Brevet FR2561761A1 — publié le 19850927

Dispositif d'évacuation en continu des produits fondus contenus dans un creuset froid. La présente invention se rapporte aux creusets froids utilisés pour fondre, par induction, des matériaux divers tels que des métaux ou des matériaux céramiques. Par creuset froid, on entend un creuset dont un système de refroidissement, le plus souvent un serpentin parcouru par de l'eau, assure le maintien des parois à une température relativement basse par rapport à celle des produits en fusion contenus à l'intérieur de ce même creuset. De tels creusets comportent en général une bobine primaire inductrice, faite d'un certain nombre de spires de matériau conducteur entourant la paroi du creuset lui-même, et destinée à fondre, par couplage inductif à haute fréquence, les matériaux que l'on situe à cet effet à l'intérieur du creuset et qui constituent en eux-mêmes le secondaire du circuit électrique ainsi réalisé. Dans l'état actuel de la technique, lors de l'élaboration de matériaux céramiques ou de métaux, notamment par réduction directe à partir de leurs oxydes, fluorures ou chlorures, l'évacuation de ceuxci peut se faire de différentes manières. On peut envisager soit le basculement du creuset froid, soit la coulée du produit fondu à travers un trou placé dans le fond du creuset, soit le tirage de la partie inférieure solidifiée du produit préparé par le fond du creuset froid supposé ouvrable, soit encore de façon plus élémentaire, par refroidissement puis démoulage du produit solidifié. Dans tous les cas mentionnés ci-dessus, un problème subsiste, notamment lors d'une coulée en continu, qui est celui de l'évacuation des scories ou du laitier situé en général au sommet de la partie en fusion. Par ailleurs, il pourrait être intéressant dans certains cas d'élaboration de métaux en continu, d'utiliser un creuset dont le fond soit fermé et qui permette une évacuation en continu du produit élaboré sous forme liquide, au sommet du creuset froid vers l'extérieur. La présente invention a précisément pour objet un dispositif d'évacuation en continu des produits fondus contenus dans un creuset froid qui répond aux différents objectifs précédents tout en étant d'une réalisation et d'une mise en oeuvre particulièrement simples. Ce dispositif d'évacuation en continu des produits fondus contenus dans un creuset froid, du type de ceux dans lesquels on-porte lesdits produits à l'état de fusion par chauffage par induction électrique à haute fréquence à l'aide dune bobine faite de spires entourant le creuset se caractérise en ce que la paroi froide de ce creuset est traversée par une goulotte d'évacuation latérale située vers le sommet du creuset au niveau de la surface libre des produits fondus. La présence d'une telle goulotte d'évacuation permet d'évacuer en continu la partie supérieure du liquide fondu contenu dans le creuset froid ver l'extérieur sans qu'il soit nécessaire de basculer le creuset, ni d'effectuer des prélèvements par d'autres méthodes infiniment moins satisfaisantes. Cette goulotte d'évacuation peut servir, soit à évacuer le produit formé lui-même lorsque le creuset est du type à fond fermé, soit à évacuer des scories ou un laitier qui surnagent à la surface de la phase liquide en fusion. Selon une caractéristique secondaire de la présente invention, le niveau horizontal auquel est placée la goulotte d'évacuation peut se situer soit au-dessus des spires supérieures de la bobine, soit entre deux spires de cette même bobine. La longueur de cette goulotte peut conduire selon les cas à ce que l'évacuation du liquide qu'elle achemine vers ltextérieur ait lieu à l'intérieur ou à l'extérieur de la bobine primaire inductrice. Enfin, selon une autre caractéristique secondaire mais importante de la présente invention, le dispositif d'évacuation peut comporter un déflecteur, incliné par rapport à la verticale, et situé devant l'entrée de la goulotte de façon à éviter l'entraînement direct dans celle-ci des produits additionnés en permanence au sommet du creuset lors d'une coulée en continu. On comprend en effet l'utilité de ce déflecteur situé de façon inclinée contre la paroi interne du creuset le long de l'entrée de la goulotte et sans lequel, lors de l'adjonction par le sommet du creuset de produits nouveaux destinés à être fondus, on risquerait d'assister à l'entraînement de ces me mes produits dans la goulotte d'évacuation, ce qui provoquerait leur élimination du système avant même d'avoir été fondus et d'avoir participé aux réactions d'élaborations chimiques souhaitables. De toute façon, la présente invention sera mieux comprise en se référant à la description qui suit d'un certain nombre de modes de réalisation et de mise en oeuvre d'un dispositif d'évacuation conforme à l'invention, description qui sera faite à titre- surtout illustratif et non limitatif en se référant aux figures 1 à 8 ci-jointes sur lesquelles - la figure 1 représente en vue de