CA1193096A - Dispositif pour le traitement, au passage, d'un courant de metal ou alliage liquide a base d'aluminium ou de magnesium - Google Patents
Dispositif pour le traitement, au passage, d'un courant de metal ou alliage liquide a base d'aluminium ou de magnesiumInfo
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Abstract
Un dispositif pour le traitement, au passage, d'un courant de métal ou alliage liquide, à base d'aliminium ou de magnésium, comportant une poche constituée par une enveloppe métallique externe, un garnissage réfractaire, une goulotte pour l'entrée du métal liquide brut à l'arrière, un bec de coulée du métal liquide traité à l'avant, et au moins une cloison interne laissant, avec le fond de la poche, un espace pour la circulation du métal liquide, et délimitant un premier compartiment arrière et au moins un second compartiment avant débouchant sur le bec de coulée. La poche est fixée sur un berceau-support relié à un châssis articulé par rapport auquel ledit berceau peut basculer vers l'avant autour d'un premier axe horizontal passant par le bec de coulée, le châsis articulé étant lui-même relié à un châssis fixe par rapport auquel il peut basculer autour d'un deuxième axe horizontal. Le premier axe horizontal est sensiblement perpendiculaire au courant de métal liquide; le second axe horizontal peut être parallèle ou perpendiculaire au premier. La poche comporte, en outre, un couvercle relevable, un thermoplongeur, un injecteur d'agent de traitement du métal et un moyen pour introduire et retirer alternativement le thermoplongeur et l'injecteur.
Description
~3~6 La presente invention concerne un dispositif pour le traitement au passaye, d'un couran-t de metal ou alliage liquide à base d'aluminium ou de magnesium.
On convient generalemen-t de designer par le mot traitement l'ensemble des operations que subit un metal ou un alliage liquide brut de fusion avant son utilisation en fonderie, en vue d'en eliminer les impuretés et, en parti-culier, les gaz disso.us et les inclusions qui altereraient les proprietes des produits coules. Ces operations peuvent être de nature purement physique, telle que la filtration, ou physic~-chimique, telle que la mise en contact avec des flux, ou avec un gaz iner-te ou actif divise en bulles tres fines.
~ l'heure actuelle, les exigences de la construction aeronautique, des bandes minces pour boltages, des feuilles minces pour condensateurs electrolytiques, des :Eils fins pour telephonie ou bobinage, obligent les produc-teurs de demi-produits en metaux et alliages légers, à ameliorer sans cesse la qualite, d'autant plus que l'affinage des methodes analytiques a montre que des inclusions microscopiques, tenues jusqu'alors pour negligeables, pouvaient alterer certaines caracteris-tiques mecaniques e-t augmenter les taux de rebuts.
Dans tout ce qui suit, nous conviendrons de desi-gner par ~metal ou ~<métal liquide: l'aluminium non allié,le magnesium non allie et les alliages a base de l'un ou l'autre de ces deux metaux.
Rarmi les dispositl.:Es utilises pour le traitemen-t, au passage, d'un courant de metal liquide, les plus repandus sont les poches, constituees en general d'un recipient metallique avec garnissage refractaire, muni ou non dlun moyen de chauffage externe, ou integre au garnissage et/
dans la plupart des cas, divisees en deux compartiments par une cloison plane ou circulaire. L'un des compartiments - ou ~3~
les deux - peuvent être garnis d'une substance filtrante, souvent constituee par des granules dlalumine~ L'un des compartiments peut comporter un moyen d'injection d'un gaz ou d'un melange de gaz inerte (azote, argon~ etJou actif (chlore).
On peut citer, à titre d'exemples caracteristiques de l'etat de la technique, les brevets US. 2 840 463 (ALCOA) delivre le 24 juin 1958, US. 2 863 558 (ALCOA) delivre le 9 dcembre 1958, US. 3 010 712 (ALCOA3 delivre le 28 novembre 1961, US. 3 025 155 (ALCOA) d1ivre le 13 mars 1962, US.
3 039 864 (ALCOA) delivre le 19 juin 1962, G.B. 1 266 500 (BRITISH ALUMINIUM C), G.B. 1 367 069 (BRITISH ALUMINUM C), US. 3 870 511 (UNION CARBIDE~ delivre le 11 mars 1975, US.
4 040 610 délivre le 9 août 1977 et US. 4 047 938 ~U~ION
CARBIDE) delivre le 13 septembre 1977.
Cependant, les dispositif~ actuellement en usage ne donnent pas entièrement satisfaction, tant en ce qui con-cerne la purete finale du mtal produit (teneur en h~drogene et en inclusions dites ultimes, de l'ordre de 5 micro-metres ou moins), qu'en ce qui concerne les facilits d'em-ploi et de manipulation: chauffage, decrassage, passage rapide d'un a:Lliage a un metal non allie, ou d'un alliage à
un autre type d'alliage, vidange des fonds de poche, change-ment de lit filtrant.
Selon la presente invention, il est prevu un dispositif pour le traitement, au passage, d'un courant de metal liquide, a base d'aluminium ou magnesium, comportant une poche constituée par une enveloppe metallique externe et un garnissage refractaire interne, une goulotte pour l'en-tree du metal liquide brut a l'arriere et un bec de coulee au metal liquide traite a l'avant, et au moins une cloison interne laissant, avec le fond de la poche, un espace pour le passage du mtal liquide et delimitant un premier compar-timent arriere et au moins u-n deuxieme compartiment avant 3~
debouchant sur le bec de coulee, ladite poche etant fixee sur un berceau-support relie a un chassis articule par rapport auquel ledit berceau peut basculer vers l'avant autour d'~ln premier axe /
. _ - 2a -3~
horizontal passant sensiblement par l'extremite du bec de coulée, le châssis ar-ticule etant lui-meme relie a un chassis fixe par rapport auquel ledit châssis articule peut basculer autour d'un deuxieme axe horizontal.
Le premier axe horizontal peut etre sensiblement perpendiculalre au sens d'ecoulement du metal liquide dans la poche.
Le second axe horizontal peut etre parallèle ou perpendiculaire au premier, ce qui permet d'assurer un basculement arriere ou lateral.
