Brevet FR2554829A1 — publié le 19850517

La présente invention se rapporte a un procédé d'affinage d'un métal. La refusion du laitier électro-conducteur est un procédé de fusion ou d'affinage secondaire. Les lingots de production primaires, connus comme électrodes consom- mables sont refondus et on les laisse se resolidifier en conditions plus exactement contrôlées que celles pou- vant être obtenues pendant la fusion primaire pour améliorer leur structure de grain et retirer les inclu- sions et impuretés formant des inclusions. La refusion est obtenue par chauffage par résistance, le courant électrique passant entre l'électrode consommable et une seconde électrode. L'électrode consommable est partiel- lement immergée dans une couche de laitier, dans laquelle de la chaleur de fusion par effet Joule est produite. Une masse du métal fondu se forme en dessous du laitier. Le laitier forme un trajet pour le courant. Il retire égale- ment, du produit fondu, les inclusions et impuretés formant des inclusions. Le courant électrique passe traditionnellement à travers le laitier entre l'électrode consommable et le lingot. Un tel processus fonctionne très bien dans les cas ou le lingot qui est formé a une section transversale qui est sensiblement la même ou plus grande que la section transversale de l'électrode (s) qui est fondue. Un tel processus n'est pas souhaitable dans les cas o la section transversale du lingot qui est formé et plus petite que la section transversale de l'électrode (s) qui est fondue, comme dans les cas o le lingot qui est formé est une barre. Des lingots de plus petite section tranversale nécessiteront une coupe fréquente. La coupe interrompt le trajet de courant, nécessitant une suppresion du courant par des contacts glissant contre le lingot. Les contacts glissants sont incommodes par le fait que les lingots qui sont formés ne sont souvent ni lisses ni propres. Un trajet de courant qui comprend le lingot est également sensible à un autre problème dans les cas o le lingot qui est formé est plus petit que l'électrode qui est fondue. Le fort courant requis pour faire fondre l'électrode consommable pourrait chauffer, par résis- tance, le lingot et retarder sa solidification. Une nécessité d'établir un autre trajet de courant a existé. Des expériences ont été entreprises en faisant passer le courant électrique à travers le laitier entre l'électrode consommable et le creuset. Cela a eupour résultat une instabilité du fonctionnement du four et une dégradation du creuset. On a supposé qu'une couche de laitier se soli- difiait à proximité de la paroi du creuset et que cette couche de laitier précipitait la formation de l'arc à travers elle. Le creuset était refroidi à l'eau. La présente invention procure un trajet de courant qui élimine la formation de l'arc qui se produit lorsque du courant électrique passe à travers un laitier entre une électrode consommable et une seconde électrode ayant un moyen de refroidissement comme partie intégrante. Elle procure également un trajet de courant qui élimine la formation de l'arc qui se produit lorsque le courant électrique passe à travers un laitier entre deux électrodes non consommables dont au moins une a un moyen de refroi- dissement comme partie intégrante, comme dans les situations ot du métal fondu est versé à travers un laitier. La formation de l'arc due au passage du courant électrique à travers le laitier et entre les électrodes est éliminée par passage du courant électrique à travers au moins un organe électriquement conducteur interposé entre le laitier et l'électrode refroidie. L'organe électriquement conduc- teur a une température de fusion supérieure à la tempé- rature de fusion et inférieure à la température moyenne de l'ensemble du laitier. Dans le cas de la présente demande, la température moyenne de l'ensemble du laitier est la température au loin des parois du creuset en reconnaissant le fait qu'il y a des gradients de tempé- rature & travers le laitier. Des procédés de refusion sous laitier, électro-conducteur sont révélés dans de nombreuses références, comprenant les brevets Etats-Unis d'Amérique n 4 108 235 et 4 145 563. Les brevets n 4 108 235 et 4 145 563 ne révèlent pas le trajet du courant de la présente inven- tion. Le trajet de courant du brevet n 4 108 235 se trouve entre l'électrode consommable, le creuset et un mandrin utilisé pour couler des lingots creux. Celui du brevet n 4 145 563 peut comprendre un revêtement du creuset. TLe revêtenent du creuset est cependant électriquement isolé du creuset. Des procédés pour l'affinage d'un métal qui est déjà fondu sont également révélés dans de nombreuses références. Ces références comprennent le brevet d'Allemagne de l'Ouest n 1 483 646. Comme avec les références décrites dans le paragraphe qui précède, le brevet n 1 483 646 ne révèle pas le trajet de courant de la présente invention. Il décrit une enveloppe 13 de laitier solidifié qui isole électriquement le laitier du creuset. Les organes électriquement conducteurs de la présente invention empéchantcet isolement. La présente invention a en conséquence pour objectif un procédé d'affinage de métal caractérisé par l'utilisation d'un trajet perfectionné de courant. