EP0077282B1 - Dispositif pour le traitement, au passage, d'un courant de métal ou alliage liquide à base d'aluminium ou de magnésium - Google Patents

Dispositif pour le traitement, au passage, d'un courant de métal ou alliage liquide à base d'aluminium ou de magnésium Download PDF

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EP0077282B1
EP0077282B1 EP82420144A EP82420144A EP0077282B1 EP 0077282 B1 EP0077282 B1 EP 0077282B1 EP 82420144 A EP82420144 A EP 82420144A EP 82420144 A EP82420144 A EP 82420144A EP 0077282 B1 EP0077282 B1 EP 0077282B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
liquid metal
treatment device
horizontal axis
metal
treatment
Prior art date
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Expired
Application number
EP82420144A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP0077282A1 (fr
Inventor
Jean-Marie Hicter
Thierry Le Scoul
Serge Mairet
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rio Tinto France SAS
Original Assignee
Aluminium Pechiney SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Aluminium Pechiney SA filed Critical Aluminium Pechiney SA
Priority to AT82420144T priority Critical patent/ATE11573T1/de
Publication of EP0077282A1 publication Critical patent/EP0077282A1/fr
Application granted granted Critical
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00—Obtaining aluminium
    • C22B21/06—Obtaining aluminium refining
    • C22B21/066—Treatment of circulating aluminium, e.g. by filtration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B26/00—Obtaining alkali, alkaline earth metals or magnesium
    • C22B26/20—Obtaining alkaline earth metals or magnesium
    • C22B26/22—Obtaining magnesium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/05—Refining by treating with gases, e.g. gas flushing also refining by means of a material generating gas in situ
    • C22B9/055—Refining by treating with gases, e.g. gas flushing also refining by means of a material generating gas in situ while the metal is circulating, e.g. combined with filtration

Definitions

  • the present invention relates to a device for the treatment in passing of a stream of metal or liquid alloy based on aluminum or magnesium.
  • metal or liquid metal unalloyed aluminum, unalloyed magnesium and alloys based on one or the other of these two metals.
  • the pockets generally consisting of a metal container with refractory lining, whether or not provided with an external heating means , or integrated into the lining and, in most cases, divided into two compartments by a flat or circular partition.
  • One or both of the compartments can be filled with a filtering substance often consisting of alumina granules.
  • One of the compartments may include a means for injecting a gas or a mixture of inert gas (nitrogen, argon) and / or active gas (chlorine).
  • the devices currently in use are not entirely satisfactory, both with regard to the final purity of the metal produced (hydrogen content and so-called “ultimate” inclusions, of the order of 5 micrometers or less), than with regard to ease of use and handling: heating, scouring, rapid passage from an alloy to a non-alloy metal, or from an alloy to another type of alloy, emptying of pocket bottoms, change of bed filtering.
  • the object of the invention is a device for the treatment, in passing, of a stream of liquid metal, consisting of a pocket, comprising an external metal casing and an internal refractory lining, a chute for the entry of liquid metal at the rear and a pouring spout of the treated metal at the front, and at least one internal partition leaving with the bottom of the pocket, a space for the passage of liquid metal and delimiting a first rear compartment and at least a second front compartment opening onto the pouring spout, said pocket being fixed to a support cradle connected to an articulated frame with respect to which said cradle can tilt forward around a first horizontal axis passing substantially through the end of the spout casting, the articulated frame itself being connected to a fixed frame with respect to which said articulated frame can tilt around a second horizontal axis.
  • the first horizontal axis is substantially perpendicular to the direction of flow of the liquid metal in the pocket.
  • the second horizontal axis can be parallel or perpendicular to the first, which ensures rear or lateral tilting.
  • the device further comprises a means of internal heating in the pocket, removable and independent of the refractory lining. It may also be provided with means for injecting a liquid, solid, gaseous or vaporized treatment agent, and with means for alternately introducing and removing the internal heating means and the means for injecting the agent. treatment.
  • the internal lining comprises, in a conventional manner, a first heat-insulating layer with low thermal conductivity in contact with the external metal shell, and a refractory layer, chemically inert with respect to the metal and the treatment agents.
  • the bag can be provided, in the second compartment, with means for filtering the liquid metal.
  • It also includes a waterproof, removable cover, part of which is separable or movable to allow the removal of the dross formed during treatment.
  • FIG. 1 shows the different elements constituting the entire device. The following figures show the construction details.
