Brevet FR2672620A1 — publié le 19920814

L'invention concerne la récupération par fusion de métaux non ferreux tels que aluminium ou ses alliages, zinc ou ses alliages, se présentant au moins en partie sous forme subdivisée, notamment copeaux et/ou tournures. L'expérience a montré que l'introduction de copeaux et/ou tournures d'aluminium dans un bain d'aluminium fondu présente des difficultés importantes en ce sens que les copeaux d'aluminium ont tendance à flotter à la surface du bain de métal en fusion, ce qui provoque leur oxydation et finalement leur combustion. Jusqu'à ce jour, on a utilisé qu'un seul moyen qui soit rentable dans ce type d'application, qui se présente sous la forme d'un four rotatif à bain de sel, permettant l'immersion rapide des copeaux d'aluminium avec un minimum d'oxydation. Mais ce bain de sel doit être périodiquement renouvelé, les bains en fin d'utilisation sont transférés dans des décharges, ce qui n'est pas sans inconvénient pour l'environnement. C'est la raison pour laquelle les affineurs ont cherché à utiliser d'autres moyens que le four rotatif à bain de sel pour la fusion de copeaux d'aluminium, qui conduisent à une immersion rapide desdits copeaux. On a proposé, parfois utilisé, à cet effet, des fours à induction qui permettent, grâce aux mouvements de brassage résultant de moyens de chauffage électromagnétique, d' assurer un entraînement rapide des copeaux d'aluminium au coeur du bain. Mais les fours à induction sont très coûteux du point de vue de leur investissement et c'est la raison pour laquelle ils ont été pratiquement délaissés. La présente invention a pour objet un procédé de récupération par fusion de tels métaux à l'état subdivisé, du genre où l'on part d'un bain métallique préparé à partir de masses ou paquets de métaux non ferreux tels que aluminium ou zinc ou leurs alliages et qui permet l'immersion rapide de tels métaux à l'état subdivisé en évitant toute oxydation substantielle et cela à un coût acceptable.Cet objectif de l'invention est atteint en ce qu'on induit dans une partie volumétriquement restreinte dudit bain, un effet de brassage électromagnétique, en ce qu'on établit des échanges de matière entre le métal liquide dans la partie restante de bain qui est volumétriquement la partie principale de bain et le métal liquide dans ladite partie restreinte de bain, en ce qu'on déverse du métal solide sous forme subdivisée tels que copeaux ou tournures à l'aplomb de ladite partie restreinte de bain, et en ce qu'on soutire du métal de coulée hors de ladite partie principale de bain. L'effet de brassage électromagnétique est bien connu en soi dans l'application à la fusion de l'acier.Les systèmes de brassage électromagnétique sont de conception analogue à celle d'un moteur électrique, dont le stator, ou une partie du stator, est agencé à l'extérieur du bain métallique, qui, lui-même, constitue le rotor. On peut ainsi en fonction des dimensions du bain métallique et des fréquences de rotation du champ électromagnétique assurer des mouvements de révolution du bain qui, dans ces applications connues, sont généralement d'axe vertical, de sorte que l'acier liquide se déplace selon des trajectoires dans des plans horizontaux. Selon la présente invention, on agence le moyen d'électrobrassage de façon que le mouvement de brassage soit de révolution autour d'un axe horizontal, engendrant essentiellement ainsi des composantes verticales ascensionnelle et descensionnelle. Grâce à l'effet de brassage extrêmement actif et, notamment, à sa composante descensionnelle qui est ainsi imprimée à une quantité limitée de métal à l'endroit où l'on déverse un apport à débit modéré de copeaux d'aluminium, on peut être assuré que ces copeaux sont immédiatement entraînés dans le métal en fusion par le mouvement de brassage et ainsi fondus avant de pouvoir remonter à la surface. Selon une forme préférée de mise en oeuvre, la partie restreinte de bain est séparée de la partie principale de bain, des échanges de matière entre lesdites parties restreinte et principale de bain étant assurés par des courants de convection, dont au moins un s'établit de la partie principale de bain vers la partie restreinte de bain, et dont au moins un autre s'établit de la partie restreinte de bain vers la partie principale de bain. De la sorte, on peut correctement ajuster