Brevet FR2318231A1 — publié le 19770211

La présente invention concerne les matériels de traitements des métaux, notamment les appareils de raffinage continu des métaux sous vide. L'invention peut être appliquée avec une efficacité maximale à l'élaboration d'un étain à teneur minimale en plomb et en bismuth. Un appareil existant pour le raffinage continu de métaux sous vide comprend une chambre cylindrique à vide, dans laquelle est placé un empilage vertical de plateaux en graphite qui reçoivent le métal impur préfondu et forment une colonne; un dispositif de chauffage par induction entourant la colonne de plateaux en graphite, avec une amenée de courant poyr son alimentation en énergie électrique. Le dispositif de chauffage par induction réchauffe le métal se trouvant dans les plateaux jusqu'à la température d'évaporation des impuretés à bas point d'ébullition et fait évaporer ces impuretés. Chaque-plateau comporte sur son fond un boudin cylindrique intérieur, autour d'un trou central, dans lequel est emboîtée une tubulure conique. Le trou central et la tubulure sont coaxiaux. Le boudin cylindrique intérieur prévient le déversement du métal å raffiner à travers son trou central. La hauteur du boudin est choisie telle qu'entre le fond du plateau, situé au-dessus, et la tranche du boudin il reste un écartement pour le passage des vapeurs d'impuretés. Les trous centraux de tous les plateaux et les tubulures coniques disposés coaxialement constituent un conduit pour l'évacuation des vapeurs d'impuretés. La longueur de la tubulure conique est choisie telle que sa tranche inférieure se trouve à une distance minimale du trou central du plateau sous-jacent. Ceci exclut le passage des vapeurs d'impuretés du plateau sous-jacent à la cavité du plateau superposé et provoque l'éjection des vapeur des plateaux sous-jacents. Dans le fond de chaque plateau, dans la zone où se trouve le métal liquide, est réalisé un orifice assurant l'écoulement progressif du métal liquide du plateau superposé vers le plateau sous-jacent. Le plateau inférieur est raccordé par un tube à un réfri-gérant situé en dehors de la chambre à vide. Le métal raffiné du plateau inférieur va au réfrigérant, où sa température s'abaisse, puis il va à un bac de réception. Un inconvénient de l'appareil existant réside dans la surface découverte réduite du métal dans les plateaux, surface dont dépend l'intensité d'évaporation des impuretés. Comme on le sait, les impuretés se trouvant au sein du métal ne peuvent s'évaporer et remonter à la surface que sous l'effet de la diffusion. La remontée des impuretés de l'intérieur du métal à sa surface peut etre accélérée par brassage du métal. Toutefois, dans les appareils connus, il n'est pas prévu de moyens pour un tel brassage. Cet inconvénient peut etre partiellement compensé en augmentant le nombre de plateaux, mais ceci implique une forte augmentation de l'encombrement de l'appareil. En outre, un inconvénient de l'appareil connu réside dans la situation de l'orifice de déversement dans le fond du plateau. Par suite d'une telle situation, des portions de métal non raffiné peuvent aller au plateau suivant à travers l'orifice. I1 en résulte l'abaissement du degré de raffinage du métal. On s'est proposé de créer un appareil pour le raffinage continu de métaux qui, grâce à la modification de la conception des plateaux et à l'utilisation de moyens pour l'augmentation de la surface découverte du métal, aurait une production plus grande, assurerait une élimination plus poussée des impuretés et serait réalisable dans un encombrement plus petit. La solution consiste en un appareil pour le raffinage continu de métaux, comprenant une chambre cylindrique à vide, dans laquelle est placé un empilage vertical de plateaux à trou central constituant une colonne et recevant le métal impur préfondu, et un dispositif de chauffage entourant la colonne et doté d'une amenée de courant l'alimentation en énergie électrique pour le réchauffage du métal se trouvant dans les plateaux et l'évaporation des impuretés à bas point de fusion du métal, lesquelles sont évacuées par le