face (figure la) et en coupe (figure lb) un mode de réalisation du dispositif d'évacuation objet de l'inven tion dans lequel la goulotte d'évacuation traverse la paroi du creuset froid au milieu de l'un des secteurs la constituant, - la figure 2 (figure 2a vue de face) et (figure 2b vue en coupe) représente un dispositif d'évacuation objet de l'invention dans le cas où la goulotte d'évacuation traverse la paroi froide du creuset entre deux secteurs la constituant, - la figure 3 (vue de face figure 3a et vue en coupe figure 3b) illustre un mode de mise en oeuvre dans lequel goulotte d'évacuation du dispositif, objet de l'invention, traverse la paroi froide du creu-set-au-dessus d'un secteur la constituant, - la figure 4 montre un exemple de réalisation du dispositif objet de l'invention dans lequel la gqulotte d'évacuation est située au-dessus des spires supérieures de la bobine d'induction primaire, l'écoulement ayant lieu extérieurement à cette bobine, - la figure 5 représente un mode de mise en oeuvre du dispositif objet de l'invention dans lequel la goulotte d'évacuation est située au-dessus des spires supérieures de la bobine d'induction primaire, mais où l'écoulement extérieur a lieu entre le creuset froid et cette bobine primaire, - la figure 6 montre un mode de mise en oeuvre du dispositif objet de l'invention dans lequel la goulotte d'évacuation est située entre deux spires de la bobine inductrice, - la figure 7 représente un mode de mise en oeuvre du dispositif, objet de l'invention dans lequel un déflecteur incliné par rapport à la verticale protège l'entrée de la goulotte d'évacuation, - la figure 8 représente enfin un dispositif d'évacuation objet de- lrinvention, qui comporte à la fois un déflecteur et une goulotte d'évacuation à la partie supérieure et un fond ouvert à la partie inférieure du creuset froid pour pratiquer le tirage en continu de la masse métallique formée. Sur la figure 1, on a représenté le creuset froid 1 dont les parois sont constituées de plusieurs secteurs juxtaposés tels la, lb et lc visibles sur la figure la. L'inducteur primaire est constitué d'une bobine 2 parcouru par un courant à haute fréquence et entourant la paroi 1 du creuset froid. Conformément à l'invention, on voit sur la figure lb, la goulotte d'évacuation 3 qui traverse latéralement la paroi 1 du creuset froid vers le sommet de ce creuset et au niveau de la surface libre 4 des produits en fusion contenus dans le creuset 1. Ces produits en fusion s'écoulent en 5 dans un récipient 6. Comme on le voit sur cette figure et selon l'invention, la goulotte 3 placée à la limite de la surface libre du liquide à évacuer traverse le creuset froid 1 ; elle peut etre réalisée soit en un matériau réfractaire, soit en graphite, soit en métal refroidi par exemple du cuivre. Dans le cas de la figure 1, la goulotte 3 traverse la paroi froide 1 du creuset au travers du secteur lb du creuset froid. Dans le cas de la figure 2, où.l'on retrouve portant les mêmes nombres de références, les mêmes moyens que précédemment, la goulotte 3 traverse la paroi 1 du creuset froid entre les deux secteurs lb et lc. Sur la figure 3, enfin, où l'on retrouve toujours les mêmes moyens portant les mêmes nombres de références que sur les figures 1 et 2, la goulotte 3 traverse la paroi 1 du creuset froid au-dessus du secteur lb dont un morceau supérieur a eté retiré à cet effet. Selon l'invention, la goulotte 3 peut traverser laparoi 1 du creuset froid, soit au-dessus des spires supérieures de la bobine 2 comme c'est le cas sur les figures 4 et 5, soit entre deux spires de la bobine inductrice 2, comme c'est le cas pour le mode de mise en oeuvre de la figure 6. De plus, selon la longueur du bec déverseur de la goulotte d'évacuation 3, le déversement de la phase fondue peut intervenir soit extérieurement à la bobine inductrice primaire 2 comme c'est le cas sur les figures 4 et 6, soit entre les spires de cette bobine 2 et la paroi 1 du creuset froid comme c'est le cas sur la figure 5. Le choix entre ces différentes solutions est à la portée de l'homme de l'art dans chaque cas particulier. En se référant à la figure 7, on retrouve une fois de plus les mêmes éléments portant les mêmes nombres de référence que sur les figures précédentes ; on a représenté en plus un déflecteur 7 incliné par rapport à la verticale et situé devant l'entrée 8 de la goulotte 3; de façon à éviter l'entratnement direct dans celle-ci des produits 9 qui sont éven-tuellement jetés en permanence dans le bain de liquide fondu 10 lors d'un fonctionnement en continu du creuset froid. La combinaison du volet déflecteur 7 avec la goulotte 3 permet ainsi un fonctionnement continu correct du creuset 1 qui est à la fois alimenté en produits neufs par son ouverture supérieure et déchargé par la goulotte 3 des produits formés ou indésirables. Les possibilités d'emploi d'un creuset froid- équipé du dispositif d'évacuation en continu-, objet de l'invention, sont