  • the platform (1) is a rigid element which constitutes the main fixed chassis. Preferably, it includes setting screws (2) to adjust the horizontality of the assembly.
  • the pocket itself (3) is supported by the cradle (4) formed essentially by two arms on which the pocket (3) comes to bear by lugs (5). It is fixed by removable means such as bolts. Two screw stops (6) make it possible to adjust the horizontality of the pocket in the working position.
  • the cradle (4) is articulated, relative to the articulated frame (7), on the two bearings (8) whose common axis (9) passes substantially through the pouring spout (10).
  • the chassis (7) is articulated by the two bearings (11) on two support elements (12) rigidly connected to the platform (1).
  • the axis of rotation (13) of the articulated frame (7) relative to the support elements (12) is horizontal and parallel to the axis of rotation of the cradle.
  • This arrangement is not compulsory and the axis of rotation (13) of the articulated frame could also be perpendicular to the axis of rotation (9) of the cradle, because the two rotational movements are controlled, independently of one on the other, by a double system of pairs of jacks (14) and (15).
  • the slope of the front part (16) of the refractory lining (17) makes it possible to obtain this total emptying without raising the pocket to the vertical, which reduces the required stroke of the cylinder (14).
  • the internal lining (17) supported by the metal carcass (19) is preferably made up of two parts: an external part in contact with the metal carcass, which is of low thermal conductivity and acts as an insulator, and a part internal, in contact with the liquid metal, which is refractory and chemically inert with respect to the liquid metal and the various treatment agents.
  • the internal partition (18) delimits a first compartment (20) situated at the rear of the pocket and a second compartment (21) situated at the front, the terms "rear • and” before being taken with respect to the direction of circulation liquid metal which enters through the chute (22) and flows through the spout (10).
  • the inlet chute (22) is arranged on one side of the rear compartment. If the solution of lateral tilting of the pocket had been chosen, the chute could be arranged either laterally, and on the side opposite to the tilting, or at the rear of the pocket.
  • connection between the pouring spout (10) and the flow channel (23) is effected by the usual means known to specialists in the foundry of light alloys.
  • the internal partition (18) is preferably made of a material which is a good conductor of heat, for a reason which will be specified a little later. It is preferable that it be removable without damaging the lining (17).
  • the pocket, object of the invention comprises several partitions arranged in baffles delimiting several compartments that the liquid metal passes through successively, each compartment ensuring the same treatment or a different treatment: filtration, gas injection inert or active, mixing with a flow, etc.
  • the pocket (3) further comprises a cover (24) also constituted by a metal frame and a refractory and heat-resistant lining.
  • the part (25) of the cover which surmounts the rear of the pocket, is removable or liftable, for example by rotation about the axis (26).
  • the rear part (27) of the lining (17) is slightly inclined so that, the movable part (25) of the cover being raised, these dross are easily removed with a simple manual scraping tool, without disturbing the treatment.
  • the cover rests on the pocket in a substantially sealed manner, thanks to the seals (28). In this way, the evacuation of gaseous products possibly injected into the metal is carried out only by the inlet chute (22), which facilitates their capture.
  • the cover (24) is provided with an orifice (29) intended for the introduction into the pocket either of a heating means, or of a means of injection into the liquid metal of a treatment agent, the term “agent designating any solid, liquid, gaseous or vaporized product used to treat the metal, in the sense defined above.
  • the cover (24) may include two or more orifices (29) for the alternating introduction of several heating or injection means.
  • the cover (24) is released, for example, by raising into position (24 ').
  • the cover is provided with a stirrup (30A) connected to a mechanical or hydraulic lifting device, of any known type, which finds its place in the lifting column (31) secured to the platform (1).
  • the active element of the immersion heater (32) is, for example, an electrical resistance protected by a sheath that is good conductor of heat, resistant to thermal shock, waterproof and chemically resistant to molten metal.
  • a 20 kW immersion heater provides preheating of the empty bag from 20 to 700 ° C. in about thirty hours, and maintaining the temperature of the pocket, full or empty, around 750 ° C with adequate regulation. It can also heat the metal at a speed of around 60 ° C / hour. Thanks to the good thermal conductivity of the partition (18), the heating also acts effectively on the second compartment (21).
  • the support of the immersion heater (32) which, moreover, ensures the passage and protection of the power cables and temperature sensors, comprises a conical sleeve (33), the conicity of which cooperates with the conicity of the orifice (29) of the cover, to ensure both precise positioning and a tight connection.
