Brevet FR2160720A1 — publié le 19730706

L'invention concerne un procédé pour le traitement de masses de fusion métalliques, en particulier des fusions d'aluminium, et un dispositif pour la réalisation de ce procédé. Dans un procédé connu de ce genre l'aluminium, soutiré d'un four électrolytique, est alimenté à l'état liquide dans un four de coulée et un four d'attente raccordé au premier, pour un traitement subséquent. Dans ce four d'attente, on peut fondre de la ferraille et ajuster l'alliage désiré par adjonction des composants nécessaires. L'aluminium liquide est ensuite conduit dans un autre four d'attente dans lequel on procède à des opérations d'affinage supplémentaires, telles que l'ajustage de la composition de l'alliage, rinçage avec un gaz inerte, traitement éventuel avec des tablettes de chlore etc. La masse fondue d'aluminium peut être envoyée de ce four dans un appareil à vide, d'où, après le traitement par le vide, elle est livrée à l'utilisateur. Un procédé de ce genre présente l'inconvénient qu'il nécessite une dépense d'installation élevée en différents appareils, en raison de nombreuses stations de traitement. Un autre inconvénient est que toutes ces stations de traitement nécessitent des temps de traitement relativement longs. Selon un autre procédé connu, la masse fondue eot alimentde,directement, après le traitement dans le four de coulée, d-ns un appareil à vide où la masse de fusion est dégazée selon les règles métallurgiques connues et additionnée de composants d'alliage pour obtenir la composition voulue. Une couche d' oxyde d'aluminium compost de de val203 ainsi que~d'autres scories se forment souvent sur la surface du bain qui retarde le passage de l'hydrogène hors de la masse sous l'effet du vide. Cette couche de scories rend plus difficile l'addition de composants d'alliage, étant donné que les fondants additionnels peuvent être facilement enveloppés par une peau de scories, ce qui retarde le passage en solution des composants de l'alliage. Afin d'obtenir un alliage d'une composition déterminée et avec une teneur en hydrogène voulue, il est nécessaire de prévoir des durées de plusieurs heures pour le traitement sous vide. L'invention a pour but de réaliser un procédé et un dispositif par lequel les Basses métalliques fondues,en particulier les masses fondues d'aluninium, puissent être traitées avec une faible dépense d'installations et avec de courtes durées de séjour dans le vide en donnant des produits satisfaisants et précis. Selon l'invention, cet objectif est atteint par l'application, dans un récipient unique,du mode opératoire suivant 1. Introduction de la fusion dans le récipient de traitement, 2. Evacuation de l'air du Scipient. 3. Réalisation d'une turbulence dans la fusion, 4. Elimination des scories se trouvant à la surface de la fusion, 5. Remplissage du récipient avec du gaz inerte, 6. Livraison de la fusion à un point d'utilisation, à l'abri de l'air. Dans le procédé selon l'inventiont où toutes les opérations peuvent titre effectuées dans un récipient, l'oxyde d'aluminium et la couche de scories se formant à la surface du bain sont éliminés d'une façon continue grtce à la turbulence réalisée dans la masse en fusion, de sorte que le dégazage peut s'effectuer assez rapidement. En outre, la forte turbulence du bain provoque l'agglomération de particules d'oxydes en suspension dans la masse qui, par suite des courants produits par la turbulence, surnagent à la surface d'où elles ne descendent plus dans le bain. Finalement, on évite que les scories, lors de l'enlèvement de la fusion, ne se déposent au fond et sur les parois du four et ne souillent les charges suivantes de la fusion. La fusion peut être ajustée à la composition désirée par addition de composants d'alliages. Gracie à la turbulenceetà l'élimination de la couche d'oxydes, qui s'effectue d'une façon continue, les composants d'alliage peuvent titre répartis en peu de temps dans toute la masse en fusion. Afin de diminuer, après avoir fait le vide dans le récipient, la pression de l'hydrogène dans l'atmosphère au-dessus de la masse en fusion et éviter le plus possible la formation d'oxydes, le gaz résiduaire se trouvant dans le récipient à vide qui reste encore sous une pression d'au moins un Torr, peut être remplacé, au moins en partie, par du gaz inerte. Le même résultat peut être obtenu par le remplacement de l'atmosphère au-dessus de la masse en fusion par du gaz inerte, avant d'avoir fait le vide dans le récipient. Après l'introduction de la masse en fusion, on peut ajouter dans le récipient de la ferraille et la faire fondre par une fourniture supplémentaire de