Brevet FR2475706A1 — publié le 19810814

"Procédé et dispositif pour la fusion des métaux, en parti- culier des métaux légers, lourds et précieux, ainsi que de leurs alliages." La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif pour la fusion des métaux, en particulier des métaux légers, lourds et précieux, ainsi que de leurs allia- ges, dans des creusets ou cuves qui sont chauffés par la combustion de combustibles liquides, gazeux ou solides et par leurs gaz brûlés. Pour améliorer le rendement thermique, toutes sortes de solutions ont déjà été proposées. Par le brevet allemand 444 535, on connait par exemple un four de fusion à creuset pour fonderies de métaux comportant un fondeur préalable parcouru par les gaz brûlés du four. De tels fours sont dé- savantageux attendu que les particules d'impuretés entrai- nées par les gaz brûlés du four se déposent sur le métal à réchauffer, ce qui, en cas d'addition nouvelle de produit conduit à un encrassement considérable et à une gazéifica- tion du bain de fusion. Selon la demande de brevet allemand 12 10 132, on a essayé de remédier à ces inconvénients au moyen d'une chambre de préchauffage chauffée indirectement, c'est-à-dire que la chambre servant au préchauffage des riblons est séparée des carneaux de gaz brûlés par un fond intermédiaire étanche aux gaz. Si on arrive ainsi à éliminer les inconvénients précités en ce qui concerne l'amenée de particules d'impuretés sur le métal à réchauffer, le rendement thermique, par suite de la conductibilité thermique relativement faible du fond inter- médiaire, ne peut être ni augmenté, ni complètement exploité, et ce d'autant moins que le chauffage du métal à fondre ne s'effectue que d'un seul côté (par en dessous) et qu'un trans- fert de chaleur par rayonnement (par en haut) est nettement insuffisant. La présente invention a par conséquent pour objet de réaliser un procédé et un dispositif du type précité qui permettent d'empêcher les évaporations, les surchauffes et les encrassements des bains de métaux produits et de mettre au point un procédé de fusion avec répartition régulière de la température sur toute la surface latérale du creuset avec consommation minimale de combustible et, par consé- quent, un rendement thermique maximum. Avec un procédé et un dispositif du type précité pour la fusion des métaux, en particulier des métaux légers, lourds et précieux ainsi que de leurs alliages, ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que les gaz brû- lés d'un four de fusion et éventuellement ceux d'un géné- rateur de chaleur voisin ainsi que les imbrûlés du combus- tible sont amenés dans au moins une chambre de fusion mon- tée en aval et munie de creusets, que ce mélange est déten- du dans la chambre de fusion, et retenu et que les imbrûlés sont brûlés et que leur capacité thermique est accumulée ou cédée aux objets qu'ils peuvent atteindre à l'intérieur de la chambre de fusion. Pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, l'inven- tion a mis au point un dispositif dans lequel entre le four de fusion et la chambre de fusion munie de creusets est disposé un canal de gaz brûlés comportant une ouverture obturable et dont la section transversale est d'environ 8 à 12 fois plus petite que la section transversale de la cham- bre de fusion de sorte que l'augmentation subite de la sec- tion transversale provoque une retenue des gaz brûlés. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'in- vention, entre la chambre de fusion et la cheminée est pla- cé un registre en soi connu qui sert en même temps à la com- mande du volume et de la température des gaz brûlés. En plus de ce registre, l'invention prévoit d'installer dans la cheminée un registre supplémentaire qui n'est ac- tionné que par l'intermédiaire d'un circuit de verrouillage avec le brûleur à mazout. La chambre de fusion du dispositif selon l'invention se compose avantageusement d'-une paroi extérieure thermi- quement isolante et d'une paroi intérieure accumulant la chaleur et rayonnant celle-ci, par exemple en magnésite. Dans la chambre de fusion, on peut en outre installer selon l'invention des éléments accumulant et rayonnant la chaleur, par exemple en magnésite. Des éléments déflecteurs pour l'écoulement des gaz bru- lés peuvent aussi être prévus dans la chambre de fusion et/ou dans le four de fusion, ces éléments déflecteurs étant de préférence réglables. Les éléments accumulant et rayonnant la chaleur dis- posés à l'intérieur de la chambre de fusion sont avantageu- sement installés de façon déplaçable. Le procédé pour la fusion des métaux selon l'invention se distingue en outre avantageusement des procédés connus par le fait que les parties métalliques placées dans les creusets de la chambre de fusion ne viennent pas au con- tact des gaz brûlés du four et sont complètement fondues en un temps relativement court. Ce processus est favorisé par les parois intérieures de la chambre de fusion qui sont