  • the treatment agent injection device (34), whatever it may be, comprises a conical sleeve (33) which performs the same function.
  • the manipulator In order to ensure rapid exchange between the immersion heater (32) and the injector (34), these two members are arranged on a manipulator (36) supported by the column (37).
  • the manipulator is connected to a mechanical or hydraulic lifting means, along the column (37) which can, when the manipulator ( 36) is in the high position (36 '), rotate around its axis to ensure the exchange and the return to the working position of the immersion heater (32) or of the injector (34).
  • the two columns (31) and (37) are preferably connected by a horizontal crosspiece (38) easily removable for possible removal of the pocket (3) by an external handling means such as monorail hoist, overhead crane, etc. ...
  • the design of the device, object of the invention ensures very great flexibility of use, while allowing the implementation and the combination of the various known processes for the ultimate purification of aluminum and aluminum-based alloys. , magnesium and magnesium alloys.
  • each of the couples opens separately at the same point (45 ) from the lateral surface of the cylinder so that a fine liquid-gas dispersion is formed there, which is then distributed in the bath by means of the vanes (40).
  • the injector can be supplied with treatment agent, from the device claimed in European patent application EP-A-0 061 411 and which comprises a reservoir of halogenated product liquid at room temperature connected to the inlet a metering micropump, the output of which flows on a vaporizer provided with a heating means, and connected to a source of inert gas, provided with a pressure and flow rate adjustment means, and a connecting pipe between the vaporizer and the injector (34).
  • the metal being treated in the first compartment can, in addition, and in a known manner, receive a cover of liquid or solid halogenated flux at the treatment temperature.
  • the second compartment can receive different filtration devices such as: alumina beads of suitable particle size, or flux grains.
  • the holding in place and the exchange of such filtering beds based on solid flux grains can be carried out according to the interchangeable cartridge technique described in French patent 2,463,816 (SERVIMETAL).
  • the wall, or part of the wall of the cartridge can act as a partition between the first and the second compartment.
  • Filtration of the metal can also be obtained by the use of filter blocks in sintered flow, described in French patent 2,446,862 (SERVIMETAL).
  • the first has a capacity of 600 kg of liquid aluminum and is intended to process up to 10 tonnes / hour of metal. At this rate, the average duration of stay of the metal in the pocket is of the order of three and a half minutes.
  • the injector used is the rotor with coupled channels, described above, rotating at 150 rpm ( Figures 5 and 6). An argon-chlorine mixture containing 5% chlorine was injected, at a rate of 4 Nm 3 / hour for a flow rate of 6 tonnes / hour of metal to be treated.
  • the second has a capacity of 2400 kg of liquid aluminum and it can process up to 40 tonnes / hour of metal. It includes two rotary injectors with coupled channels, delivering a total of 16 Nm 3 / hour of the same argon-chlorine mixture at 5% chlorine.
  • the treatment bag, object of the invention has a certain number of decisive advantages over the bags currently in use.
  • the device, object of the invention lends itself particularly well to full automation, all maneuvers of tilting front and rear, lifting and fitting the cover, lifting, swapping and laying the immersion heater and the injector, preheating, temperature maintenance, etc. which can be programmed, with the various safety features and prohibitions necessary, and centralized on a console placed at a distance, which also controls the hydraulic power station controlling the various tilting and raising / lowering cylinders for the cover, the immersion heater and the injector.

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Description

  • La présente invention concerne un dispositif pour le traitement au passage, d'un courant de métal ou alliage liquide à base d'aluminium ou de magnésium.
  • On convient généralement de désigner par le mot « traitement l'ensemble des opérations que subit un métal ou un alliage liquide brut de fusion avant son utilisation en fonderie, en vue d'en éliminer les impuretés et, en particulier, les gaz dissous et les inclusions qui altéreraient les propriétés des produits coulés. Ces opérations peuvent être de nature purement physique, telle que la filtration, ou physico- chimique, telle que la mise en contact avec des flux, ou avec un gaz inerte ou actif divisé en bulles très fines.
  • A l'heure actuelle, les exigences de la construction aéronautique, des bandes minces pour boîtages, des feuilles minces pour condensateurs électrolytiques, des fils fins pour téléphonie ou bobinage, obligent les producteurs de demi-produits en métaux et alliages légers, à améliorer sans cesse la qualité, d'autant plus que l'affichage des méthodes analytiques a montré que des inclusions microscopiques, tenues jusqu'alors pour négligeables, pouvaient altérer certaines caractéristiques mécaniques et augmenter les taux de rebuts.
