Brevet FR2633708A1 — publié le 19900105

La présente invention concerne la sidérurgie et lamétallurgie des métaux non ferreux et a notamment pour objet un four pour la préparation et la coulée d'alliages. Il est plus efficace d'appliquer la présente inven- tion à'la production de l'aluminium et de ses alliage, en particulier, à la préparation d'un alliage d'une composi- tion imposée dans des fours électriques ou des fours à gaz à réchauffer à reverbère o on utilise l'action électro- magnétique de champs magnétiques sur un fluide conducteur. L'invention peut être également utilisée pour la production d'alliages de cuivre, de zinc, de magnésium, de plomb, de fer ainsi que d'autres métaux. Les exigences auxquelles doivent satisfaire la qualité des articles en alliages métalliques deviennent de plus en plus sévères et imposent, par conséquent, d'élever les exigences auxquelles doivent satisfaire la précision de la composition d'un alliage et de réduire le pourcentage des impuretés nuisibles (oxydes) qu'il contient, d'assurer la possibilité de l'introduction rapide d'additions de modi- fication et d'alliage pour l'interaction intensive avec le métal debase d'un alliage (par exemple, l'augmentation de la température maximale au cours de la préparation d'un al- liage, l'augmentation de la durée de vie d'un article, la production d'un alliage avec des propriétés désirées). Un pourcentage notable dé la perte au feu en métal ayant lieu au cours de préparation d'un alliage et la présence des inclusions d'oxydes dans des articles finis élèventconsidé- rablement le pourcentage du rebut. En outre, le matériel utilisé à l'heure actuelle pour la préparation des alliages n'est pas fiable et néces- site, de ce fait, de réaliser des-réparations fréquentes, et, par conséquent, son rendement n'est pas suffisant. On connaît un four utilisé pour la préparation et pour la coulée des métaux liquides (DE, A, 1286701) princi- palement de l'aluminium comportant un inducteur placé à un seul côté du champ magnétique progressif permettant de réa- liser le déchargement réglable sans contact d'un bain fondu depuis le four. L'inconvénient de ce four réside en ce que le domaine de son emploi est limité car il n'est utilisé que pour la coulée électromagnétique d'un métal liquide et en ce que son efficacité est peu élevée du fait que le pro- cessus de préparation d'un produit est réalisé par un main- tien prolongé d'alliage dans le four. On connaît également un four pour la préparation et la coulée d'alliages (CA, A, 1085613) comportant une chambre de travail avec un garnissage et un revêtement exté- rieur métallique, des réchauffeurs disposés sous la voûte du four, une conduite du métal inclinée pour la coulée du métal, disposée à la partie inférieure de la chambre de travail, et un inducteur de champ magnétique progressif, disposé à la face extérieure de la chambre le long de la conduite de métal. Une cloison est motée au-dessus de la conduite de métal le long de celle-ci dans la chambre de travail. L'une des parois du four, qui se joint à l'induc- teur, est réalisée à partir d'un matériau amagnétique et est inclinée à partir d'un matériau amagnétique et est inclinée. On a prévu, dans le four, deux régimes de fonc- tionnement tels que: brassage du métal fondu et coulée du métal du four. Pendant le fonctionnement de l'inducteur en régime du brassage la direction du champ magnétique progressif est orientée depuis l'ouverture de coulée vers la zone centrale du four, la différence des températures des couches super- ficielles de métal liquide et du fond du four diminue de à 100 C. Après la commutation de la direction du champ magnétique progressif du centre vers l'ouverture de coulée, le four commence à fonctionner en régime de coulée de l'al- liage. L'inconvénient du dispositif connu réside en ce que, pendant le fonctionnement en régime de coulée une forte turbulence (barbotage) du jet d'alliage dans le ca- nal de coulée provoque une rupture de la pellicule super- ficielle et une oxydation considérable de l'alliage. De ce fait, lorsque ce dispositif est utilisé en régime de cou- lée, la qualité des lingots produits est médiocre (haut pourcentage d'impuretés telles que des oxydes, des pellicules d'oxydes et des inclusions). On s'est donc proposé de mettre au point un four pour la préparation et la coulée d'alliages dans lequel la chambre de travail serait conçue-de manière à permettre de séparer les processus de brassage et de coulée d'un al- liage et de réduire notablement l'oxydation des alliages au cours de leur coulée depuis le four. Le problème posé est résolu à l'aide d'un four pour la préparation et la coulée d'alliages comportant une chambre de travail ayant un garnissage et un revêtement extérieur métallique, des réchauffeurs disposés sous la voûte du four, une conduite de métal inclinée pour la cou- lée du métal, disposée à la partie inférieure de -la chambre de travail, une