Brevet FR2523005A1 — publié le 19830916

L'invention a pour objet un procédé et une installation de coulée d'un métal non ferreux à l'état liquide Elle s'applique plus particulièrement à la coulée de zinc en lingotière. D'une façon générale, il est bien connu qu'à tout en- droit o il y a chute de zinc liquide en jet libre, notamment lors de la coulée de zinc en lingotière, il se forme une mousse métal- lique solide au pied du jet de coulée qui se répand ensuite sur la surface du bain liquide contenu dans la lingotière. Comme on le sait, la formation de cette mousse provient de l'oxydation du zinc En effet, au point d'impact du jet de cou-' lée, il y a création de bulles du fait de la tension superficielle élevée du zinc (ne 780 dynes/cm) Or, l'air entraîné par le jet provoque une oxydation superficielle rapide de ces bulles Comme l'oxyde de zinc (température de fusion du Zn O O ? 1950 C) est solide à la température de coulée ( 4700 C à 5209 C), et que, de plus, sa capacité calorifique est nettement supérieure à celle du zinc (Zn O Cp = 12 cal mole T -1; Zn: Cp = 7,5 cal mole 1), il y a stabilisation et solidification immédiate des bulles La mousse mé- tallique solide ainsi formée se présente sous la forme d'un feuille- té très fin qui comprend environ 98 % de métal et représente 1 à 1,5 % du métal coulé. Pour éviter les défauts constitués par les oxydes prove- nant de cette mousse dans les lingots de zinc ultérieurement obte- nus, on est obligé d'éliminer la couche superficielle de mousse de la surface du bain par écrémage manuel, en général avec une raclet- te, avant la solidification complète du métal dans la lingotière. Ainsi, outre l'inconvénient d'une perte non négligeable en métal de départ, la formation de mousse de zinc représente des investis- sements en main d'oeuvre et en temps qui nuisent à la rentabilité de l'ensemble du procédé. Il est connu, pour éviter la formation de mousse de zinc, d'effectuer la coulée avec des installations de conception diffé- rente par exemple des installations dans lesquelles la coulée s'effectue en source Mais, comme on le sait, la coulée en source est plus onéreuse et difficile à mettre en oeuvre que la coulée en chute. La présente invention a pour objet un procédé de coulée d'un métal non ferreux à l'état liquide, qui permet d'éviter la for- mation de mousse métallique solide, dans des installations de coulée en chute de type habituel. Le procédé de coulée d'un métal non ferreux à l'état liquide, notammant de zinc, d'une réserve dudit métal liquide vers un réci- pient récepteur dudit métal, sous forme d'un jet libre, conforme à l'invention, se caractérise en ce que l'on crée une zone confinée d'un gaz inerte vis-à-vis dudit métal par introduction dans ladite zone dudit gaz inerte liquéfié, ladite zone surplombant entièrement ledit métal dans ledit récipient récepteur et entourant ledit jet sur toute sa hauteur. Selon une caractéristique du procédé, on injecte ledit gaz inerte liquéfié dans ladite zone à un débit tel que l'atmosphè- re au voisinage du jet de métal liquide ait une teneur en oxygène inférieure à 1 %, et de préférence à 0,1 % Selon une variante de l'invention, on fait défiler un jeu de lingotières, disposées transversalement côte à côte, sous ladite réserve de métal liquide, et on inerte préalablement chacune des lingotières avant son passage sous le jet du métal liquide. L'invention a également pour objet une installation de coulée d'un métal non ferreux à l'état liquide mettant en oeuvre le procédé considéré Cette installation se caractérise en ce qu'elle comporte: un bac répartiteur à orifice de coulée, des moyens de confinement solidarisés audit bac répartiteur autour dudit orifice de coulée et s'étendant vers le bas, comportant des moyens d'alimentation et de distribution d'un gaz inerte liqué- fié raccordés à un réservoir de gaz inerte liquéfié. Comme on le comprend, la création de la zone confinée de gaz inerte empêche toute oxydation du métal liquide, et donc la formation de mousse métallique solide En effet, il n'y a pas sta- bilisation ni solidification des bulles formées qui restent donc liquides et s'éliminent dans le bain de métal Ainsi, grâce au pro- cédé de l'invention, on évite toute perte en métal lors de la cou- lée et on obtient des lingots exempts de mousse en fin de procédé. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaî- tront dans la description qui suit, donnée à titre non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'une installation de coulée d'un métal non ferreux selon l'invention, la figure 2 est une vue en coupe transversale partielle et agran- die selon II/II de la figure 1. En se référant aux figures 1 et 2, une installation de coulée de zinc comporte un bac répartiteur métallique ( 1) en forme de parallélépipède rectangle, comportant un fond ( 2) et quatre pa- rois latérales ( 3 a, 3 b) et ( 4 a, 4 b) Le fond ( 2) du bac ( 1) comporte une fente ( 5) Une goulotte ( 6) d'amenée de zinc liquide, reliée à un four de maintien (non représenté sur la figure) et légèrement inclinée, débouche à la partie supérieure de la paroi ( 3 a) du bac répartiteur ( 1). Des lingotières métalliques L, placées transversalement côte à côte et solidaires de deux chaînes de transmission sans fin ( 8) par l'intermédiaire d'axes de pivotement ( 16), défilent dans le sens de la flèche F sous le bac répartieur ( 1) et prennent succes- sivement les positions ( 7 A, 7 B, 7 C, 7 D,) Ces lingotières L sont en forme d'auge comportant un fond rectangulaire ( 9) et quatre parois latérales ( 10 a, 10 b) et (lia, llb) légèrement inclinées. Un capot métallique ( 12), en forme de parallélépipède rec- tangle comporte une plaque supérieure horizontale ( 13) et quatre parois latérales verticales ( 14 a, 14 b) et ( 15 a, 15 b) La plaque su- périeure ( 13) est percée d'une ouverture rectangulaire ayant les dimensions juste nécessaires pour y encastrer la partie inférieure du bac répartiteur ( 1) La plaque ( 13) du capot ( 12) est fixée par l'intermédiaire,de quatre plaques de liaison métalliques (la) à l'aide de boulons ( 19) aux parois ( 3 a, 3 b) et ( 4 a, 4 b) du bac répar- titeur ( 1). Le capot ( 12) surplombe entièrement les deux lingotières ( 7 B) et ( 7 c), et ses parois latérales 14 a, 14 b) et ( 5 a, 15 b) ar- rivent juste au ras des bords supérieurs de ces lingotières De façon plus précise, le bord inférieur ( 20) des parois ( 14 a, 14 b) s'arrête juste au-dessus des bords supérieurs ( 21) des parois (o 10 a, 10 b) des lingotières ( 7 B) et ( 7 C) et le bord inférieur ( 22) des pa- rois ( 15 a, 15 b) s'arrête juste au-dessus des bords supérieurs ( 28) des parois ( 11 a, 11 b) des lingotères ( 7 B) et ( 7 C) Ainsi, le capot ( 12) forme un couvercle de protection quasi-hermétique pour la cavité interne des lingotières ( 7 B) et ( 7 C) tout en ne les empêchant pas de défiler. Une rampe ( 23) d'alimentation et de distribution d'un gaz inerte liquéfié est fixée sous la plaque supérieure ( 13), parallè- lement à la paroi ( 14 a), dans la partie amont du capot ( 12) par rap- port au sens de déplacement F des lingotières L Cette rampe ( 23) est du type séparateur de phases classique, comportant une fente ( 29) de dégazage à sa partie supérieure et munie, à sa partie inférieure et à espacements réguliers, de buses d'injection ( 24) de gaz inerte liquide orientées vers le bas La rampe ( 23) est reliée à un réser- voir de gaz inerte liquéfié ( 25) par l'intermédiaire d'un conduit ( 26) et d'un tube plongeur ( 27) La rampe d'alimentation et de distri- bution ( 23) est située de préférence dans la partie amont du capot ( 12) par rapport au sens de déplacement F, comme représenté sur les figures, mais elle peut être également placée dans la partie aval du capot ( 12); il peut également y avoir deux rampes d'alimentation et de distribution de gaz inerte liquéfié, l'une dans la partie amont et l'autre dans la partie aval du capot. Un conduit vertical ( 30) traverse la partie aval de la pla- que supérieure ( 13) par rapport au sens de déplacement F et débouche légèrement en-dessous de ladite plaque ( 13) Ce conduit ( 30) muni d'une pompe ( 32), est relié à un analyseur d'oxygène ( 31). Une rampe de préchauffage ( 33), disposée parallèlement à la paroi ( 14 a) du capot ( 12) et au-dessus de la lingotière ( 7 y), est fixée à la paroi ( 14 a) par l'intermédiaire de tiges métalliques ( 34) munies de bagues métalliques ( 35) Cette rampe de préchauffage ( 33) est constituée d'un tuyau ( 36) relié à des sources d'alimenta- tion en gaz combustible et en gaz comburant (non représentées sur les figures) et muni, à espacements réguliers, de brûleurs ( 37) orientés vers la cavité interne de la lingotière ( 7 À). Le bac répartiteur ( 1) contient un bain de zinc liquide ( 40) qui s'écoule par la fente ( 5) sous forme d'un jet J pour for- mer un bain de zinc liquide ( 41) dans la lingotière ( 7 C). Le fonctionnement de l'installation selon l'invention est le suivant On alimente en continu le bac répartiteur ( 1) en zinc liquide, provenant d'un four de maintien, à l'aide de la goulotte ( 6); les impuretés, notamment les oxydes formés lors du transport à l'air dans la goulotte ( 6), restent à la surface du bain de métal liquide ( 40) ainsi formé dans le répartiteur ( 1) et le zinc liquide pur décante au fond du répartiteur ( 1) et s'écoule par la fente ( 5) dans la lingotière qui est en position ( 7 C). On fait défiler, à l'aide des chaînes ( 8), les lingotières L sous le capot ( 12) dans le sens de la flèche F Avant de pas- ser sous le capot ( 12), chaque lingotière L, en position ( 7 A), est préchauffée à une température supérieure à 1000 C au moyen de la rampe de préchauffage ( 33) Quand cette lingotière X arrive ensuite en position ( 7 B), elle reçoit les jets d'un gaz inerte liquéfié, tel que de l'argon ou de l'azote, injectés