Brevet FR2543164A1 — publié le 19840928

DISPOSITIF DE RECUPERATION D'ALUMINIUM LIQUIDE PAR COMPRESSION DE CRASSES CHAUDES La présente invention est relative à un dispositif de récupération d'aluminium liquide par compression de crasses chaudes. Il est à noter que le terme "aluminium" employé dans la rédaction de cette demande englobe également tous les alliages de cet élément. Le cycle de fabrication de l'aluminium à partir de ses minerais ou de déchets recyclés comporte généralement une phase de mise en fusion du métal suivie d'une phase de coulée. Il est connu de l'homme de l'art que, lors de cette fusion, il se forme dans les fours à la surface du bain métallique, une couche d'un produit désigné sous le nom de "crasses".et dont l'analyse montre qu'elles sont constituées de particules non métalliques telles que des oxydes, des carbures, des nitrures, etc... entre lesquelles sont emprisonnées des gouttelettes de métal.Si l'on coule tel que le contenu du four, les crasses seront entraînées et formeront dans le produit solidifié des inclusions qui donneront lieu, lors des opérations ultérieures de transformation telles que le laminage par exemple, à -l'apparition sinon de défauts de surface ou internes, tout au moins d'hétérogénéités locales de propriétés préjudiciables à la bonne qualité desdits produits. I1 s'avère donc nécessaire d'éliminer ces crasses du métal avant la coulée, ce qu'on réalise généralement par écrémage du bain au moyen d'une racle au cours d'une opération dite de décrassage. Cependant, ces crasses peuvent contenir une proportion importante de métal allant jusqu'à 95 % de la masse de crasse et leur mise à la décharge telles quelles conduirait à une réduction notable de la mise au mille du métal fabriqué. C'est pourquoi l'homme de l'art s'est efforcé de chercher des moyens permettant de récupérer la plus grande quantité possible du métal contenu dans ces crasses. Une solution consiste à traiter les crasses dans le four de fusion lui-même par un flux ayant pour effet de faire coalescer les gouttelettes de métal et de faciliter leur transfert de la crasse versle bain métallique. Mais, outre l'influence néfaste de ces flux sur les propriétés de certains alliages, leur efficacité au niveau de la récupé ration demeure limitée, de sorte que, quelles que soient les possibilités de traitement dans le four, on est amené inévitablement à traiter ou à retraiter les crasses dans des dispositifs particuliers après qu'elles aient été sorties du four. Ainsi, il est connu d'utiliser un dispositif de malaxage dans lequel la crasse est agitée en présence d'air et éventuellement de flux, de manière à provoquer l'oxydation d'une partie du métal qu'elle contient. Cette oxydation très exothermique permet de maintenir les crasses à une température suffisante pour que les gouttelettes de métal puissent coalescer et s'écouler vers le bas de la cuve où elles sont facilement séparées de la crasse. Les crasses égouttées et chaudes passent alors dans un dispositif de martelage, puis sont séparées suivant leur granulométrie, de sorte que l'on extrait une nouvelle portion du métal ayant échappé à la séparation lors du malaxage. Ce type de traitement présente l'inconvénient de nécessiter pour assurer l'oxydation une perte d'aluminium généralement supérieure à 10 % de celle contenue dans les crasses. De plus, la récupération du métal après martelage n'est pas complète et plus de 5 % de l'aluminium reste dans les crasses qui sont mises à la décharge. Outre les questions de rendement métal, ce type de traitement s'effectue dans des conditions de salubrité souvent insuffisantes en raison des fumées qui peuvent être émises lors de l'oxydation et des manipulations de crasses chaudes entre les différents dispositifs de traitement sans parler des problèmes de bruit et de pollution des eaux posés par la mise à la décharge de produits contenant des-flux relativement solubles et contenant des ions nocifs. C'est pourquoi, on a vu apparaître dans ce secteur de la technique, d'autres dispositifs de traitement dans lesquels on évite notamment le stade de l'oxydation et qui consistent soit à refroidir rapidement les crasses, éventuellement sous flux, dans -des cylindres rotatifs et à les broyer puis à les tamiser pour séparer des fractions plus ou moins riches en aluminium. Toutefois, on est alors amené, pour refroidir rapidement, à installer des cylindres très longs, ce qui entraîne des frais d'investissement et des frais de fonctionnement relativement élevés et n'empêche pas pour autant des nuisances résultant des émissions de fumées et la perte d'une-partie non négligeable de métal.De plus, des installations aussi importantes nécessitent le traitement de grandes quantités'de crasses provenant forcément de fours différents, dans lesquels les qualités d'alliages ne sont pas toujours les mêmes. Il en résulte l'obtention d'un métal liquide de composition variable qui ne peut être recyclé que dans certaines conditions seulement et après analyse. D'autres dispositifs dans lesquels on