Brevet FR2711560A1 — publié le 19950505

POCHE DE FILTRATION DE METAL LIQUIDE SUR MEDIUM FILTRANT, A CHAUFFAGE AMELIORE DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne une poche de filtration de métal liquide, notamment l'aluminium ou ses alliages, mais aussi le magnesium ou ses alliages, sur médium filtrant (en particulier un lit de gravier d'alumine), ladite poche ayant des performances améliorées grâce à un dispositif de chauffage particulier. ETAT DE LA TECHNIQUE On sait qu'il est nécessaire de filtrer les métaux liquides, comme l'aluminium ou ses alliages, avant d'effectuer la coulée, et que cette filtration peut être effectuée sur un lit de gravier généralement d'alumine. Généralement le lit filtrant de gravier comprend une couche de filtration proprement dite suffisamment épaisse enserrée entre deux couches de maintien plus minces et constituées de graviers plus grossiers. Le lit est contenu dans une poche, le metal liquide est alimenté par le haut et soutiré par le bas après avoir été filtré; le lit repose habituellement sur une grille de façon à laisser subsister un vide en fond de poche. La mise en température du lit filtrant avant filtration peut se faire en transportant le lit dans une étuve avant sa mise en place dans la poche. Cette mise en température de même que le maintien en température du lit pendant les périodes d'arrêt de filtration, ou le lit est imprégné de metal liquide, peut aussi se faire à l'aide de brûleurs situes en-dessus du lit et/ou par chauffage à travers les parois de la poche, par exemple par des résistances noyées dans, ou situées à l'extérieur des, parois de telle sorte que les résistances ne soient en contact ni avec le lit, ni avec le métal liquide filtrant. Les professionnels s'interdisent en général d'introduire des dispositifs de chauffage à l'intérieur du lit filtrant afin de ne pas y perturber l'écoulement du métal liquide (risque de passages préférentiels) pendant la filtration, ce qui aurait pour conséquence de diminuer la qualité de la filtration. De tels modes de chauffage par rayonnement et/ou conduction conduisent à des durées de mise en température du lit excessives et à des gradients de températures également trop importants, à la fois dans le lit préchauffé avant introduction du métal liquide (y compris après de longues périodes de chauffage), et dans le lit rempli de métal liquide pendant les périodes de maintien en temperature correspondant aux arrêts de filtration. Ils atteignent, par exemple, au moins une centaine de "C et peuvent aller jusqu'à prés de 200"C entre les points le plus froid et le plus chaud après plusieurs jours de prechauffage, et au moins une cinquantaine de "C après une période de maintien en température du métal liquide de plus de 6 h. Ces gradients sont la source d'ennuis. Par exemple, la température la plus basse du lit doit être superieure à une valeur limite en-dessous de laquelle on risque: de figer le métal liquide lors de la première imprégnation du lit, d'avoir une mauvaise imprégnation du lit filtrant ou de provoquer des précipitations de composés intermétalliques, tout cela pouvant entrainer un comaltage du filtre et une perte de la qualité du métal coulé; mais en même temps, la température la plus élevée ne doit pas depasser une valeur limite sous peine de provoquer une oxydation importante du métal liquide entrainant la formation préjudiciable de crasses et ainsi une pollution et une dégradation du métal coulé. Ainsi, la demanderesse a recherché un moyen de pallier ces inconvénients sans pour autant augmenter exagérément la puissance de chauffage installée et/ou la durée de chauffage, tout en maitrisant constamment la température du métal coulé. En particulier, elle a recherché à diminuer ou supprimer le gradient de température entre le point le plus froid et le point le plus chaud (par exemple entre le bas et le haut) en période de préchauffage (avant imprégnation), mais surtout en période de maintien en température du lit imprégné de métal liquide (pendant les arrêts de filtration). Elle a encore recherché à améliorer la qualité du métal filtré, en particulier après une période d'arrêt, en diminuant la quantité de crasses formées pendant la période de maintien en température. DESCRIPTION DE L'INVENTION L'invention est une poche de filtration de métal liquide sur médium filtrant comportant une enceinte à l'intérieur de laquelle se trouve ledit médium filtrant reposant à sa partie basse sur une grille support, un conduit d'alimentation amenant le métal liquide à filtrer dans ledit médium filtrant, un conduit d'évacuation du métal liquide filtré, un premier dispositif de chauffage situé hors dudit médium, caractérisée en ce qu'elle comporte un deuxième dispositif de chauffage situé dans au moins un des conduits de passage du métal liquide, à proximité du médium filtrant. Si l'invention s'applique à tous média filtrants, elle s'applique en particulier aux poches dont le médium filtrant est un lit filtrant à base de gravier généralement d'alumine, qui sont particulièrement difficiles à chauffer correctement, mais également aux poches dont le médium filtrant est une dalle de mousse de céramique (connu sous le nom de CFF, ceramic foam filter) qui présentent les mêmes types de problèmes. Le premier dispositif est un dispositif classique, comme cela a été vu plus haut, situé en dehors du médium filtrant et