par les buses ( 24) de la rampe d'alimentation ( 23) Une partie de ce gaz inerte liquéfié se vaporise et se répand dans l'espace défini par le capot ( 12) et les lingotières en position ( 7 B) et ( 7 C); l'autre partie reste liquide et forme une couche liquide ( 42) sur le fond de la lingotière ( 7 B) qui se retrouvera à la surface du bain métallique ( 41) quand la lin- gotière sera en position ( 7 C) Ainsi, il se crée une atmosphère ga- zeuse inerte dans la cavité interne de la lingotière L en position ( 7 B) ainsi qu'au-dessus de la surface du bain ( 41) et autour du jet J dans la lingotière suivante (position ( 7 C)) Ensuite, la lingo- tière L arrive en position ( 7 C) o elle reçoit le jet J de zinc li- quide et se remplit peu à peu tout en étant maintenue en atmosphère gazeuse inerte comme on vient de l'expliquer précédemment Quand la lingotière L arrive en position ( 7 D), elle contient un bain de zinc liquide dont la surface est exempte de mousse métallique solide. Tout au long du procédé, on surveille en permanence la teneur en oxygène de l'atmosphère au voisinage du jet de coulée J et de la surface du bain métallique ( 41) à l'aide de l'analyseur 252300 % d'oxygène ( 31), et on règle le débit d'injection du gaz inerte li- quéfié dans la rampe d'alimentation ( 23) de façon à ce que cette teneur en oxygène soit inférieure à 1 % et de préférence à 0,1 %. Le préchauffage éventuel de chaque lingotière en position ( 7 A) est destiné, dans certains cas, à éviter un refroidissement trop important de cette dernière quand elle sera en position ( 7 B) ainsi que du bain de métal liquide qu'elle contiendra quand elle sera en position ( 7 C), refroidissement qui provient des frigories apportées par le gaz inerte liquéfié. L'invention s'applique plus particulièrement à la coulée continue du zinc en lingotière, mais elle pourrait également s'ap- pliquer à la coulée de tout métal non ferreux en chute libre sus- ceptible de présenter le problème de la formation de mousse métal- lique solide au pied du jet de coulée. REVENDICATIONS 1 Procédé de coulée d'un métal non ferreux à l'état liqui- de, notamment de zinc, d'une réserve dudit métal liquide vers un récipient récepteur dudit métal, sous forme d'un jet libre, carac- térisé en ce que l'on crée une zone confinée d'un gaz inerte vis- à-vis dudit métal par introduction dans ladite zone dudit gaz inerte liquéfié, ladite zone surplombant entièrement ledit métal dans ledit récipient récepteur et entourant ledit jet sur toute sa hauteur. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on injecte ledit gaz inerte liquéfié dans ladite zone à un débit tel que l'atmosphère au voisinage du jet de métal liquide ait une teneur en oxygène inférieure à 1 %, et de préférence inférieure à 0,1 %. 3 Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, selon le- quel on fait défiler un jeu de lingotières, disposées transversale- ment côte à côte, sous ladite réserve de métal liquide, caractérisé en ce que l'on inerte préalablement chacune des lingotières avant son passage sous le jet de métal liquide. 4 Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caracté- risé en ce que l'on préchauffe chacune des lingotières avant son passage dans la zone confinée de gaz inerte. Procédé selon l'une des revendications-1 à 4, caracté- risé en ce que le gaz inerte est de l'azote ou de l'argon. 6 Installation de coulée d'un métal non ferreux à l'état liquide mettant en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte: un bac répartiteur ( 1) à orifice de coulée dans son fond, des moyens de confinement ( 12) solidarisés audit bac répartiteur ( 1) autour dudit orifice de coulée et s'étendant vers le bas, com- portant des moyens d'alimentation et de distribution ( 23) d'un gaz inerte liquéfié, raccordés à un réservoir ( 25) de gaz inerte li- quéfié. 7 Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que les moyens d'alimentation et de distribution d'un gaz inerte liquéfié sont constitués par une rampe d'alimentation et de distri- bution ( 23) du type formant séparateur de phases avec orifices de décharge liquide ( 24) en zone inférieure et orifices de décharge gazeuse ( 29) en zone supérieure, placée à l'intérieur desdits moyens de confinement ( 12). 8 Installation selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens d'entraînement et de guidage ( 8) pour un jeu de récipients récepteurs (L) disposés transversalement côte à côte en un train susceptible de défiler sous lesdits moyens de confinement ( 12). 9 Installation selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de préchauffage ( 33) en amont de la réserve de métal liquide ( 1) par rapport au sens de déplacement dudit train. Installation selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de mesure de teneur en oxygène ( 31) à l'intérieur des moyens de confinement ( 12), au voisinage de l'orifice de coulée du bac répartiteur ( 1).