une table à secousses eh acier refroidie par de l'eau sur laquelle les scories sont envoyées après avoir été brisées mécaniquement. les dimensions et le prix de l'équipement nécessaire empêchent l'utilisation de ces appareils de refroidisse-5 ment à côté de chaque four dont les scories doivent être extraites. Par suite, un certain délai est encore habituellement nécessaire pour le transport des scories extraites jusqu'à l'équipement de refroidissement, et une perte appréciable de métal libre peut avoir lieu par oxydation pendant ce délai. \ 10 En résumé, les procédés connus pour le "refroidissement rapide des scories ont habituellement des inconvénients, sont côuteux et souvent dangereux, et fréquemment le refroidissement n'est que partiellement efficace pour la conservation de la teneur en métal libre des scories. En fait, des scories pouvant 15 contenir 60 fa ou plus de métal libre peuvent ne plus contenir après le refroidissement par les procédés connus que 30 à 40 $> de métal libre. La présente invention a pour objet un procédé poux le refroidissement rapide des scories formées sur la surface d'un 20 métal en fusion consistant à placer des couches successives de scories dans un récipient et à couvrir chaque couche de scories d'une couche d'un sel dès que la couche de scories a été formée dans le récipient et avant l'application de la couche suivante de scories dans le récipient afin que les couches successives 25 dè scories soient séparées par des couches de sel. Le terme sel utilisé dans le présent texte englobe aussi bien un. sel unique qu'un mélange de deux ou plus de deux sels. Quand le procédé est utilisé particulièrement pour le traitement de scories écumées de la surface d'aluminium en fusion 30 il est préférable d'utiliser un sel (à l'état granulé ou sous une autre forme à l'état solide et plus ou moins finement divisé.) stable à des températures allant jusqu'à au moins 800°0 environ et ayant un point de fusion inférieur à environ 700°C, pour assurêr une absorption rapide de la chaleur à partir des scories 35 chaudes. Le point de fusion du sel est ainsi de préférence inférieur à la température des scories à leur sortie du four. Il est avantageux d'utiliser comme sel servant au refroidissement 72 00464 4 2121668 rapide, un ou plusieurs constituants de n'importe quel sel servant comne fondant pour une opération de fusion consécutive à la récupération du métal des scories. Ce fondant peut être par exemple un mélange de chlorure de sodium et de chlorure de potasr-'. 5 sium, éventuellement avec une petite proportion d'un florure (par exemple Haï1 ou CaPg)* Dans ces conditions, quand les scories refroidies sont passées du récipient de refroidissement à tin four de fusion, le sel contenu dans les scories constitue au moins une partie du fondant pour l'opération de récupération 10 du métal. Cette technique de refroidissement des scories en les disposant en eouehes séparées par des couches de sel assure un refroidissement très efficace des scories du fait que la chaleur des scories est absorbée non seulement par élévation de la 15 température du sel, mais aussi par la chaleur latente de fusion du sel pendant sa fusion. Pratiquement toute combustion ou toute oxydation du métal contenu dans les scories après l'écu-mage peut-être évitée, de sorte que la teneur en métal libre des scories après le refroidissement reste comprise dans une 20 plage d'environ 60 $ à environ 80 en poids. Il est important que les couches de scories ne soient pas exagérément épaisses, car l'action de refroidissement dépend du transfert de la chaleur des scories au sel. Une couche très épaisse de scories peut s'allumer, entraînant une perte de métal 25 libre par oxydation, m&ae si cette couche est couverte par une y couche de sel. Par suite, l'épaisseur de chaque couche de scories est de préférence au plus de 15 centimètres environ, et elle est couverte d'une couche de sêl d'une épaisseur de 2,5 à 5 centimètres. Pour cette opération de refroidissement, il faut 30 environ 0,5 kg de sel pour 2 à 3 kg de scories à refroidir, c'est-à-dire qu'une quantité de sel d'environ 20 $> (où même un peu moins) du poids des scories suffit pour un refroidissement efficace, et en général une quantité de sel comprise entre 20 et 25 en poids des scories est une quantité suffisamment 35 large. les caractéristiques de 1.*invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante donnée à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé sur lequel : 72 00464 s tdî^2l668 la figure unique représente sciiéïnatiquement en coupe ime poche en acier contenant alternativement des couches de scories et de sel pour le refroidissement des scories selon un mode de mise en oeuvre de l'invention. , ~ 5 II est à constaté que les scories enlevées de la surface de l'aluminium en fusion contiennent en général environ 60 à 85 $> de métairlibre parmi lesquels des nitrures, des carbures et des fluorures, en quantité allant jusqu'à environ 2 de chaque, les scories enlevées, qui sont à la température de 10 fonctionnement du four où au-dessus de cette température (habituel lement environ 700°C à 800°G) sont habituellement à l'état pâteux ou granulaire, cette'matière pouvant cependant durcir en masses plus importantes, plus ou moins rigides, du fait du refroidissement. Comme il a été expliqué, l'aluminium libre des 15 scories s'oxyde aux températures d'écumage du fait de l'exposition à l'air pénétrant dans les vides des scories; de plus, et en particulier dans le cas des scories à des températures appro»-" chant 800°C, les scories peuvent s'allumer et brûler si toutefois elles ne sont pas déjà en train de brûler au moment de 20 l'écumage. Cette cOmbusion augmente très rapidement la température de* scories jusqu'à une température pouvant atteindre 2000°C avec consommation du métal libre et par suite diminution de la teneur en métal libre récupérable des scories. la figure unique représente une poche en acier 10 pou-25 vant contenir plusieurs centaines de kilogrammes de scories. Une couche de sel. 11a en particules à lrétat sec, est placée sur le fond de la poche 10 pour former une couche de 2,5 à. 5 centimètres de sel. Une certaine quantité de scories est ensuite tirée au râteau ou est écumée de la surface du métal en fusion 30 pour être déposée dans la poche 10 qui peut être placée au voisinage immédiat du four duquel a. lieu l'extraction. Une . quantité suffisante de scoriès est placée dans la -poche pour former me couche 12a d'une épaisseur de plusieurs centimètres sur la couche de sel 11a. la couche 12a et les couches suglé-35 mentaires de scories ajoutées ensuite dans la poche ne. doivent pas avoir une épaisseur supérieure à environ 15 centimètres et le plus souvent un peu moins. Dès que la couche 12a de scories„a été disposée dans 72 00464 6 2121668 la poche, c'est-à-dire au plus environ une* ou deux minutes après le dépôt de cette couche et de préférence même plus rapidement, la couche de scories 12a est couverte d'une seconde couche 11b de sel en particules à 1'état solide qui peut être 5 versé à la pelle sur la couche 12a. La couche de sel 11b peut aussi avoir une.épaisseur de 2,5 à 5 centimètres. Des couches successives de scories 12b et 12c et des couches de couverture de sel 11c et 11d sont ensuite formées successivement dana la poche jusqu'à ce que celle-ci soit suffisamment remplie, la 10 couche supérieure étant une couche de sel de la façon indiquée en 1.1 d. Chaque couche de scories se trouve ainsi entre deux couches plus minces de sel, et elle est séparée des autres couches de scories par le sel. le sel peut être, par exemple un chlorure ou un mélange 15 de chlorures avec ou sans un fluorure, ce mélange ayant de préférence un point de fusion inférieur à la température à M 0211 laquelle les scorie^ extraites sont envoyées dans la poche, et étant stable au moins jusqu'à environ 800°C. la chaleur des scories élfcvea la température du sel et provoque au moins une 20 fusion partielle du sel. De cette façon, les scories sont refroidies rapidement et très efficacement. Plus précisément, le présent procédé permet le refroidissement des scories de la température du four jusqu'à une température bien inférieure au point de fusion de l'aluminium, et en réalité inférieure 25 à 500°C en un temps ne dépassant pas environ 5 minutés ou même moins* (une durée ne dépassant pas 2 minutes pouvant fréquemment être obtenue) après l'écumage du four dans lequel les soo3rf.es ont été formées. Ce refroidissement rapide est suffisaient efficace pour empêcher pratiquement toute combustion ou oxy-30 dation du métal des scories après l'écumage de sorte que la teneur en métal libre des scories reste après le refroidissement comprise entre 60 et 80 $ en poids. Comme' là poche en acier et la source d'alimentation en sel peuvent être facilement placées au voisinage immédiat