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence au dessin schématique annexé donné uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lequel: - la figure unique est une représentation schéma- tique des éléments formant le trajet de courant. La présente invention concerne un procédé d'affi- nage d'un métal dans un creuset contenant une couche de laitier fondu, o du métal fondu passe vers le bas à travers le laitier et se resolidifie en dessous, sous forme d'un lingot. Le laitier est maintenu fondu par passage de courant électrique à travers la couche de laitier et entre une première électrode et une seconde électrode. La seconde électrode a un moyen de refroidissement au liquide ou au gaz en tant que partie intégrante. Elle est usuellement formée de cuivre ou d'un alliage de cuivre. Le courant passant entre la première électrode et la seconde électrode par au moins un organe électriquement conducteur qui est interposé entre le laitier et la seconde électrode. La première électrode peut être une électrode consommable qui est partiellement immergée dans la couche du laitier fondu de façon à fondre graduellement, et à ce que des gouttes de métal en descendent. La seconde électrode est généralement le creuset mais peut être une électrode non consommable qui est partiellement immergée dans la couche de laitier fondu. La source de courant peut être soit du courant continu ou du courant alternatif, bien que l'on préfère le courant alternatif. Les organes électriquement conducteurs ont une température de fusion supérieure à la température de fusion et inférieure à la température moyenne de l'ensemble du laitier. La surface refroidie de la seconde électrode les protège contre une fusion. La forme, l'épaisseur et la conductivité des organes sont telles qu'une partie de leur surface (qu'e] le soit solide ou liquide) qui est en contact avec le laitier est à une température au-delà de la tempé- rature de solidification du laitier. Un organe ayant une conductivité thermique supérieure devra généralement être plus épais qu'un organe de forme correspondante ayant une plus faible conductivité thermique. Des métaux comme l'acier et des alliages à base de nickel sont des exemples de matière dont les organes peuvent être formés. Les organes ont usuellement la forme d'un anneau. On peut les inter- poser entre le laitier et la seconde électrode par tout moyen connu de ceux qui sont compétents en la matière. Un ajustement de forceest un moyen particulier pour inter- poser les organes. La figure montre une représentation schématique des éléments formant un trajet de courant selon la présente invention. Le courant passe entre l'électrode consommable 1 et le creuset 3 par la couche de laitier 5 et les organes électriquement conducteurs 7. Bien que seul un organe électriquement conducteur soit généralement utilisé, plus d'un peut être présent comme on peut le voir sur la figure. L'organe électriquement conducteur peut, comme cela est représenté, être formé pour s'ajuster au plus grand diamètre interne du creuset ou bien être formé pour être placé dans un évidement du creuset. Un lingot 9 et une masse de métal fondu 11 sont également représentés. Les exemples qui suivent illustrent divers aspects de l'invention. Une tentative pour faire passer du courant direc- tement entre une électrode consommable et un creuset, à travers une couche de laitier, a eu pour résultat une dégradation du creuset. La tentative a été entreprise en conditions normaleset à des niveaux normaux de courant (1 900 ampères) et de tension pour un four de refusion sous laitier électro-conducteur de laboratoire.L'électrode consommable qui était un alliage à base de nickel avait 88,9 x 10-3 mètre de diamètre. Le lingot résultant avait 25,4 x 10-3 mètre de diamètre. Le diamètre interne du sommet du creuset avait 133,4 x 10-3 mètre. Le creuset a été inspecté avant l'essai et s'est révélé ne présenter