Brevet FR2780981A1 — publié le 20000114

PROCEDE DE FILTRATION EN LIGNE D'UN METAL LIQUIDE ET DISPOSITIF POUR LA MISE EN OEUVRE DE CE PROCEDE La présente invention concerne un procédé de filtration en ligne d'un métal liquide, notamment de l'aluminium, dans lequel, lors d'une première étape, on introduit ledit métal liquide dans une chambre de traitement et on procède au décrassage et au dégazage dudit métal. Elle concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Les exigences de qualité lors de l'élaboration des métaux deviennent toujours de plus en plus élevées et nécessitent des opérations de filtrage du métal liquide en vue d'obtenir une qualité exempte d'inclusions. Les connaissances et les solutions techniques actuelles sont de moins en moins adaptées pour i5 satisfaire pleinement ces exigences, que ce soit au niveau de la qualité que d'un point de vue économique. Les différents procédés et dispositifs de traitement du métal liquide actuellement utilisés ne sont opérationnels qu'après plusieurs phases d'élaboration du métal. Ces opérations sont onéreuses en temps et en argent et n'offrent qu'une efficacité linéaire, 2o exprimée par exemple en pourcentage d'inclusions éliminées. Divers procédés de traitement des métaux liquides ont été proposés, notamment ceux consistant en l'injection de gaz par cannes de graphite, par rotor ou par diffuseurs graphites, ou en la filtration frontale sur filtre céramique. Actuellement la majorité des installations industrielles utilisent une combinaison de deux, voire trois, de ces techniques. Ces procédés sont coûteux et n'effectuent en aucun cas une filtration absolue des inclusions. La présente invention se propose de pallier ces inconvénients en offrant un procédé et un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé qui permet la suppression de toutes les opérations ou installations touchant la qualité du métal qui sont situées en amont du dispositif de filtration et qui aboutit, en n'utilisant qu'une seule installation, à une très bonne filtration de n'importe quel métal liquide, quel que soit son point de fusion. Ce but est atteint par le procédé selon l'invention tel que défini en préambule et caractérisé en ce que, lors d'une seconde étape, on injecte sous pression ledit métal dégazé dans un élément filtrant poreux, I'on évacue la partie filtrée du métal ayant traversé ledit élément filtrant et l'on réintroduit, dans ladite chambre de traitement, la partie restante non filtrée du métal pour une seconde filtration. Dans toutes les formes de réalisation du procédé, I'on injecte le métal liquide à vitesse élevée dans l'élément filtrant de façon tangentielle pour nettoyer ladite surface dudit élément filtrant simultanément ledit métal. s 5 De façon avantageuse, I'on peut augmenter l'efficacité du nettoyage de la surface de l'élément filtrant en variant la vitesse de circulation du métal liquide dans ledit élément ou en créant un écoulement turbulent du métal liquide à la surface dudit élément filtrant. Le dispositif de filtration pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte une chambre de traitement en matière réfractaire pourvue d'un canal de coulée d'entrée du métal liquide à filtrer, un élément de décrassage dudit métal, un élément de dégazage du métal décrassé, au moins une pompe d'injection du métal dégazé dans au moins un élément filtrant poreux disposé dans une enceinte pourvue d'un canal de coulée de sortie du métal filtré, et des moyens de régulation de débit et de pression de la partie de métal non filtrée réintroduite dans ladite chambre de traitement. Dans la forme de réalisation préférée du dispositif, la chambre de traitement comporte une chambre de dégazage et une chambre de filtration et d'évacuation partiellement séparées par une paroi. De façon avantageuse, I'élément filtrant est disposé entre la pompe d'injection et les moyens de régulation de débit et de pression, I'extrémité amont dudit élément étant reliée à la borne de refoulement de ladite pompe d'injection et son extrémité aval étant reliée auxdits moyens de régulation de débit et de pression par un conduit agencé pour déboucher dans la paroi de la chambre. De préférence, I'élément de décrassage et l'élément de dégazage sont disposés dans la chambre de dégazage et la pompe d'injection, I'élément o filtrant et les moyens de régulation de débit et de pression sont disposés dans la chambre de filtration. La borne d'admission de la pompe d'injection est avantageusement disposée dans l'espace défini par le fond de la chambre de traitement et l'élément de 1 5 dégazage. De préférence, la taille de ces pores est variable selon la qualité du métal filtré désirée. Selon les formes de réalisation, I'élément filtrant peut être un élément tubulaire comportant au moins un canal longitudinal. De préférence, I'élément filtrant, la pompe d'injection et les moyens de régulation de débit et de pression sont réalisés en un matériau choisi parmi la céramique, le graphite et un métal réfractaire poreux. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un mode de réalisation préféré donné à titre d'exemple non limitatif et au dessin annexé dans lequel la figure unique représente de façon schématique le dispositif selon l'invention. Le procédé de filtration en ligne d'un métal liquide selon l'invention consiste à mettre ledit métal sous pression à l'aide d'une pompe à métal liquide et à le faire passer sur un ou plusieurs éléments filtrants poreux, dont la taille des pores est suffisamment fine pour maintenir toutes les impuretés et les inclusions à sa surface. La porosité et la taille moyenne des pores de cet élément filtrant varient en fonction du métal liquide, des paramètres d'opération et de l'utilisation finale du produit coulé. De plus, afin d'éviter une accumulation rapide des impuretés à la surface dudit élément et de l'obturer ainsi prématurément, I'écoulement du métal liquide se fait de façon 0o tangentielle à la surface de filtration et est maintenu par la pompe. La composante tangentielle de la vitesse de cet écoulement est réglée par des moyens de régulation de pression et maintenue suffisamment importante afin qu'elle élimine efficacement les impuretés et les inclusions qui pourraient s'accumuler à la surface de l'élément filtrant. La partie du métal liquide qui n'a is pas traversé l'élément filtrant est ramenée en amont de la pompe d'injection pour une seconde filtration. Les impuretés et les inclusions présentes sont alors en partie éliminées par un système de décrassage de la surface du bain de métal liquide et par un système de dégazage du métal liquide. En référence à la figure, le dispositif de filtration 10 pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention comprend une chambre 11, en matière réfractaire adaptée à la température du métal à filtrer, dans laquelle est introduit le métal liquide à filtrer par un canal de coulée d'entrée 12. Cette chambre 11 est divisée en deux parties par une paroi partielle verticale 13 sensiblement médiane pour définir une chambre de dégazage 14 et une chambre de filtration et d'évacuation 15. La chambre de dégazage 14, dans laquelle débouche le canal de coulée d'entrée 12, est pourvue d'un élément de décrassage 16, connu en soi, disposé au niveau dudit canal d'entrée, c'est-à- dire sensiblement au niveau de la surface du bain de métal liquide. Elle comporte également un élément de dégazage 17, connu en soi, disposé dans sa partie inférieure. La chambre de filtration et d'évacuation 15 comporte dans sa partie inférieure une pompe pour métal liquide 18, dont la borne d'admission 18a est disposée dans l'espace défini par le fond 9 de la chambre 1 1 et l'élément de dégazage 17 et dont la borne de refoulement 18b est reliée à un élément filtrant poreux 19. L'élément filtrant 19 est disposé verticalement dans une enceinte 20 pourvue d'un canal de coulée de sortie horizontal 21 du métal filtré, opposé au canal de coulée d'entrée 12, et débouche, dans la paroi verticale 13, au- dessus de l'élément de décrassage 16, par un conduit horizontal 22 pourvu de moyens de régulation de débit et de pression 23 du flux de métal réinjecté dans le dispositif. La chambre de traitement 11 est en outre pourvue d'un système de maintenance de la température, non représenté et connu en soi, qui ne sera pas décrit. L'élément filtrant poreux 19, qui dans l'exemple illustré est de forme tubulaire, est pourvu sur sa périphérie de pores dont la taille et la disposition, qui peut être symétrique ou asymétrique, sont adaptées au type de métal à filtrer. Cet élément filtrant ainsi que la pompe 18 et les moyens de régulation débit et de pression 23 sont de préférence réalisés en céramique, en graphite, en un matériau réfractaire poreux ou en tout matériau similaire approprié. Lors d'une coulée, le métal entre par le canal d'entrée 12 dans la chambre de dégazage 14 de la chambre 11 o il est d'abord décrassé par l'élément de décrassage 16 pour éliminer les plus grosses impuretés, puis dégazé par l'élément de dégazage 17 afin d'éliminer l'hydrogène dissous et d'activer la flottaison d'une partie des inclusions présentes dans le métal liquide. Le métal passe ensuite dans la chambre de filtration et d'évacuation 15 en étant injecté dans l'élément filtrant 19, tangentiellement à sa surface, à l'aide de la pompe 18. Une partie du métal, appelée perméat, traverse la paroi poreuse de l'élément filtrant 19 et ressort de la chambre de traitement 11, totalement exempt d'inclusions, par le canal de coulée de sortie 21. Malgré la très petite taille des pores de l'élément filtrant, le débit du perméat est considérable en raison de l'importante pression différentielle existant à travers la paroi de l'élément filtrant 19. La partie restante du métal liquide ne traversant pas l'élément filtrant 19, appelée rétentat, est réintroduite dans la chambre 11 par le conduit 22. Grâce à sa vitesse tangentielle élevée, réglée par les moyens de régulation de débit et de pression 23, ce rétentat procède au nettoyage de la surface intérieure de l'élément filtrant 19 en éliminant de façon continue les