conduit formé par les trous des plateaux à un condenseur disposé dans la chambre à vide sous la colonne de plateaux, appareil dans lequel, d'apures l'invention, dans la paroi latérale de chaque plateau est réalisé un canal de déversement parallèle à l'axe du plateau, dont l'entrée débouche dans la cavité du plateau à une certaine distance de sa tranche supérieure et la sortie communique avec le plateau inférieur; la colonne de plateaux est entourée d'un enroulement d'induction qui engendre un champ magnétique sous l'action duquel le métal liquide se trouvant dans les plateaux tourne, en montant jusqu'au niveau de l'entrée du canal de déversement; et la sortie du canal de déversement du plateau inférieur est raccordée à un réfrigérant de métal pur installe sous la chambre à vide. Gr ce au champ magnétique engendré par l'enroulement,le métal à raffiner exécute un mouvement de rotation énergique et se mélange. Les forces centrifuges font monter le métal suivant la paroi verticale des plateaux, ce qui se traduit par une forte augmentation de la surface découverte du métal. De ce fait, la surface sur laquelle s'évaporent les impuretés crott. Le brassage énergie fait passer vers cette surface les portions de métal de l'intérieur, qui contiennent plus d'impuretés que le métal se trouvant à la surface découverte. I1 en résulte un accroissement important de la vitesse de raffinage du métal. Comme sous l'effet de la rotation, la surface découverte du métal prend la forme d'un ménisque fortement concave, l'épaisseur de métal à la partie supérieure de ce ménisque est très faible, aussi la purification du métal dans cette zone du plateau donné est-elle maximale. Gracie à la situation de l'entrée du canal de déversement au niveau de la partie supérieure du ménisque, le métal prélevé au plateau est celui le plus fortement raffiné. De la sorte, la rotation du métal permet d'obtenir une vitesse d'élimination des impuretés plus élevée et un raffinage plus poussé du métal dans chacun des plateaux, aussi la production de l'appareil et le degré de purification sont-ils accrus. Le raffinage plus poussé, gracie à la rotation énergique qui assure une forte augmentation de la surface découverte du métal, est obtenu sans augmentation du nombre de plateaux. L'appareil peut assurer un traitement efficace avec un nombre de plateaux minimal, ce qui permet de réduire son encombrement total. Plus bas, on donne un exemple concret de réalisation d'un appareil pour l'élimination du plomb et du bismuth contenus dans Lldtain, avec référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une coupe longitudinale schématique d'un appareil pour le raffinage continu d'un métal, conforme à l'invention; - la figure 2 représente la coupe des plateaux de la figure 1 à une échelle plus grande. L'appareil pour le raffinage continu de l'étain sous vide comprend une chambre cylindrique à vide 1 (figure 1) A l'intérieur de la chambre 1 est placé un empilage vertical de plateaux, dans lequel le plateau 2 sert à la réception d'étain impur préfondu, et les plateaux 3 et 4 servent à raffiner l'étain. L'alimentation du plateau 2 en étain est conventionnellement montrée sur le dessin par la flèche A. Les plateaux 3 et 4 ont dans leur fond des trous centraux 5, dans lesquels sont emboîtées des tubulures coniques 6. Les trous centraux 5 et les tubulures 6 sont coaxiaux et forment un conduit pour l'évacuation des vapeurs des impuretés à bas point de fusion se dégageant pendant le raffinage de l'étain. La longueur de la tubulure conique 6 dans le plateau 3 est choisie de façon que la tranche inférieure 7 de la tubulure 6 soit à une distance minimale du trou central 5 du plateau 4. Ceci exclura le passage des vapeurs d'impuretés du plateau 4 à la cavité du plateau 3 et assurera l'éjection des vapeurs. La tubulure 6 du plateau 4 est mise en communication avec un condenseur 9 par une tubulure supplémentaire 8. Dans le condenseur 9, les vapeurs d'-impuretês se-eondensent et se refroidissent jusqu'à une température de 4000C, puis les impuretés liquides sont amenées au bac à condensat 11 par le tube 10. Les