Le dispositif peut comporter, en outre, un moyen de chauffage interne a la poche, amovible et independant du garnissage refractaire. Il peut e-tre muni, en outre, de moyens d'injection d'un agent de traitement liquide, solide, gazeux ou vaporise, et de moyens pour introduire et retirer alternativement le moyen de chauffage in-terne et les moyens d'injection de l'agent de traitement.
Le garnissage interne peut comporter, une premiere couche calorifuge a faible conductivite thermique au contact de l'enveloppe metallique externe, et une couche refractaire, chimiquement inerte vis-a-vis du me-tal et des agents de traitement.
La poche peut être munie, dans le second comparti-ment, de moyens cle filtration du metal liquide.
Elle peut comporter egalement un couvercle etan-che, amovible, dont une partie es-t separable ou mobile pour permettre l'enlevement des crasses formees ell cours de traitement.
Un mode de realisation preferentiel va etre decrit ci-apres a titre d'exemp:Le, mais de facon non limitative, en se referant aux dessins attachés, dans lesquels:
La figure 1 est une vue d'ensemble, en perspective de trois-quart avant, sur laquelle une colonne a ete par-tiel-lement coupee pour la clarte du dessin.
La figure 2 est une coupe ver-ticale du dispositif de double basculement.
La figure 3 est une vue en plan de la poche et du dispositif de double basculement.
La figure 4 est une vue laterale, partiellement coupee, Les figures 5 et 6 representent un injecteur rotatiE qui peut etre utilise comme moyen d'injection d'un agent de traitement.
La figure 1 fait apparaltre les differents élements constituant l'ensemble du dispositif. Les figures suivantes precisent les details de construction.
La plateforme l es~ un element rigide qui constitue le châssis fixe principal. De preference, elle comporte des vis de calage 2 pour regler l'horizontalite de l'ensemble.
La poche proprement dite 3 est supportee par le berceau 4 forme essentiellement de deux bras sur lesquels la poche 3 vient en appui par des pattes 5. Elle est fixee par des moyens demontables tels que des boulons. Deux butees a vis 6 permettent de regler l'horizontalite de la poche en posi-tion de travail. Le berceau 4 est articule, par rapport au châssis articule 7, sur les deux paliers 8 dont l'axe commun 9 passe sensiblement par le bec de coulee 10.
Le châssis 7 est articule par les deux paliers ll sur deux elements supports 12 lies de façon rigide a la plateforme 1.
L'axe de rotation 13 du châssis articule 7 par rapport aux e]ements suppor-ts 12 est horizontal et para:Llele à l'axe de rota-tion du berceau. Cette disposition n'est pas obligatoire et l'axe de rotation 13 du châssis articule pourrait être egalement perpendiculaire a l'axe de rotation 9 d~ berceau, du fait que les deux mouvements de rotation sont commandes, independamment l'un de l'autre, par un double systeme de couples de verins 14 et 15.
3~
Le premier couple de vérins 14, qui agi-t sur le berceau 4, permet d'obtenir un basculement avant de la poche en 3', (trace en pointilles, figure 2), autour d'un axe pas-sant par le bec de coulee 10. De cette facon, on obtient tres rapidement une vidange totale du métal contenu dans la poche. La pen-te de la partie avant 16 du garnissage refrac-taire 17 permet d'obtenir cette vidange totale sans po~r autant dresser la poche jusqu'a la ver-ticale, ce qui reduit la course exigee du verin 1~. Le second couple de verins 15, qui agit sur le châssis articule 7, permet d'obtenir un basculement arriere de la poche jusqu'a une position sensi-blernent verticale 3", (figure 2 en pointilles). On peut ainsi, dans une zone de travail non encombree, puisque situee hors de la zone de coulee, proceder au nettoyage soigneux de la poche, qui est necessaire lorsque l'on traite successivement deux metaux ou alliages incompatibles et entre lesquels on veut eviter tout melange, ainsi qu'en fin de coulee, ce qui. permet de garantir, dans -tous les cas, la meilleure qualite possible clu metal traite. Ce basculement permet aussi d'inspecter et de reparer eventuellement le garnissage interne 17 et la cloison interne 18.
Le basculement du châssis articule 7 pourrait egalement, comme on l'a indiqué plus haut, s'effectuer autour d'un axe horizontal perpendiculaire a l'axe de basculement avant 9. On aurait alors un basculement lateral, qui rem-plirait la même fonction et pourrait être avantageux selon la disposition de l'atelier de fonderie, si la zone laterale etait plus accessible que ].a zone arriere du dispositi.f de traitement.
Le garnlssage interne 17 soutenu par la carcasse metallique 19 est, de preference, constitue en deux parties:
une partie externe en contact avec la carcasse metallique, qui est a faible conductivite thermique et joue le rôle de calorifuge, et une partie interne, en contact avec le metal 3~
liquide, qui est refractaire et chimiquement inerte vis-a-vis du rnetal liquide et des differents agents de traitement. La clcison interne 18 delimite un premier compartiment 20 situe a l'arrière de la poche et un second compartiment 21 situé
à l'avant, les termes arriere et ~(avant etant pris par rapport au sens de circulation du metal liquide qui entre par la goulotte 22 et s'ecoule par le bec de coulee lC.
Dans le cas represente, la goulotte d'entree 22 est disposee sur un cô-te du compartiment arxlere. Si l'on avait choisi la solution du basculement lateral de la poche, la goulotte pourrait être disposee soit lateralement, et du côte oppose au basculement, soit à l'arriere de la poche.
La liaison entre le bec de coulee 10 et le chenal d'ecoulement 23 s'effectue par les mo~ens habituels connus des specialistes de la onderie des alliages legers.
La cloison interne 18 est constiuee, de preference, par un materiau bon conducteur de la chaleur, pour une rai-son qui sera precisee un peu plus loin. Il est preferable qu'elle soit demontable sans endommager le garnissage 17.