les moyens d'électrobrassage à la périphérie externe de la capacité limitée en métal liquide de la partie restreinte de bain, ce qui permet d'assurer l'efficacité maximale du brassage. De préférence et pour parfaire la fusion, on assure un transfert thermique dans au moins un courant d'échange de matière qui s'établit de la partie principale de bain vers la partie restreinte de bain, ledit transfert étant un appoint au transfert thermique principal qui s'effectue au niveau de la partie principale de bain. Egalement de préférence, un courant de convection de métal liquide de la partie principale de bain vers la partie restreinte de bain débouche à un niveau haut de la partie restreinte, tandis qu'un courant de convection de métal liquide de la partie restreinte de bain vers la partie principale de bain est soutirée de la partie restreinte de bain à un niveau bas. Selon une forme particulièrement avantageuse de mise en oeuvre, on établit une action électromagnétique de brassage à deux effets, qui se complètent grâce à des mouvements descensionnels dans une zone verticalement délimitée entre deux mouvements de brassage voisins, à l'aplomb de laquelle est déversé le métal sous forme divisée, ce qui entraîne son immersion quasi-immédiate. L'invention concerne également une installation de fusion de métaux non ferreux tel aluminium, zinc ou leurs alliages, qui se présentent au moins en partie sous forme subdivisée, notamment copeaux et/ou tournures, du genre comprenant un bassin de fusion équipé de moyens de transfert thermique vers le métal de fusion, caractérisée en ce que ledit bassin de fusion présente une partie principale de bassin de fusion qui est équipée desdits moyens principaux de transfert thermique de fusion et une partie annexe de bassin de fusion, qui est de dimensions restreintes par rapport à ladite partie principale de bassin, notamment en ce qui concerne au moins une de ses dimensions horizontales, ladite partie principale de bassin et ladite partie restreinte de bassin étant associées à des moyens d'échange de matière à l'état fondu entre lesdites parties restreinte et principale, des moyens d'électrobrassage équipant au moins une paroi externe de ladite partie restreinte de brassage, et des moyens de déversement de métal sous forme subdivisée agencés au-dessus et à l'aplomb de ladite partie restreinte. Selon une forme préférée de réalisation d'une telle installation, la partie restreinte de bassin est un compartiment séparé d'un bassin principal de fusion, les moyens d'échange de matière entre ledit compartiment et le bassin principal comprenant des passages d'alimentation et de soutirage de métal liquide vers le, respectivement hors du, dit compartiment. Ce compartiment annexe se présente généralement sous forme allongée dans une direction horizontale et les moyens d'électrobrassage sont agencés extérieurement contre au moins une paroi de ce compartiment annexe, qui peut être soit une paroi longitudinale de compartiment, tandis que les passages ou conduits d'alimentation et de soutirage de métal liquide vers le, respectivement hors du, compartiment annexe débouchent au niveau de parois transversales de bout dudit compartiment annexe, soit une paroi transversale de bout dudit compartiment annexe, tandis que les passages d'alimentation et de soutirage de métal liquide, vers le, respectivement hors du, compartiment annexe débouchent au niveau d'une paroi allongée dudit compartiment annexe, chacun au voisinage d'une des deux extrémités longitudinales de ladite paroi allongée. Avantageusement, les moyens d'électrobrassage sont doubles et agencés contre deux parois opposées, longitudinales ou de bout, du compartiment annexe, et de préférence ces moyens d'électrobrassage sont conçus pour assurer des mouvements de brassage selon des directions présentant des composantes substantielles dans la direction verticale, les composantes verticales de l'un et l'autre de ces deux mouvements de brassage électromagnétiques, qui s'établissent l'une à côté de l'autre, étant toutes deux dirigées dans le sens descensionnel, le moyen de déversement de métal à l'état subdivisé étant alors situé à l'aplomb au-dessus d'une zone médiane entre les deux moyens de brassage électromagnétique. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui suit, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une vue schématique de dessus d'une première forme de réalisation d'une installation selon l'invention. La figure 2 est une vue schématique en coupe selon la ligne II-II de la figure 1. La figure 3 est une vue schématique au-dessus d'une seconde forme de réalisation d'une installation selon l'invention. En se référant aux figures 1 et 2, une installation de fusion d'aluminium comporte un bassin de fusion formé d'un bassin principal 1 équipé d'un bénitier extérieur 2 et d'un passage de coulée 3 et d'un bassin restreint dans un compartiment annexe 4 délimité par des parois longitudinales 5 et 6 et des parois de bout 7 et 8, de hauteur supérieure au niveau maximal N de métal liquide dans le bassin principal 1. Ce compartiment annexe 4 communique avec le bassin principal 1 par des chenaux en forme de puits allongés 9 et 10 depuis par des parois latérales 11, 12, 13, 14, 14', 15, le tout de façon à ménager un dégagement 16 entre bassin principal 1 et compartiment annexe 4.Les deux chenaux 9 et 10 communiquent avec le bassin principal par des passages de traversée 17 et 18 d'une paroi latérale 19 du bassin 1, et avantageusement une pompe de circulation accélérée 20 peut être placée dans l'un des chenaux, par exemple le chenal 10. Le chenal d'alimentation en métal liquide 9 débouche dans le compartiment 4 en position haute par un déversoir 21, tandis que le chenal de soutirage 10 débouche dans le compartiment 4 en position basse par un passage inférieur 22, de sorte que la circulation de métal liquide dans le compartiment 4 s'effectue globalement de haut en bas. Contre les faces externes longitudinales 5 et 6 du compartiment 4 sont agencés deux systèmes de brassage électromagnétique 26 et 27 supportés par des plaques d'acier inoxydable 28, 29 qui sont transparentes du point de vue des ondes électromagnétiques. Chaque système électromagnétique 26, 27 engendre dans la masse de métal liquide du compartiment 4 un mouvement de brassage qui présente chacun une composante ascensionnelle 30 (système de brassage 26) et 31 (système de brassage 27) et une composante descensionnelle 32 (système de brassage 26) et 33 (système de brassage 27), les composantes descensionnelles 32 et 33 étant voisines l'une de l'autre le long d'une plage médiane longitudinale 34 du compartiment 4. De la sorte, la zone supérieure médiane de la plage 4 présente des mouvements descensionnels intenses. Un organe alimentateur 40 en copeaux 41 surplombe le compartiment annexe 4 et débouche au-dessus et à l'aplomb de la zone médiane 34. En fonctionnement, on crée un bain liquide d'aluminium ou de zinc, ou de leurs alliages à partir de paquets et blocs métalliques déposés dans le bénitier 2 jusqu'à l'obtention d'un niveau N dans le bassin principal 1 et dans le compartiment annexe 4. Après quoi, on peut enclencher le processus de fusion de copeaux d'aluminium ou de zinc. A cet effet, la pompe de circulation 20 est mise en marche, puis le dispositif d'alimentation en copeaux 40, qui chutent dans la zone 34 où ils sont aspirés vers le bas du compartiment 4 en entrant progressivement en fusion. La chaleur de fusion des copeaux résulte de l'effet thermique du bain liquide qui circule en amenant du métal liquide très chaud par le chenal 9 et en soutirant par le chenal 10 du métal quelque peu refroidi du fait de la fusion des copeaux.La chaleur de fusion provient donc des moyens de chauffe du bassin principal 1, par exemple de brûleur en 51 et 52, mais on peut adjoindre, dans le chenal d'alimentation en métal liquide 9, des moyens auxiliaires de chauffe, par exemple des résistances électriques du type thermoplongeurs 61. En se référant à la figure 3, qui représente un bassin principal 1 et un compartiment annexe 4, on voit ici que le compartiment annexe 4 de forme plus allongée est adjoint au bassin principal dont il n'est séparé que par une paroi commune 53 équipée de passages haut d'admission 54 vers le compartiment 4 et bas de soutirage 55, de façon à assurer, ici sans l'aide de pompe, un échange de matière entre bassin principal 1 et compartiment 4 avec déplacement global du métal dans le compartiment 4 dans le sens descensionnel. Ici les systèmes d'électrobrassage 56 et 57 sont placés contre les parois de bout 58 et 59 du compartiment 4 et engendrent des mouvements rotatifs de métal selon deux axes transversaux (x, y, pour le système 56, x', y' pour le système 57), le tout de façon que, dans une zone transversale médiane 60, les deux mouvements conjuguent les composantes voisines de direction descensionnelles. Bien entendu, dans une telle réalisation, le moyen alimentateur en copeaux déverse ceux-ci à l'aplomb de la zone médiane 60, de façon à les entraîner immédiatement en immersion dans le bain. On comprend que l'installation peut fonctionner soit exclusivement pour la fusion de copeaux, après formation du bain principal à partir de masses et paquets métalliques, soit pour la fusion de copeaux au niveau du compartiment annexe 4 et pour la fusion de masses et paquets au niveau du bassin principal 1. REVENDICATIONS 1. Procédé de récupération par fusion de métaux non ferreux tels aluminium ou ses alliages, zinc ou ses alliages, se présentant au moins en partie sous forme divisée, notamment copeaux et/ou tournures, du genre où l'on prépare d'un tel métal à partir de masses ou paquets métalliques, caractérisé en ce qu'on induit dans une partie volumétriquement restreinte dudit bain un effet de brassage électromagnétique, en ce qu'on établit des échanges de matière entre le métal liquide dans la partie restante de bain qui est volumétriquement la partie principale de bain et le métal liquide dans ladite partie restreinte de bain, en ce qu'on déverse du métal solide sous forme divisée tel copeaux ou tournures à l'aplomb de ladite partie restreinte de bain et en ce qu'on soutire du métal de coulée hors de ladite partie principale de bain. 2. Procédé de récupération par fusion de métaux non ferreux selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un effet de brassage électromagnétique s'établit avec des composantes ascensionnelles et descensionnelles, et en ce qu'on déverse le métal solide sous forme divisée à l'aplomb de composantes descensionnelles du mouvement de brassage. 3. Procédé de récupération par fusion de métaux non ferreux selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on soutire du métal de coulée en fonction des apports en métal à l'état subdivisé dans la partie restreinte de bassin, plus le cas échéant en fonction des apports ultérieurs en masses et paquets dans la partie principale de bassin. 4. Procédé de récupération par fusion de métaux non ferreux selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la partie restreinte de bain est séparée de la partie principale de bain, un échange de matière entre le métal dans lesdites parties restreinte et principale de bain étant assuré par des courants de convection, dont au moins un s'établit de la partie principale de bain vers la partie restreinte de bain et dont au moins un autre s'établit de la partie restreinte de bain vers la partie principale du bain. 5. Procédé de récupération par fusion de métaux non ferreux selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on assure un transfert thermique dans au moins un courant d'échange de matière qui s'établit de la partie principale de bain vers la partie restreinte de bain, ledit transfert étant un appoint au transfert thermique principal qui s'effectue au niveau de la partie principale de bain. 6. Procédé de récupération par fusion de métaux non ferreux selon la revendication 4 et 5, caractérisé en ce que les courants de convection de métal liquide entre les parties principale et restreinte de bain sont du type à convection forcée. 7. Procédé de récupération par fusion de métaux non ferreux selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'un courant de convection de la partie principale de bain vers la partie restreinte de bain débouche à un niveau haut dans ladite partie restreinte de bain, tandis qu'un courant de la partie restreinte de bain vers la partie principale de bain est soutiré hors de la partie restreinte de bain à un niveau bas. 8. Procédé de récupération par fusion de métaux non ferreux selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on établit une action électromagnétique de brassage à deux effets, qui se complètent grâce à des mouvements descensionnels des deux mouvements de brassage, qui sont établis côte à côte dans une zone verticale médiane du bain restreint à l'aplomb de laquelle est déversé le métal sous forme divisée. 