Brevet FR2706992A1 — publié le 19941230

L'invention concerne un dispositif destiné à réaliser la fusion d'une couche solide d'un matériau électriquement conducteur, et à produire un jet de coulée homogène s'écoulant hors d'un creuset exempt de matériau céramique. On connait un procédé de formation d'un jet de coulée, au moyen d'une trémie sur un récipient de matière en fusion de taille plus importante, dans lequel se trouve le matériau en fusion (document DE 40 11 392), la trémie étant fixée par brides sur un récipient de matière en fusion, et réalisée en un métal ou des alliages métalliques, tout en étant subdivisée en segments refroidis par fluide, une bobine alimentée en courant alternatif entourant la trémie et chauffant par induction, la matière en fusion, dans la trémie. Ce procédé connu résout le problème de la formation d'un jet de métal liquide le plus fin possible, en évitant tout risque d'une solidification, le procédé permettant également de manière contrôlée, de laisser obturer la sortie, par solidification, et de la libérer à nouveau par fusion. Par ailleurs, on connaît un creuset destiné à la fusion, exempte de céramique, de métaux ou d'alliages métalliques réactifs, constitué d'un grand nombre d'éléments de palissade en métal et refroidies par eau, qui sont tous reliés électriquement les uns aux autres, et qui forment des interstices étroits entre-eux (document US - 4 738 713). Le creuset formé par les éléments de palissade est entouré par une bobine d'induction qui assure la fusion de la charge, le creuset étant disposé, avec la bobine, dans une enceinte sous vide. Ce creuset froid permet la fusion, exempte de scories, de métaux réactifs d'une grande pureté. Un creuset fendu d'une configuration similaire, destiné à la fusion de particules de titane, est pourvu d'une sortie d'écoulement dans le fond, qui permet l'écoulement du métal fondu, dans le but de réaliser une atomisation (EP - 0 427 379). Finalement, on connaît une installation d'atomisation pour poudre (document US-PS-4 762 553), dans laquelle le creuset, dans l'optique d'une fusion fluidisée, est entouré par une première bobine d'induction, la sortie d'écoulement du fond étant enserrée par une seconde bobine d'induction, qui sert à l'orientation du jet. Les deux bobines sont pourvues chacune d'une propre alimentation en courant. Une tuyère à gaz, à l'extrémité inférieure de la sortie d'écoulement du fond, permet la pulvérisation du métal fondu. Le but de la présente demande de brevet consiste à fournir un dispositif qui permet de commander la fourniture d'énergie à un matériau en fusion électriquement conducteur, de manière à rendre possible l'ouverture par fusion d'un fond de poche, électrique, d'un bouchon d'obturation ou d'une plaque d'obturation, avec formation ultérieure d'un jet de coulée. Le jet de coulée doit ici sortir du dispositif, parallèlement à l'axe ou sous un angle sélectionné. Le dispositif doit, en outre, être également utilisable pour de grandes quantités de matériau en fusion, et non pas seulement pour des quantités qui peuvent encore être maîtrisées par des procédés de fusion en lévitation. Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à la solution suivante proposant un dispositif caractérisé par au moins deux bobines d'induction pouvant être commandées séparément, et au moins une partie de fond centrale, fendue et refroidie par un liquide, qui se trouve dans la zone de la bobine d'induction supérieure, qui forme un récipient ou une cuve, qui entoure la matière en fusion, et qui est réalisée, au moins dans la zone de la profondeur de pénétration du champ électromagnétique, ou bien en totalité, en un matériau électriquement conducteur. Selon une configuration de l'invention, la cuve fendue est formée de segments totalement isolés les uns des autres. La cuve fendue peut être constituée de segments isolés les uns des autres par des fentes, et reliés entre-eux par une liaison électrique. D'après une caractéristique de l'invention, le champ électromagnétique d'au moins un inducteur, peut être influencé ou dirigé de manière visée, à l'aide de culasses ou d'ensembles de ferrite. Par ailleurs, les champs électromagnétiques entre deux inducteurs peuvent être découplés de manière visée, à l'aide d'un anneau de court-circuit. Selon une autre caractéristique de l'invention, la densité de puissance des inducteurs est choisie de manière à pouvoir régler une température de jet de coulée, visée. Par ailleurs, l'écoulement de sortie peut être réduit ou interrompu, par l'établissement d'une différence de pression, en plus des forces engendrées par les champs électromagnétiques. Selon une configuration de l'invention, la densité de puissance de la bobine d'induction inférieure, peut être choisie de manière telle, que des dépôts de matériau solide dans la zone de la sortie d'écoulement, peuvent être évités ou être fondus de manière définie. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, la cuve formée d'éléments de palissade et soumise à l'effet de l'inducteur supérieur, est réalisée sous la forme d'un pot de forme sensiblement cylindrique circulaire ou en tant que trémie. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'appareil de fusion principal est réalisé essentiellement en tant que pot de forme cylindrique circulaire, dont la partie de fond, dans sa zone radialement extérieure, forme une trémie aplatie qui se raccorde à une cuve réalisée par des éléments de palissade et présentant une forme de pot dont le fond plat est à son tour en communication avec une sortie d'écoulement. D'autres détails et caractéristiques de l'invention vont être explicités dans la description, qui va suivre, effectuée au regard des dessins annexés, qui montrent: Fig. 1 un premier mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention, Fig. 2 un autre mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention. Comme le laisse entrevoir le dessin (figure 1), le creuset 3 de forme essentiellement cylindrique circulaire et formant l'appareil de fusion principal, est pourvu d'une partie de paroi 4 en forme d'anneau circulaire, constituant une partie du fond, à laquelle se raccordent des éléments de palissade , 5', 5"... en forme de segments, qui s'étendent radialement vers l'intérieur, sont séparés chacun les uns des autres par des fentes étroites 6, 6', 6"... s'étendant radialement, et qui constituent tous ensemble, une partie de fond centrale 27. Les éléments de palissade 5, 5',... individuels, sous forme de segments, présentent une configuration telle, qu'ils forment ensemble une entrée en forme de trémie, ou un récipient, ou une cuve 7, qui se raccorde à une trémie de guidage de jet de coulée ou une sortie d'écoulement 8 également légèrement en forme de trémie. La partie 9 de la surface de fond, forme, en partant de la partie de paroi 3, tout d'abord une surface plane 9, qui ensuite, en direction du centre, se raccorde à une partie de forme légèrement conique vers le haut, dans laquelle débouche finalement la trémie ou la cuve 7. Le côté inférieur du creuset 3 est également constitué d'une partie de bordure plane en forme d'anneau circulaire, qui se raccorde, en direction du centre de la partie de fond, à une première partie conique sur laquelle repose une première bobine d'induction 10; à ce premier tronçon se raccorde un second tronçon conique enserrant la sortie d'écoulement 8, qui est entourée par une seconde bobine d'induction 11, qui pour sa part est entourée par un anneau 12 en matériau magnétique. Les deux bobines d'induction 10, 11 sont raccordées chacune à sa propre source d'alimentation en courant, 13, 14. Les sources de courant 13, 14 doivent engendrer un champ électromagnétique le plus homogène possible. La spire inférieure de la seconde bobine d'induction 11, est avantageusement pourvue d'une pièce de compensation du pas, dirigée vers le bas, telle qu'elle a été décrite dans la demande de brevet allemande antérieure P 42 22 399.7 Le dispositif décrit peut être combiné à toutes les techniques de fusion et tous les appareils de fusion exempts de céramique, actuellement mis en oeuvre sur le marché, et permet le démarrage de l'opération de coulée de l'appareil de fusion principal, à un instant prédéterminé du processus, grâce au fait que l'on réalise tout d'abord la fusion d'une couche électriquement conductrice, initialement solide. En-dehors de l'influence pouvant être exercée sur le jet de coulée, par les forces engendrées par les champs électromagnétiques, l'écoulement de sortie peut, par exemple également dans le cas de bains de fusion de grande hauteur, être régulé, voire stoppé, grâce à l'établissement supplémentaire d'une différence de pression. Le déroulement de processus évoqué nécessite de pouvoir sélectionner de manière visée, la répartition de puissance, ainsi que l'utilisation des deux inducteurs 10, 11 pouvant être commandés séparément, en vue de satisfaire aux critères de fréquence nécessaires. Cela permet de régler la température d'écoulement de la matière en fusion, à la sortie. Pour l'établissement et le maintien d'un jet de coulée homogène, il est nécessaire de garantir dans toutes les conditions du processus, que des dépôts de crasses ou d'autres matériaux susceptibles de perturber le processus ne peuvent se former, ni être fondus, dans la zone de la sortie d'écoulement 8. Il est par exemple possible d'envisager un déroulement de processus ou un événement de processus, pour lequel il est nécessaire, lorsque l'ouverture de sortie d'écoulement 8 est temporairement fermée ou lors d'interruptions