chaleur. Après le traitement, la température à laquelle s'effectue la fusion est ajustée par apport de chaleur. Afin d'activer le mouvement ass- centionnel des particules en suspension, on peut introduire du gaz inerte au-dessous du niveau du bain. Le dispositif pour la réalisation du procédé selon l'invention est constitué par un appareil à vide avec une entrée et une sortie pour la masse en fusion et un conduit de raccordement à une pompe à vide. I1 est caractérisé par au moins un mélangeur rotatif plongeant dans la masse, un conduit pour une source de gaz inerte situé au-dessus du niveau de la masse en fusion et un dispositif, connu en soi, pour l'élimination des scories. Un sas à l'épreuve du vide est prévu dans la partie supérieure de l'appareil à vide pour 1' in- troduction des composants d'alliage et/ou-des produits d'addition. Un sas peut être prévu pour l'introduction de la ferraille. La fusion de la ferraille s'effectue à l'aide de brûleurs prévues dans la partie supérieure de l'appareil à vide. La température de fusion ndcessaire est obtenue dans le compartiment au-dessus de la masse à l'aide de barres de chauffage qui sont disposées de manière à pouvoir être retirées pouréviter de les endommager lors de l'addition de la ferraille. Une ou plusieurs pierres de sole poreuses peuvent être prévues, de la manière connue en soi, au dessous du niveau de la masse en fusion, pour l'introduction de gaz inerte nécessaire pour l'ascension des particules en suspension0 Pour obtenir le même effet, le mélangeur peut être pourvu d'un système de conduite relié à une source de gaz inerte se trouvant à l'extérieur du récipient et présentant des ouvertures pour la sortie du gaz, au-dessous du niveau de la masse en fusion. Les temps de traitement de la masse sont sensiblement écourtés par l'utilisation de ces mélangeurs, vu que la turbulence créée par la rotation du mélangeur est encore augmentée par le gaz se dégageant autour des pales du mélangeur et que les builes de gaz bien- réparties par la turbulence renforcent encore l'action du mélangeur. La description ci-après et le dessin annexé se rapportent à un exemple de réalisation de l'invention, dessin dans lequel la figure est une coupe transversale du récipient de traitement selon l'invention. Selon la figure, le four selon l'invention hermétiquement clos est constitué par un bac 2 situé dans le bas de-l'appareiliet peut être fermé d'une façon hermétique par le couvercle 4. Le bac comprend un dispositif d'alimentation, non représenté sur la figure, pour la masse en fusion soutirée du four électrolytique ainsi qu'un conduit d'écoulement 6 par lequel la masse en fusion traitée 8 est livrée au point d 'utilisation. Une série de dispositifs est prévue dans le couvercle 4 pour servir au traitement de la masse ou pour créer les conditions indispensables pour le traitement de celle-ci. Un conduit 10 pourvu d'une soupape 12 et relié à une pompe à vide part du couvercle 4. Par l'ouverture de la soupape 12 et la mise en action de la pompe à vide, on crée, dans l'espace 14 au-dessus de la masse en fusion 8, un vide présentant une pression égale ou inférieure à un Torr0 Un sas 16 se trouve à la partie supérieure du couvercle 4, par lequel on peut introduire dans le four de la ferraille. Celle-ci est fondue à l'aide de bruleurs 18 qui, selon les besoins, peuvent être introduits ou retirés du four. Un sas à l'épreuve du vide 20 est prévu dans la partie supérieure du couvercle qui est munie d'un conduit 22 et qui peut pivoter. Des composants d'alliage peuvent être fournis à la fusion pendant qu'on fait le vide, à partir des réservoirs 24 par le sas 20, de sorte qu'on peut obtenir une fusion d'une composition déterminée. Deux agitateurs rotatifs 26 sont logés dans le couvercle qui pendant le fonctionnement plongent dans la masse en fusion 8. Les agitateurs sont constitués par une tige ronde 28 réglable verticalement qui porte à son extrémité inférieure une pale rectangulaire 30 fixée perpendiculairement à la tige. Un conduit venant d'en haut traverse les agitateurs jusqu'aux ouvertures 32 pratiquées dans les pales par lesquelles du-gaz inerte est introduit dans la masse en fusion. Si on n'utilise que des agitateurs simples sans conduits de gaz, on peut prévoir dans le fond du récipient à vide des pierres de sole poreuses 34 à l'aide desquelles on peut introduire du gaz inerte dans la masse 8. Un autre conduit 36 qui débouche dans le couvercle 4 du récipient est relié par une pompe 38 avec un réservoir de gaz inerte 40. Après le traitement de la masse en fusion, le récipient à vide est rempli à l'aide de ce conduit de gaz inerte, de sorte que la