9. Installation de fusion de métaux non ferreux tels l'aluminium ou ses alliages, zinc ou ses alliages, qui se présentent au moins en partie sous forme divisée, notamment copeaux et/ou tournures, du genre comprenant un bassin de fusion équipé de moyens de transfert thermique vers le métal de fusion, caractérisée en ce que ledit bassin de fusion (1) présente une partie principale de bassin de fusion qui est équipée desdits moyens principaux de fusion (51-52) et une partie annexe (4) de bassin de fusion, qui est de dimensions restreintes par rapport à ladite partie principale de bassin (1), notamment en ce qui concerne ses dimensions horizontales, ladite partie principale de bassin (1) et ladite partie restreinte de bassin (4) étant associées à des moyens d'échange de matière fondu, des moyens d'électrobrassage (26-27) (5657) équipant au moins une paroi externe (5-6) (58-59) de ladite partie restreinte de brassage (4), et des moyens de déversement de métal sous forme subdivisée (40) au-dessus et à l'aplomb de ladite partie restreinte (4). 10. Installation de fusion de métaux non ferreux selon la revendication 9, caractérisée en ce que la partie restreinte de bassin (4) est un compartiment séparé d'un bassin principal de fusion (1), les moyens d'échange de matière entre ledit compartiment et ledit bassin principal comprenant des passages ou conduits d'alimentation (9-54) et de soutirage (10-55) de métal liquide vers le, respectivement hors du, dit compartiment (4). 11. Installation de fusion de métaux non ferreux selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'on prévoit des moyens de circulation (20), tels une pompe, dans au moins un conduit d'alimentation ou de soutirage (10) de métal liquide. 12. Installation de fusion de métaux non ferreux selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que le compartiment annexe (4) se présente sous forme allongée dans une direction horizontale. 13. Installation de fusion de métaux non ferreux selon la revendication 9, caractérisée en ce que les moyens d'électrobrassage (26) et/ou (27) sont agencés extérieurement contre au moins une paroi allongée (5) et/ou (6) dudit compartiment annexe (4), tandis que les conduits d'alimentation (9) et de soutirage (10) de métal liquide vers le, respectivement hors du, compartiment annexe (4) débouchent au niveau des parois de bout (7-8) dudit compartiment annexe (4). 14. Installation de fusion de métaux non ferreux selon la revendication 9, caractérisée en ce que les moyens d'électrobrassage (56-57) sont agencés extérieurement contre au moins une paroi de bout (58-59) dudit compartiment annexe (4), les passages d'alimentation et de soutirage de métal liquide (54-55) vers le, respectivement hors du, compartiment annexe (4) débouchant au niveau d'une paroi allongée (53) dudit compartiment annexe (4) au voisinage des deux extrémités longitudinales de ladite paroi allongée (53). 15. Installation de fusion de métaux non ferreux selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisée en ce que le conduit d'alimentation (9-54) du compartiment annexe (4) débouche en position haute, tandis que le conduit de soutirage (10-55 du compartiment annexe (4) débouche en position basse dans ledit compartiment (4). 16. Installation de fusion de métaux non ferreux selon une quelconque des revendications 9 à 15, caractérisée en ce que les moyens d'électrobrassage sont doubles (26-27) (56-57) et agencés contre deux parois opposées longitudinales (24-25) ou de bout (58-59), du compartiment annexe (4). 17. Installation de fusion de métaux non ferreux selon la revendication 16, caractérisée en ce que les moyens d'électrobrassage (25-26) (55-56) sont conçus pour assurer des mouvements de brassage en des directions qui produisent des effets de brassage substantiellement à composantes verticales, les composantes verticales de l'un et l'autre de ces deux mouvements de brassage électromagnétique, qui sont voisines, étant toutes deux dirigées dans le sens descensionnel, le moyen de déversement de métal à l'état subdivisé (40) étant alors situé à l'aplomb au-dessus d'une zone médiane (34) (60) entre les deux moyens de brassage électromagnétique (2526) (55-56). 18. Installation de fusion de métaux non ferreux selon l'une quelconque des revendications 9 à 17, caractérisée en ce qu'un conduit d'alimentation 9 en métal liquide du compartiment annexe (4) est équipé de moyens auxiliaires de transfert thermique (61).