aucun défaut et seules quelques taches. Une inspection après l'essai a montré que le creuset était gravement piqué par ce qui semblait être des marques de l'arc. Les piqûres avaient typiquement une profondeur comrise entre 4 x 10-4 mètre 1, 6 x 10-3 mètre. L'essai n'a duré que 10 minutes. Si une piqûre pouvait traverser la paroi du creuset, l'entrée d'eau dans le laitier fondu provoquerait une explosion. Une dégradation du creuset était caractériséecomme étant suffisantepour empêcher de plus en plus d'essais avec ce trajet de courant. Le trajet de courant de la présente invention a été tenté à peu près dans les mêmes conditions que l'essai rapporté dans le paragraphe qui précède. Un anneau d'acier a été usiné pour s'adapter au plus grand diamètre interne d'un creuset et y a été ainsi fixé. Les résultats de l'essai étaient très favorables. Ni le creuset ni l'anneau d'acier n'ont souffert d'aucune dégradation. 41 essais supplémentaires ont été entrepris en utilisant des anneaux d'acier et des alliages à base de nickel ou de cobalt comme électrodes consommables. Le creuset n'a jamais été endommagé dans ces essais. La chemise d'acier a été remplacée plusieurs fois du fait de son éventuel grandissement dû à la chaleur. Un essai supplémentaire a été effectué avec un anneau en un alliage à base de nickel usiné pour s'adapter de manière très serréedans un évidement d'un creuset. Cet essai a été effectué à 2 200 ampères et 31 volts. Le creuset a été inspecté après l'essai et s'est révélé être exempt de toute dégradation. Il n'y avait pas de marque d'arc ni de piqûre ni aucune érosion du creuset. La bague avait subi une certaine fusion autour de son sommet mais cela n'a pas affecté son fonctionnement. On l'a subséquemment réutilisée. R E V E N D I C A T I 0 N S REVENDICATIONS 1.-Procédé d'affinage d'un métal dans un creuset contenant une couche de laitier fondu, du type o le métal fondu descend à travers laitier et se resolidifie sous forme d'un lingot en dessous, et o ledit laitier est maintenu fondu par passage de courant électrique à travers ladite couche de laitier et entre une première électrode et une seconde électrode, ladite seconde électrode ayant un moyen de refroidissement comme partie intégrante, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de faire passer du cou- rant électrique entre ladite première électrode et ladite seconde électrode à travers au moins un organe électriquement conducteur interposé entre ledit laitier et ladite seconde électrode, ledit organe électriquement conducteur ayant une température de fusion supérieure à la température de fusion et inférieure à la température moyenne de l'ensemble du laitier, une partie de la surface dudit organe électriquement conducteur qui est en contact avec ledit laitier ayant une température au- dessus de la température de solidification dudit laitier. 2.- Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'organe électriquement conducteur précité est de l'acier. 3.- Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'organe électriquement conducteur précité est un alliage à base de nickel. 4.- Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la première électrode précitée est une électrode consommable qui est partiellement immergée dans la couche de laitier fondu de façon à fondre graduellement, et en ce que des gouttes de métal en tombent. 5.- Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la seconde électrode précitéeest une électrode refroidie au liquide. 6.- Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la seconde électrode précitéeest le creuset. 7.- Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la seconde électrode précitée est une électrode non consommable qui est partiellement immergée dans la couche de laitier fondu. 8.- Procédé selon la revendication 4, carac- térisé en ce que la section transversale du lingot est plus petite que la section transversale de l'électrode consommable. 9.- Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'organe électriquement conducteur précité a la forme d'un anneau. 10.- Procédé selon la revendication 8, carac- térisé en ce que la seconde électrode précitée est le creuset et en ce que l'anneau précité s'adapte dans le plus grand diamètre interne dudit creuset. 11.- Procédé selon la revendication 8, carac- térisé en ce que la seconde électrode précitéeest le creuset et en ce que l'anneau précité s'adapte dans un évidement dudit creuset. 12.- Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la seconde électrode précitée esten cuivre ou un alliage de cuivre.