Dans le cas represente, il n'exis-te qu'une seule cloison interne. Mais, il n'est pas exclu que la poche, objet de l'invention, comporte plusieurs cloisons disposees en chicanes delimitant plusieurs compartiments que le metal liquide parcourt successivement, chaque compartiment assu-rant un même traitement ou un traitement different : filtration, injection de gaz inerte ou actiE, brassage avec un flux, etc La poche 3 comporte, en outre, un couvercle 2~
constitue egalement par une armature metallique et un gar-nissage refractaire et calorifuge.
De preference, la partie 25 du couvercle, qui surmonte l'arriere de la poche, est amovible ou relevable, par exemple par rotation autour de l'axe 26. Pour faciliter la recuperation des crasses formees en cours de traitement, la partie arriere 27 du garnissage 17 est legerement inclinee 3~ 6 de façon telle que, la partie mobile 25 du couvercle étant relevee, on retire aisément ces crasses avec un simple outil de raclage manuel, sans perturber le trai~ement.
Le couvercle repose sur la poche de facon sensi-blement etanche, grâce aux joints 28. De cette façon l'e-vacuation des produits gazeux even-tuellement injectes dans le metal s'effectue uniquement par la goulotte d'entree 22 ce qui facilite leur captage.
Le couvercle 24 est muni d'un orifice 29 destine a l'introduction dans la poche soit d'un moyen de chauffage, soit d'un moyen d'injection dans le metal liquide d'un agent de traitement, le terme agent designant tout pro-duit solide, liquide, ga~eux ou vaporisé utilise pour trai-ter le metal, dans le sens precedemment défini.
Dans le cas d'une poche de grande capaci-te, le couvercle 24 peu-t comporter deux ou plusieurs orifices 29 pour l'introduction alternée de plusieurs moyens de chauf-fage ou d'injection.
Lors des operations de basculement de la poche, le couvercle 24 est degage, par exemple, par relevement en position 24'.
Dans le cas représente, le couvercle est muni dlun etrier 30A relie a un dispositif elevateur mecanique ou hydraulique, de tout type connu, qui trouve sa place dans la colonne elevatrice 31 solidaire de la plateforme 1.
Compte-tenu des inconvenients bien connus des dispositifs de chauEfage externes ou integres au garnissage interne, le dispositif, objet de l'invention, a ete dote d'un chauffage interne par thermoplonyeur, amovi~le et independant du garnissate in-terne, ce qui n'avait jamais ete mis en oeuvre dans les poches de fonderie existant a ce jour. L'elément actif du thermoplongeur 32 est, par exemple, une resistance electrique protegee par une gaine bonne conductrice de la chaleur, resistant aux chocs ther-3~6 miques, étanche et chimiquemen-t résistante au métal fondu.
Dans le cas d'une poche a~ant une capacité de 600 ky d'aliminium liquicle, un thermoplongeur de 20 KW
assure un préchauffage de la poche vide de 20 à 700C en une trentaine d'heures, et un maintien en tempéra-ture de la poche, pleine ou vide, aux environs de 750C avec une régu-lation adéquate. Il peu-t également assurer le chauffage du métal a une vitesse d'environ 60C/heure. Grâce a la bonne conducti.vité -thermique de la cloison 18, le chauffage agit aussi efficacement sur le deuxième compartiment 21.
Le support du thermoplongeur 32 qui assure, par ailleurs, le passage et la protection des câbles d'alimen-tation et capteurs de température, comporte une douille conique 33, dont la conicité coopere avec la conicité de l'orifice 29 du couvercle, pour assurer a la fois un posi-tionnement précis et une jonction étanche.
De même, le dispositif d'injection d'agent de traitement 34, quel qu'il soit, comporte une douille conique 35, qui assure la même fonction.
De facon a assurer un échange rapide entre le thermoplongeur 32 et l'injecteur 34, ces deux organes sont disposés sur un manipulateur 36 supporté par la colonne 37.
Dans le cas représenté, qui n'es donné qu'a titre d'exemple de réalisation, non-limitatif, le manipulateur est connecté
a un moyen élévateur mécanique ou hvdraulique, le long de la colonne 37 qui peut, lorsque le manipulateur 36 est en position haute 36, tourner autour de son axe pour assurer l'échan~e et la remise en posi.tlon de travail du thermo-pl.ongeur 32 ou de l'injecteur 34.
Les deux colonnes 31 et 37 sont, de préférence, reliées par une traverse horizontale 33 aisément amovible pour un enlevement éventuel de la poche 3 par un moyen de manutention ex-terne tel que palan monorail, pont roulant, etc ~3~
La conception du dispositif, objet de llinvention, assure une très grande souplesse dlemploi, tout en permet-tant la mise en oeuvre et la combinaison des differents procedes connus pour la purification ultime de l'aluminium et des alliages à base d'aluminium, du magnesium et des alliages a base de magnesium.
Il est parfaitement adapte a tous les dispositifs d'injection de gaz, inertes et/ou actifs, fixes (cannes d'injection poreuses ou perforees) ou rotatifs, tels que ceux decrits, par exemple, dans le brevet fransais 2,491,454 publie le 12 novembre 1982, qui revendique un agitateur rotatif dont l'extremite inferieure repose, à l'arrêt, sur un bouchon d'injection de gaz place au fond de la poche qui, sous l'action de la pression du gaz emis par le bouchon, se souleve et, ainsi supporte par un palier fluide, peut, sous l'effet d'un couple exterieur, tourner librement autour de son axe et laisser echapper par l'espace qui le separe du bouchon, une multitude de bulles de gaz regulièrement dis-persees, ou encore, dans le brevet français 2,512,067 publie le 4 mars 1983, qui revendique un dispositif rotatif de dis-persion de gaz (figures 5 et 6), pour le traitement d'un bain de metal liquide contenu dans un recipient comprenant un rotor 39 en forme de cylindre equipe de palettes 40 plongeant dans le bain, relie à un arbre d'entralnement creux 41 servant à l'amenee de gaz. Le rotor est perce de couples de canaux 42, chaque couple comprend un canal 43 qui sert au passage du liquide, et l'autre 44 au passage du gaz, chacun des couples debouche separement en un même point 45 de la surface laterale du cylindre de manière qu'en cet endroit, il se forme une dispersion fine liquide-gaz, qui est ensuite repartie dans le bain au moyen des palettes 40.