  • Dans tout ce qui suit, nous conviendrons de désigner par « métal ou « métal liquide » : l'aluminium non allié, le magnésium non allié et les alliages à base de l'un ou l'autre de ces deux métaux.
  • Parmi les dispositifs utilisés pour le traitement, au passage, d'un courant de métal liquide, les plus répandus sont les « poches », constituées en général d'un récipient métallique avec garnissage réfractaire, muni ou non d'un moyen de chauffage externe, ou intégré au garnissage et, dans la plupart des cas, divisées en deux compartiments par une cloison plane ou circulaire. L'un des compartiments - ou les deux - peuvent être garnis d'une substance filtrante souvent constituée par des granulés d'alumine. L'un des compartiments peut comporter un moyen d'injection d'un gaz ou d'un mélange de gaz inerte (azote, argon) et/ou actif (chlore).
  • On peut citer, à titre d'exemples caractéristiques de l'état de la technique, les brevets US 2 840 463 (ALCOA), US 2 863 558 (ALCOA), US 3 010712 (ALCOA), US 3 025 155 (ALCOA), US 3 039 864 (ALCOA), GB. 1 266 500 (BRITISH ALUMINIUM C°), GB. 1 367 069 (BRITISH ALUMINIUM C°), US 3 870 511 (UNION CARBIDE), US 4 040 610 et US 4 047 938 (UNION CARBIDE).
  • Cependant, les dispositifs actuellement en usage ne donnent pas entièrement satisfaction, tant en ce qui concerne la pureté finale du métal produit (teneur en hydrogène et en inclusions dites « ultimes •, de l'ordre de 5 micromètres ou moins), qu'en ce qui concerne les facilités d'emploi et de manipulation : chauffage, décrassage, passage rapide d'un alliage à un métal non allié, ou d'un alliage à un autre type d'alliage, vidange des fonds de poche, changement de lit filtrant.
  • L'objet de l'invention est un dispositif pour le traitement, au passage, d'un courant de métal liquide, constitué par une poche, comportant une enveloppe métallique externe et un garnissage réfractaire interne, une goulotte pour l'entrée du métal liquide à l'arrière et un bec de coulée du métal traité à l'avant, et au moins une cloison interne laissant avec le fond de la poche, un espace pour le passage du métal liquide et délimitant un premier compartiment arrière et au moins un deuxième compartiment avant débouchant sur le bec de coulée, ladite poche étant 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 articulé étant lui-même relié à un châssis fixe par rapport auquel ledit châssis articulé peut basculer autour d'un deuxième axe horizontal.
  • Le premier axe horizontal est sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement du métal liquide dans la poche.
  • Le second axe horizontal peut être parallèle ou perpendiculaire au premier, ce qui permet d'assurer un basculement arrière ou latéral.
  • Le dispositif comporte, en outre, un moyen de chauffage interne à la poche, amovible et indépendant du garnissage réfractaire. Il peut être muni, en outre, de moyens d'injection d'un agent de traitement liquide, solide, gazeux ou vaporisé, et de moyens pour introduire et retirer alternativement le moyen de chauffage interne et les moyens d'injection de l'agent de traitement.
  • Le garnissage interne comporte, de façon classique, une première couche calorifuge à faible conductivité thermique au contact de l'enveloppe métallique externe, et une couche réfractaire, chimiquement inerte vis-à-vis du métal et des agents de traitement.
  • La poche peut être munie, dans le second compartiment, de moyens de filtration du métal liquide.
  • Elle comporte également un couvercle étanche, amovible, dont une partie est séparable ou mobile pour permettre l'enlèvement des crasses formées en cours de traitement.
  • Les figures 1 à 6 illustrent, mais de façon non limitative, le dispositif objet de l'invention :
    • La figure 1 est une vue d'ensemble, en perspective de trois-quart avant, sur laquelle une colonne a été partiellement coupée pour la clarté du dessin.
    • La figure 2 est une coupe verticale 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 latérale, partiellement coupée.
    • Les figures 5 et 6 représentent un injecteur rotatif qui peut être utilisé comme moyen d'injection d'un agent de traitement.
  • La figure 1 fait apparaître les différents éléments constituant l'ensemble du dispositif. Les figures suivantes précisent les détails de construction.
