Brevet FR2489842A1 — publié le 19820312

La présente invention se rapporte à l'électrométallurgie et a notamment pourbbJet un procédé de refusion de métaux sous laitier électroconducteur et les produits obtenus par ledit procédé. L'invention peut être utilisée dans les installations de fabrication de lingots par refusion sous laitier électroconducteur d'une seule électrode consommable aussi bien que de plusieurs électrodes consommables ou de plusieurs groupes d'électrodes consommables. On sait que la vitesse de fusion d'une électrode consommable et, par conséquent, la vitesse de formation d'un lingot dépend de la.valeur de l'énergie dégagée dans le bain de laitier. Plus le courant et la tension sont importants, plus la vitesse de formation du lingot est élevée. Cependant, 11 accroissement de la vitesse de formation du lingot entraine une augmentation de l'énergie électrique consommée. Envue de réduire la consommation d'énergie électrique pour une vitesse donnée de formation du lingot, on utilise > au cours de la refusion sous laitier électroconducteur, des moyens elecbxX lques d'action sur les bains de laitier et de métal, ce qui augmente la vitesse de fusion de l'électrode consommable pour une même consommation d'énergie électrique.Dans ce procédé de refusion on utilise en qualité de moyens électromagnétiques des bobines d'inductance disposées à l'extérieur d'une lingotière comme décrit dans le brevet d'invention de Grerde-Bretagne nO 1335383. On connaît également des procédés de refusion sous laitier électroconducteur qui permettent une accélération de la fusion de l'électrode consommable sans augmentation de la consommation d'énergie électrique, en communlquant à l'électrode dans le laitier un mouvement supplémentaire, en plus du mouvement de descente de l'électrode au fur et à mesure de sa fusion.Ce mouvement supplémentaire peut être rotatoire autour de l'axe de l'électrode, oscillatoire dans le sens vertical (brevet d'invention des Etats-Unis d'Amérique nO 3565994) ou horizontal (brevet d'invention de la Grande-Bretagne nO 1202192), ou bien suivre une trajectoire fermée dans un plan horizontal ou vertical, Dans le même but on assure une modulation de la puissance par variation de la tension et du courant à des intervalles de temps déterminés, comme cela est décrit dans le brevet d'invention de Grande-Bretagne nO 1188028. Pour mettre en oeuvre ces procédés on doit disposer de dispositifs assez compliqués qui augmentent le coat du matériel et de l'ensemble du processus de refusion des électrodes consommables sous laitier électroconducteur. On connaît un procédé de refusion de métaux sous laitier électroconducteur (brevet d'invention des Etats Unis d'Amérique nO 3776294) consistant à insuffler un gaz ou un mélange de gaz dans le bain de laitier lors de la fusion de l'électrode ou des électrodes. Suivant ce procédé, un gaz ou un mélange de gaz est insufflé dans le laitier liquide de manière que ce gaz, sous forme de bulles, traverse le laitier de bas en haut, en -améliorant ainsi le raffinage du métal. Suivant le procédé en question, le gaz peut aussi être insuffle sous forme d'un jet dirigé sous un angle autre que droit par rapport à la paroi de la lingotière, en créant de ce fait une rotation du laitier. autour de ltélectrode ou des électrodes et en contribuant ainsi à une interaction plus efficace entre le laitier et le métal. Cependant, la vitesse d'un tel mouvement du laitier dans la zone de l'électrode, qui est comparable à la vitesse d'un mouvement de convection, n'influence pas sensiblement la vitesse de fusion des électrodes ni la consommation d'énergie électrique à la vitesse considérée de formation du lingot. Quand les procédés connus sont utilisés pour la refusion sous laitier électroconducteur de plusieurs électrodes consommables de différentes sections transversales, surtout dans le cas où lesdites électrodes sont reliées auxpôles contraires de la source de courant, la vitesse de fusion de ces électrodes varie considérablemet, ce qui diminue le degré de raffinage du métal. L'utilisation de moyens électriques, tels qutun fil égalisateur raccordant la plaque de fond au point moyen du secondaire d'un transformateur, est peu efficace et ne permet pas d'égaliser la vitesse de fusion des électrodes de différentes sections transversales. L'invention vise donc un procédé de refusion de métaux sous laitier électroconducteur permettant, en faisant varier la vitesse de fusion du métal, de réduire la consommation d'énergie électrique pour une vitesse de fusbn donnée, et, en cas d'utilisation de deux ou plusieurs électrodes, d'assurer une fusion uniforme des électrodes. Le problème ainsi posé est résolu gracie à un procédé de refusion de métaux sous laitier électroconducteur,du type consistant à faire fondre au moins une électrode consommable dans un laitier liquide électroconducteur et à insuffler un gaz dans ledit laitier, caractérisé) suivant l'invention, en ce que le gaz est