du four soumis à l'écumage, les 35 délais et leg pertes de métal résultant du transport des scories à un point de refroidissement sont pratiquement supprimés et les inconvénients du point du vue du travail sont réduit 72 00464 7 2121668 au minimum. En particulier quand les scories doivent être soumises à une opération de récupération du métal par le procédé de chauffage par induction de la façon décrite par le "brevet des 5 Etats Unis d'Amérique îf° 105.025, il convient d'utiliser Gomme sel la composition de fondant devant être utilisée pendant le chauffage par induction, ou bien un constituant ou plusieurs constituants de cette composition. Il peut être mentionné que les fondants actuellement préférés pour le traitement à \ 10 chauffage par induction eomprennant des mélangés de chlorures ou de fluorures des éléments des groupes I et IA, II et IIA et III de la classification périodique des éléments. Un exemple particulier de fondant satisfaisant contient 45 fi de chlorure de potassium 50 fi de chlorure de sodium et 5 fi de 15 fluorure de sodium, en poids. Dans ce fondant, le rapport du chlorure de sodium au chlorure de potassium est Tin rapport eutectique et le fluorure de sodium abaisse encore le point de fusion, le point de fusion de ce fondant est compris environ entre 650°C et 670°C. Ce mélange ou les chlorures le constituant 20 conviennent comme sel de refroidissement rapide par le procédé selon l'invention. le florure de calcium peut remplacer le fluorure de sodium dans le mélange de sels décrit ci-dessus. En fait, comme des fluorures existent habituellement dans les scories 25 il peut ne pas être nécessaire d'ajouter un fluorure dans le fondant pour le traitement de chauffage par induction. Un autre "fondant convenable est un sel naturel contenant typiquement 66 fi de chlorure de sodium, 29 fi de chlorure de potassium et 2 fi defLuorure. le point de fusion de ce sel est d'environ 30 670°0 à 680 ° 0. l'utilisation d'un fondant formé d'un mélange de sels comme moyen de refroidissement est avantageux du fait que le sel et les scories peuvent tous deux être introduits dans un four à induction. Dans ce cas, une autre raison de placer les 35 scories en couches relativement minces dans la poche 10 est qu'ainsi on facilite le transfert des scories au four à induction. Bien que les scories soient initialement molles et pâteuses ou à l'état granulaire, les scories se solidifient en une masse 72 00464 8 2121668 plus ou moins rigide pendant le refroidissement, et il est inter-ressant que cette masse soit suffisamment faible pour ^introduction dans le four à induction. Si on le désire, les scories ainsi refroidies peuvent 5 être transférées à un four à induction (ou être soumises à un autre traitement de récupération du métal pendant qu'elles sont encore relativement chaudes). Cependant, la masse en couches de sel et de scories peut être emmagasinée indéfiniment si elle est convenablement couverte pour la protection contre l'humi-10 dité. le sel et les scories sont dans une certaine mesure hygo-scopique, et il est par suite important que les scories et les mélanges de sels soient protégés contre l'humidité atmosphérique pour un stockage prolongé. Pour illustrer plus particulièrement le procédé selon 15 l'invention, un exemple particulier peut être considéré suivant lequel les scories enlevées de la surface d'aluminium en fusion sont refroidies dans une poche en acier par des couches d'un mélange de sels utilisé en particules à l'état solide et contenant en poids environ 45 # de KC1, 50 $ de UaCl et 5 de Hai1. 20 Initialement, pour collecter 270 grammes de scories, ezcviron 11 kgs du mélange de sel en particules sont placés dans le fond de la poche en acier. Environ 45 à 68 kgs de scories sont ensuite versées dans la poche et ensuite S à 18 kgs de sel sont à nouveau versés pour former une couche couvrant cette couche 25 de scories. Des couches alternatives supplémentaires de scories et de sel, environ dans les mêmes proportions relatives, sont ajoutées dans la poche jusqu'à ce que l'écumage soit terminé. Une série de couches alternatives de scories et de sel est ainsi formée dans le poche, avec un rapport du sel au scories 30 d'environ 0,2 à environ 0,25* En absorbant la chaleur des scories chaudes, le sel refroidit rapidement les scories en abaissant leur températures à une valeur bien en-dessous de 500°C en moins d'une minute après leur extraction du four. Il a été constaté que les scories refroidies par le 35 procédé selon l'invention peuvent être ensuite traitées par le procédé précité à chauffage par induction pour obtenir une récupération de métal de 70 à 73 & du poids des scories. 