  • La plateforme (1) est un élément rigide qui constitue le châssis fixe principal. De préférence, elle comporte des vis de calage (2) pour régler l'horizontalité de l'ensemble. La poche proprement dite (3) est supportée par le berceau (4) formé essentiellement de deux bras sur lesquels la poche (3) vient en appui par des pattes (5). Elle est fixée par des moyens démontables tels que des boulons. Deux butées à vis (6) permettent de régler l'horizontalité de la poche en position de travail. Le berceau (4) est articulé, par rapport au châssis articulé (7), sur les deux paliers (8) dont l'axe commun (9) passe sensiblement par le bec de coulée (10).
  • Le châssis (7) est articulé par les deux paliers (11) sur deux éléments supports (12) liés de façon rigide à la plateforme (1).
  • L'axe de rotation (13) du châssis articulé (7) par rapport aux éléments supports (12) est horizontal et parallèle à l'axe de rotation du berceau. Cette disposition n'est pas obligatoire et l'axe de rotation (13) du châssis articulé pourrait être également perpendiculaire à l'axe de rotation (9) du berceau, du fait que les deux mouvements de rotation sont commandés, indépendamment l'un de l'autre, par un double système de couples de vérins (14) et (15).
  • Le premier couple de vérins (14), qui agit sur le berceau (4), permet d'obtenir un basculement avant de la poche en (3'), (tracé en pointillés, figure 2), autour d'un axe passant par le bec de coulée (10). De cette façon, on obtient très rapidement une vidange totale du métal contenu dans la poche, La pente de la partie avant (16) du garnissage réfractaire (17) permet d'obtenir cette vidange totale sans pour autant dresser la poche jusqu'à la verticale, ce qui réduit la course exigée du vérin (14). Le second couple de vérins (15), qui agit sur le châssis articulé (7), permet d'obtenir un basculement arrière de la poche jusqu'à une position sensiblement verticale (3"), (figure 2 en pointillés). On peut ainsi, dans une zone de travail non encombrée, puisque située hors de la zone de coulée, procéder au nettoyage soigneux de la poche, qui est nécessaire lorsque l'on traite successivement deux métaux ou alliages incompatibles et entre lesquels on veut éviter tout mélange, ainsi qu'en fin de coulée, ce qui permet de garantir, dans tous les cas, la meilleure qualité possible du métal traité. Ce basculement permet aussi d'inspecter et de réparer éventuellement le garnissage interne (17) et la cloison interne (18). Le basculement du châssis articulé (7) pourrait également, comme on l'a indiqué plus haut, s'effectuer autour d'un axe horizontal perpendiculaire à l'axe de basculement avant (9). On aurait alors un basculement latéral, qui remplirait la même fonction et pourrait être avantageux selon la disposition de l'atelier de fonderie, si la zone latérale était plus accessible que la zone arrière du dispositif de traitement.
  • Le garnissage interne (17) soutenu par la carcasse métallique (19) est, de préférence, constitué en deux parties : une partie externe en contact avec la carcasse métallique, qui est à faible conductivité thermique et joue le rôle de calorifuge, et une partie interne, en contact avec le métal liquide, qui est réfractaire et chimiquement inerte vis-à-vis du métal liquide et des différents agents de traitement. La cloison interne (18) délimite un premier compartiment (20) situé à l'arrière de la poche et un second compartiment (21) situé à l'avant, les termes «arrière • et « avant étant pris par rapport au sens de circulation du métal liquide qui entre par la goulotte (22) et s'écoule par le bec de coulée (10). Dans le cas représenté, la goulotte d'entrée (22) est disposée sur un côté du compartiment arrière. Si l'on avait choisi la solution du basculement latéral de la poche, la goulotte pourrait être disposée soit latéralement, et du côté opposé au basculement, soit à l'arrière de la poche.
  • La liaison entre le bec de coulée (10) et le chenal d'écoulement (23) s'effectue par les moyens habituels connus des spécialistes de la fonderie des alliages légers.
  • La cloison interne (18) est constituée, de préférence, par un matériau bon conducteur de la chaleur, pour une raison qui sera précisée un peu plus loin. Il est préférable qu'elle soit démontable sans endommager le garnissage (17).
  • Dans le cas représenté, il n'existe qu'une seule cloison interne. Mais, il n'est pas exclu que la poche, objet de l'invention, comporte plusieurs cloisons disposées en chicanes délimitant plusieurs compartiments que le métal liquide parcourt successivement, chaque compartiment assurant un même traitement ou un traitement différent: filtration, injection de gaz inerte ou actif, brassage avec un flux, etc...