plateaux 2, 3 et 4 constituent conjointement une colonne qui est entourée par un dispositif de chauffage 12 par induction ou inducteur. L'inducteur comporte une amenée de courant l'alimentant en énergie électrique pour le chauffage des plateaux 2, 3 et 4, en commun avec l'étain qui s'y trouve, jusqu'à la température d'évaporation des impuretés. Les impuretés évaporées sont évacuées, comme indiqué plus haut, par le conduit de vapeurs. Dans la paroi latérale 13 de chacun des plateaux 3 et 4 (figure 2) est réalisé un canal de déversement 15 dont l'entrée 16 débouche dans la cavité du plateau correspondant, à une certaine distance de sa tranche supérieure 14. Le canal 15 est parallèle à l'axe du plateau, et sa sortie 17 est mise en communication avec le plateau sous-jacent 4. La sortie 17 du canal 15 du plateau 4 est raccordée par un tube 18 (figure 1) au réfrigérant 19 de l'étain pur, lequel se trouve en dehors des limites de la chambre à vide 1. Du réfrigérant 19, l'étain pur refroidi est amené au bac 21 d'étain pur par une conduite 20. Le dispositif de chauffage 12 comporte un enroulement 22 d'induction du champ magnétique. Sous l'effet de ce champ, le métal se trouvant dans les plateaux 3 et 4 tourne en remontant jusqu'à l'entrée 16 du canal 15 réalisé dans la paroi latérale 13 des plateaux 3 et 4. L'appareil fonctionne de la façon suivante. L'étain impur préfondu, amené par la conduite 23 dans le sens de la flèche "A", arrive dans le plateau de réception 2. En passant à travers le trou 24 du fond de ce plateau 2, l'étain coule dans le plateau supérieur 3 dans lequel, gracie à l'énergie fournie par le dispositif de chauffage 12, l'étain est réchauffé jusqu'd la température d'évaporation des impuretés. L'enroulement d'induction 22 met le métal liquide en rotation cars les plateaux 3 et 4. Grâce an brassage et à l'augmentation de la surface du métal à laquelle se produit l'évaporation, les vapeurs d'impuretés se dégagent intensivement. Ces vapeurs, en passant par le conduit central, vont au condenseur 9 où elles se condensent et où le condensat se refroidit. Ensuite, le tube 10 transmet les impuretés liquides au bac à condensat 11. La surface du métal en rotation prend dans les plateaux la forme d'un ménisque; le métal atteint l'entrée 16 du canal de déversement 15 et coule dans la cavité du plateau 4. Dans le plateau 4, le raffinage de l'étain est encore plus poussé L'étain purifié s'écoule par le canal de déversement 15 du plateau 4, entre dans le tube 18 et va au réfrigérant 19, d'où il passe au bac 21 d'étain pur. Des bacs 11 et 21, l'étain et le condensat sont coulés en lingots. 1 - Appareil pour le raffinage continu de métaux sous vide, comprenant une chambre cylindrique à vide, dans laquelle est placé un empilage vertical de plateaux à trou central, constituant une colonne et recevant le métal impur préfondu, et un dispositif de chauffage entourant la colonne et doté d'une amenée de courant l'alimentant en énergie électrique pour le réchauffage du métal se trouvant dans les plateaux et l'évaporation des impuretés à bas point de fusion du métal, lesquelles sont évacuées par le conduit formé par les trous des plateaux à un condenseur disposé dans la chambre à vide sous la colonne de plateaux, cet appareil étant caractérisé en ce que, dans la paroi latérale de chaque plateau est réalisé un canal de déversement parallèle à l'axe du plateau, dont 1 'entrée débouche dans la cavité du plateau à une certaine distance de sa tranche supérieure et la sortie est mise en communication avec le plateau inférieur, la colonne de plateaux est entourée d'un enroulement d'induction qui engendre un champ magnétique sous l'action duquel le métal liquide se trouvant dans les plateaux tourne et s'élève jusqu'au niveau de l'entrée du canal de déversement, et la sortie du canal de déversement du plateau inférieur est raccordée à un réfrigérant de métal pur installé sous la chambre à vide. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enroulement d'induction, engendrant le champ magnétique tournant, est situé à l'extérieur du dispositif chauffant et l'entoure.