De même, l'injecteur peut etre alimente en agent de traitement, a partir du dispositif qui comprend un ~3~
réservoir de produit halo~éné liqulde a la température ambiante relie a l'entrée a une micropompe doseuse, dont la sortie débite sur un vaporisateur muni d'un moyen de chauffage, et relié a une source de gaz inerte, munie d'un moyen de réglage de pres-sion et de débit, et une canalisation de liaison entre le vaporlsateur et l'injec-teur 34.
Le metal en cours de traitement dans le premier compartiment peut, en outre, et de façon connue, recevoir une couverture de flux halogéné liquide ou solide à la tem-pérature de traitement.
De meme, le deuxieme compartiment peut recevoir differents dispositifs de filtration tels que: billes d'alumine de granulometrie adequate, ou grains de flux.
Le maintien en place et l'echange de tels lits fil-trants à base de grains de flux solide peut s'effectuer selon la technique de cartouche interchangeable decrite dans le brevet français 2 463 816 (SERVIMETAL). Dans un tel cas, la paroi, ou une partie de la paroi de la cartouche peut jouer le rôle de cloison de séparation entre le premier et le deuxième compartiment.
La filtration du métal peut, egalement, être obtenue par l'uti]isation des blocs filtrants en f]ux fritte, decrits dans le brevet français 2 446 862 (SERVIMETAL).
EXEMPLE DE REALISATION.
On a realisé deux poches de traitement selon l'invention, conformes aux figures 1 à 6.
I,a premiere a une capacité de 600 ky d'aluminium liquide et elle est prévue pour traiter jusqu'a 10 tonnes/heures de métal. A ce débi-t, la durée moyenlle de séjour du métal dans la poche est de l'ordre de trois minutes e-t demi.
L'injecteur utilisé est le rotor a canaux couplés, décrit précédemment, tournant a 150 tours/minute (~igures 5 et 6).
On a injecté un melange argon-chlore a 5% de chlore, a raison de 4 Nm3/heure pour un debit de 6 tonnes/heure de ~93~
metal à traiter.
La seconde a une capacite de 2.400 kg d'aluminium liquide et elle peut -traiter jusqu'a ~0 tonnes~heure de metal. Elle comporte deux injecteurs rotatifs a canaux couples, debitant au total 16 Nm3/heure du même melange argon-chlore a 5% de chlore.
Des essais ont ete effectues sur un alliage 2014 (designation Aluminium Association et norme AFNOR A 02 l0~) ayant la composition suivante:
Cuivre ..... ~................. 4,40%
Magnesium .................... 0,50%
Manganese .................... 0,80%
Silicium ..................... 0,90%
Aluminium .. ~................. solde.
Les dosages d'hydrogene sur ce metal ont donné les resulta-ts suivants:
avant traitement : 0,75 cm3/l00 grar~es après traitement : 0,l0 cm3/l00 grammes Ce niveau de 0,10 cm3/l00 grammes est considere a l'heure actuelle, comme la limite souhaitable pour les usages particulierement exigeants tels que les structures aeronautiques.
AVANTAGES PROCURES PAR L'INVENTION
La poche de traitement, objet de l'invention, possède un certain nombre d'avantages decisifs sur les poches actuellement en usage.
Elle offre en effet les possibilites su:ivan-tes l - Vidange totale du metal con-tenu dans la poche, par simple basculement avant en fin de coulee, donc sans perte de metal et sans le moindre risque de melanye avec le metal de l'operation suivan-te.
On convient generalemen-t de designer par le mot traitement l'ensemble des operations que subit un metal ou un alliage liquide brut de fusion avant son utilisation en fonderie, en vue d'en eliminer les impuretés et, en parti-culier, les gaz disso.us et les inclusions qui altereraient les proprietes des produits coules. Ces operations peuvent être de nature purement physique, telle que la filtration, ou physic~-chimique, telle que la mise en contact avec des flux, ou avec un gaz iner-te ou actif divise en bulles tres fines.
~ l'heure actuelle, les exigences de la construction aeronautique, des bandes minces pour boltages, des feuilles minces pour condensateurs electrolytiques, des :Eils fins pour telephonie ou bobinage, obligent les produc-teurs de demi-produits en metaux et alliages légers, à ameliorer sans cesse la qualite, d'autant plus que l'affinage des methodes analytiques a montre que des inclusions microscopiques, tenues jusqu'alors pour negligeables, pouvaient alterer certaines caracteris-tiques mecaniques e-t augmenter les taux de rebuts.
Dans tout ce qui suit, nous conviendrons de desi-gner par ~metal ou ~<métal liquide: l'aluminium non allié,le magnesium non allie et les alliages a base de l'un ou l'autre de ces deux metaux.
Rarmi les dispositl.:Es utilises pour le traitemen-t, au passage, d'un courant de metal liquide, les plus repandus sont les poches, constituees en general d'un recipient metallique avec garnissage refractaire, muni ou non dlun moyen de chauffage externe, ou integre au garnissage et/
dans la plupart des cas, divisees en deux compartiments par une cloison plane ou circulaire. L'un des compartiments - ou ~3~
les deux - peuvent être garnis d'une substance filtrante, souvent constituee par des granules dlalumine~ L'un des compartiments peut comporter un moyen d'injection d'un gaz ou d'un melange de gaz inerte (azote, argon~ etJou actif (chlore).
On peut citer, à titre d'exemples caracteristiques de l'etat de la technique, les brevets US. 2 840 463 (ALCOA) delivre le 24 juin 1958, US. 2 863 558 (ALCOA) delivre le 9 dcembre 1958, US. 3 010 712 (ALCOA3 delivre le 28 novembre 1961, US. 3 025 155 (ALCOA) d1ivre le 13 mars 1962, US.
3 039 864 (ALCOA) delivre le 19 juin 1962, G.B. 1 266 500 (BRITISH ALUMINIUM C), G.B. 1 367 069 (BRITISH ALUMINUM C), US. 3 870 511 (UNION CARBIDE~ delivre le 11 mars 1975, US.
4 040 610 délivre le 9 août 1977 et US. 4 047 938 ~U~ION
CARBIDE) delivre le 13 septembre 1977.
