Brevet FR2851578A1 — publié le 20040827

i DISPOSITIF DE PURIFICATION PAR DEGAZAGE D'UN METAL LIQUIDE. Domaine Technicque L'invention se rapporte à l'industrie métallurgique de coulée continue ou de moulage, notamment de l'aluminium, du magnésium ou de leurs alliages. Elle vise plus particulièrement un dispositif permettant d'éliminer des 10 impuretés par circulation d'un flux gazeux dans un bain de métal liquide, tout en maintenant constante la température du métal liquide contenu dans une poche de traitement. Art antérieur De façon générale, les dispositifs permettant d'éliminer des impuretés dans des bains de métal liquide, comportent un rotor de dégazage permettant de diffuser le flux gazeux. De fines bulles de gaz, notamment de l'argon, de l'azote ou du chlore, remontent alors vers la surface du bain en entraînant avec elles les particules d'oxyde présentes dans le métal liquide, et en absorbant l'hydrogène 20 dissout. Ils comportent également des moyens annexes de chauffage du métal liquide, permettant d'éviter son refroidissement consécutif au brassage effectué par le gaz. Ainsi, le chauffage des poches métalliques peut être effectué à l'aide de parois ou de couvercles chauffants. De tels dispositifs ont été décrits dans les documents EP-0 757 013 ou US-6,066,289, et permettent d'avoir des poches d'encombrement réduit. Cependant, ils présentent l'inconvénient d'avoir un 30 rendement thermique insuffisant, d'être peu efficaces et de donner de forts gradients de température dans le métal liquide. De plus, les couvercles chauffants peuvent provoquer une pollution accrue de la surface du métal liquide par oxydation et formation de crasses. Les problèmes d'entretien et de nettoyage sont en outre importants. Pour maintenir constante la température des bains de dégazage, il est 5 également connu d'utiliser des éléments chauffants de type résistif, tels que des thermoplongeurs ou éléments résistifs protégés par une gaine. De tels dispositifs tels que décrits dans les documents US-5,158,737, US-5, 968,223 ou FR2,712,217, comportent une partie chauffante immergée dans le métal liquide et protégée par une gaine. Une réhausse émerge du bain et est destinée aux 10 connexions électriques et à sa manutention. Les thermoplongeurs de ce type ont l'avantage de donner un chauffage efficace avec un bon rendement thermique. Néanmoins, il subsiste encore des lacunes concernant la maîtrise et l'homogénéité de la température dans chacun des compartiments de traitement. De plus, la durée de la phase de nettoyage est doublée par la présence d'un élément supplémentaire 15 immergé dans le métal liquide. Pour pallier la chute de température du métal liquide due au processus de dégazage, on peut également réaliser une surchauffe du métal liquide en amont du bain de traitement. Cependant, cette surchauffe provoque une augmentation de la 20 consommation en énergie, et a des conséquences néfastes sur la qualité du métal liquide traité. Exposé de l'invention L'invention concerne donc un dispositif de purification par dégazage d'un 25 métal liquide contenu dans une poche de traitement. Ce dispositif comporte de façon connue des moyens permettant d'acheminer et de diffuser un gaz au sein du bain de métal liquide. Conformément à l'invention, il se caractérise en ce qu'il comporte des moyens permettant le chauffage du gaz diffusé. Autrement dit, l'invention consiste à diffuser du gaz qui présente une température qui peut être supérieure à celle du bain de métal liquide. De cette manière, le brassage du métal liquide par le gaz n'engendre pas une chute de la température du métal liquide, mais au contraire maintien cette température relativement constante. Ce chauffage caractéristique peut être obtenu de manières variées et seront présentées sous la forme de différentes variantes couverte par l'invention. Dans une première variante, ce dispositif peut comporter un arbre creux immergé partiellement dans le bain de métal liquide et permettant d'acheminer le gaz vers un diffuseur totalement immergé. 10 L'arbre creux peut alors être fixe ou bien entraîné en rotation par l'intermédiaire d'un rotor, ce dernier permettant de fournir au diffuseur un mouvement de rotation qui brasse le métal liquide et ainsi homogénéise sa température. Les moyens de chauffage du gaz peuvent comporter au moins un élément chauffant situé à l'intérieur dudit arbre creux. Autrement dit, c'est en traversant l'arbre creux que la température du gaz est 20 élevée jusqu'à une température supérieure à celle du métal liquide, typiquement à une température supérieure à 700'C. L'élément chauffant permettant d'élever la température du gaz traversant l' arbre creux peut être du type résistif ou inductif, et se présenter sous la forme d'un 25 barreau cylindrique par exemple. Cependant, l'invention ne se limite pas à cette unique solution et couvre tout dispositif comportant des moyens permettant d'élever la température d'un gaz traversant l'arbre creux partiellement immergé dans un bain de métal liquide. On peut