insufflé sous forme d'au moins un jet dirigé vers la partie de l'électrode consommable qui est immergée dans le laitier, en créant ainsi un courant de laitier contournant ladite partie de l'électrode consommable et contribuant à accélérer sa fusion. L'insufflation dans le laitier liquide d'un gaz tel que par exemple l'argon ou l'azote, sous forme d'un Jet dirigé vers la'partie de l'électrode consommable qui est immergée dans le laitier, permet d'utiliser l'énergie du jet de gaz pour le malaxage du laitier liquide et pour la formation, dans celui-ci, de courants qui augmentent la vitesse du transfert de chaleur dans le laitier liquide, de sorte que l'électrode placée dans la zone de ces courants intenses crées dans le laitier liquide fond plus vite.L'action dirigée et intense des courants de laitier ou de mélange gaz-laitier permet de réduire la consommation d'énergie électrique à une vitesse donnée de fornication du lingot, ou bien de diminuer la vitesse de fusion sans nuire à la quantité de la surface du lingot, ou enfin, d'assurer une fusion uniforme des électrodes que le nombre d'électrodes utilisé est de deux ou plus. I1 a été établi expérimentalement qu'il est avantageux, pour obtenir un courant de laitier efficace, que la vitesse du Jet de gaz à la sortie de la buse soit d'au moins 0,5 m/sec par millimètre de distance entre la buse et l'électrode. En effet, quand la vitesse du gaz est inférieure à cette valeur, le courant de laitier créé par le jet de gaz n'atteint pas l'électrode consommable et, par conséquent, ne contribue pas à l'accélération de sa fusion. Quand à la valeur de la limite supérieure de la vitesse du gaz, elle n'a pas une importance essentielle et peut être choisie en fonction de la vitesse de fusion désiréede l'électrode sous réserve d'assurer un processus de refusion stable. Lors de la refusion sous laitier électroconducteur de deux ou plusieurs électrodes consommables, un déséquilibre entre les vitesses de fusion respectives des électrodes peut avoir lieu. L'apparition d'un tel déséquilibre, qui s'accompagne d'un enfoncement inégal des électrodes dans le bain de laitier, peut avoir comme conséquence 11 entrée en contact d'une partie des électrodes avec le bain de métal, ce qui interrompt la fusion de celles-ci. Pour exclure un déséquilibre éventuel dans la fusion d'au moins deux électrodes consommables, ou d'au moins deux groupes d'électrodes consommables, on insuffle le gaz dans le laitier liquide simultanément vers chacune des électrodes consommables ou vers chacun des groupes d'électrodes, on réalise l'insufflation de gaz avec un plus grand débit vers ltélectrode ou le groupe d'électrodes les plus enfoncées dans le laitier et proDortionne1'ement à la profondeur d'enfoncement de eelles-ci. Comme l'a montré la pratiaue, il est préférable aue la différence des débits de gaz insufflé vers des électrodes se trouvant à différentes profondeurs d'enfoncement soit 'au moins 1'6 du débit assigné par millimètre de différence d'enfoncement des électrodes. Ledit débit de gaz proportionnel à 1a valeur dtenfon cement de l'électrode peut être maintenu automatiquement et de la manière la plus efficace au moyen d'un régulateur de débit approprié. En vue de diminuer le débit de gaz lors de la mise en ouvre du procédé suivant l'invention, le gaz peut être insufflé dans le laitier liquide sous forme d'un jet intermittent ou pulsatoire à durée d'impulsion de 0,02 à 2 minutes. La-plage des durées d'impulsion est choisie en fonction de considérationdpratiques, de façon à ne pas utiliser un équipement compliqué et coûteux pour l'obtention de l'alimentation en gaz intermittente, car des durées d'impulsion inférieures à 0,02 minutes nécessitent l'emploi de dispositifs de construction plus compliquée pour l'envoi de gaz dans le laitier, tandis que des durées supérieures à 2 minutes diminuent l'efficacité du soufflage. L'amenée du gaz par Jets intermittents ou pulsatoires peut être réalisée suivant un débit quelconque, mais il est préférable que le débit soit choisi de façon que le gaz soit insufflé par impulsions de durée égale séparées par des intervalles de temps de même durée. L'amenée pulsatoire d'un gaz, comme la modulation de la puissance électrique, permet de diminuer la vitesse de fusion de l'électrode sans nuire à 1t qualité de la surface du lingot. Pour une distribution plus régulière de la chaleur dans le bain de laitier lors de la fusion d'au moins deux électrodes consommables ou de deux groupes d'électrodes consommables, il est rationnel de décaler les impulsions de gaz de manière que le débit maximal de gaz insufflé dans le laitier vers la partie immergée d'une électrode ou d'un groupe d'électrode coïncide avec le débit minimal (ou nul) de gaz insufflé dans le laitier vers la partie immergée d'une électrode voisine ou d'un groupe d'électrodes voisin. Pour une mise en oeuvre plus efficace du procédé proposé/ il est rationnel d'insuffler le gaz dans le laitier vers chaque électrode consommable sous forme d'au moins un Jet pour chaque 100 mm de largeur ou de diamètre de ladite électrode. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs, avec références au dessin unique annexé dans lequel t - la figure 1 représente schématiquement un dispositif pour la fusion de métaux sous laitier électroconducteur, dans lequel quatre électrodes consommables sont soumises à la refusion par le procédé suivant l'invention - la figure 2 est une vue de dessus du dispositif représenté sur la figure 1. Etant donné que le procédé proposé peut être utilisé de la manière la plus efficace dans les fours de refusion de métaux sous laitier électroconducteur à plusieurs électrodes, c'est ce cas qui sera considéré ici pour décrire la mise en oeuvre du procédé, par exemple dans un four où sont refondues quatre électrodes. Sur la figure 1 est représenté le schéma d'un four de refusion de métaux sous laitier électroconducteur, comprenant une lingotière mobile 1 de section rectangulaire qui, au stable initial de la refusionsrepose sur une plaque de fond 2 qui, par la suite, lors de la montée de la lingotière, servira d'appui au lingot. La plaque de fond 2 peut être installée sur un chariot(non représenté)destiné à transporter ou évacuer le lingot fini de la zone de fabrication. Dans le cas considéré on procède à la refusion de quatre électrodes consommables 3 connectées suivant un montage électrode-électrode et portant les numéros d'ordre 3a, 3b, 3c, 3d (figure 2). Le schéma de connexion des électrodes} étant bien connu, n'est pas montré sur le dessin. Dans le procédé suivant l'invention, le gaz est insufflé d'abord dans le laitier vers la partie immergée de la paire d'électrodes 3a, et.3b, par exemple, si cellesci sont consommées plus lentemênt que la paire d'électrodes 3c et 3d. il en résulte une intensification de la fusion de la paire d'électrodes 3a et 3b ; autrement dit, sous cette paire d'électrodes, le métal arrive en plus grande quantité dans le bain de métal que durant le même laps de temps sous l'autre paire d'électrodes. S'il se produit un déséquilibre dans la vitesse de fusion des électrodes, on peut augmenter la vitesse de fusion des électrodes qui sont plongées le plus profondément dans le laitier en insufflant une quantité différente de gaz vers la partie immergée des électrodes. Le débit de gaz est égalisé au fur et à mesure de la diminutien de la différence d'enfoncement-des électrodes. On Juge de l'existence d'une différence d'enfoncement entre les électrodes d'après les indications de voltmètres (non représentés) branchés entre chacune des électrodes et le lingot en formation. En cas de refusion de deux électrodes ou plus en montage "électrode-électrode", on mesure la tension entre le bout en fusion de chaque électrode et le corps de la lingotière (si celle-ci a une partie supérieure élargie) ou la plaque de fond (si la lingotière ne comporte pas une partie élargie). La différence des valeurs de ces tensions permet d'évaluer le degré d'enfoncement des électrodes par rapport à une électrode quelconque dont l'enfoncement est adopté comme "normal". En règle générale, dans le cas d'un schéma de refusion-de métaux sous laitier électroconducteur à plusieurs électrodes, la plupart des électrodes ont les mêmes potentiels par rapport au corps de la lingotière (de la plaque de fond). C'est pourquoi l'enfoncement des autres électrodes est évalué par rapport à ces électrodes. Ordinairement, pour un lingot donné, on détermine la valeur d'enfoncement qui correspond à une différence de tension de 1 V,tour une puissance constante dans le bain de laitier. Au cours de la mise en oeuvre du procédé de l'invention dans une installation d'essai, on a réalisé la refusion de quatre électrodes consommables d'une section transversale de 40 X 200 mm dans une lingotière d'une section transversale de 150 X 500 mm et d'une hauteur de 400 mm. Dans les parois de la lingotière, à une hauteur de 300 mm, c'est-à dire à la distance précitée de la face inférieure de la lingotière, on a monté des buses à canaux multiples à 'travers lesquels l'argon a été insufflé dans le bain de laitier.Chaque électrode était à une distance de 20 mm de la paroi de la lingotière, tandis que le niveau du bain de laitier était à une distance de 80 mm de la face supérieure de la lingotière. il a été établi par voie expérimentale qu'une brusque accélération de la fusion desdites électrodes était obtenue lorsque la vitesse de l'argon à la sortie de la buse était de I0m/sec et plus. La vitesse de la fusion des électrodes s'est accrue de 15 % pour une même puissance dégagée dans le bain de laitier. Lors des essais effectués sur des installations de refusion sous laitier électroconducteur d'électrodeîde différentes sections transversales, les électrodes les plus épaisses fondaientle moins vite. La différence d'enfoncement des électrodes dars le laitier au cours de la fusion d'essai atteignait 20 mm (c'est-à-dire 30 et 10 mm), tandis