  • La poche (3) comporte, en outre, un couvercle (24) constitué également par une armature métallique et un garnissage réfractaire et calorifuge.
  • De préférence, la partie (25) du couvercle, qui surmonte l'arrière de la poche, est amovible ou relevable, par exemple par rotation autour de l'axe (26). Pour faciliter la récupération des crasses formées en cours de traitement, la partie arrière (27) du garnissage (17) est légèrement inclinée de façon telle que, la partie mobile (25) du couvercle étant relevée, on retire aisément ces crasses avec un simple outil de raclage manuel, sans perturber le traitement.
  • Le couvercle repose sur la poche de façon sensiblement étanche, grâce aux joints (28). De cette façon, l'évacuation des produits gazeux éventuellement injectés dans le métal s'effectue uniquement par la goulotte d'entrée (22), ce qui facilite leur captage.
  • Le couvercle (24) est muni d'un orifice (29) destiné à l'introduction dans la poche soit d'un moyen de chauffage, soit d'un moyen d'injection dans le métal liquide d'un agent de traitement, le terme « agent désignant tout produit solide, liquide, gazeux ou vaporisé utilisé pour traiter le métal, dans le sens précédemment défini.
  • Dans le cas d'une poche de grande capacité, le couvercle (24) peut comporter deux ou plusieurs orifices (29) pour l'introduction alternée de plusieurs moyens de chauffage ou d'injection.
  • Lors des opérations de basculement de la poche, le couvercle (24) est dégagé, par exemple, par relèvement en positon (24').
  • Dans le cas représenté, le couvercle est muni d'un étrier (30A) relié à un dispositif élévateur mécanique ou hydraulique, de tout type connu, qui trouve sa place dans la colonne élévatrice (31) solidaire de la plateforme (1).
  • Compte tenu des inconvénients bien connus des dispositifs de chauffage externes ou intégrés au garnissage interne, le dispositif, objet de l'invention, a été doté d'un chauffage interne par thermopion- geur, amovible et indépendant du garnissage interne, ce qui n'avait jamais été mis en oeuvre dans les poches de fonderie existant à ce jour. L'élément actif du thermoplongeur (32) est, par exemple, une résistance électrique protégée par une gaine bonne conductrice de la chaleur, résistant aux chocs thermiques, étanche et chimiquement résistance au métal fondu.
  • Dans le cas d'une poche ayant une capacité de 600 kg d'aluminium liquide, un thermoplongeur de 20 kW assure un préchauffage de la poche vide de 20 à 700 °C en une trentaine d'heures, et un maintien en température de la poche, pleine ou vide, aux environs de 750 °C avec une régulation adéquate. Il peut également assurer le chauffage du métal à une vitesse d'environ 60 °C/heure. Grâce à la bonne conductivité 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'alimentation et capteurs de température, comporte une douille conique (33), dont la conicité coopère avec la conicité de l'orifice (29) du couvercle, pour assurer à la fois un positionnement précis et une jonction étanche.
  • De même, le dispositif d'injection d'agent de traitement (34), quel qu'il soit, comporte une douille conique (33) qui assure la même fonction.
  • De façon à 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'est donné qu'à titre d'exemple de réalisation, non limitatif, le manipulateur est connecté à un moyen élévateur mécanique ou hydraulique, 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'échange et la remise en position de travail du thermoplongeur (32) ou de l'injecteur (34).
  • Les deux colonnes (31) et (37) sont, de préférence, reliées par une traverse horizontale (38) aisément amovible pour un enlèvement éventuel de la poche (3) par un moyen de manutention externe tel que palan monorail, pont roulant, etc...
  • La conception du dispositif, objet de l'invention, assure une très grande souplesse d'emploi, tout en permettant la mise en oeuvre et la combinaison des différents procédés connus pour la purification ultime de l'aluminium et des alliages à base d'aluminium, du magnésium et des alliages à base de magnésium.
