Brevet FR2141651A1 — publié le 19730126

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour purifier des métaux non ferreux fondus tels que l'aluminium. Selon ce procédé, on traite le bain de métal fondu dans une poche, une cuvette ou analogue. Selon les procédés et les installations connus et de ce type, on utilise des poches qui comportent une alimentation de gaz inerte pour envoyer ce gaz à travers le bain métallique. Le dispositif d'alimentation de gaz inerte est par exemple constitué d'un tuyau d'alimentation qui plonge dans le bain. I1 est également connu d'utiliser comme briques constituant le fond de la poche des briques munies de perçages et le gaz inerte traverse ces briques pour pénètrer dans le bain et pour monter jusqu'à la surface. Par l'introduction de gaz inerte dans les installations connues, on veut éliminer les particules oxydées, contenues dans le bain, et qui sont créées par exemple par le contact du bain et de l'air lorsqu'on ajoute les vieux métaux ou encore pour d'autres raisons. Cette élimination est nécessaire pour éviter une détérioration de la qualité du métal lors des usinages à l'état solide. De telles détériorations de la qualité se présentent lorsque la pureté est insuffisante, par exemple lors du laminage de l'aluminium en feuilles. En effet, contiairement aux particules métalliques, les particules d'oxyde sont cassantes et dures. Lorsqu'on lamine des feuilles ces particules d'oxyde produisent des irrégularités et notamment des pores minuscules.En nettoyant le bain liquide avec du gaz inerte, on peut obtenir que des bulles de gaz de très petites dimensions viennent sur les particules d'oxyde et en réduisent la densité pour les faires monter dans la couche de laitier et permettre leur extraction. Ce procédé et cette installation connus présentent l'inconvénient notable qu'il n'était pas possible jusqu'à présent d'éliminer suffisamment les particules d'oxyde contenues dans le bain pour obtenir une pureté satis faisant. L'efficacité peu satisfaisante du nettoyage ezv avant tuUG due au fait que seules les particules d'oxyde qui arrivent en contact direct avec la veine de gaz inerte sont amenées dans la couche de laitier du bain. Ceci nécessite un nettoyage régulier de tout le bain. Or cela est lié à des difficultés considérables qui n'ont pu être résolues de façon satisfaisante jusqu'à présent. Un nettoyage pratiquement régulier du bain à l'aide de gaz inerte est très onéreux.En outre, il faut remarquer que comme gaz inerte, on ne peut utiliser, pour conserver la pureté du bain, que des gaz nobles, donc onéreux. La présente invention a pour but de créer un procédé et un dispositif remédiant aux inconvénients mentionnés ci-dessus et permettant de purifier de façon satisfaisante des bains de métaux non ferreux en fusion et notamment des bains d'aluminium. A cet effet, la présente invention concerne un procédé caractérisé en ce qu'on plonge dans le bain fondu au moins un agitateur tournant, pour engendrer dans le bain une grande turbulence et comprimer localement le bainsetqutazEL on saisit pratiquement toutes les particules exydées et on produit une coagulation. Grâce à ce procédé, toutes les particules isolées contenues dans le bain sont mises constamment en mouvement et on évite une accumulation de particules d'oxyde dans certaines zones du bain en fusion. En même temps, on assure un bon mélange du bain ce qui est particulièrement avantageux pour l'addition d'additifs quelconques par exemple des métaux d'alliage, car cela évite la concentration de tels additifs. De ce fait, on ne risque pas de concentration localisée de certains constituants du bain. Le tubulence intense et la compression locale du bain entrat- nent dans une très large mesure une coagulation des particules d'oxyde. On aboutit ainsi à des particules plus grandes qui peuvent monter plus facilement vers la couche de laitier. En conséquence les particules d'oxyde sont captées dans une très large mesure et envoyées dans la couche de laitier d'où on peut les éliminer du bain. En outre le procédé selon lfinven tion présente l'avantage considérable qu'il permet de renoncer à l'utilisation de gaz noble, onéreux, comme gaz inerte. En outre cela permet d'économiser des installations d'alimentation onéreuses en gaz inerte dans le bain. La présente invention concerne également un dispositif de purification de bains de métaux non ferreux en fusion ,et notamment de bain d'aluminium ,dans lequel le métal liquide est contenu dans une poche ou une cuvette, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte au moins un agita teur tournant, mécanique, plongeant dans le bain, et qui est constitué d'un arbre d'entraSnement essentiellement vertical, entratné par un moteur et d'au moins un agitateur prévu à l'extrémité inférieure de l'arbre d'entrainement, le nombre et les dimensions des agitateurs étant choisis pour engendrer une forte turbulence en tous les points du bain. Grâce à