soumet les crasses chaudes directement à un traitement mécanique sont connus, tels que les centrifugeuses. Mais les réalisations ont été limitées au stade du laboratoire en raison des difficultés inhérentes, lors de l'extrapolation, aux bouchages par les crasses des perforations du bol de l'essoreuse. La demanderesse ayant constaté que les différents dispositifs proposés n'apportaient qu'une solution tout à fait imparfaite au problème de la récupération de l'aluminium des crasses a cherché à mettre au point un dispositif dans lequel on évite les inconvénients cités plus haut, à savoir - la perte d'aluminium par oxydation et les limitations du rendement de récupération - le recours à des flux polluants et chers - les nuisances occasionnées par les fumées et le bruit - les mélanges de crasses de sources différentes - la mise en oeuvre dlinstallations coûteuses en frais d'investissement et de fonctionnement Elle s'est tournée pour cela vers la presse unidirectionnelle Certes, la compression de crasses chaudes au moyen d'une presse pour en récupérer le métal liquide qu'elles contiennent a déjà eté mis en pratique pour certains métaux à bas point de fusion. C'est ainsi qu'on connalt par exemple, par 1'USP 2 278 135, la récupération d'étain liquide à partir de crasses formées d'un intermétallique solide antimoine-aluminium. De même, la DE-OS 2 312 235 décrit un procédé et un dispositif d'extraction du plomb liquide par chauffage entre 3500 C et 5500 C de crasses de plomb fusibles à 8000 C et mises en oeuvre sous forme de compactés d1un poids de 500 g et de diamètre 50 mm. On peut constater que, dans l'un et l'autre brevet, il s'agit de dispositifs utilisables au niveau du laboratoire et applicables à des métaux facilement fusibles et relativement peu oxydables. Il n'en est pas de même de la présente invention qui propose un dispositif de taille industrielle permettant de traiter des crasses d'aluminium dont on sait qu'il faut qu'elles soient au-dessus de 6600 C pour qu'on puisse récupérer le métal contenu t qu'à cette température elles ont une forte tendance à s'enflammer spontanément et qu'un refroidissement audessous du point de fusion entra me la formation d'un solde qu'il est pratiquement impossible de refondre, étant donné la faible conductibilité thermique de l'alumine et la température très élevée voisine de 20000 C qu'il faudrait atteindre pour liquéfier l'ensemble, à la différence des crasses de plomb qui fondent totalement à 8000 C.Ceci implique que le dispositif puisse se prêter à une extraction facile du gâteau de crasses comprimées avant toute prise en masse. Il s'agit donc d'un dispositif particulier adapté à un problème différent de celui de la récupération de métaux tels que l'étain et le plomb et dont la réalisation ne pouvait nullement être déduite des dispositifs existant pour le traitement desdits métaux. Ce dispositif ne concerne pas la presse unidirectionnelle elle-meme, mais un dispositif particulier destiné à être placé temporairement entre le poinçon et la table de la presse comprenant un socle sur lequel repose une matrice cylindrique équipée à chacune de ses extrémités d'un grain circulaire espacé de la paroi intérieure de la matrice et caractérisé en ce que le socle présente sur sa face supérieure une rainure annulaire dont le fond communique avec l'extérieur, que le grain inférieur est séparable du socle, a un diamètre au moins égal au diamètre intérieur de la rainure et, en tout cas, inférieur au diamètre extérieur de la rainure et présente une face supérieure continue de forme conique, que l'espace entre la paroi dudit grain et la paroi intérieure de la matrice est de largeur constante et placée en regard de la rainure. Ainsi, le dispositif selon l'invention concerne un ensemble matrice-socle amovible que l'on peut placer sur la table d'une presse unidirectionnelle de manière à pouvoir soumettre les crasses contenues dans la matrice à la force de compression exercée par le poinçon lorsqu'il se déplace verti calmement de haut en bas vers la table. Toute presse classique indus- - trielle ayant une force suffisante peut être utilisée dans la présente invention en adaptant comme il convient les formes extérieures du dispositif à ses dimensions. Ce dispositif comprend donc, d'une part, un socle amovible réalisé en acier moulé qui repose par sa base sur la table de la presse. Ce socle se caractérise par la présence sur sa face supérieure d'une rainure annulaire qui s'enfonce en son sein suivant une profondeur plus ou moins grande et dont la largeur est généralement supérieure à l'espace qui sépare la paroi intérieure de la matrice de la paroi latérale du grain inférieur. Le fond de cette rainure est incliné par rapport à l'horizontale et son point bas communique avec l'extérieur de manière à pouvoir être mis en relation avec la partie haute d'un bac de stockage muni de moyens de chauffage adéquats. La face supérieure de ce socle est également munie en son centre d'une cavité de forme cylindrique qui s'allonge pratiquement sur toute sa