du métal liquide. I1 peut en particulier comprendre des résistances noyées dans les parois de l'enceinte ou situées à leur contact à l'extérieur. Mais il peut préférentiellement comprendre des resistances situées dans le couvercle de la poche. Ce dernier dispositif peut être avantageusement complété et renforcé en faisant entrer en contact avec lesdites résistances situées dans le couvercle un courant d'air qui traversera le médium filtrant avant imprégnation par le metal liquide; ce courant d'air chauffé pourra, après passage dans le médium filtrant, être de nouveau préchauffé dans un dispositif de chauffage annexe et recyclé au contact desdites résistances du couvercle; ce dispositif de renfort permet à la fois de diminuer la durée de mise en température du médium et son gradient thermique. La grille support sur laquelle repose le médium filtrant est en général implante dans l'enceinte de façon à laisser subsister une zone libre en fond de poche sous le medium filtrant pour la circulation du métal liquide. Quand au deuxième dispositif selon l'invention, il est donc implanté hors du médium filtrant, mais se trouve immergé dans le metal liquide après introduction de ce dernier dans la poche; il est typiquement d'encombrement réduit . Ledit deuxième dispositif, situé dans un conduit de passage de métal liquide, se trouve le plus près possible du médium filtrant de façon à améliorer le rendement et l'efficacité du chauffage; il est ainsi préférable de l'implanter de telle sorte qu'il ne soit pas séparé du médium filtrant par un quelconque écran, par exemple par une cloison ou toute séparation isolante, etc... I1 est avantageux de l'installer dans le conduit d'amenée de métal liquide, bien sur à proximité immédiate du médium filtrant, ce qui permet de contrôler la température du metal liquide de façon très précise et modulable lorsqu'il pénetre dans le medium. Mais on peut également installer un dit deuxième dispositif dans le conduit d'évacuation ce qui peut permettre de répartir le chauffage et mieux contrôler la température de sortie du métal liquide. Ledit deuxième dispositif de chauffage est avantageusement de dimensions réduites pour eviter entre autres de modifier les poches existantes et ne pas augmenter le volant de métal liquide dans la poche. I1 est particulièrement avantageux d'utiliser au moins un thermoplongeur comportant une partie chauffante immergeable dans le métal liquide de faible diamètre, typiquement inférieur à 40 mm et de préférence à 30 mm. Cette partie chauffante comprend généralement une résistance électrique noyee dans une substance réfractaire, isolant électrique et bon conducteur thermique, le tout étant contenu dans une gaine bon conducteur thermique, de préférence en ceramique frittée pour mieux résister au metal liquide, par exemple en alumine, zircone, alon, sialon, oxynitrure mixte d'Al et Mg, nitrures, etc... La partie chauffante est prolongée, à l'extérieur de la poche, par une rehausse servant à la manutention et aux connexions électriques. Meme avec une partie chauffante de petit diamètre, la puissance dissipée peut être importante ce qui permet d'améliorer les performances de la poche; elle est habituellement supérieure à 5 kW/m de partie chauffante, ou mieux à 10 kW/m, pouvant même atteindre et dépasser 20 kW/m; il est surprenant de noter que, même dans de telles conditions à haut flux énergétique, on n'observe pas de surchauffe du métal liquide avec des risques d'oxydation aggravés. La poche de filtration selon l'invention est généralement de grande dimension et sert à traiter principalement l'aluminium ou ses alliages, mais également le magnésium ou ses alliages. Quand le médium filtrant est un lit de gravier d'alumine, il comprend un lit filtrant proprement dit de granulométrie suffisamment fine pour opérer la filtration souhaitée, compris entre deux lits de confinement de plus grosse granulometrie, le tout reposant sur la grille support. L'alimentation du médium en métal liquide peut se faire, à l'aide de conduits d'amenée, par le haut, le métal filtré étant évacué par le bas. Mais il est avantageux d'effectuer une circulation de bas en haut, le métal liquide à filtrer arrivant par exemple sous la grille support et le métal filtré étant évacue au sommet du médium filtrant; ce mode d'écoulement du type piston permet d'améliorer l'imprégnation du médium filtrant par le metal liquide lors de sa mise en fonction, mais aussi la régularité de filtration grâce au fait que les particules à filtrer ont tendance à rester dans le filtre par décantation naturelle. Dans ce cas, le deuxième dispositif de chauffage est avantageusement situe sous la grille support du médium filtrant, donc à proximité immédiate de ce dernier. La figure 1 illustre une poche de filtration selon l'invention. On voit en (1) l'enceinte de la poche, en (2) le lit de gravier filtrant maintenu entre deux couches (3) de graviers plus grossiers, l'ensemble reposant sur une grille (4) laissant un espace (12) la séparant du fond de l'enceinte et par où transite le métal liquide. Le lit est surmonte d'un premier dispositif de chauffage (5), par exemple des résistances (6) pouvant etre situées dans le couvercle de la poche, destine à préchauffer le lit filtrant (2,3) avant introduction du métal liquide ou à maintenir en température ledit lit et sa charge en métal liquide pendant les arrêts de filtration. Un