Brevet FR2503342A1 — publié le 19821008

Four combiné de fusion et de maintien à température. L'invention concerne un four combiné de fusion et de maintien à température, fonctionnant en continu, conve- nant pour la fusion et le maintien à température d'un alliage métallique, tel qu'un alliage d'aluminium par exem- ple, utilisé pour la coulée sous pression, et disposé pour éviter que la température du métal sortant fondu soit modi- fiée pendant le remplissage du four par le métal devant être fondu. Dans la technique de la fonderie, il est usuel que le métal devant être coulé soit fondu dans des creusets puis, après sa fusion, soit retiré pour être utilisé dans la coulée. Mais des problèmes se présentent lorsqu'un four de fusion, destiné à cet emploi, doit être utilisé en conti- nu pendant de longues durées. Tout d'abord, il est impossi- ble de maintenir la température du métal fondu dans des limites suffisamment étroites pendant de longues durées, car du métal doit être rechargé à intervalles réguliers, ce qui affecte sérieusement le niveau de la température. De plus, le remplissage du métal, ainsi naturellement que sa décharge à l'état fondu, implique l'ouverture du four, avec augmentation des pertes thermiques, qui entraîne une chute de température. Il est également dangereux de déverser les déchets métalliques devant être fondus dans un bain de mé- tal liquide du fait que ces déchets métalliques contiennent souvent des soufflures, de l'humidité ou autres substances susceptibles d'émettre des gaz quand on les chauffe. Il peut en résulter une émission intermittente de gaz, qui est cause de projections de métal liquide qui, bien entendu, peuvent provoquer des dommages corporels ou des incendies. En outre, le risque de corrosion est grand si l'aluminium fondu est ainsi projeté, et frappe, par exemple, des élé- ments de chauffage du four. C'est un fait que des éléments de chauffage de ce type sont rapidement détruits lorsqu'ils entrent en contact avec de l'aluminium fondu. Il est également connu de faire fondre des quanti- tés beaucoup plus grandes d'aluminium, en lots successifs, dans un four de fusion séparé, l'aluminium fondu étant 2 2503342 retiré lorsque sa température dépasse celle de la coulée finie. Le métal fondu est transporté à cette température dans des fours séparés de maintien à température, o on le conserve jusqu'à son emploi. L'inconvénient principal de cette méthode est qu'elle nécessite deux fours de coulée pour assurer une entière sécurité de service, chacun d'eux ayant la capacité de fournir la quantité totale re- quise de métal fondu. En outre, le transport du métal fondu présente certains éléments de risque, et la température du métal transporté peut aussi être difficile à contrôler. L'oxydation pose aussi un problème dans les fours antérieurement connus, en partie à cause des pertes de métal, en partie parce qu'elle favorise la tendance que pré- sentent les revêtements des fours à "grimper" vers le haut des surfaces intérieures des fours, en causant des dommages. L'invention a pour but un four combinant la fusion et le maintien à température pour un fonctionnement en con- tinu, dans lequel la température de décharge du métal fondu n'est pas modifiée lorsqu'on introduit dans le four du mé- tal brut; en outre, le four de l'invention permet d'élimi- ner les risques de danger et de corrosion décrits ci-dessus. L'invention a pour objet un four combinant la fu- sion et le maintien à température, muni d'une cuve consti- tuée d'un matériau résistant à la chaleur et thermiquement isolant, et pouvant contenir un bain liquide, particulière- ment un bain de métal fondu, le four comportant une zone de remplissage, une zone de décharge et une zone contenant des éléments émetteurs de chaleur et étant caractérisé en ce que la partie inférieure de la zone de remplissage est située dans la cuve et la partie supérieure de la zone de remplissage est située au-dessus de la cuve, la zone de rem- plissage étant séparée des autres zones du four par une cloison qui pénètre dans le bain liquide, en créant un pas- sage de