inclusions et les impuretés qui y sont collées et qui obstruent les pores pour les amener à nouveau dans la chambre de dégazage 14 o elles auront une nouvelle chance d'être extraites par les éléments de décrassage 16 et de dégazage 17. Ce dispositif est particulièrement avantageux en ce qu'il permet d'obtenir une 0o très bonne filtration tangentielle en ligne de tous les métaux liquides, à divers points de fusion. La présente invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite mais peut subir différentes modifications évidentes pour l'homme du métier. En s5 particulier l'élément filtrant peut être réalisé sous la forme d'un tube cylindrique poreux pourvu d'un ou de plusieurs canaux longitudinaux, ou se présenter sous la forme d'un élément poreux plan. En outre, le dispositif de filtration de l'invention peut être pourvu de plusieurs éléments filtrants et de plusieurs pompes suivant le volume du métal liquide à traiter. Ce dispositif peut par ailleurs être équipé d'une pompe additionnelle permettant encore d'améliorer le nettoyage de l'élément filtrant en changeant le sens du débit et de la pression à travers ledit élément, ou d'un dispositif permettant l'injection d'un gaz sous pression à l'une ou l'autre des extrémités dudit élément filtrant. Dans des variantes de réalisation, on peut également prévoir d'incorporer I'élément filtrant ou les moyens de régulation de pression dans le corps de la pompe. Revendications 1. Procédé de filtration en ligne d'un métal liquide, notamment de l'aluminium, dans lequel, lors d'une première étape, on introduit ledit métal liquide dans une chambre de traitement et on procède au décrassage et au dégazage dudit métal, caractérisé en ce que, lors d'une seconde étape, on injecte sous pression ledit métal dégazé dans un élément filtrant poreux, I'on évacue la partie filtrée du métal ayant traversé ledit élément filtrant et l'on réintroduit, dans ladite chambre de traitement, la partie restante non filtrée du io métal pour une seconde filtration. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on injecte le métal liquide à vitesse élevée dans l'élément filtrant de façon tangentielle à la surface dudit élément pour nettoyer ladite surface en filtrant simultanément s5 ledit métal. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on procède au nettoyage de la surface de l'élément filtrant en variant la vitesse de circulation du métal liquide dans ledit élément. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on procède au nettoyage de la surface de l'élément filtrant en créant un écoulement turbulent du métal liquide à la surface dudit élément. 5. Dispositif de filtration pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre de traitement (11) en matière réfractaire pourvue d'un canal de coulée d'entrée (12) du métal liquide à filtrer, un élément de décrassage (16) dudit métal, un élément de dégazage (17) du métal décrassé, au moins une pompe d'injection (18) du métal dégazé dans au moins un élément filtrant poreux (19) disposé dans une enceinte (20) pourvue d'un canal de coulée de sortie (21) du métal filtré et des moyens de régulation de débit et de pression (23) de la partie de métal non filtrée réintroduite dans la chambre de traitement. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la chambre de traitement (11) comporte une chambre de dégazage (14) et une chambre de filtration et d'évacuation partiellement séparées par une paroi (13). 7. Dispositif selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'élément filtrant (19) est disposé entre la pompe d'injection (18) et les moyens 1o de régulation de débit et de pression (23), I'extrémité amont dudit élément étant reliée à la borne de refoulement (18b) de ladite pompe d'injection (18) et son extrémité aval étant reliée auxdits moyens de régulation de débit et de pression par un conduit (22) agencé pour déboucher dans la paroi (13) de la chambre (1 1). 8. Dispositif selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'élément de décrassage et l'élément de dégazage (17) sont disposés dans la chambre de dégazage (14), et en ce que la pompe d'injection (18), l'élément filtrant (19) et les moyens de régulation de débit et de pression (23) sont disposés dans la chambre de filtration (15). 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la borne d'admission (18a) de la pompe d'injection (18) est disposée dans l'espace défini par le fond (9) de la chambre de traitement (11) et l'élément de dégazage (17). 10. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la taille des pores de l'élément filtrant (19) est variable selon la qualité du métal filtré désirée. 11. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément filtrant (19) est un élément tubulaire pourvu d'au moins un canal longitudinal. 12. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément filtrant (19), la pompe d'injection (18) et les moyens de régulation de débit et de pression (23) sont réalisés en un matériau choisi parmi la céramique, le graphite et un métal réfractaire poreux.