Cependant, les dispositif~ actuellement en usage ne donnent pas entièrement satisfaction, tant en ce qui con-cerne la purete finale du mtal produit (teneur en h~drogene et en inclusions dites ultimes, de l'ordre de 5 micro-metres ou moins), qu'en ce qui concerne les facilits d'em-ploi et de manipulation: chauffage, decrassage, passage rapide d'un a:Lliage a un metal non allie, ou d'un alliage à
un autre type d'alliage, vidange des fonds de poche, change-ment de lit filtrant.
Selon la presente invention, il est prevu un dispositif pour le traitement, au passage, d'un courant de metal liquide, a base d'aluminium ou magnesium, comportant une poche constituée par une enveloppe metallique externe et un garnissage refractaire interne, une goulotte pour l'en-tree du metal liquide brut a l'arriere et un bec de coulee au metal liquide traite a l'avant, et au moins une cloison interne laissant, avec le fond de la poche, un espace pour le passage du mtal liquide et delimitant un premier compar-timent arriere et au moins u-n deuxieme compartiment avant 3~
debouchant sur le bec de coulee, ladite poche etant fixee sur un berceau-support relie a un chassis articule par rapport auquel ledit berceau peut basculer vers l'avant autour d'~ln premier axe /
. _ - 2a -3~
horizontal passant sensiblement par l'extremite du bec de coulée, le châssis ar-ticule etant lui-meme relie a un chassis fixe par rapport auquel ledit châssis articule peut basculer autour d'un deuxieme axe horizontal.
Le premier axe horizontal peut etre sensiblement perpendiculalre au sens d'ecoulement du metal liquide dans la poche.
Le second axe horizontal peut etre parallèle ou perpendiculaire au premier, ce qui permet d'assurer un basculement arriere ou lateral.
Le dispositif peut comporter, en outre, un moyen de chauffage interne a la poche, amovible et independant du garnissage refractaire. Il peut e-tre muni, en outre, de moyens d'injection d'un agent de traitement liquide, solide, gazeux ou vaporise, et de moyens pour introduire et retirer alternativement le moyen de chauffage in-terne et les moyens d'injection de l'agent de traitement.
Le garnissage interne peut comporter, une premiere couche calorifuge a faible conductivite thermique au contact de l'enveloppe metallique externe, et une couche refractaire, chimiquement inerte vis-a-vis du me-tal et des agents de traitement.
La poche peut être munie, dans le second comparti-ment, de moyens cle filtration du metal liquide.
Elle peut comporter egalement un couvercle etan-che, amovible, dont une partie es-t separable ou mobile pour permettre l'enlevement des crasses formees ell cours de traitement.
Un mode de realisation preferentiel va etre decrit ci-apres a titre d'exemp:Le, mais de facon non limitative, en se referant aux dessins attachés, dans lesquels:
La figure 1 est une vue d'ensemble, en perspective de trois-quart avant, sur laquelle une colonne a ete par-tiel-lement coupee pour la clarte du dessin.
La figure 2 est une coupe ver-ticale du dispositif de double basculement.
La figure 3 est une vue en plan de la poche et du dispositif de double basculement.
La figure 4 est une vue laterale, partiellement coupee, Les figures 5 et 6 representent un injecteur rotatiE qui peut etre utilise comme moyen d'injection d'un agent de traitement.
La figure 1 fait apparaltre les differents élements constituant l'ensemble du dispositif. Les figures suivantes precisent les details de construction.
La plateforme l es~ un element rigide qui constitue le châssis fixe principal. De preference, elle comporte des vis de calage 2 pour regler l'horizontalite de l'ensemble.
La poche proprement dite 3 est supportee par le berceau 4 forme essentiellement de deux bras sur lesquels la poche 3 vient en appui par des pattes 5. Elle est fixee par des moyens demontables tels que des boulons. Deux butees a vis 6 permettent de regler l'horizontalite de la poche en posi-tion de travail. Le berceau 4 est articule, par rapport au châssis articule 7, sur les deux paliers 8 dont l'axe commun 9 passe sensiblement par le bec de coulee 10.
Le châssis 7 est articule par les deux paliers ll sur deux elements supports 12 lies de façon rigide a la plateforme 1.
L'axe de rotation 13 du châssis articule 7 par rapport aux e]ements suppor-ts 12 est horizontal et para:Llele à l'axe de rota-tion du berceau. Cette disposition n'est pas obligatoire et l'axe de rotation 13 du châssis articule pourrait être egalement perpendiculaire a l'axe de rotation 9 d~ berceau, du fait que les deux mouvements de rotation sont commandes, independamment l'un de l'autre, par un double systeme de couples de verins 14 et 15.
3~
Le premier couple de vérins 14, qui agi-t sur le berceau 4, permet d'obtenir un basculement avant de la poche en 3', (trace en pointilles, figure 2), autour d'un axe pas-sant par le bec de coulee 10. De cette facon, on obtient tres rapidement une vidange totale du métal contenu dans la poche. La pen-te de la partie avant 16 du garnissage refrac-taire 17 permet d'obtenir cette vidange totale sans po~r autant dresser la poche jusqu'a la ver-ticale, ce qui reduit la course exigee du verin 1~. Le second couple de verins 15, qui agit sur le châssis articule 7, permet d'obtenir un basculement arriere de la poche jusqu'a une position sensi-blernent verticale 3", (figure 2 en pointilles). On peut ainsi, dans une zone de travail non encombree, puisque situee hors de la zone de coulee, proceder au nettoyage soigneux de la poche, qui est necessaire lorsque l'on traite successivement deux metaux ou alliages incompatibles et entre lesquels on veut eviter tout melange, ainsi qu'en fin de coulee, ce qui. permet de garantir, dans -tous les cas, la meilleure qualite possible clu metal traite. Ce basculement permet aussi d'inspecter et de reparer eventuellement le garnissage interne 17 et la cloison interne 18.
Le basculement du châssis articule 7 pourrait egalement, comme on l'a indiqué plus haut, s'effectuer autour d'un axe horizontal perpendiculaire a l'axe de basculement avant 9. On aurait alors un basculement lateral, qui rem-plirait la même fonction et pourrait être avantageux selon la disposition de l'atelier de fonderie, si la zone laterale etait plus accessible que ].a zone arriere du dispositi.f de traitement.