communication dans le bain. Le four selon l'invention est également caractérisé en ce que la cloison comporte une partie supérieure, cons- tituée d'un matériau conducteur de la chaleur, adjacent à la partie supérieure de la zone de remplissage, et une 3 2503342 partie inférieure, constituée d'un matériau thermiquement isolant, et qui pénètre dans la partie supérieure du bain. Ces caractéristiques de construction permettent au métal froid, alimenté dans la zone de remplissage, d'être pré- chauffé par transfert thermique à travers la partie supé- rieure de la cloison jusqu'à un niveau de température qui permet sa dessication et la libération des gaz occlus dans cette matière, éliminant ainsi les risques de projections de métal liquide. En outre, la présence de la partie infé- rieure, thermiquement isolante, de la cloison, assure que le niveau de température du restant du four ne soit pas notablement affecté lorsque le four est réalimenté avec du métal froid. Selon un mode de réalisation pratique, le four est encore caractérisé en ce que la partie supérieure de la cloison est constituée d'une feuille métallique, placée dans le voisinage des éléments chauffants dans la zone les contenant, pour irradier de la chaleur vers la zone de rem- plissage. Cette caractéristique de construction permet d'assurer un préchauffage effectif de la matière froide, qui est alimentée dans la zone de remplissage. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des dessins annexés qui représentent à titre non limitatif un mode de réalisation de l'invention. Sur ces dessins: la figure 1 est une vue schématique en coupe sui- vant la ligne B-B de la figure 2; et la figure 2 est une vue en coupe horizontale sui- vant la ligne A-A de la figure 1. Le four représenté sur la figure 1 comprend une par- tie supérieure 1 et une partie inférieure 2, la partie infé- rieure formant une cuve ayant une base convenable pour être installée sur une surface. Au moyen d'un dispositif non représenté, la partie supérieure du four peut pivoter autour d'un axe (suivant le sens de la flèche 3), représen- té par une ligne en pointillés sur les figures 1 et 2.La partie supérieure du four est rendue pivotante pour faciliter son nettoyage intérieur lorsque nécessaire. 4 2503342 Suivant son exploitation et sa fonction, le four est divisé en trois zones séparées, à savoir une zone 4 de remplissage, une zone 5 contenant des éléments de chauffa- ge et une zone 6 de décharge. Lesdites zones se prolongent sur toute l'étendue du four et sont décrites en détail ci- après. La partie inférieure 2 du four, ou sa cuve, se com- pose d'un châssis externe 7 constitué d'une feuille métalli- que épaisse formant une boite entièrement soudée. A l'inté- rieur de cette boite, ou châssis 7 se trouve une isolation thermique 8, composée d'un matériau isolant en forme de disques disposés en couches dans la boîte. Le type et la qualité de ce matériau isolant ne font pas partie de l'in- vention et peuvent être considérés comme usuels. Derrière la couche isolante 8, se trouve un revêtement 9 de briques, résistant à la chaleur, disposé dans la partie inférieure du four, qui sert à maintenir et à supporter un revêtement interne 10 d'un matériau de céramique, ou d'un genre de ciment, résistant à la chaleur. Ce type de matériau ne fait pas non plus partie de l'invention et peut être considéré comme tout à fait usuel dans cette branche, et les branches similaires, de l'industrie. La partie inférieure 2 du four forme une cuve, pour contenir un métal fondu 11, d'un niveau supérieur indiqué en 12 à la figure 1. Une certaine dimension optimale de la cuve 2 est requise, pour assurer un fonctionnement satisfai- sant du four, comme par exemple d'assurer un niveau de tem- pérature stable du métal fondu qui est retiré de la zone 6 de décharge du four. Il s'est avéré avantageux que la cuve soit de dimensions lui permettant de contenir 1000 à 2000 kg d'aluminium fondu. Le long du bord supérieur de la partie inférieure 2 du four, est disposée une feuille protectrice 13 qui re- couvre à la fois la couche isolante 8 et le