Brevet FR2618216A1 — publié le 19890120

L'invention concerne un dispositif pour fondre des métaux dans une chambre à vide, comprenant une auge à trop-plein placée dans cette chambre, un générateur de faisceaux électroniques installé au-dessus de l'auge à trop-plein,; ainsi qu'un creuset pour l'enlèvement du métal en fusion s'écoulant hors de l'auge à trop- plein. Dans le recyclage de titane par La technologie des traitements par bombardement électronique, on rencontre jusqu'à présent le problème qui consiste à dissoudre le nitrite de titane. Il existe des calculs d'après lesquels ce nitrite devrait se trouver environ 1 000 secondes dans le bain de titane avant qu'il ne soit dissous. Cela signifie que L'auge à trop-plein nécessaire devrait avoir des dimensions très grandes, ce qui aurait un effet nuisible sur le bilan énergétique. L'emploi d'une auge à trop-plein aussi grande ne représente pas une solution réalisable dans la pratique. Il est connu aussi, pour les fours de fusion par faisceaux électroniques, en vue de l'amélioration et du dévelop- pement d'alliages à base de nickel, de disposer un barrage méca- nique sous forme d'une barre de cuivre refroidie à l'eau dans l'auge à trop-plein destinée à recevoir le bain. De tels barrages ont été installés sur les parties supérieures parallèles du bord de l'auge, de manière que le bord inférieur du barrage mécanique - orienté transversalement à la direction d'écoulement du métal liquide - plonge légèrement dans le bain, en retenant ainsi les impuretés capables de flotter et se rassemblant à la surface du bain, donc en empêchant que ces impuretés ne quittent l'auge à trop-plein en passant par-dessus sa lèvre de sortie et ne parviennent ainsi dans le dispositif ou le creuset d'enlèvement. Les inclusions non métalliques du bain peuvent être éliminées en plus à l'aide d'un barrage électrothermique constitué par une aire en forme de bande soumise à un bombardement électronique et s'étendant sur toute la largeur de l'auge devant sa lèvre de sortie. Le but de l'invention est de créer un dispositif, du type mentionné au début, qui convienne en particulier pour dissoudre rapidement et complètement le nitrite de titane généralement présent dans un bain de titane. Ce dispositif doit avoir une cons- truction aussi compacte et un fonctionnement aussi sûr que possible. Conformément à l'invention, on obtient ce résultat par un barrage ou déversoir disposé dans l'auge à trop-plein, transver- salement à sa direction longitudinale et de manière à partager l'auge en deux cuvettes ou compartiments, par-dessus lequel ou à travers une échancrure duquel le métal en fusion s'écoule sous forme d'un film ou d'une couche mince de l'un à l'autre compar- timent, le barrage à film liquide présentant des cavités ou des canaux traversés par un fluide de refroidissement et le barrage étant situé dans la zone d'action directe de la source de faisceaux électroniques. Selon un mode de réalisation préféré, le barrage à film liquide est réalisé comme un corps ayant essentiellement la forme d'un barreau qui présente dans sa partie centrale une échancrure ou creux s'ouvrant vers le haut et ayant un fond horizontal droit, par-dessus lèquel s'écoule le métal en fusion, un faisceau élec- tronique provoquant, dans la région de l'échancrure, la dissolution de nitrite de titane contenu dans le métal en fusion. Il est avantageux que le barrage soit pourvu de supports par lequel il est appuyé sur le fond de l'auge à trop-plein, les supports étant réalisés, à cet effet, comme des éléments rapportés en forme de plaques s'étendant dans des plans transversaux au plan du barrage et dont les faces inférieures, prenant appui sur le fond de l'auge, dépassent légèrement du côté inférieur du barrage ou sont situées à la même hauteur que le côté inférieur du barrage. Il est avantageux que le barrage présente au moins une ouverture ou évidement situé dans une partie du barrage couverte par le métal liquide et à travers duquel le métal peut s'écouler sans entraves de l'un à l'autre compartiment de l'auge à trop- plein. Afin de pouvoir refondre également des alliages contenant des éléments s'évaporant facilement, comme par exemple Al, Cr ou Mn, de manière que les pertes de ces éléments soient aussi faibles que possible, on a disposé, dans la région de l'échancrure du barrage, des buses qui communiquent