  • Il est parfaitement adapté à tous les dispositifs d'injection de gaz, inertes et/ou actifs, fixes (cannes d'injection poreuses ou perforées) ou rotatifs, tels que ceux décrits, par exemple, dans la demande de brevet européen EP-A-0 050 578, qui revendique un agitateur rotatif dont l'extrémité inférieure repose, à l'arrêt, sur un bouchon d'injection de gaz placé au fond de la poche et qui, sous l'action de la pression du gaz émis par le bouchon se soulève et, ainsi supporté par un palier fluide, peut, sous l'effet d'un couple extérieur, tourner librement autour de son axe et laisser échapper par l'espace qui le sépare du bouchon, une multitude de bulles de gaz régulièrement dispersées, ou encore, dans la demande de brevet européen EP-A-0 073 729, qui revendique un dispositif rotatif de dispersion de gaz (figures 5 et 6), pour le traitement d'un bain de métal liquide contenu dans un récipient comprenant un rotor (39) en forme de cylindre équipé de palettes (40) plongeant dans le bain, relié à un arbre d'entraînement creux (41) servant à l'amenée de gaz. Le rotor est percé 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 débouche séparément en un même point (45) de la surface latérale du cylindre de manière qu'en cet endroit, il se forme une dispersion fine liquide-gaz, qui est ensuite répartie dans le bain au moyen des palettes (40).
  • De même, l'injecteur peut être alimenté en agent de traitement, à partir du dispositif revendiqué dans la demande de brevet européen EP-A-0 061 411 et qui comprend un réservoir de produit halogéné liquide à la température ambiante relié à l'entrée à une micropompe doseuse, dont la sortie débite sur un vaporisateur muni d'un moyen de chauffage, et relié à une source de gaz inerte, munie d'un moyen de réglage de pression et de débit, et une canalisation de liaison entre le vaporisateur et l'injecteur (34).
  • Le métal 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 température de traitement.
  • De même, le deuxième compartiment peut recevoir différents dispositifs de filtration tels que : billes d'alumine de granulométrie adéquate, ou grains de flux.
  • Le maintien en place et l'échange de tels lits filtrants à base de grains de flux solide peut s'effectuer selon la technique de cartouche interchangeable décrite 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, également, être obtenue par l'utilisation des blocs filtrants en flux fritté, décrits dans le brevet français 2 446 862 (SERVIMETAL).
    • Exemple de réalisation
  • On a réalisé deux poches de traitement selon l'invention, conformes aux figures 1 à 6.
  • La première a une capacité de 600 kg d'aluminium liquide et elle est prévue pour traiter jusqu'à 10 tonnes/heure de métal. A ce débit, la durée moyenne de séjour du métal dans la poche est de l'ordre de trois minutes et demi. L'injecteur utilisé est le rotor à canaux couplés, décrit précédemment, tournant à 150 tours/Minute (figures 5 et 6). On a injecté un mélange argon-chlore à 5 % de chlore, à raison de 4 Nm3/heure pour un débit de 6 tonnes/heure de métal à traiter.
  • La seconde a une capacité de 2400 kg d'aluminium liquide et elle peut traiter jusqu'à 40 tonnes/heure de métal. Elle comporte deux injecteurs rotatifs à canaux couplés, débitant au total 16 Nm3/heure du même mélange argon-chlore à 5% de chlore.
  • Des essais ont été effectués sur un alliage 2014 (désignation Aluminium Association et norme AFNOR A 02 102) ayant la composition suivante :
    Figure imgb0001
  • Les dosages d'hydrogène sur ce métal ont donné les résultats suivants :
    Figure imgb0002
  • Ce niveau de 0,10 cm3/100 grammes est considéré à l'heure actuelle comme la limite souhaitable pour les usages particulièrement exigeants tels que les structures aéronautiques.
    • Avantages procurés par l'invention
  • La poche de traitement, objet de l'invention, possède un certain nombre d'avantages décisifs sur les poches actuellement en usage.
  • Elle offre en effet les possibilités suivantes :
    • 1. Vidange totale du métal contenu dans la poche, par simple basculement avant en fin de coulée, donc sans perte de métal et sans le moindre risque de mélange avec le métal de l'opération suivante.
    • 2. De la même façon : changement instantané de métal ou d'alliage sans aucune autre manoeuvre que le basculement avant, ce qui permet de travailler en coulées continues ou discontinues même avec des alliages successifs incompatibles entre eux.
    • 3. Facilité de décrassage en cours de traitement par la partie amovible du couvercle, ce qui est particulièrement utile dans les coulées continues de longue durée.
    • 4. Facilité de nettoyage en fin de traitement par basculement arrière (ou latéral, selon le cas de la poche vide, ce qui permet d'éliminer tous résidus de crasses et de métal solidifié, qui risqueraient de polluer la charge suivante.
    • 5. Système de chauffage indépendant de la poche, ce qui autorise l'échange ou la réparation sans perturber les opérations en cours (l'échange du thermoplongeur demande moins d'une heure).