revêtement de briques 9, ainsi qu'une partie du recouvrement 10. Comme le montre le dessin, la feuille protectrice 13 présente une portion repliée vers le bas, située à une certaine distance à l'extérieur du châssis 7 et reliée à celui-ci par des 2503342 cales intermédiaires 14. Il en résulte que la feuille 13 est bien isolée thermiquement du châssis 7, et que tout transfert significatif de chaleur de la feuille protectrice 13 du châssis est évité. Un four de fusion suivant l'invention peut fonction- ner en continu, sans que la température de décharge du métal fondu soit modifiée lorsqu'on rajoute du métal brut dans le four. Pour répondre avec succès à de telles condi- tions opératoires, certaines caractéristiques de forme du four sont nécessaires. Il est en particulier important que la zone de remplissage 4 soit isolée vis-à-vis du reste du four, de telle manière qu'une chute de température dans ladite zone de remplissage ne puisse se propager dans les autres zones du four. Il est également important que le four contienne une quantité suffisamment importante de mé- tal fondu, dans les zones du four autres que cette zone de remplissage. Le four comporte une ouverture de décharge 15 (figu- res 1 et 2), qui permet l'accès à la surface libre du métal fondu. Cette ouverture de décharge est séparée de l'inté- rieur du four par une cloison 16 thermiquement isolante, qui pénètre à une certaine distance vers le bas dans le métal fondu. Bien que non indiqué sur les dessins, il est préférable d'utiliser un couvercle thermiquement isolant pour recouvrir l'ouverture de décharge tant que l'on ne re- tire pas de métal fondu. La présence de la cloison 16 ther- miquement isolante empêche l'air froid de pénétrer à l'inté- rieur du four; de même, le refroidissement de l'intérieur du four est empêché quand on utilise, par exemple, une poche froide pour retirer le métal fondu. L'oxydation est également réduite. Le four comporte une zone centrale relativement im- portante 17 contenant les éléments chauffants munis d'un nombre convenable de sources de chaleur, située dans un espace au-dessus du métal fondu 11. Ici encore, ces sources de chaleur ne faisant pas partie de l'invention, ne sont pas décrites en détail, mais il est impliqué qu'elles sont pla- cées dans la partie supérieure 1 du four à une distance 6 2503342 suffisante du niveau supérieur 12 du métal fondu, et aussi que leur émission de chaleur est convenablement réglée. De plus, la zone du four contenant les éléments est étanche vis-à-vis de l'environnement afin d'empêcher la pénétration d'une quantité excessive d'air. La zone de remplissage 4 du four comporte en pre- mier lieu une partie supérieure 18 (figure l) limitée vers l'extérieur par la partie supérieure 1 du four, une partie de cette dernière ayant la forme d'un couvercle articulé 19. Le couvercle 19 a la dimension convenable pour recouvrir entièrement la paroi terminale du four, ce qui permet d'in- troduire le métal de rebut sous forme de morceaux assez gros dans le four. Etant donné que le couvercle 19 est relative- ment lourd, il est relié par des charnières 26 à la partie restante supérieure 1 du four, et à l'aide de moyens non représentés sur les dessins, on peut le placer en position d'ouverture en le faisant pivoter sous un angle important de 60-90 , en sens contraire des aiguilles d'une montre, autour des broches des engrenages. En deuxième lieu, la zo- ne de remplissage 4 du four comporte une partie inférieure qui communique avec la zone centrale contenant les élé- ments 17 par un passage 21, immergé dans le métal fondu, sous la partie inférieure de la cuve. Le haut de cette par- tie inférieure 20 de la portion de remplissage est séparé de la zone adjacente contenant l'élément 17 par une cloison 22, constituée d'une matière thermiquement isolante, qui plonge vers le bas dans le métal fondu il de façon à créer ledit passage 21 dans le fond de la cuve. La partie supérieure 18 de la zone de remplissage 4 est séparée de la zone contenant les éléments 17 par une autre cloison 23, que l'on peut considérer comme une