cloison montée avec un jeu au-dessus de la conduite de métal le long de celle-ci et un inducteur de champ magnétique progressif disposé du côté extérieur de la paroi de la chambre de travail le long de la conduite de métal, caractérisé selon l'invention, en ce que la conduite de métal est constituée par deux brins: un brin inférieur et un brin supérieur, disposés l'un par rapport à l'autre sous un angle obtus, la cloison étant disposée au-dessus du brin supérieur de la conduite de métal et l'inducteur étant constituté par deux sections disposées sous les brins inférieur et supérieur de la conduite de métal, respective- ment. L'invention revendiquée permet de séparer les fonctions du brassage et de coulée d'alliage. Ceci a été obtenu grâce à la création de la conduite de métal consti- tuée de deux brins au-dessous desquels sont disposées les sections correspondantes de l'inducteur mises en action, au choix, conformément au régime de fonctionnement. Dans ce cas, on a réduit notablement la consomma- tion de l'énergie électrique au brassage du fait qu'on ne branche qu'une seule section de l'inducteur. L'invention permet d'élever également la qualité des articles produits grâce à la réduction de la quantité d'inclusions d'oxydes. En outre, en supprimant la rupture de la pelli- cule protectrice superficielle, on réduit le pourcentage de la perte du métal due au feu. Un autre avantage de la présente invention réside dans l'élévation de la précision de dosage de l'alliage obtenu par la réduction du barbotage du métal. Dans une variante préférentielle de l'invention,' la partie inféririeure de la cloison est disposée sous un angle par rapport au brin supérieur de la conduite de métal de façon à former un jeu s'élargissant vers son brin infé- rieur. Ceci élève le rendement du dispositif fonctionnant en régime de coulée du fait qu'on utilise toute l'énergie du jet de métal. En outre, en disposant la partie intérieure de la cloison sous un angle par rapport au brin supérieur de la conduite de métal on contribue à la laminarisation de l'écoulement du métal au régime de coulée. I1 est avantageux que l'angle d'inclinaison de la partie inférieure de la cloison par rapport au brin supé- rieur de la conduite de métal soit de 5 à 100. Le choix de l'angle, dans les limites susmentionnées, assure la résistance hydraulique minimale dans la conduite de métal. Conformément à l'une des variantes de la réalisa- tion de l'invention, on a constitué le revêtement extérieur du four dans la zone de la conduite de métal de deux radia- teurs refroidis en matériau amagnétique, isolés électrique- ment l'un de l'autre et disposés l'un dans l'autre, les plaques des radiateurs s'alternent entre elles de façon à former un assemblage monolithe. Ce mode de réalisation du four permet d'élever sa fiabilité grâce au fait que l'on a supprimé le risque de l'écoulement du métal du four. De plus, la durée de vie du garnissage du four dans la zone de l'action de l'induc- teur est augmentée et, par conséquent, la durée de service de l'ensemble du four croît elle aussi. Cette conception permet d'augmenter la période entre les réparations couran- tes du four. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels: - la figure 1 représente un schéma de principe d'un four, selon l'invention; - la figure 2 est une coupe Il-II de la figure 1; - la figure 3 est une coupe III-III de la figure 2. Le four pour la préparation et la coulée d'allia- ges comporte une chambre de travail 1 (figure 1) avec un revêtement métallique 2 et un garnissage 3. Des réchauf- feurs 4 sont disposés sous la voûte du four et une conduite de métal 5, constituée par deux brins: un brin inférieur 6 et un brin supérieur 7, disposés l'un par rapport à l'au- tre sous un angle obtus \ Une cloison 8 est montée au-dessus du brin supérieur 7 de la conduite de métal 5 le long de celle-ci avec un jeu. La partie inférieure de cette cloison est disposée sous un an- gle A = 5 à 10 de façon à former un jeu qui s'élargit vers le brin inférieur 6 de la conduite 5. Un inducteur de champ magnétique progressif 9 est monté à la face exté- rieure de la chambre de travail 1 le long de la conduite de métal 5. L'inducteur 9 est composé de deux sections au- tonomes 10, 11, disposées sous les brins inférieur 6 et supérieur 7 de la conduite de métal 5. Dans la zone de la conduite de métal 5, le revête- ment 2 est réalisé en forme de deux radiateurs 12, 13 (figures 2, 3), en matériau amagnétique, isolés électrique- ment l'un de l'autre et disposés l'un dans l'autre. Les plaques 14 de ces raidateurs 12, 13 s'alternent entre elles en formant un assemblage monolithe. Les radiateurs 12, 13 sont réalisés avec des canaux 16, 17 pour la circulation d'un agent frigorifique, par exemple de l'eau. Le four est réalisé avec une ouverture d'entrée 18 (figure 1) et une ouverture de sortie 19. Le four revendiqué fonctionne de la manière sui- vante. Après que la