également réaliser un arbre creux chauffant. Ainsi, les moyens de chauffage sont formés directement par une portion de l'arbre 30 creux et aucune pièce annexe n'est nécessaire pour la fonction de chauffage à l'intérieur de la cavité de l'arbre creux. Dans la configuration o l'élément chauffant est un barreau cylindrique, il est avantageux de maintenir fixe la position du barreau cylindrique à l'intérieur de l'arbre creux. Pour ce faire, un dispositif de type palier peut être mis en place sur au moins une portion non chauffante du barreau cylindrique. En effet, la longueur du barreau, combinée avec son élévation de température très importante, engendre un déplacement de l'extrémité basse du barreau qu'il est nécessaire de guider au moyen d'un palier lisse. On évite ainsi tout contact du barreau chauffant avec la surface intérieure de l'arbre creux, qui pourrait 10 l'endommager lorsque celui ci est en rotation. De la même façon, des moyens de centrage peuvent également être réalisés au niveau de l'extrémité basse du barreau cylindrique. Ils peuvent être obtenus au moyen d'éléments de formes complémentaires, notamment de type conique. Ils 15 permettent alors de conserver l'alignement axial du barreau. L'élément chauffant possède de plus, une puissance par unité de longueur supérieure à 2 kilowatts par mètre. Ceci correspond sensiblement à la puissance nécessaire permettant d'élever la température du gaz traversant le rotor à une 20 température supérieure à celle du métal liquide. Dans une seconde variante, le gaz chauffé peut être diffusé dans le bain de métal liquide par une pièce solidaire de l'une des parois de la poche de traitement. Autrement dit, cette pièce agit comme une pierre poreuse à travers laquelle se 25 diffuse le gaz. Cette pièce peut être avantageusement disposée au fond de la poche de traitement. Ainsi de fines bulles de gaz chaud remontent du fond de la poche vers la surface du bain de métal liquide en entraînant avec elles les impuretés du métal 30 liquide. Dans cette variante, et tel que précédemment exposé, on peut également intégrer à l'intérieur d'une cavité de cette pièce poreuse, un barreau cylindrique similaire à ceux énoncés ci avant. Ce barreau permet d'élever la température du gaz à une température supérieure à celle du bain de métal liquide. On peut également réaliser une pièce poreuse qui présente elle même des moyens de chauffage intégrés. Ces moyens peuvent également être du type résistif ou inductif. Dans une autre variante, le chauffage du gaz insufflé dans le bain de métal liquide, peut être effectué au moyen d'un élément chauffant situé à l'extérieur du bain de métal liquide. Ainsi, le gaz qui pénètre, soit dans 1' arbre creux, soit dans la pièce solidaire de l'une des parois, a été préalablement chauffé à une température supérieure à celle du métal liquide. Dans ce cas, les moyens de chauffage peuvent être de type électrique, mais peuvent aussi être obtenus par d'autres moyens permettant également de chauffer le gaz insufflé à une température supérieure à celle du métal liquide, c'est-à-dire typiquement supérieure à 700'C. On peut ainsi élever la température du gaz par un 20 échangeur thermique, ou en utilisant un gaz ayant subi une réaction de combustion au moyen d'un brleur notamment. Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention ainsi que les avantages qui en découlent, 25 ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif, à l'appui des figures annexées dans lesquelles: ò la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif selon l'une des variantes conformément à l'invention; ò la figure 2 est une coupe selon le plan vertical longitudinal d'un dispositif 30 selon l'une des variantes, conformément à l'invention. Manière de décrire l'invention Comme déjà évoqué, l'invention concerne un dispositif de purification par dégazage d'un bain de métal liquide apte à chauffer le gaz. Tel que représenté en figure 1, la variante représentée du dispositif comporte un rotor de dégazage (1). Ce rotor comporte en outre un arbre de transmission (2) permettant de fournir au diffuseur (3) un mouvement de rotation. Ce diffuseur (3), ainsi qu'une portion de l'arbre creux (2), sont destinés à être immergés dans le bain de métal liquide (7) contenu à l'intérieur d'une poche de 10 traitement (5). Le bain de métal liquide (7) peut être de l'aluminium ou l'un de ses alliages, ou également du magnésium ou l'un de ses alliages. La capacité des poches de traitement (5) est très variable en fonction du type d'application. Elle peut aller d'environ 200 kilos à plusieurs tonnes de métal liquide dans le cas des procédés de coulée continue. Il est prévu, pour faciliter les opérations de maintenance du diffuseur ainsi 20 que de l'arbre creux (2), de pouvoir le désolidariser du rotor (1) au moyen d'éléments d'accrochage (6). Les parties mobiles du rotor sont entraînées en rotation au moyen d'une courroie (8) reliée à un dispositif motorisé. Les parties fixes du rotor sont quant à elles reliées à un support fixe (9), 25 permettant de déplacer le rotor par rapport à la poche de traitement, et ainsi immerger ou non son extrémité de diffusion du gaz dans le bain de métal liquide. Le rotor comporte également un dispositif de chauffage obtenu au moyen d'un élément de chauffage de type résistif et de la forme d'un barreau cylindrique 30 (4) de grande dimension. Ce barreau cylindrique (4) présente au niveau de son extrémité supérieure un boîtier électrique (12) permettant d'alimenter en électricité ledit élément résistif de manière classique. Telle que représentée en figure 2, l'extrémité basse du barreau cylindrique (4) présente des moyens de guidage (10) permettant d'éviter un déplacement d à l'augmentation de température ainsi qu'à la grande dimension longitudinale du barreau (4). Ce guidage peut être par exemple obtenu au moyen d'un palier. Un centrage de l'extrémité du barreau (4) peut également être réalisé grâce à des moyens de centrage (11) réalisant un assemblage de forme complémentaire, notamment de type conique, avec le diffuseur (3). L'élément chauffant peut présenter une zone active (14) de chauffage 15 s'étendant seulement sur une portion du barreau (4). L'ensemble composé du diffuseur (3), de l'arbre creux (2), de la structure (16) entraînée par la courroie (8), est mobile en rotation par rapport au support (9) grâce à des éléments roulants de type roulements à billes ou à rouleaux, de type 20 cylindrique ou conique. En revanche le barreau (4) et le boîtier électrique (12), sont immobiles par rapport au support (9). Le dispositif décrit précédemment représente une variante de réalisation possible de l'invention mais ne limite en rien sa portée. En effet, l'invention 25 couvre tout moyen de chauffage d'un gaz de traitement d'un bain de métal liquide. Il ressort de ce qu'il précède qu'un dispositif conforme à l'invention présente de multiples avantages, parmi lesquels on peut citer: il présente un encombrement très inférieur aux dispositifs munis de 30 thermoplongeurs; les opérations de manutention et de nettoyage sont facilitées, car seul l'arbre creux et le diffuseur sont à nettoyer. * le chauffage du gaz à une température supérieure à celle du métal liquide, engendre une contraction des bulles diffusées à l'intérieur du métal liquide et ainsi une plus grande finesse de traitement des impuretés contenues dans le bain de métal liquide; REVENDICATIONS 1. Dispositif de purification par dégazage, apte à être plongé en partie dans un bain de métal liquide (7) contenu dans une poche de traitement (5) pour 5 acheminer et diffuser un gaz au sein dudit bain (7), caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de chauffage du gaz diffusé. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un arbre creux (2) immergé en partie dans le bain de métal liquide (7) et permettant 10 d'acheminer le gaz vers un diffuseur (3) totalement immergé. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'arbre creux (2) est fixe. 4. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l' arbre creux (2) est entraîmé en rotation par un rotor (1). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de chauffage du gaz sont formés par au moins un élément chauffant situé à l'intérieur 20 de la cavité formée par l'arbre creux (2). 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de chauffage du gaz sont formés par une portion de l'arbre creux (2). 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'élément chauffant est du type résistif. 8. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'élément chauffant est du type inductif. 30 9. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément chauffant se présente sous la forme d'un barreau cylindrique (4). 10. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de guidage (10) de type palier permettant de maintenir fixe la position du barreau (4) à l'intérieur de l'arbre (2). 1.Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de centrage (1) de type conique permettant de conserver l'alignement axial du barreau (4). 12. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément chauffant possède une puissance par unité de longueur supérieure à 2 kilowatts par mètre. 13. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément 15 chauffant est fixe. 14. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température du gaz insufflé est supérieure à la température de fusion du métal, typiquement supérieure à 700'C. 15. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une pièce solidaire de l'une des parois de la poche de traitement (5) et apte à diffuser le gaz dans le bain de métal liquide (7). 16. Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens de chauffage sont intégrés dans la pièce apte à diffuser le gaz dans le bain de métal liquide (7). 17. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens de 30 chauffage du gaz sont reliés par des canalisations de transport de gaz à au moins un élément immergé à l'intérieur du bain de métal liquide (7) et apte à diffuser le gaz chauffé dans ce bain.