    • 6. Possibilité de surchauffer rapidement le métal en démarrage de coulée.
    • 7. Le chauffage interne permet d'utiliser une épaisseur importante de réfractaire et de calorifuge, et d'obtenir ainsi une excellente isolation thermique de la cuve. Le gain d'énergie est très important, surtout le chauffage est piloté par une régulation précise.
    • 8. Pas de limitation dans le choix du type d'injecteur d'agent de traitement: tous les types, statiques ou rotatifs, actuellement connus, sont adaptables sans difficultés.
    • 9. Permutation rapide de l'injecteur et du thermoplongeur, ce qui permet d'utiliser la fonction voulue au moment voulu.
    • 10. Enlèvement et remise en place rapides du couvercle, que ce soit pour inspection visuelle, décrassage, adjonction 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 matériaux.
    • 12. Captage aisé des effluents gazeux à la goulotte d'entrée.
  • Il n'est pas inutile de préciser que le dispositif, objet de l'invention, se prête particulièrement bien à une automatisation intégrale, toutes les manoeuvres de basculement avant et arrière, de levée et pose du couvercle, de levée, de permutation et pose du thermoplongeur et de l'injecteur, de préchauffage, de maintien en température, etc... pouvant être programmées, avec les différentes sécurités et interdictions nécessaires, et centralisées sur une console placée à distance, qui pilote également la centrale hydraulique commandant les différents vérins de basculement et de montée-descente du couvercle, du thermoplongeur et de l'injecteur.
  • Enfin, quoique l'invention ait été décrite comme applicable au traitement de l'aluminium, du magnésium et des alliages à base de l'un ou de l'autre de ces métaux, son application à d'autres métaux ou alliages de point de fusion comparable, n'est pas exclue pour autant. C'est ainsi que le zinc, le plomb, l'étain, le cuivre et les alliages cuivreux tels que bronzes et laitons, ou cuproaluminiums peuvent subir des traitements de purification et d'affinage dans le dispositif objet de la présente 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 (3) constituée par une enveloppe métallique externe (19), un garnissage réfractaire interne (17), une goulotte (22) pour l'entrée du métal liquide brut à l'arrière, un bec de coulée (10) du métal liquide traité à l'avant, et au moins une cloison interne (18) laissant, avec le fond de la poche, un espace pour la circulation du métal liquide, et délimitant un premier compartiment arrière (20) et au moins un second compartiment avant (21) débouchant sur le bec de coulée (10), caractérisé en ce que la poche (3) est fixée sur un berceau-support (4) relié à un châssis articulé (7) par rapport auquel ledit berceau peut basculer vers l'avant autour d'un premier axe horizontal (9) passant par le bec de coulée (10), le châssis articulé (7) étant lui-même relié à un châssis fixe (1) par rapport auquel il peut basculer autour d'un deuxième axe horizontal (13).
2. Dispositif de traitement selon revendication 1, caractérisé en ce que le premier axe horizontal (9) est sensiblement perpendiculaire au sens d'écoulement du métal dans la poche.
3. Dispositif de traitement selon revendication 1, caractérisé en ce que le second axe horizontal (13) est parallèle au premier axe (9).
4. Dispositif de traitement selon revendication 1, caractérisé en ce que le second axe horizontal (13) est perpendiculaire au premier axe.
5. Dispositif de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, un thermoplongeur (32) pour le chauffage interne, amovible et indépendant du garnissage interne (17), fixé à un support (33).
6. Dispositif de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la cloison interne (18) est réalisée en un matériau bon conducteur thermique.
7. Dispositif de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte, en outre, au moins un injecteur (34) 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 l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen (36) pour introduire et retirer, alternativement, le thermoplongeur et l'injecteur.
9. Dispositif de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte un couvercle (24) sensiblement étanche, muni d'au moins un orifice (29), dont la forme et les dimensions sont adaptées à la forme et aux dimensions du support (33) du thermoplongeur et du support (35) de l'injecteur de façon à assurer un positionnement précis et une liaison sensiblement étanche.
10. Dispositif de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de dégagement du couvercle.
11. Dispositif de traitement selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le couvercle (24) comporte au-dessus de la partie arrière (27) du premier compartiment, une partie (25) mobile ou séparable pour permettre l'enlèvement des crasses formées lors du traitement.
12. Dispositif de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le deuxième compartiment comporte un moyen de filtration du métal liquide traité.
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