72 00464 9 miWibQ Il est actuellement estimé que l'action de refroidissement du sel par le procédé selon l'invention peut être principalement attribué à l'absorption de chaleur plutôt qu'à un effet quelconque du sel tendant à isoler les scories contre 5 la pénétration d'air» Gela, est mis en évidence par le fait qu'une couche très épaisse de scories peut prendre feu et subir ■une perte de métal libre par oxydation même si elle est couverte d'une couche de sel. Par exemple, si toutes les scories d'une opération d'écumage (par exemple représentant 530kgs) sont 10 placées dans un récipient en une seule couche et sont ensuite couvertes d'une seule couche, par exemple de 45 kgs de sel, les scories ont tendance à s'allumer dans le récipient,- ou bien si elles brûlent déjà, à continuer de brûler. A titre d'illustration supplémentaire, vingt charges de 15 scories de fours ayant des poids compris entre 136 et 140 kgs par charge, extraites de la surface d'aluminium en fusion contenu dans des fours ont été refroidies en disposant les scories en couches relativement minces et couvertes par les couches de sels. le.pourcentage de métal récupéré par le chauffage consécutif 20 de ces charges dans un four à induction est compris entre 53 $ -■ et 86 fo avec une moyenne de 72 fo du poids des scories. Par contre dans le cas de six charges de poids compris entre 169 et 290 kgs de scories, refroidies dans des récipients similaires mais avec une couche de sel placée seulement sur la surface 25 supérieure de la charge de scories, là récupération de métal dans le four à induction a été trouvée comprise entre 31 et 65 avec une moyenne de 49 $ du poids de scories, la teneur en métal des scories alumineuses refroidies à l'air par les techniques habituelles d'étalement est habituellement comprise 30 entre 30 et 40 fo et la teneur, en métal des scories alumineuses refroidies au moyen d'une table à secousses en acier refroidie par de l'eau est habituellement comprise entre 50 et 55 fo . en poids. • Bien entendu, la description qui précède n'est pas 35 limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 72 00464 10 2121668 EE7E5DICAIIOHS 1. Procédé pour le refroidissement rapide des scories formées sur la surface d'un métal en fusion caractérisé par la mise en place de couch.es successives de scories dans un récipient en couvrant chaque couche de scories d'une couche d'un 5 sel peu après la formation.de la couche de scories dans le récipient et avant l'application de la couche suivante de scories dans le récipient afin que les couches successives de scories soient séparées par des couches de sel. 2» Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que 10 le sel est placé dans le récipient à l'état solide divisé, le point de fusion du sel étant inférieur à la température des scories au moment de leur introduction dans le récipient. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé par l'application d'une couche de sel dans le récipient 15 avant la mise en place de la première couche de scories dans le récipient. 4» Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'épaisseur de chaque couche de scories ne dépasse pas 15 centimètres environ et 1'épaisseur de chaque couche de 20 sel est d'au moins 2,5 centimètres environ. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4 caracté-risé en ce que le poids du sel placé dans le récipient/égal ,a.u moins à 20 $ environ du poids des scories placées dans le récipient. 25 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractéri sé en ce que le sel peut être utilisé comme fondant pour des composés non métalliques des scories pendant une opération de fusion consécutive pour la récupération du métal des scories. 7» Procédé selon l'une des revendications 1 à 6 carac-30 térisé en ce que les scories sont formées sur une surface d'aluminium en fusion. 8. Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que le sel contient du chlorure de sodium. 9. Procédé selon l'une des revendications 7 et 8 caracté-35 risé en ce que le sel contient du chlorure de potassium. 10. Procédé selon l'une des revendication 7 à 9 caractérisé en ce que le sel contient un fluorure tel que du fluorure de aodium.