chambre de travail 1 ait été remplie à travers l'ouverture 18 de la charge ou d'un métal liquide depuis un électrolyseur (non représenté à la figure) et après branchement des réchauffeurs 4 au cours de fusion, on met en action la section 10 de l'inducteur 9, qui crée un champ magnétique se déplaçant de l'ouverture d'entrée 18 vers le centre de la chambre 1. Le bain fondu de métal 20 est alors mis en mouvement dans la chambre 1 et commence à circuler et se brasser dans le plan vertical suivant la flèche A sur la figure 1. A la suite du brassage, la température s'égalise dans tout le volume du métal liquide et il se produit son homogénéisation. Après la préparation du bain fondu, on effectue l'inversion du champ magnétique de la section 10 de l'in- ducteur 9 et on met la section 11 de l'inducteur 9 en ac- tion. Dans ce cas, la direction du déplacement du champ magnétique, produit par la section 11 de l'inducteur 9, est orientée du centre de la chambre de travail 1 vers l'ouver- ture de sortie 19, autrement dit, elle coïncide avec la direction du déplacement du champ magnétique produit par la section 10 de l'inducteur 9. Au cours de la coulée, le métal se déplace sui- vant la conduite de métal 5 entre le garnissage 3 et la cloison 8. On supprime ainsi le brassage du métal avec la pellicule superficielle d'oxydes ce qui améliore la qualité du métal produit. Le métal coule alors à travers l'ouver- ture 9 régulièrement et n'est plus pollué par des oxydes. Exemple 1 Dans un four pour la préparation de l'alpax, la cloison 8 est réalisée à partir d'un matériau refractaire, par exemple, du corindon. La largeur de la conduite de mé- tal 5 est égale à celle de l'inducteur 9. On verse de l'aluminium liquide depuis un électro- lyseur dans le four. On met du silicium dans le four à tra- vers l'ouverture 18 et on met les réchauffeurs 4 en cir- cuit. Ensuite, on met la section 10 de l'inducteur 9 en action. Après la dissolution du silicium sous l'action du brassage (approximativement au bout de 15 mn après la mise de l'inducteur 9 en circuit), le bain fondu d'alpax est prêt à la coulée. Ensuite, on met la section 11 de l'induc- teur 9 en Uircuit, on effectue l'inversion du courant dans la section 10 et, puis, en réglant progressivement le cou- rant dans la section 11 on procède à la coulée du bain fondu d'alpax depuis le four dans une installation de cou- lée continue. Exemple 2 A travers l'ouverture 18, on amène une charge d'aluminium et on branche les réchauffeurs 4. Après la fu- sion de l'aluminium on additionne de la charge de cuivre pour la préparation de l'alliage: 4 à 5% de Cu, l'alumi- nium faisant le complément à 100%. Au début de la fusion on met la section 10 en circuit. La charge se fond d'une ma- nière accélérée, le bain fondu ainsi formé est brassé et homogénéisé. En fonction de la puisssance du four, la durée de préparation du bain fondu est de 0,5 à 1 heure. Le bain fondu préparé est coulé de manière analogue au cas décrit dans l'exemple 1. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Four pour la préparation et la coulée d'allia- ges qui comporte une chambre de travail (1) ayant un garnis- sage (2) et un revêtement extérieur (2), des réchauffeurs (4), disposés sous la voûte du four, une conduite de métal inclinée (5) pour la coulée du métal, disposée à la partie inférieure de la chambre de travail (1), une cloison (8), montée avec un jeu au-dessus de la conduite de métal (5) le long de celle-ci, et un inducteur (9) de champ magnéti- que progressif sur la face extérieure de la chambre de tra- vail ( 1) le long de la conduite de métal (5), caractérisé en ce que la conduite de métal (5) est constituée par deux brins (6, 7) inférieur et supérieur, disposés sous un angle obtus (() l'un par rapport à l'autre, la cloison (8) étant disposée au-dessus du brin supérieur (7) de la con- duite de métal (5) et en ce que l'inducteur (9) est composé de deux sections (10, 11) disposées respectivement au-dessous du brin inférieur (6) et du brin supérieur (7) de la con- duite de métal (5). 2. Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie inférieure de la cloison (8) est disposée sous un angle (6) par rapport au brin supérieur (7) de la conduite de métal (5) de façon à former un jeu qu s'élargit vers le brin inférieur (6) de la conduite de métal (5). 3. Four selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison (4) de la partie inférieure de la cloison (8) par rapport au brin supérieur (7) de la conduite de métal (5) est de 5 à 100. 4. Four selon la revendication 1, caractérisé en que dans la zone de la conduite de métal (5), le revêtement extérieur (2) du four est constitué par deux radiateurs (12, 13) en matériau amagnétique, isolés électriquement l'un de l'autre, disposés l'un dans l'autre et refroidis par un agent frigorifique, en ce que les plaques (14, 15) des radiateurs (12, 13) s'alternant entre elles et forment un assemblage monolithe.