Le garnlssage interne 17 soutenu par la carcasse metallique 19 est, de preference, constitue en deux parties:
une partie externe en contact avec la carcasse metallique, qui est a faible conductivite thermique et joue le rôle de calorifuge, et une partie interne, en contact avec le metal 3~
liquide, qui est refractaire et chimiquement inerte vis-a-vis du rnetal liquide et des differents agents de traitement. La clcison interne 18 delimite un premier compartiment 20 situe a l'arrière de la poche et un second compartiment 21 situé
à l'avant, les termes arriere et ~(avant etant pris par rapport au sens de circulation du metal liquide qui entre par la goulotte 22 et s'ecoule par le bec de coulee lC.
Dans le cas represente, la goulotte d'entree 22 est disposee sur un cô-te du compartiment arxlere. Si l'on avait choisi la solution du basculement lateral de la poche, la goulotte pourrait être disposee soit lateralement, et du côte oppose au basculement, soit à l'arriere de la poche.
La liaison entre le bec de coulee 10 et le chenal d'ecoulement 23 s'effectue par les mo~ens habituels connus des specialistes de la onderie des alliages legers.
La cloison interne 18 est constiuee, de preference, par un materiau bon conducteur de la chaleur, pour une rai-son qui sera precisee un peu plus loin. Il est preferable qu'elle soit demontable sans endommager le garnissage 17.
Dans le cas represente, il n'exis-te qu'une seule cloison interne. Mais, il n'est pas exclu que la poche, objet de l'invention, comporte plusieurs cloisons disposees en chicanes delimitant plusieurs compartiments que le metal liquide parcourt successivement, chaque compartiment assu-rant un même traitement ou un traitement different : filtration, injection de gaz inerte ou actiE, brassage avec un flux, etc La poche 3 comporte, en outre, un couvercle 2~
constitue egalement par une armature metallique et un gar-nissage refractaire et calorifuge.
De preference, la partie 25 du couvercle, qui surmonte l'arriere de la poche, est amovible ou relevable, par exemple par rotation autour de l'axe 26. Pour faciliter la recuperation des crasses formees en cours de traitement, la partie arriere 27 du garnissage 17 est legerement inclinee 3~ 6 de façon telle que, la partie mobile 25 du couvercle étant relevee, on retire aisément ces crasses avec un simple outil de raclage manuel, sans perturber le trai~ement.
Le couvercle repose sur la poche de facon sensi-blement etanche, grâce aux joints 28. De cette façon l'e-vacuation des produits gazeux even-tuellement injectes dans le metal s'effectue uniquement par la goulotte d'entree 22 ce qui facilite leur captage.
Le couvercle 24 est muni d'un orifice 29 destine a l'introduction dans la poche soit d'un moyen de chauffage, soit d'un moyen d'injection dans le metal liquide d'un agent de traitement, le terme agent designant tout pro-duit solide, liquide, ga~eux ou vaporisé utilise pour trai-ter le metal, dans le sens precedemment défini.
Dans le cas d'une poche de grande capaci-te, le couvercle 24 peu-t comporter deux ou plusieurs orifices 29 pour l'introduction alternée de plusieurs moyens de chauf-fage ou d'injection.
Lors des operations de basculement de la poche, le couvercle 24 est degage, par exemple, par relevement en position 24'.
Dans le cas représente, le couvercle est muni dlun etrier 30A relie a un dispositif elevateur mecanique ou hydraulique, de tout type connu, qui trouve sa place dans la colonne elevatrice 31 solidaire de la plateforme 1.
Compte-tenu des inconvenients bien connus des dispositifs de chauEfage externes ou integres au garnissage interne, le dispositif, objet de l'invention, a ete dote d'un chauffage interne par thermoplonyeur, amovi~le et independant du garnissate in-terne, ce qui n'avait jamais ete mis en oeuvre dans les poches de fonderie existant a ce jour. L'elément actif du thermoplongeur 32 est, par exemple, une resistance electrique protegee par une gaine bonne conductrice de la chaleur, resistant aux chocs ther-3~6 miques, étanche et chimiquemen-t résistante au métal fondu.
Dans le cas d'une poche a~ant une capacité de 600 ky d'aliminium liquicle, un thermoplongeur de 20 KW
assure un préchauffage de la poche vide de 20 à 700C en une trentaine d'heures, et un maintien en tempéra-ture de la poche, pleine ou vide, aux environs de 750C avec une régu-lation adéquate. Il peu-t également assurer le chauffage du métal a une vitesse d'environ 60C/heure. Grâce a la bonne conducti.vité -thermique de la cloison 18, le chauffage agit aussi efficacement sur le deuxième compartiment 21.
Le support du thermoplongeur 32 qui assure, par ailleurs, le passage et la protection des câbles d'alimen-tation et capteurs de température, comporte une douille conique 33, dont la conicité coopere avec la conicité de l'orifice 29 du couvercle, pour assurer a la fois un posi-tionnement précis et une jonction étanche.
De même, le dispositif d'injection d'agent de traitement 34, quel qu'il soit, comporte une douille conique 35, qui assure la même fonction.
De facon a assurer un échange rapide entre le thermoplongeur 32 et l'injecteur 34, ces deux organes sont disposés sur un manipulateur 36 supporté par la colonne 37.
Dans le cas représenté, qui n'es donné qu'a titre d'exemple de réalisation, non-limitatif, le manipulateur est connecté
a un moyen élévateur mécanique ou hvdraulique, le long de la colonne 37 qui peut, lorsque le manipulateur 36 est en position haute 36, tourner autour de son axe pour assurer l'échan~e et la remise en posi.tlon de travail du thermo-pl.ongeur 32 ou de l'injecteur 34.
Les deux colonnes 31 et 37 sont, de préférence, reliées par une traverse horizontale 33 aisément amovible pour un enlevement éventuel de la poche 3 par un moyen de manutention ex-terne tel que palan monorail, pont roulant, etc ~3~
La conception du dispositif, objet de llinvention, assure une très grande souplesse dlemploi, tout en permet-tant la mise en oeuvre et la combinaison des differents procedes connus pour la purification ultime de l'aluminium et des alliages à base d'aluminium, du magnesium et des alliages a base de magnesium.