que le débit d'argon insufflé dans le bain de laitier était de 0,5 1/min par électrode.Pour éliminer la différence d'enfoncement des électrodes dans le laitier, le débit d'argon insufflé vers les électrodes enfoncées à 30 mm a été de 0,6 1/min, tandis que pour les électrodes enfoncées à 10 mm, le débit constituait 0,4 1/min. Au bout de 3 min d'insufflation du gaz dans le laitier, la différence d'enfoncement des électrodes a diminué jusqu'à 5 mm. Quand la différence des débits d'argon était réglée automatiquement en proportion de la valeur d'enfoncement des électrodes, la différence d'enfoncement des électrodes était éliminée au bout de 0,5 à 1 minute. Dans le but de diminuer le débit d'argon on a essayé de l'insuffler sous forme d'un jet pulsatoire en coupant l'amenée de gaz au moyen d'une soupape électromagnétique. La durée de l'impulsion de gaz entai t. de 0,02 à 2 minutes, ainsi que la dure des intervalles entre les impl.sio, tandis que la fréquence était comprise entre 0,5 er 50 impulsions de durée égale par minute avec un intervalle de même durée entre les impulsions. Ceci a permis d'obtenir une accélération de la fusion des électrodes avec un débit d'argon 2 fois moindre que dans le cas de l'amenée de gaz non pulsée. Lorsqu'on augmente l'intervalle entre les impulsions de gaz sans modifier la durée des impulsions, l'efficacité du procédé suivant l'invention diminue, tandis que la diminution des intervalles, autrement dit, l'augmen- tation de la fréquence de pulsation, exige l'utilisation de dispositifs d'amenée de gaz plus compliqués. D'autre part, la diminution de la fréquence de pulsation abaisse la qualité du lingot. L'insufflation d'un gaz dans le bain de laitier suivant l'invention dans l'exemple cité a été réalisée à travers des buses disposées à raison de deux pour chaque électrode consommable, ce qui assurait la présence d'un jet pour chaque 100 mm de largeur de l'électrode. Lorsqu'on utilisait une seule buse pour l'insufflation du gaz, la qualité de la surface des lingots et l'efficacité du procédé diminuaient. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été' donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. REVENDICATIONS 1. Procédé de refusion de métaux sous laitier électroconducteur, du type consistant à faire fondre au moins une électrode consommable dans un laitier liquide électroconducteur et à insuffler un gaz dans ledit laitier, caractérisé en ce que le gaz est insufflé sous forme d'au moins un jet dirigé vers la partie de l'électrode consommable qu-i est immergée dans le laitier, en créant ainsi un courant de laitier qui contourne ladite partie de l'électrode consommable et accélère de ce fait la fusion de l'électrode. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse du jet de gaz à la sortie de la buse est égale b au moins 0,5 m/sec pour chaque millimètre de distance séparant la buse de l'électrode. 3. Procédé suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé èn ce que lors de la fusion d'au moins deux électrodes consommables ou de deux groupes d'électrodes consommables, on insuffle le gaz dans le laitier sous forme de jets dirigés simultanément vers la partie immergée de chaque électrode consommable ou groupe d'électrodes consommables, ladite insufflation s'effectuant avec un plus grand débit vers la partie immergée de l'électrode ou du groupe d'électrodes qui est enfoncée le plus profondément dans le laitier et proportionnellement à la profondeur dudit enfoncement. 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la différence des débits de gaz insufflés dans le laitier est d'au moins 1 % du débit moyen pour chaque millimètre de différence d'enfoncement des électrodes. 5. Procédé suivant l'une des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le gaz est insufflé dans le laitier sous forme d'un jet intermittent ou pulsatoire dont la durée d'impulsion est de 0,02 à 2 minutes. 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le gaz est insufflé par impulsions de durée égale séparées par des intervalles de temps de cette même durée. 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qu'en cas de fusion d'au moins deux électrodes consommables ou deux groupes d'électrodes consommables les impulsions de gaz sont décalées de manière que le débit maximal de gaz insufflé dans le laitier en direction de la partie immergée de l'électrode ou du groupe d'électrodes coïncide avec le débit minimal de gaz insufflé dans le laitier en direction de la partie immergée de l'électrode voisine ou du groupe d'électrodes voisin. 8. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on insuffle le gaz dans le laitier en direction de la partie immergée de l'électrode consommable sous forme d'au moins un jet pour chaque 100 mm de largeur ou de diamètre de ladite électrode. 9. Produits de refusion de métaux sous laitier électroconducteur, caractérisesen ce qu'ils sont obtenus par le procédé faisant l'objet de l'une des revendications i à 8.