avec des canaux raccordés à une source de gaz, dans un agencement tel que le gaz sortant des buses recouvre la surface du bain et diminue ainsi le taux d'évaporation. Habituellement, on utilisera un gaz inerte tel que l'argon dans ce but. Il est cependant possible aussi de recouvrir le bain avec des gaz réactifs à l'aide de ce dispositif, afin de provoquer ainsi une réaction entre le gaz et les impuretés contenues dans la matière en fusion, en vue de l'élimination des impuretés sous forme gazeuse (pour éliminer du carbone par l'admission d'oxygène par exemple). Dans ce but, il convient d'équiper le barrage de raccords pour le fluide de refroidissement et des arrivées de gaz, raccords qui sont prévus aux deux extrémités du barrage à proximité du bord supérieur de l'auge à tropplein. Enfin, les supports pour le barrage peuvent être rendus réglables en hauteur pour pouvoir modifier la distance entre le fond de l'auge et le côté inférieur du barrage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation avantageux - parmi les nombreux modes de réali- sation possibles - mais nullement limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en perspective purement schéma- tique d'une auge à trop-plein avec un barrage à film liquide et un creuset; - la figure 2 est une vue de côté d'un barrage; - la figure 3 est la vue en plan du barrage représenté sur la figure 2; - la figure 4 est une coupe du barrage suivant la ligne A-A de la figure 3; et - la figure 5 est une coupe suivant la ligne B-B de la figure 3. Le dispositif selon l'invention comprend une auge à trop- plein 1, placée dans une chambre à vide non représentée, un creuset d'enlèvement 2 tenu devant l'auge 1, ainsi que le barrage à film liquide 3 disposé dans L'auge 1 et partageant celle-ci en deux cuvettes ou compartiments 21, 22. Les extrémités du barrage 3 présentent des raccords 4 et 5 pour un fluide de refroidissement et des raccords 6-et 7 pour un gaz inerte ou un gaz réactif. De plus, Le dispositif comprend des générateurs de faisceaux électroniques 8, 9 instaLLés au-dessus du creuset 2 et au-dessus de l'auge à trop-plein 1. La matière brute arrive par un dispositif de trans- port non représenté et dans le sens de la flèche F dans l'auge 1, o elle est fondue par un premier faisceau électronique 17 du géné- rateur 8. La matière fondue 16 se déplace ensuite en direction de la Lèvre de sortie 10 mais, avant d'y parvenir, elle doit s'écouler par l'échancrure 11 du barrage 3. Cette échancrure est ajustée de manière que la matière en fusion 16 s'écoule à travers elle, en passant par-dessus le fond droit de l'échancrure, sous forme d'un film ou d'une couche d'une épaisseur d'environ 2 mm. Ainsi que le montrent les figures 2 à 5, le barrage 3 est pourvu d'un canal à fluide de refroidissement 12, lequel est branché par les raccords 4, 5 à un circuit de fluide de refroidis- sement non représenté, ceci afin de garantir que le matériau cons- titutif du barrage 3 ne soit pas attaqué par la matière en fusion 16. Le barrage 3 présente, en outre, un canal à gaz 13 en deux parties, se terminant par deux rangées de buses à gaz 14,, 15 prévues dans la région de l'échancrure 11. Les particules de nitrite de titane, contenues dans du titane à recycler par exemple, possèdent approximativement la même masse volumique que le titane et peuvent donc se trouver à n'importe quelle profondeur du bain, de sorte qu'elles sont seulement atteintes de façon aléatoire par le premier faisceau électronique 17. Or, grâce au barrage 3 placé dans le bain 16, les particules de nitrite de titane sont obligées à venir à la surface, o elles peuvent être atteintes directement et dissoutes par le second faisceau électronique 18 du générateur 8. Lorsqu'un alliage Ti6Al4V est refondu, il se produit habituellement des pertes d'aluminium en cas d'application du processus de refusion par faisceaux électroniques. De telles pertes seraient encore accentuées dans le cas d'un bombardement élec- tronique du film de métal Liquide passant par-dessus le barrage 3. Afin de compenser cet inconvénient, le barrage 3 est -équipé du canal de gaz 13 en deux parties et des rangées de buses 14, 15, correspondant aux raccords 6, 7, à l'aide desquels on peut obtenir, dans la région de l'échancrure 11, une pression de gaz résiduelle plus élevée, laquelle diminue de nouveau les pertes d'aluminium. Le