ce dispositif, il est possible d'obtenir un degré de pureté très élevé pour des bains métalliques non ferreux tels que des bains d'aluminium. Suivant un mode de réalisation préférentiel de l'invention, on prévoit un corps d'agitateur monté de façon excentrée dans la direction radiale sur son arbre d'entrainement. Ce montage excentré favorise considérablement la turbulence recherchée. Suivant une autre caractéristique de l'invention, chaque corps d'agitateur comporte au moins un perçage et de préférence deux perçages prévus de part et d'autre de l'axe de rotation, ces perçages étant sensiblement tangents à l'axe de rotation. Dans ce cas, il est avantageux que les perçages d'un agitateur soient différemment éloignés de l'axe de rotation dans la direction radiale. En outre, il est souhaitable de prévoir les perçages d'un agitateur à hauteur différente dans la direction axiale. Indépendamment de l'endroit où sont prévus les perçages, il est avantageux de les réaliser de façon que leur-section libre aille en rétrécissant dans la direction d'écoulement du bain métallique fondu qui les traverse lorsque l'agitateur est en mouvement. Dans ce cas, de façon généra le, il est avantageux que les sections libres des perçages rétrécissent régulièrement suivant leur longueur. I1 est cependant également possible de prévoir des cols dans les perçages. De telles réductions de sections des perçages provoquent des compressions forcées du métal liquide passant dans ces perçages lors de la rotation de l'agitateur. Cela favorise la tendance des molécules d'oxyde à se coaguler. Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, les axes longitudinaux des perçages, dirigés dans le sens de l'écoulement du métal fondu traversant les perçages lorsque les agitateurs sont en mouvement, sont dirigés vers le niveau supérieur du bain. L'angle d'inclinaison des axes longitudinaux des perçages peut autre de l'ordre de 20 à 600 et de préférence de 450. On obtient ainsi que les particules d'oxyde qui passent dans les perçages et s'y coagulent le cas é chéant, prennent une trajectoire montante, en direction de la couche de laitier. Cet écoulement vers le haut est particulièrement intense lorsque les perçages d'axe longitudinal incliné sont décalés en hauteur dans l'agitateur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'agitateur présente essentiellement la forme d'un corps cubique ou parallélipédique. I1 est intéressant dtar- rondir les coins d'un tel corps d'agitateur. Un tel corps d'agitateur est très compact et résiste de façon excellente aux sollicitations mécaniques. On ne risque pas de souiller le bain par des particules de l'agitateur. Suivant une autre caractéristique de l'invention, l'arbre d'entrainement est entouré d'une enveloppe protectrice, réfractaire, réalisée en un matériau ne se dissolvant pas dans le bain et qui est de préférence mauvais conducteur thermique. Une telle enveloppe protectrice protège l'arbre d'entraînement contre les endommagements par le bain métallique. Le bain est ainsi protégé lui-aussi contre les impuretés que pourrait produire l'arbre d'entraînement. En outre, il est avantageux que chaque corps d'agitateur puisrsesoulever et s'abaisser dans la direction axiale, de préférence en combinaison avec l'arbre d'entratnement. Un tel mode de réalisation convient notamment lorsqu'on utilise des bains de profondeurs différentes ou des bains particulièrement profonds. Un mode de réalisation de l'invention est représenté schématiquement à titre d'exemple non limitatif sur les dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une coupe verticale du dispositif. - la figure 2 est une coupe longitudinale partielle à échelle agrandie d'un agitateur selon la figure 1. - la figure 3 est une coupe selon la ligne III"III de la figure 2. - la figure 4 est une coupe selon la ligne IV-IV de la figure 2. Selon la figure 1, le bain de métaux non ferreux en fusion 1 se trouve dans une poche 2. La poche 2 repose sur le support 3. Au-dessus de la poche 2 se trouve une ossature de support 5 sur un appui 4 approprié. Cette ossature porte par un palier 4 l'arbre d'entrainement 7 d'un agitateur 8. Contrairement au palier 6 représenté, on peut également utiliser un palier permettant un coulissement axial de l'arbre d'entraînement 7. A la place de l'appui 4, l'ossature 5 peut également s'appuyer directement sur le sol 3 ou de toute autre façon. Pour protéger le palier 6 contre la chaleur rayonnée par le bain en fusion 1, on a prévu une plaque d'isolation thermique 9 au-dessus de la poche 2. Cette plaque qui est par exemple en amiante est également portée par l'ossature 5. L'agitateur 8 plongé dans le bain en fusion 1 dans la figure 1, fait également l'objet de la figure 2. Cet agitateur 8 (voir figure 2) est constitué d'un corps d'agitateur 10 et d'une enveloppe protectrice 11 entourant l'arbre d'entrarnement 7. Le corps 10 est fixé frontalement à l'arbre d'entraînement 7 par une liaison