constituées par une couche réalisée en matériau à forte ca- pacité thermique, par exemple en magnésite,qui est protégée contre les pertes thermiques vis-à-vis de l'espace externe environnant par une isolation thermique suffisante et soi- gnée. Le métal fondu peut ensuite soit être amené au four de fusion soit coulé directement à partir des creusets de la chambre de fusion. Lors de l'introduction du métal li- quide dans les creusets, chargés de lingots et de gueuses, du four de fusion, les espaces d'air existant auparavant entre la paroi du creuset et le métal est rempli de liqui- de de sorte que le transfert thermique est amélioré et la durée totale de la fusion raccourcie. Par ailleurs le pro- cédé selon l'invention offre la possibilité de traiter sé- parément et simultanément de petites charges de différents alliages provenant de la chambre de fusion. Le dispositif pour la fusion des métaux selon l'in- vention se distingue encore avantageusement des dispositifs connus par le fait qu'il peut être également annexé à des installations de fusion déjà existantes et ce, sans diffi- culté technique particulière ni mise de fond importante. Dans la zone de la chambre de combustion montée en aval, la teneur résiduelle en oxygène est sensiblement plus faible que dans le four de fusion en raison de la combus- tion séparée. En plus de cela, la vitesse d'écoulement des gaz brûlés est plus faible que celle du four de fusion. Ces deux particularités ont pour conséquence que le temps de séjour des creusets dans la chambre de fusion peut être un multiple du temps de séjour des creusets dans le four de fusion. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la descrip- tion d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et dans lequel on utilise un brûleur à mazout en tant que source de chaleur, ce mode de réalisation étant illustré par le dessin annexé sur lequel: la figure 1 représente schématiquement en coupe verticale le dispositifselon l'invention; - la figure 2 représente en plan une coupe suivant II- - II de la figure 1. Sur les figures 1 et 2, le four de fusion 2 chauffé par un brûleur à mazout 1 comporte un creuset 3 qui contient le métal à fondre, par exemple de l'aluminium. Le couvercle 4 sert à recouvrir le four de fusion et le creuset. Les gaz chauds, désignés par 5, du brûleur à mazout 1 sont intro- duits tangentiellement dans la chambre de combustion 6 o ils tournent autour du creuset 3 pour être ensuite amenés à la cheminée 9 par le canal 7 de section transversale Fi, puis par la chambre de fusion 8 de section transversale F2. Pour arriver à ce que les gaz brûlés balayent la sec- tion transversale relativement grande de la chambre de fu- sion 8 de façon à obtenir une répartition régulière de la température, on peut prévoir dés éléments déflecteurs 10. Pour le réglage du tirage de la cheminée, on prévoit de façon connue, à l'entrée de la cheminée, un registre 11 qui comporte par exemple à son extrémité inférieure une ouverture de sécurité 12 qui assure la sortie des gaz brûlés dans la zone de dépression. Le registre 11 sert en même temps à créer un certain effet de retenue pour les gaz brûlés afin que ceux-ci aient la possibilité suffisante de céder à l'environnement la quantité de chaleur qu'ils contiennent encore. Le réglage du registre 11 peut s'effec- tuer à la main ou de façon connue au moyen d'un système d'entraînement. Lorsque, la température de coulée du liquide en fusion étant atteinte, on arrête le brûleur à mazout 1 au moyen d'un dispositif de commande usuel, il est avantageux, en vue d'augmenter le rendement thermique, d'installer dans la cheminée 9 un autre registre 13 qui ne comporte aucune fente de sécurité et veille seulement à ce que la chaleur accumulée ne parvienne pas à l'atmosphère sous l'effet du tirage naturel de la cheminée. Le registre 13 et le brûleur à mazout 1 sont mutuellement verrouillés de façon que le brûleur à mazout 1 ne puisse être mis en circuit que lors- que le registre 13 est ouvert. La commande du verrouillage est représentée schématiquement par la ligne en tirets 13a. Sur le dessin, dans la chambre de fusion 8, on a repré- senté trois creusets 14, 15 et 16 dont les deux creusets 14 et 15 vus dans le sens longitudinal du four, sont placés des deux côtés de l'axe longitudinal du four, tandis que le creuset 16, tourné vers le registre 11 se trouve dans la zone de l'axe longitudinal du four. Pour obtenir la grande capacité calorifique recherchée pour le processus de fusion et pour empêcher que le person- nel de service travaillant au four soit incommodé, par exem- ple par les gaz brûlés s'échappant, il est nécessaire de régler le registre 11 de façon que, selon le type du systè- me de brûleur utilisé, la vitesse des gaz brûlés s'échap- pant dans le canal 7 soit réduite par l'augmentation d'en- viron 8 à 12 fois de la section transversale libre F2 de la chambre de fusion. Afin de pouvoir, sauf en cas de démarrage à froid, garantir