hauteur et dans laquelle vient se loger un appendice équipant le grain inférieur. Ce grain ayant la forme d'un disque repose horizontalement sur le socle dans une position guidée par l'appendice et peut être faci lement séparé du socle. Le diamètre extérieur du grain est au moins égal au diamètre intérieur de la rainure c'est-à-dire que sa paroi extérieure peut prolonger la paroi intérieure de la rainure mais il peut aussi être légèrement plus grand de manière que sa paroi surplombe la rainure. Tou tefois, le diamètre doit être tel qu'il laisse la majeure partie de la rainure ouverte vers le haut. Le grain inférieur est également caractérisé en ce qu'il présente une face supérieure continue, c'est-à-dire qu'elle ne comporte aucune perfo ration ou autre orifice d'écoulement ; cette face n'est pas plane mais se projette vers l'extérieur en formant un cône de demi-angle au sommet compris de préférence entre 75 et 85 degrés. Le dispositif selon l'invention comprend d'autre part une matrice, sorte de cylindre en acier coulé, de hauteur et de diamètre intérieur sensiblement voisins, et de diamètre hors tout à peu près identique au diamètre du socle. Ce cylindre est muni à chacune de ses extrémités inférieure et supérieure d'un collet. Le collet supérieur sert de moyen de fixation à un système d'amarrage permettant de le soulever ou de le déposer sur le socle ; le collet inférieur constitue l'assise de la matrice sur le socle et il est muni, à sa partie inférieure, d'emboîtements qui viennent s'ajuster sur des emboîtements correspondants dont est munie la face supérieure du socle à l'extérieur de la rainure annulaire. Ces emboîtements ont des surfaces de contact inclinées par rapport à la verticale, de manière à éviter tout frettage d'une pièce sur l'autre et à rendre ces dernières facilement séparables en dépit des contraintes thermiques qu'elles subissent. Lorsque la matrice repose sur le socle, sa paroi intérieure est séparée de la paroi du grain inférieur par un espace de largeur constante sur toute sa périphérie, cet espace étant placé au-dessus et à l'aplomb de la rainure. Cet espace a une largeur comprise entre 5 et 20 mm et généralement inférieure à la largeur de a rainure. Cette matrice est équipée sur sa paroi latérale d'un système de chauffage permettant de porter sa température à 2000 C au moins au-dessus du point de fusion de l'alu- minium, c'est-à-dire à plus de 8600 C. La paroi latérale de la matrice est recouverte sur sa portion de surface comprise entre les deux collets par un calorifuge. En haut de la matrice, est disposé le grain supérieur, sorte de disque en acier muni d'un crochet sur sa face supérieure et séparé des crasses par une couche d'isolant thermique et qui peut se déplacer librement à l'intérieur de la matrice, mais avec un jeu très limité. Le cycle de fonctionnement du dispositif selon l'invention est le suivant : l'ensemble socle-matrice-bac de stockage est amené au moyen d'un chariot à fourches, par exemple, à proximité du four à décrasser. La matrice, ayant été portée à une température voisine de 9000 C, est alors remplie de crasses puis fermée à l'aide de la couche d'isolant thermique pour éviter toute émission de fumées. On véhicule ensuite l'ensemble jusqu'à la table de la presse et on descend le grain supérieur a' l'intérieur de la matrice. Le poinçon de presse s'abaisse alors de manière à soumettre les crasses, par l'intermédiaire du grain supérieur, à une pression telle que leur hauteur soit réduite progressivement à au moins 1/4 de la hauteur initiale.Dans ces conditions, l'aluminium liquide est chassé vers le bas de manière continue et spécule sur la face conique du grain supérieur avant de s'échapper par l'espace prévu entre la paroi du grain supérieur et la paroi intérieure de la matrice et de tomber dans la rainure annulaire où il suit la pente pour sortir du socle et être recueilli dans le bac de stockage. La largeur-de l'espace entre matrice et grain inférieur a été conçu de manière à permettre au métal de s'échapper facilement de la matrice sans pour autant provoquer de bouchages par entraînement de particules de crasses. L'utilisation de la compression pour récupérer lXaluminåum des crasses n'a pas connu d'application industrielle en raison également des difficultés qui accompagnaient l'extraction du gâteau après compression. Mais le dispositif selon l'invention permet d'y parer. En effet, si, dans les meilleures conditions opératoires, il suffit de maintenir le poinçon appuye sur le gâteau et de soulever la matrice au moyen d1un palan accroché au collet supérieur pour laisser en place le gâteau et les deux grains sur la socle, ensemble dont il est alors facile de séparer les éléments par contre, le plus souvent, cette manoeuvre s' avère impossible. I1 faut pouvoir procéder de manière différente. Le fait que le grain inférieur soit séparable du socle le permet. Pour cela, après avoir relevé le poinçon, l'ensemble metrice-gateau-grains est soulevé de manière à libérer l'appendice du sole. Puis, la matrice est