Il est parfaitement adapte a tous les dispositifs d'injection de gaz, inertes et/ou actifs, fixes (cannes d'injection poreuses ou perforees) ou rotatifs, tels que ceux decrits, par exemple, dans le brevet fransais 2,491,454 publie le 12 novembre 1982, qui revendique un agitateur rotatif dont l'extremite inferieure repose, à l'arrêt, sur un bouchon d'injection de gaz place au fond de la poche qui, sous l'action de la pression du gaz emis par le bouchon, se souleve et, ainsi supporte par un palier fluide, peut, sous l'effet d'un couple exterieur, tourner librement autour de son axe et laisser echapper par l'espace qui le separe du bouchon, une multitude de bulles de gaz regulièrement dis-persees, ou encore, dans le brevet français 2,512,067 publie le 4 mars 1983, qui revendique un dispositif rotatif de dis-persion de gaz (figures 5 et 6), pour le traitement d'un bain de metal liquide contenu dans un recipient comprenant un rotor 39 en forme de cylindre equipe de palettes 40 plongeant dans le bain, relie à un arbre d'entralnement creux 41 servant à l'amenee de gaz. Le rotor est perce de couples de canaux 42, chaque couple comprend un canal 43 qui sert au passage du liquide, et l'autre 44 au passage du gaz, chacun des couples debouche separement en un même point 45 de la surface laterale du cylindre de manière qu'en cet endroit, il se forme une dispersion fine liquide-gaz, qui est ensuite repartie dans le bain au moyen des palettes 40.
De même, l'injecteur peut etre alimente en agent de traitement, a partir du dispositif qui comprend un ~3~
réservoir de produit halo~éné liqulde a la température ambiante relie a l'entrée a une micropompe doseuse, dont la sortie débite sur un vaporisateur muni d'un moyen de chauffage, et relié a une source de gaz inerte, munie d'un moyen de réglage de pres-sion et de débit, et une canalisation de liaison entre le vaporlsateur et l'injec-teur 34.
Le metal en cours de traitement dans le premier compartiment peut, en outre, et de façon connue, recevoir une couverture de flux halogéné liquide ou solide à la tem-pérature de traitement.
De meme, le deuxieme compartiment peut recevoir differents dispositifs de filtration tels que: billes d'alumine de granulometrie adequate, ou grains de flux.
Le maintien en place et l'echange de tels lits fil-trants à base de grains de flux solide peut s'effectuer selon la technique de cartouche interchangeable decrite dans le brevet français 2 463 816 (SERVIMETAL). Dans un tel cas, la paroi, ou une partie de la paroi de la cartouche peut jouer le rôle de cloison de séparation entre le premier et le deuxième compartiment.
La filtration du métal peut, egalement, être obtenue par l'uti]isation des blocs filtrants en f]ux fritte, decrits dans le brevet français 2 446 862 (SERVIMETAL).
EXEMPLE DE REALISATION.
On a realisé deux poches de traitement selon l'invention, conformes aux figures 1 à 6.
I,a premiere a une capacité de 600 ky d'aluminium liquide et elle est prévue pour traiter jusqu'a 10 tonnes/heures de métal. A ce débi-t, la durée moyenlle de séjour du métal dans la poche est de l'ordre de trois minutes e-t demi.
L'injecteur utilisé est le rotor a canaux couplés, décrit précédemment, tournant a 150 tours/minute (~igures 5 et 6).
On a injecté un melange argon-chlore a 5% de chlore, a raison de 4 Nm3/heure pour un debit de 6 tonnes/heure de ~93~
metal à traiter.
La seconde a une capacite de 2.400 kg d'aluminium liquide et elle peut -traiter jusqu'a ~0 tonnes~heure de metal. Elle comporte deux injecteurs rotatifs a canaux couples, debitant au total 16 Nm3/heure du même melange argon-chlore a 5% de chlore.
Des essais ont ete effectues sur un alliage 2014 (designation Aluminium Association et norme AFNOR A 02 l0~) ayant la composition suivante:
Cuivre ..... ~................. 4,40%
Magnesium .................... 0,50%
Manganese .................... 0,80%
Silicium ..................... 0,90%
Aluminium .. ~................. solde.
Les dosages d'hydrogene sur ce metal ont donné les resulta-ts suivants:
avant traitement : 0,75 cm3/l00 grar~es après traitement : 0,l0 cm3/l00 grammes Ce niveau de 0,10 cm3/l00 grammes est considere a l'heure actuelle, comme la limite souhaitable pour les usages particulierement exigeants tels que les structures aeronautiques.
AVANTAGES PROCURES PAR L'INVENTION
La poche de traitement, objet de l'invention, possède un certain nombre d'avantages decisifs sur les poches actuellement en usage.
Elle offre en effet les possibilites su:ivan-tes l - Vidange totale du metal con-tenu dans la poche, par simple basculement avant en fin de coulee, donc sans perte de metal et sans le moindre risque de melanye avec le metal de l'operation suivan-te.
2 - De la même façon : changement instantane de metal ou d'alliage sans aucune autre manoeuvre que le basculement avant, ce qui permet de travailler en coulees continues ou discontinues même avec des alliages successifs
3~3~
incompatibles entre eux.
3 - Facilité de decrassage en cours de traitement par la partie amovible du couvercle, ce qui est particulière-ment utile dans ]es coulees continues de longue duree.
incompatibles entre eux.
3 - Facilité de decrassage en cours de traitement par la partie amovible du couvercle, ce qui est particulière-ment utile dans ]es coulees continues de longue duree.
4- Facilite de nettoyage en fin de traitement par basculement arrière (ou iateral, selon le cas) de la poche vide, ce qui permet d'eliminer tous residus de crasses et de metal solidiEie, qui risqueraient de polluer la charge suivante.
5 - Système de chauffage independant de la poche, ce qui autorise l'echange ou la reparation sans perturber les operations en cours (l'echange du thermoplongeur demande moinsd'une heure).