masse peut être enlevée du récipient sans venir en contact avec l'air. Arrèque la masse de fusion a quitté le récipient, le gaz inerte relativement cofteux est renvoyé à l'aide de la pompe 38 dans le réservoir 40 de sorte qu'il pourra servir à nouveau dans le cycle suivant. Des barres de chauffage horizontales 42 sont prévues dans le couvercle 4 du récipient à vide pour réaliser une température optimale après le traitement de la masse et txt peuvent entre retirées du récipient pendant la fusion de la ferraille. Un dispositif 44 pour le prélèvement d'dchantillons est prévu dans le couvercle, pour permet tre d'effectuer des analyses de la fusion. Un dispositif d'enlèvement de scories 46, connu en soi, q est disposé au-dessus du niveau de la masse en fusion et sert à enlever les scories surnageant. Des thermoéléments 48 prévus dans différents points de la partie inférieure 2 du récipient servent à effectuer des contr8les de la température. Le procédé selon l'invention est mis en oeuvre à l'aide du récipient à vide ci-dessus décrit de la façon suivante L'aluminium de fonderie soutiré d'un four électrolytique est introduit par le conduit d'alimentation dans le four où le vide n'a pas encore été fait et que l'on remplit jusqu'à la hauteur du dispositif d'enlèvement de scories 46. Ensuite on met en route les brûleurs 18 et on ajoute à la fusion par le sas 16 de la ferraille que l'on fait fondre à l'aide de brûleurs 16. Les brûleurs sont alors retirés et les ouvertures de communication sont fermées hermétiquement. On prélève un échantillon par le dispositif 44 et on effectue une analyse pour déterminer la quantité de composants de l'alliage à ajouter. Entretemps, on fait le vide dans la chambre 14 au-dessus de la masse en fusion 8 et on enlève les scories de la surface. A la vue du résultat de l'analyse, on ajoute à la masse 8, par le sas hermétique 20, les quantités correspondantes de composants de l'alliage que l'on prélève dans les réservoirs 24. Simultanément ou un peu avant, on met en place les agitateurs 26 qui se mettent à tourner en créant une turbulence au sein de la masse en fusion 8. Grâce à cette turbulence les composants de l'alliage sont en peu de temps uniformément répartis dans toute la masse. En même temps la pellicule d'oxydes et la couche de scories qui se -forment à la surface sont continuellement éliminées. En outre, grâce à la forte turbulence du bain, il se produit une agglomération des oxydes qui se trouvent à l'état de suspension dans la masse en fusion, qui surnagent et ne retombent plus au fond du bain.Cet effet peut être renforcé à l'aide d'un courant de gaz inerte qui débouche au-dessous du niveau de la masse en fusion. L'introduction de gaz inerte peut également s'effectuer par l'intermédiaire de pierres de sole poreuses 44 comme on le réalise déjà avec succès dans la pratique. Il est cependant plus intéressant d'introduire'le gaz à travers les agitateurs 26 étant donné que le gaz arrivant par les ouvertures 32 prévues dans les pales 30 des agitateurs est distribué sur un large rayon autour de ces derniers, qu'il vient en contact avec les particules en suspension dans toute la masse de fusion et les fait remonter à la surface. En même temps, le gaz s1 écoulant par les ouvertures dans les pales des agitateurs renforce l'ho- mogénéisation de la masse. La température de la masse descend au-dessous de la température de fusion optimale, étant donné que le passage en solution des composants de l'alliage est un phénomène endothermique. Les barres de chauffage 42 qui se trouvaient auparavant en position d'attente à l'extérieur du récipient à vide sont alors mises en route pour obtenir la température de fusion désirée. Le chauffage de la masse s'effectue par l'intermédiaire d'éléments thermoélectriques 48. Le gaz résiduaire au-dessus de la masse en fusion est complètement remplacé par le gaz inerte qui arrive sans interruption pendant le traitement. Ceci provoque une diminution automatique de la pression de l'hydrogène dans l'atmosphère du four, ce qui produit un départ intense d'hydrogène hors de la masse de fusion. Si on procède à la Su- sion sans introduction de gaz inerte par les pierres de sole ou par les agitateurs, le gaz résiduaire au-dessus de la masse en fusion peut être remplacé par les faibles quantités de gaz inerte qui s'introduisent par le conduit d'alimentation 36-dans-le récipient à vide pendant qu'on y fait le vide. Eventuellement; on peut remplir le récipient avec du gaz inerte avant d'y faire le vide, de sorte qu'après y avoir fait le vide le gaz résiduaire est composé uniquement de gaz inerte. Après le traitement de la masse, on ferme