dispositif représenté permet aussi de provoquer des réactions chimiques avec le film de métal liquide du bain lorsque des gaz réactifs sont employés à la place d'un gaz inerte, de sorte qu'on dispose d'un degré de liberté supplémentaire pour influencer les purifications de matières à l'état fondu. Il est encore à noter que le barrage 3 est muni de supports 19, 20 par lesquéls il repose sur le fond 23 de l'auge à trop-plein 1 et qui assurent que le fond délimitant l'échancrure 11 est para[lèle à la surface du bain et se trouve à la distance convenable de cette surface. Bien entendu, les supports 19, 20 peuvent aussi être réalisés de manière que le barrage 3 soit réglable en hauteur par rapport à la surface du fond de l'auge. Les références 24 et 25 désignent les faces par lesquelles les supports 19, 20 s'appuient sur le fond de l'auge. Comme déja mentionné, ces faces peuvent se trouver à la même hauteur que le côté inférieur 26 du barrage 3 ou légèrement au-dessous de lui. Le barrage de l'exemple représenté possède en plus des ouvertures ou évidements 27 et 28 qui sont situés en partie au moins sous le niveau du bain et à travers desquels le métal liquide peut s'écouler librement d'un compartiment 21 à l'autre 22 de l'auge à trop-plein 1. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour fondre des métaux dans une chambre à vide, comprenant une auge à trop-plein (1) placée dans cette chambre, un générateur de faisceaux électroniques (8, 9) installé au-dessus de l'auge à trop-plein (1), ainsi qu'un creuset pour l'enlèvement du métal en fusion s'écoulant hors de l'auge à trop- plein (1), caractérisé en ce qu'il comporte un barrage ou déversoir (3) disposé dans l'auge à trop-plein (1), transversalement à sa direction longitudinale et de manière à partager l'auge (1) en deux cuvettes ou compartiments (21, 22), par-dessus lequel ou à travers une échancrure (11) duqueL le métal en fusion s'écoule sous forme d'un film ou d'une couche mince de l'un à l'autre compartiment (21, 22), le barrage à film liquide (3) présentant des cavités ou des canaux (12) traversés par un fluide de refroidissement et le barrage (3) étant situé dans la zone d'action directe de la source de faisceaux électroniques (8). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le barrage à film liquide (3) est réalisé comme un corps ayant essentiellement la forme d'un barreau qui présente dans sa partie centrale une échancrure (11) ou creux s'ouvrant vers le haut et ayant un fond horizontal droit, par-dessus lequel s'écoule le métal en fusion, un faisceau électronique (18) provoquant, dans la région de l'échancrure (11), la dissolution de nitrite de titane contenu dans le métal en fusion. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le barrage (3) présente des supports (19, 20) par lequel il est appuyé sur le fond (23) de l'auge à trop-plein (1), les supports (19, 20) étant réalisés, à cet effet, comme des éléments rapportés en forme de plaques s'étendant dans des plans trans- versaux au plan du barrage (3) et dont les faces inférieures (24, ), prenant appui sur le fond (23) de l'auge, dépassent légèrement du côté inférieur (26) du barrage (3) ou sont situées à la même hauteur que le côté inférieur (26) du barrage. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le barrage (3) présente au moins une ouverture ou évidement (27, 28) situé dans une partie du barrage couverte par le métal Liquide et à travers duquel le métal peut s'écouler sans entraves de l'un à l'autre compartiment (21, 22) de l'auge à trop-plein (1). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des buses (14, 15) sont disposées dans la région de l'échancrure (11) du barrage (3), buses qui communiquent avec des canaux (13) raccordés à une source de gaz, l'agencement étant tel que le gaz sortant des buses (14, 15) recouvre la surface du métal liquide. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le barrage (3) présente des raccords de fluide de refroidissement et de gaz (4, 5; 6, 7) qui sont situés aux deux extrémités du barrage à proximité des bords supérieurs de l'auge à trop-plein (1). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les supports (19, 20) du barrage (3) sont réglables en hauteur, ce qui permet de varier la distance entre le fond (23) de l'auge à trop-plein (1) et le côté inférieur (26) du barrage (3).