du processus engendrées par des pannes, de pouvoir effectuer des opérations métallurgiques dans l'appareil de fusion principal 3, sans que s'échappe un jet de matériau en fusion. Pour permettre de reprendre le processus de coulée, l'ouverture de sortie d'écoulement 8 doit à nouveau pouvoir être libérée par fusion, avant que puisse se poursuivre le processus de coulée de l'appareil de fusion principal 3. Les caractéristiques essentielles de l'invention permettent sa mise en oeuvre également en combinaison avec des appareils de fusion principaux dont le poids de charge est de plusieurs tonnes. Aussi, il ne se produit pas de lévitation dans le dispositif conforme à l'invention. Dans le mode de réalisation selon la figure 2, la surface de fond 15 du creuset principal 16 présente une forme de trémie dans sa zone de bordure, cette partie en forme de trémie se raccordant, en direction du centre, à une partie cylindrique circulaire 17, à laquelle se raccorde à son tour une partie de fond plate 18, l'ouverture de coulée ou la trémie de coulée 19 se trouvant au centre de cette partie de fond 18 citée en dernier lieu. La partie cylindrique 17 présente une configuration fendue, c'est à dire qu'elle est formée par l'assemblage d'éléments de palissade 20, 20', 20",... individuels. A l'inverse de l'exemple de réalisation selon la figure 1, dans l'exemple de réalisation de la figure 2, on prévoit au total trois ensembles d'alimentation en courant 21, 22, 23 destinés à trois bobines d'induction 24, 25, 26 qui peuvent être commandées toutes indépendamment et/ou en commun. La cuve 28 sensiblement formée par les éléments de palissade 20, 20', 20",..., présente une forme cylindrique circulaire, les fentes 30, 30'... individuelles garantissant le passage, sans entrave, du champ électromagnétique de la bobine 25. REVENDICATIONS. 1. Dispositif destiné à réaliser la fusion d'une couche solide d'un matériau électriquement conducteur, et à produire un jet de coulée homogène s'écoulant hors d'un creuset exempt de matériau céramique, caractérisé par a) au moins deux bobines d'induction (10, 11) pouvant être commandées séparément; b) au moins une partie de fond centrale (27, 29), fendue et refroidie par un liquide, qui se trouve dans la zone de la bobine d'induction supérieure (10), qui forme un récipient ou une cuve (7, 28), qui entoure la matière en fusion, et qui est réalisée, au moins dans la zone de la profondeur de pénétration du champ électromagnétique, ou bien en totalité, en un matériau électriquement conducteur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cuve fendue (7, 28) est formée de segments (5, 5',...) totalement isolés les uns des autres. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cuve fendue (7, 28) est constituée de segments (5, 5',...) isolés les uns des autres par des fentes (6, 6',...), et reliés entre-eux par une liaison électrique. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le champ électromagnétique d'au moins un inducteur (10, 11) peut être influencé ou dirigé de manière visée, à l'aide de culasses ou d'ensembles de ferrite (12). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les champs électromagnétiques entre deux inducteurs (10, 11 ou 24, 25, 26) peuvent être découplés de manière visée, à l'aide d'un anneau de court-circuit. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la densité de puissance des inducteurs (10, 11 ou 24, 25, 26) est choisie de manière à pouvoir régler une température de jet de coulée, visée. 7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'écoulement de sortie (8, 19) peut être réduit ou interrompu, par l'établissement d'une différence de pression, en plus des forces engendrées par les champs électromagnétiques. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la densité de puissance de la bobine d'induction inférieure (11 ou 26) peut être choisie de manière telle, que des dépôts de matériau solide dans la zone de la sortie d'écoulement, peuvent être évités ou être fondus de manière définie. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cuve (7, 28) formée d'éléments de palissade (5, 5', 5"... ou 20, 20', "...) et soumise à l'effet de l'inducteur supérieur (10 ou 24), est réalisée sous la forme d'un pot de forme sensiblement cylindrique circulaire ou en tant que trémie. 10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'appareil de fusion principal (16) est réalisé essentiellement en tant que pot de forme cylindrique circulaire, dont la partie de fond (29), dans sa zone radialement extérieure (15), forme une trémie aplatie, qui se raccorde à une cuve (28) réalisée par des éléments de palissade (20, 20', 20"...) et présentant une forme de pot dont le fond plat est à son tour en communication avec une sortie d'écoulement (19).