exten- sion vers le haut de la cloison 22, immergée dans le métal fondu 11. La cloison 23 est constituée d'une feuille métal- lique, c'est-à-dire d'une matière conductrice de la chaleur. Outre sa capacité de résister aux hautes températures sans problèmes d'écaillage ou de calaminage, cette matière doit aussi être choisie pour sa résistance la plus élevée possi- ble à la corrosion due à l'atmosphère qui règne dans le 7 2503342 four et aux éclaboussures de métal liquide provenant de la zone de remplissage. La cloison supérieure 23 a la dimen- sion convenable pour séparer complètement la partie supé- rieure 18 de la zone de remplissage, de la zone renfermant les éléments 17, et elle doit être convenablement fixée par une charnière 24 dans la paroi supérieure délimitant la partie supérieure 1 du four. Pour empêcher la cloison supé- rieure 23 de pivoter vers l'intérieur, vers les composantes chauffantes de la zone d'éléments 17, on la pourvoit de butées convenables pour l'empêcher de pivoter au-delà de la position représentée sur la figure 1. La cloison 23 est rendue pivotante pour faciliter le nettoyage du four. En ouvrant cette paroi d'écran, on rend l'intérieur du four accessible, et on peut en évacuer toute scorie éventuelle- ment accumulée. La cloison inférieure 22 constituée d'un matériau isolant pénètre vers le bas dans le métal fondu 11. Le matériau isolant est maintenu, le long du bord supérieur de la paroi d'écran inférieure, dans une monture métallique. Le bord supérieur de la monture métallique est en contact étroit avec le bord inférieur de la cloison supérieure 23, en formant un joint. En outre, la monture métallique compor- te des surfaces de support 25, qui reposent sur le bord supérieur du revêtement 10 de la cuve, ce qui permet de maintenir la cloison 22 dans la position verticale. La posi- tion horizontale est assurée par l'interaction avec le bord inférieur de la cloison supérieure 23, comme décrit ci- dessus. La cloison supérieure 23 est constituée d'un maté- riau conducteur de la chaleur. Etant donné que cette paroi 23 est placée relativement près de l'un des éléments chauf- fants de la zone 17, elle est chauffée à très haute tempéra- ture par radiation thermique. De même, elle irradie à son tour une quantité considérable de chaleur dans la partie supérieure 18 de la zone de remplissage. Cette irradiation thermique a pour effet de chauffer par radiation la matière d'alimentation de la zone de remplissage, par exemple les 8 2503342 déchets métalliques, à un niveau de température si élevé que cette matière est morcelée et que tous les gaz qu'elle contient se dégagent, ou que toute matière contaminée pou- vant émettre des gaz les dégage avant de s'enfoncer dans le métal fondu dans la partie inférieure 20 de la zone de remplissage. Le préchauffage par la cloison 23 de la matiè- re alimentée dans la zone de remplissage est important car l'eau ou l'humidité contenue dans les pores de la matière versée dans le métal fondu de la partie inférieure de rem- plissage s'évaporerait rapidement, principalement par explo- sion, en provoquant des éclaboussures de métal liquide et en constituant des causes de risques divers. En premier lieu, de telles éclaboussures d'aluminium fondu présentent, bien entendu, un danger pour les personnes, mais elles consti- tuent en outre une source de fatigue très sévère pour les parties métalliques du four, par corrosion rapide ou destruc- tion par l'aluminium fondu. De la chaleur est également fournie par en-dessous à la matière d'alimentation de la portion de remplissage 4. Cette chaleur est principalement fournie par transfert ther- mique à travers le conduit 21 et, vers le haut, à travers la partie inférieure 20. En raison du fait que la cloison inférieure 22 est thermiquement isolante et qu'elle descend jusqu'à environ un tiers de la profondeur de métal fondu 11, un volume limité de celui-ci est présent dans la partie in- férieure 20 de la zone de remplissage. La teneur calorifi- que de ce volume limité d'aluminium fondu est suffisante, avec la chaleur additionnelle transférée à travers