6 - Possibilite de surchauffer rapidement le metal en demarrage de coulee.
7 - Le chauffage interne permet d'utiliser une epaisseur importante de refractaire et de calorifuge, et d'obtenir ainsi une excellente isolation thermique de la cuve. Le gain d'energie est très important, surtout si le chauffage est pilote par une regulation precise.
8 - Pas de limitation dans le choix du type d'in-jecteur d'agent de traitement : tous les types, statiques ou rotatifs, actuellement connus, sont adaptables sans difficultes.
9 - Permutation rapide de l'injecteur et du thermoplongeur, ce qui perme-t d'utiliser la fonction voulue au moment voulu.
10 - Enlèvement et remise en place rapides du couvercle, que ce soit pour inspection visuelle, decrassage, adjonc-tion de flux, etc
11 - Peu de risque de corrosion par l'air et les agents de traitement du fait de la conception simple et du choix des materiaux.
12 - Captage aise des effluents gazeux à la goulotte d'entree.
~L3L93~
I] n'est pas inutile de préciser que le dispositiE, objet de l'invention, se prete particulierement bien à une automatisation integrale, toutes les manoeuvres de bascule-ment avant et arriere, de levee et pose du couvercle, de levee, de permutation et pose du thermoplongeur et de l'in-jecteur, de prechauffage, de maintien en temperature, etc...
pouvant être programmees, avec les differentes securites et interdictions necessaires, et centralisees sur une console placee a distance, qui pilote egalement la centrale hydrau-lique commandant les differents verins de basculement et demontee-descente du couvercle, du thermoplongeur et de l'injecteur.
Enfin, quoique l'invention ait ete decrite comme applicable au traitement de l'aluminium, du magnesium et des alliages a base de l'un ou de l'autre de ces metaux, son application a d'autres me-taux ou alliages de point de fusion comparable, n'est pas exclue pour autant. C'est ainsi que le zinc, le plomb, l'etain, le cuivre et les alliages cuivreux tels que bronzes et laitons, ou cuproaluminiums peuvent sub:ir des traitements de purification et d'affinage dans le dispo-sitif objet de la presente invention.
~L3L93~
I] n'est pas inutile de préciser que le dispositiE, objet de l'invention, se prete particulierement bien à une automatisation integrale, toutes les manoeuvres de bascule-ment avant et arriere, de levee et pose du couvercle, de levee, de permutation et pose du thermoplongeur et de l'in-jecteur, de prechauffage, de maintien en temperature, etc...
pouvant être programmees, avec les differentes securites et interdictions necessaires, et centralisees sur une console placee a distance, qui pilote egalement la centrale hydrau-lique commandant les differents verins de basculement et demontee-descente du couvercle, du thermoplongeur et de l'injecteur.
Enfin, quoique l'invention ait ete decrite comme applicable au traitement de l'aluminium, du magnesium et des alliages a base de l'un ou de l'autre de ces metaux, son application a d'autres me-taux ou alliages de point de fusion comparable, n'est pas exclue pour autant. C'est ainsi que le zinc, le plomb, l'etain, le cuivre et les alliages cuivreux tels que bronzes et laitons, ou cuproaluminiums peuvent sub:ir des traitements de purification et d'affinage dans le dispo-sitif objet de la presente invention.
Claims (12)
1. Dispositif pour le traitement, au passage, d'un courant de métal ou alliage liquide, à base d'aluminium ou de magnésium, comportant une poche constituée par une enveloppe métallique externe, un garnissage réfractaire interne, une goulotte pour l'entrée du métal liquide brut à l'arrière, un bec de coulée du métal liquide traité à l'avant, et au moins une cloison interne laissant, avec le fond de la poche, un espace pour la circulation du métal liquide, et délimitant un premier compartiment arrière et au moins un second com-partiment avant débouchant sur le bec de coulée, caractérisé
en ce que la poche est fixée sur un berceau-support relié à
un châssis articulé par rapport auquel ledit berceau peut basculer vers l'avant autour d'un premier axe horizontal passant sensiblement par l'extrémité du bec de coulée, le châssis articule étant lui-même relié à un châssis fixe par rapport auquel il peut basculer autour d'un deuxième axe horizontal.
en ce que la poche est fixée sur un berceau-support relié à
un châssis articulé par rapport auquel ledit berceau peut basculer vers l'avant autour d'un premier axe horizontal passant sensiblement par l'extrémité du bec de coulée, le châssis articule étant lui-même relié à un châssis fixe par rapport auquel il peut basculer autour d'un deuxième axe horizontal.
2. Dispositif de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier axe horizontal est sensi-blement perpendiculaire au sens d'écoulement du métal dans la poche.
3. Dispositif de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second axe horizontal est parallèle au premier axe.
4. Dispositif de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second axe horizontal est per-pendiculaire au premier axe.
5. Dispositif de traitement selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un thermo-plongeur pour le chaufage interne, amovible et indépendant du garnissage interne, fixé à un support.
6. Dispositif de traitement selon la revendication 5, caractérisé en ce que la cloison interne est réalisée en matériau bon conducteur thermique.
7. Dispositif de traitement selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, au moins un injecteur d'au moins un agent de traitement liquide, solide, gazeux ou vaporisé, et un moyen de support du moyen d'injection.
8. Dispositif de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il somporte un moyen pour introduire et retirer, alternativement, le thermoplongeur et l'injecteur.
9. Dispositif de traitement selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte un couvercle sensiblement étanche, muni d'au moins un orifice, dont la forme et les dimensions sont adaptées à la forme et aux dimensions du support du thermoplongeur et du support de l'injecteur de façon à assurer un positionnement précis et une liaison sensiblement étanche.
10. Dispositif de traitement selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de dégagement du couvercle.
11. Dispositif de traitement selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le couvercle comporte au-dessus de la partie arrière du premier compartiment, une partie mobile ou séparable pour permettre l'enlèvement des crasses formées lors du traitement.
12. Dispositif de traitement selon la revendication 1, 9 ou 10, caractérisé en ce que le deuxième compartiment comporte un moyen de filtration du métal liquide traité.
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| FR8119710 | 1981-10-14 |
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