la soupape 12 du conduit d'évacuation de l'air 10, on remplit le récipient à vide avec du gaz inerte par le conduit36, et l'aluminium liquide est introduit par le conduit d'alimentation d'une machine à fondre à l'abri de l'air. Après avoir vidé le four, le gaz inerte est renvoyé à l'aide de la pompe 38 dans le réservoir 40 et il pourra être réutilisé lors du prochain cycle de traitement. Selon l'invention, une fusion d'aluminium, par exemple de 10 tonnes ou plus peut être effectuée en peu de temps avec un minimum de pertes de chaleur, on peut y procéder au dégazage ainsi qu'à l'addition de composants d'allia- ges à l'abri de l'air, on peut procéder au réglage de la température de fusion et à l'évacuation de la masse en fusion à l'abri de l'air, directement vers le point d'utilisation. En m8me temps, on peut procéder à l'abri de l'air même, à un contrôle de la composition de la masse de fusion et à celle de la température. En outre, on peut, avant d'avoir fait le vide dans le récipient, ajouter de la ferraille et la faire fondre sans grandes dépenses supplémentaires. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté, à partir duquel on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICBTIOMS 10) Procédé pour le traitement de masses de fusion métalliques, telles que des fusions d'aluminium, caractérisé par la combinaison des opérations suivantes qui sont effectuées dans un récipient unique : introduction de la fusion dans le récipient de traitement, évacuation de l'air du récipient, réalisation d'une turbulence dans la fusion, élimination des scories se trouvant à la surface de la fusion, remplissage du récipient avec du gaz inerte, livraison de la fusion à un point d'utilisation, à l'abri de l'air. 20) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on règle la composition de la fusion par addition de composants d'alliage, après avoir fait le vide dans le récipient de traitement. 30) Procédé selon lune qwel- co:ic1ue des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le gaz résiduaire est remplacé, au moins en partie, par du gaz inerte, après qu'on ait fait le vide dans le récipient. 40) Procédé selon l'une queaeon- que des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'atmosphère au-dessus de la masse en fusion est remplacée par du gaz inerte avant de faire le vide dans le récipient-de traitement. 50) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, après l'introduction de la masse en fusion on ajoute de la ferraille que l'on fait fondre à l'aide d'une fourniture supplémentaire de chaleur. 60) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la température de fusion est réglée à l'aide d'une fourniture de chaleur, avant l'évacuation de la masse en fusion. 70) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que du gaz inerte est envoyé dans la masse au-dessous du niveau du bain. 80) Dispositif pour la réalisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 constitué par un unique récipient à vide avec un conduit d'alimentation et un conduit d'évacuation de la fusion et un conduit de raccordement à une pompe à vide, dispositif caractérisé par au moins un agitateur plongeant dans la masse en fusion et animé d'un mouvement de rotation, un raccord à une source de gaz inerte situé au-dessus du niveau du bain de fusion et un dispositif connu en soi pour l'enlèvement des scories. 90) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un sas à l'épreuve du vide est prévu dans la partie supérieure du récipient pour l'alimentation des composants d'alliage et/ou des produits d'addition. 10 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce qu'un sas est prévu dans la partie supérieure du récipient à vide pour l'introduction de la ferraille. 110) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que des brailleurs sont disposés dans la partie supérieure du récipient à vide pour faire fondre la ferraille, qui peuvent être retirés du récipient. 120) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que des barres de chauffage sont prévues pour le réglage de la température à laquelle s'effectue la fusion, ces barres étant situées dans l'espace au-dessus du bain de fusion et pouvant être retirées. 130) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'au moins une pierre de sole poreuse est prévue au-dessous du niveau du bain, pour l'introduction de gaz inerte. 140) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'agitateur est pourvu d'un système de conduite qui est relié à une source de gaz inerte se trouvant en dehors du récipient à vide et qui présente des ouvertures de scorie débouchant au-dessous du niveau du bain de fusion.