la ma- tière du passage 21, pour faire fondre la matière préchauf- fée à mesure qu'elle s'enfonce dans le métal fondu. En ajustant soigneusement la hauteur de la cloison 22 et ses caractéristiques d'isolation thermique, par exemple son épaisseur, on peut adapter le transfert calorifique à la zone de remplissage de telle façon que la température du métal fondu 11 dans la zone du four contenant les éléments et, en particulier, dans la zone de décharge, ne soit pas affectée au point de déranger le fonctionnement. Les cloisons 22 et 23 ont encore pour fonction 9 2503342 importante d'empêcher les éclaboussures d'aluminium fondu de pénétrer dans les autres parties du four et, principale- ment, d'entrer en contact avec les sources de chaleur de la zone d'éléments 17. De telles éclaboussures de métal ne sont pas uniquement causées par les gaz ou l'humidité rete- nus par la matière mais aussi, simplement, par les matières qui sont plus ou moins projetées dans le métal liquide de la zone de remplissage. Enfin, la cloison empêche aussi une libre entrée de l'air dans la zone d'éléments chauffants, en réduisant ainsi l'oxydation. Avec les dimensions précédemment indiquées concer- nant la cuve 2, le four est conçu pour une capacité de fu- sion de 100-120 kg d'aluminium par heure, ce qui signifie que l'on utilise rarement la capacité totale du four. Pour cette raison, le four est muni d'un système de réglage de son fonctionnement et donc, aussi, de la température. Ce système de réglage comprend des sondes thermométriques pla- cées dans la cuve 12, ainsi que dans l'espace au-dessus du métal fondu 11. Dans les périodes o des quantités relative- ment faibles de métal fondu sont nécessaires, on abaisse le réglage jusqu'à permettre seulement le maintien de la tempé- rature à un niveau convenable, prédéterminé, l'effet étant insuffisant pour faire fondre une nouvelle quantité de ma- tière. Cette réduction ne doit être effectuée que lorsque la totalité de la matière dans la zone de remplissage a été fondue, afin que le niveau du métal fondu soit le même dans la zone de remplissage et dans le reste du four. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation de l'exemple décrit et représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela du cadre de l'invention. 2503342 REVENDICATIONS 1. Four combiné de fusion et de maintien à tempéra- ture, à cuve (2), en matériau résistant à la chaleur et thermiquement isolant, pour contenir une matière fondue (11), particulièrement du métal, le four comprenant une zone de remplissage (4), une zone de décharge (6) et une zone conte- nant des éléments émetteurs de chaleur (5) r caractérisé en ce que la partie inférieure (20) de la zone de remplissage (4) est située dans la cuve (2) et sa partie supérieure (18) est située au-dessus, la zone de remplissage étant sé- parée des autres zones (15, 17) du four par une cloison (22, 23), qui pénètre vers le bas dans le bain fondu (11), en créant un passage de communication (21) dans ce bain. 2. Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cloison comporte une partie supérieure (23), en matériau conducteur de la chaleur, adjacente à la partie supérieure (18) de la zone de remplissage (4), et une par- tie inférieure (22), en matériau thermiquement isolant, qui pénètre vers le bas dans la partie supérieure du bain fondu (11). 3. Four selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie supérieure de la cloison (23) est consti- tuée d'une feuille métallique, placée à proximité d'une source de chaleur, dans la zone contenant les éléments chauffants (17) pour irradier de la chaleur vers la por- tion de remplissage (4). 4. Four selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie inférieure de la cloison (22) descend dans le bain fondu (11) jusqu'à environ un tiers de la profon- deur de celui-ci. 5. Four selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la zone de remplissage est fermée et qu'en même temps que la cuve (2) et que la cloison (22, 23), elle est limitée par un couvercle articulé pivotant (19), en matériau thermiquement isolant.