à vis 12. Pour éviter un détachement accidentel de l'agitateur 10 de l'arbre d'entraî- nement 7, la liaison par vis 12 estbloquée par une clavette 13. Le corps d'agitateur 10 comporte une rainure annulaire à sa face frontale supérieure tournée vers l'arbre d'entraînement 7. Le segment inférieur de l'enveloppe protectrice 11 vient se loger dans cette rainure annulaire. Cette enveloppe est bloquée contre un soulèvement accidentel par un disque 14 et un circlips 15 assurant un blocage axial. L'agitateur 10 comporte deux perçages 16 et 17 prévusde part et d'autre de l'axe de rotation et disposés sensiblement tangentiellement à cet axe. Les sections libres de ces perçages 16 et 17 vont en diminuant et cela de façon que la section libre la plus grande précède la section la plus petite dans le sens de rotation. Cela signifie que cette section la plus grande forme l'entrée de la cavité 16 ou 17 correspondante etdela sortie est constituée par la section libre la plus petite. Cela ressort particulièrement clairement des figures 3 et 4. En relation avec la figure 4, il faut remarquer que dans l'axemple de réalisation représenté à cette figure, les perçages 16 et 17 sont essentiellement hori zontaux. Il peut toutefois arriver que l'axe longitudinal des perçages 16, 17 soit dirigé dans le sens montant de l'écoulement vers le niveau du bain métallique. l'invention s'applique particulièrement à la purification des bains d'aluminium fondu. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Procédé pour purifier un bain de métaux non ferreux en fusion tel qu'un bain d'aluminium dans lequel le métal se trouve à ltétat fondu dans une poche, une cuvette ou analogue, procédé caractérisé en ce qu'on plonge dans le bain fondu au moins un agitateur tournant, pour engendrer dans le bain une grande turbulence et comprimer localement le bain, et qu'ainsi on saisit pratiquement toutes les particules oxydées et on produit une coagulation. 20) Dispositif pour la m-se en oeuvre du procédé selon la revendication 1, dispositif caractérisé en ce qu'il comporte au moins un agitateur tournant, mécanique, plongeant dans le bain, et qui est constitué d'un arbre d'entraînement essentiellement vertical, entraîné par un moteur et d'au moins un agitateur prévu à l'extrémité inférieure de l'arbre d'entraînement, le nombre et les dimensions des agitateurs étant choisis pour engendrer une forte turbulence en tous les points du bain. 30) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que chaque corps d'agitateur est monté excentré dans la direction radiale, sur son arbre d'entraînement. 40) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que chaque corps d'agitateur comporte au moins un perçage s'étendant sensiblement tangentiellement à l'axe de rotation. 50) Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que chaque corps d'agitateur comporte deux perçages disposés de part et d'autre de l'axe de rotation. 60) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 et 5 caractérisé en ce que les perçages d'un corps d'agitateur sont placés à des distances différentes de l'axe dans la direction radiale. 70) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6 caractérisé en ce que les per çages d'un corps d'agitateur sont disposés à hauteur différente dans la direction axiale. 80) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 7 caractérisé en ce que les sec tions libres des perçages vont en se rétrécissant dans la direction d'écoulement du bain fondu qui traverse ces perçages lorsque l'agitateur est en mouvement. 90) Dispositif selon la revendication 8 caractérisé en ce que les sections libres des perçages se rétrécissent régulièrement suivant la longueur des perçages. 100) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 9 caractérisé en ce que les axes longitudinaux des perçages, dirigés dans le sens de l'écou- lement du bain métallique fondu qui les traverse lorsque les agitateurs sont en mouvement, sont inclinés vers la surface du bain. 110) Dispositif selon la revendication 10 caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison des axes longitudinaux des perçages est un angle compris entre 20 et 600, tel que 450. 120) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à ll caractérisé en ce que le corps d'agitateur a une forme choisie dans le groupe constitué par des corps cubiques et des corps parallélepipédiques. 130) Dispositif selon la revendication 12 caractérisé en ce que les coins du corps de l'agitateur sont arrondis. 140) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 13 caractérisé en ce que l'arbre d'entraînement est entouré d'une enveloppe protectrice réalisée en un matériau ne réagissant pas avec le bain et de préférence mauvais conducteur thermique. 150) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 14 caractérisé en ce que chaque corps d'agitateur peut se soulever et 'abaisser dans la di- rection axiale, de préférence avec l'arbre d'entraînement.