multiples ; on en citera ci-après un certain nombre donnés à titre explicatif et non limitatif. Lors de la fusion ou de l'élaboration d'un verre ou d'un matériau céramique dans un creuset froid par induction électrique directe, la goulotte 3 placée au niveau de la surface libre de la phase fondue permet d'évacuer en continu le produit formé tout en gardant à l'intérieur du creuset froid la quantité de matériau fondu nécessaire au chauffage convenable de la masse en cours de traitement. Lorsque le creuset froid est utilisé pour la fusion d'un métal ou l'élaboration d'un alliage avec ou sans laitier, la goulotte 3 permet d'évacuer le produit formé et donc d'effectuer une fabrication continue. Dans les deux exemples précédents, la goulotte d'évacuation permet donc de recueillir à l'extérieur en continu le produit élaboré dans un creuset froid qui par ailleurs est fermé à sa partie infé- rieure. Le creuset froid équipé d'un dispositif d'évacuation en continu, objet de l'invention, peut permettre également l'élaboration d'un métal par réduction de ses oxydes, fluorures ou chlorures. On peut élaborer un métal en creuset froid par réduction de ses oxydes, fluorures ou chlorures selon une réaction du type MFx + xR xRF + M MOx + xR 3t xRO + M (M : métal) MClx + xR xRCl + M (R 2 réducteur) Dans ce cas, le laitier formé des produits de départ (réducteur + métal oxydé) du réducteur oxydé et éventuellement d'un produit d'addition (fondant par exemple) surnage et peut être évacué par la goulotte 3. Dans le cas d'une fabrication continue, le lingot de métal ainsi élaboré peut être tiré par le bas du creuset tel que ceci est schématisé sur la figure 8 où le fond 11 de ce creuset est amovible et permet effectivement de tirer la parti-e inférieure 12 refroidie et solidifiée du métal élaboré au fur et à mesure de sa fabrication. Dans le cas de la figure 8, l'inducteur primaire 2 est divisé en deux parties à savoir respectivement la partie inférieure 2a qui fonctionne à moyenne fréquence (inférieure par exemple à 20 kHz) pour maintenir le métal 13 fondu, et l'inducteur 2b situé à la partie supérieure et qui fonctionne en haute fréquence (supérieure à 20 kHz) pour chauffer le laitier 14 situé à la partie supérieure du creuset froid. On pourrait d'aiLleurs aussi bien n'utiliser qu'un seul des- deux inducteurs 2a et 2b, soit par exemple l'inducteur 2a, auquel-cas lé laitier serait chauffé par conduction thermique à partir du métal 13, soit au contraire le seul inducteur 2b auquel cas le métal serait chauffé par conduction à partir du laitier 14.Sur la figure 8, on retrouve par ailleurs, les mêmes éléments que sur les figures précédentes désignés par les mêmes nombres de référence. Dans le cas de préparations d'un lingot tiré en permanence en 12 à la partie inférieure du creuset froid 1, comme c'est le cas dans la figure 8, la goulotte 3 sert alors à évacuer le laitier 14 qui surnage à la surface du bain du métal fondu 13 au fur et à mesure de sa production dans le creuset 1. Enfin, on peut utiliser un creuset froi muni du dispositif d'évacuation selon l'invention pour purifier un métal par un laitier. A cet effet, on peut en creuset froid refondre un métal en présence d'un laitier pour le purifier vis-à-vis d'inclusions céramiques ou d'impuretés dissoutes (02, C, S, etc...). Le métal peut être chauffé par induction en moyenne fréquence, le laitier par induction en haute fréquence. La chauffe du laitier et du métal peut aussi hêtre assurée par un seul inducteur comme dans le cas précédent. Si la quantité du laitier nécessaire à la purification est importante, il peut s'accumuler audessus du métal fondu et gêner la fusion. La goulotte permet donc dans ce cas d'évacuer le laitier chargé en impuretés. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'évacuation en continu des produits fondus contenus dans un creuset froid (1) du type de ceux dans lesquels on porte lesdits produits à l'état de fusion par chauffage par induction électrique à haute fréquence, à l'aide d'une bobine (2) faite de spires entourant le creuset, caractérisé en ce que la paroi froide de ce creuset est traversée par une goulotte d'évacuation- latérale (3) située vers le sommet du creuset au niveau de la surface libre (4t des produits fondus. 2. Dispositif d'évacuation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la goulotte d'évacuation (3-) traverse la paroi froide au-dessus des spires supérieures de la bobine (2). 3. Dispositif d'évacuation selon- la revendication 1, caractérisé en ce que la goulotte d'évacuation (3) traverse la paroi froide entre deux spires de la bobine inductrice (2). 4. Dispositif d'évacuation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'l comporte un-déflecteur (7) incliné par rapport à la verticale, situé devant l'entrée (8) de la goulotte (3), de façon à éviter l'entraînement direct dans celle-ci des produits (9) additionnés en permanence au sommet du creuset lors d'une coulée en continu.