autre type de premier dispositif pourrait être utilisé (non représenté); il consiste à chauffer le lit par conduction et rayonnement à travers les parois de l'enceinte, par exemple à l'aide de resistances noyées dans lesdites parois ou situées de l'autre côté desdites parois. Le deuxième dispositif de chauffage est représente par deux thermoplongeurs (11) situés dans l'espace (12) situé sous la grille de support (4) du lit filtrant (2-3). Selon un mode préférentiel de réalisation de l'invention, le métal liquide à filtrer arrive en (7), est acheminé sous le lit filtrant à l'aide du conduit (8), est filtré de bas en haut pour ressortir épuré en (9). Une filtration de haut en bas peut aussi être pratiquée, les thermoplongeurs étant dans ce cas situes dans le métal liquide à proximité du sommet du lit filtrant, mais pouvant également rester sous la grille, en aval du lit. Pour améliorer le préchauffage du lit filtrant on peut, comme cela a été dit, faire entrer en contact avec les résistances (6) un courant d'air qui est introduit dans l'enceinte par l'ouverture (9) est ainsi réchauffé, traverse ensuite le lit filtrant (2-3) et sort par l'ouverture (10) prévue à cet effet; le résultat peut encore être améliore en recyclant l'air sortant de (10), en le préchauffant dans un dispositif de chauffage annexe (non représenté) et en le réintroduisant dans l'enceinte comme indiqué ci-dessus. Ainsi, la poche selon l'invention permet de prechauffer le médium filtrant non seulement à l'aide d'un premier dispositif de chauffage extérieur (5-6), mais aussi à l'aide d'un deuxième dispositif de chauffage situé en amont et/ou en aval du médium filtrant; on peut alors ne pas utiliser le dispositif de renfort par circulation d'air. On diminue ainsi le gradient thermique du médium non encore imprégné tout en reduisant le temps de chauffage. Elle permet également, lors de la phase d'imprégnation du médium filtrant par le métal liquide, de moduler la température du métal entrant, à mesure qu'il penètre dans le médium, de façon à effacer les effets des gradients thermiques pouvant encore subsister dans le médium et à obtenir une charge de métal de température homogene, ce qui élimine les problèmes à la coulée. Mais elle permet surtout, lors des phases de maintien en température, où le métal liquide baigne à la fois le médium filtrant et le deuxième dispositif de chauffage, de supprimer pratiquement complètement le gradient de température dans la charge de métal tout en réduisant la part de chauffage apportee par le premier dispositif (5-6). Cette réduction de la part de chauffage entraine une diminution spectaculaire de l'oxydation superficielle du métal au repos et donc de sa pollution par des crasses qui iraient détériorer la qualité des pièces coules, tandis que la disparition du gradient de température supprime les problèmes de coulée liés à des temperatures de métal trop élevees. Ainsi, l'invention montre, en plus d'un avantage lors du préchauffage, surtout un avantage pendant les régimes transitoires d'exploitation du filtre (imprégnation, redémarrage après arrêt) en obtenant en général une très bonne régularité de température du metal liquide filtré; on améliore ainsi la qualité du métal coulé. REVENDICATIONS 1. Poche de filtration de metal liquide sur médium filtrant comportant une enceinte à l'intérieur de laquelle se trouve ledit médium filtrant reposant à sa partie basse sur une grille support, un conduit d'alimentation amenant le métal liquide à filtrer dans le médium filtrant, un conduit d'évacuation du métal liquide filtré, un premier dispositif de chauffage situé hors dudit médium caractérisée en ce qu'elle comporte un deuxième dispositif de chauffage situé dans au moins un des conduits de passage de métal liquide, à proximite du médium filtrant. 2. Poche selon la revendication 1 caractérisée en ce que le métal liquide est choisi parmi l'aluminium ou ses alliages et le magnésium ou ses alliages. 3. Poche selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que le médium filtrant est un lit filtrant à base de gravier d'alumine. 4. Poche selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le deuxième dispositif de chauffage comprend au moins un thermoplongeur d'encombrement réduit. 5. Poche selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisée en ce que le thermoplongeur a un diamètre inférieur à 40 mm et de préférence à 30 mm. 6. Poche selon la revendication 2 caractérisée en ce que le thermoplongeur a une partie chauffante dissipant au moins 5 kW/m de longueur, et de préférence 10 kW/m de longueur. 7. Poche selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que le deuxième dispositif est situé dans le conduit d'amenée de métal liquide. 8. Poche selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le métal liquide circule de bas en haut dans le medium filtrant. 9. Poche selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le deuxième dispositif de chauffage est situé sous la grille support du médium filtrant. 10.Poche selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le premier dispositif de chauffage comprend des résistances situées dans le couvercle de la poche. ll.Poche selon la revendication 10 caractérisée en ce que un courant d'air est réchauffe au contact des résistances situées dans le couvercle et traverse le lit filtrant avant imprégnation par le métal liquide.