maintenue en place au moyen d'un support placé au-dessous du collet supérieur. Le poinçon est alors abaissé et vient s'appuyer sur le grain supérieur qu'il expulse de la matrice en même temps que le gateau et le grain inférieur. Le gateau est alors facilement désolidarisé des deux grains. Un tel dispositif présente de nombreux avantages par rapport à ceux de l'art antérieur. I1 permet de récupérer les crasses sur le lieu même où a lieu l'écrémage sans nécessiter de volume de stockage intermédiaire et donc sans procéder à des transferts, sources de nuisances. Les crasses étant traitées par lots, en quantités relativement petites, d'origine bien repérée, le métal récupéré est de composition connue et peut donc être recyclé directement sans analyse. Aucune perte d'aluminium par oxydation n'est à enregistrer et le rendement d'extraction proprement dit est amélioré de sorte que le rendement global de récupération est supérieur à celui de tous les autres dispositifs. Les problèmes relatifs aux flux deviennent sans objet. L'installation mise en oeuvre recourt à une presse pour laquelle les frais d'investissement et de fonctionnement restent relativement modérés. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la figure unique ci-jointe qui représente en coupe verticale le dispositif revendiqué. On y distingue la table de la presse (1) et le poinçon (2) entre lesquels sont placés le socle (3) présentant une rainure annulaire (4), une cavité (5) dans laquelle est engagé liappendice (6) du grain inférieur (7) dont la face supérieure est de forme conique. Ce socle est pourvu dlemboîtements (8) sur lesquels repose, par l'intermédiaire de son collet inférieur (9), la matrice (10) remplie de crasses (11) sur lesquelles sont posés une couche d'isolant (12) et le grain supérieur (13) et qui est munie d'un collet supérieur (14) permettant son déplacement vers le haut au moyen d'un système de levage (15). Le repère (16) montre l'espace entre le grain inférieur et la paroi intérieure de la matrice. L'invention peut être illustrée au moyen de l'exemple d'application suivant : une matrice, de diamètre intérieur 1050 mm, de hauteur 870 mm, chauffée à 8100 C, placée sur un socle présentant une rainure annulaire de largeur 130 mmr de profondeur de 100 à 150 mm et un grain inférieur de diamètre extérieur 1030 mm, a été remplie avec 850 kg de crasses contenant 90 % de métal et disposée sous le poinçon d'une presse de 600 tonnes. Le temps de pressage a été de 9 minutes et on a extrait 95 % du métal contenu. La présente invention trouve son application dans l'industrie de l'aluminium quand on veut traiter des crasses de façon économique et dans de bonnes conditions de salubrité. REVENDICATIONS 10/ Dispositif de récupération d'aluminium liquide par compression de crasses chaudes, ce dispositif étant destiné à être placé temporairement entre le poinçon et la table d'une presse unidirectionnelle, et comprenant un socle sur lequel repose une matrice cylindrique équipée à chacune de ses extrémités d'un grain circulaire espacé dé la paroi intérieure de la matrice, caractérisé en ce que le socle présente, sur sa face supérieure, une rainure annulaire dont le fond communique avec l'extérieur, que le grain inférieur est séparable du socle, a un diamètre au moins égal au diamètre intérieur de la rainure et en tout cas inférieur au diamètre extérieur de la rainure, et présente une face supérieure continue de forme conique, que l'espace entre la paroi dudit grain et la paroi intérieure de matrice est de largeur constante et placée en regard de la rainure. 20/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace entre le grain inférieur et la paroi intérieure de la matrice a une largeur comprise entre 5 et 20 mm. 30/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur de la rainure est supérieure à l'espace qui sépare la paroi du grain inférieur de la paroi intérieure de la matrice. 40/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fond de la section annulaire est incliné par rapport à l'horizontale. 50/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le grain inférieur est équipé, sur sa face inférieure, d'un appendice perpendiculaire à ladite face, et de forme cylindrique qui pénètre à l'intérieur d'une cavité pratiquée dans le socle. 60/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice repose sur le socle par l'intermédiaire d'emboîtements à surfaces de contact inclinées par rapport à la verticale. 70/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matrice est équipée à chacune de ses parties inférieure et supérieure d'un collet. 80/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point bas de la rainure annulaire du socle débouche vers l'extérieur dans un bac de stockage chauffé. 90/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la paroi latérale externe de la matrice est équipée d'un sytème de chauffage et calorifugée. 100/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le grain supérieur est séparé des crasses par une couche d'isolant thermique.