une combustion complète du combustible amené, les particules d'hydrocarbures imbrûlées parvenant encore dans la chambre de fusion 8 sont complètement séparées à cet endroit et complètement brûlées à l'aide de la quantité de chaleur accumulée. Pour équilibrer les fluctuations de pression lors du démarrage à froid, on prévoit dans le canal 7 des gaz brûlés une ouverture de passage 18 dont la section transversale sous sa forme la plus simple peut être réglée de façon appropriée par exemple en déplaçant une brique de recouvrement 19. Pour équiper complètement l'espace de la chambre de fusion de surfaces rayonnantes W, il est avantageux de pré- voir, dans la chambre de fusion 8, des éléments de rayon- nement thermiques supplémentaires 20 en matériau à forte ca- pacité thermique, par exemple en magnésite. Des essais ont révélé qu'avec l'agencement selon l'in- vention en liaison avec la commande, usuelle en fonction de la pression et de la température, de l'ensemble de l'instal- lation de fours et la consommation de combustible restant la même, on peut obtenir une augmentation considérable de la puissance de fusion, de sorte que les frais d'investis- sement engagés pour de telles installations peuvent être amortis en un temps très court. Plusieurs variantes peuvent être apportées au procédé et au dispositif qui viennent d'être décrits sans sortir du cadre de la présente invention. Ainsi par exemple il est possible, à la place du brûleur à mazout, d'utiliser d'autres sources de chaleur par exemple le gaz naturel ou aussi des combustibles solides. Par ailleurs, en particulier dans les grandes installations, on peut remplacer les creusets re- présentés par des cuves. D'autre part, il est possible d'a- dapter la forme et les dimensions des chambres de fusion 8 aux conditions locales et au lieu de la forme rectangulaire représentée sur la figure 2 du dessin de choisir une forme différente par exemple allant en se rétrécissant dans le sens de la cheminée. Par ailleurs, l'installation est con- çue de façon que les différentes opérations du procédé ainsi que la totalité du fonctionnement puissent être effectuées entièrement automatiquement à l'aide de dispositifs de com- mande à programme de type connu. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Procédé pour la fusion des métaux, en particulier des métaux légers, lourds et précieux ainsi que de leurs alliages, dans des creusets ou cuves qui sont chauffés par la combustion de combustibles liquides, gazeux ou solides et par leurs gaz brûlés, caractérisé par le fait que les gaz brûlés d'un four de fusion (2) et éventuellement ceux d'un générateur de chaleur voisin ainsi que les imbrûlés sont amenés dans au moins une chambre de fusion montée en aval et munie de creusets, que ce mélange est détendu et retenu dans la chambre de fusion (8) et que les imbrûlés sont brûlés et que leur capacité calorifique est cédée aux objets qu'ils peuvent atteindre à l'intérieur de la chambre de fusion (8) ou est accumulée. 2.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'entre le four de fusion (2) et la chambre de fusion (8) munie de creusets (14 à 16) est installé un canal (7) de gaz brûlés comportant une ouverture obturable (18) et dont la section transversale (Pl) est d'environ 8 à 12 fois plus petite que. la section transversale (F2) de la chambre de fusion (8) de sorte que l'augmentation subite de la section transversale provoque une retenue des gaz brûlés. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'entre la chambre de fusion (8) et la cheminée (9) est installé de façon connue un registre (11) qui sert en même temps à la commande du volume et de la température des gaz brûlés. 4.- Dispositif selon les revendications 2 et 3, carac- térisé par le fait qu'en plus du registre (11), il est prévu dans la cheminée (9) un registre supplémentaire (13) qui n'est actionné que par l'intermédiaire d'un circuit de ver- rouillage avec le brûleur à mazout (1). 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 4, caractérisé par le fait que la chambre de fu- sion (8) se compose d'une paroi extérieure thermiquement isolante et d'une paroi intérieure accumulant et rayonnant la chaleur, par exemple en magnésite. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé par le fait que dans la chambre de fu- sion (8) sont en outre installés des éléments (20) accumu- lant et rayonnant la chaleur par exemple en magnésite. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 6, caractérisé par le fait que dans la chambre de fusion (8) et/ou dans le four de fusion (2) sont disposés des éléments déflecteurs (10) pour l'écoulement des gaz brûlés. 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les éléments déflecteurs (10) sont réglables. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 2 à 8, caractérisé par le fait que les éléments (20) accumulant et rayonnant la chaleur disposés à l'intérieur de la chambre de fusion (8) sont déplaçables.