EP0403406B1 - Procédé et dispositif de dégazage et de maintien d'une faible teneur en hydrogène dans les alliages d'aluminium liquides au cours de leur transport dans des poches - Google Patents
Procédé et dispositif de dégazage et de maintien d'une faible teneur en hydrogène dans les alliages d'aluminium liquides au cours de leur transport dans des poches Download PDFInfo
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- EP0403406B1 EP0403406B1 EP90420277A EP90420277A EP0403406B1 EP 0403406 B1 EP0403406 B1 EP 0403406B1 EP 90420277 A EP90420277 A EP 90420277A EP 90420277 A EP90420277 A EP 90420277A EP 0403406 B1 EP0403406 B1 EP 0403406B1
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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
- C22B21/064—Obtaining aluminium refining using inert or reactive gases
Definitions
- the present invention relates to a method and to a device for degassing and maintaining a low hydrogen content in liquid aluminum alloys during their transport in bags.
- This humidity has the effect of producing a phenomenon known as gassing, that is to say reacting with aluminum and giving rise to the formation of hydrogen dissolved in the liquid metal in the form of gas bubbles of relatively large dimensions. small that will remain in the room in the form of porosities.
- the applicant sought and found a solution which consists of a process making it possible to compensate for the resumption of humidity coming from the refractory lining or residual dross by the liquid aluminum alloys during their transport in bags. closed for several hours, characterized in that throughout the transport and until the metal is poured, a flow of inert gas with respect to aluminum is circulated in the pocket at a flow rate between 0, 02 and 0.2 Nm3 per ton of alloy and per hour and said gas is simultaneously removed from the pocket after contact with the metal.
- the invention consists in introducing into the pocket an inert gas with respect to aluminum, that is to say which is not capable by itself of reacting with aluminum. It can preferably be nitrogen or argon. Obviously, this gas must be free of moisture so as not to be a vehicle for gassing.
- This gas is supplied to the bag and circulates between an inlet and an outlet at a flow rate of between 0.02 and 0.2 Nm3 per tonne of alloy and per hour, since a lower flow rate has an insufficient effect on degassing while 'higher flow is superfluous.
- this gas During its passage in the pocket, this gas penetrates into the metal bath but one can limit oneself to a simple licking of the surface because because of the tremors of the pocket during its transport there occurs a renewed contact between the gas and the metal which allows an almost complete exchange with the mass of metal.
- the invention also relates to a device for transporting alloys and liquid aluminum for implementing the method described above.
- This device is characterized in that it comprises at least one closed pocket and at least one bottle of pressurized gas connected together by a circuit comprising a pressure regulator and a flow meter, said pocket being equipped at its upper part with a system of controlled gas leak.
- the device according to the invention results from the combination of a pocket and a gas distribution system comprising a source: the bottle and means for ensuring a circulation of said gases under a relatively low pressure and at a flow rate. controlled and weak first towards the inside of the pocket then towards the outside.
- the gas circuit can also be connected to a hollow shaft rotor such as that described in French patent No. 2512067 which plunges into the metal and ensures dispersion of the gas within it.
- the bag is equipped with a system for controlled leakage of the gas introduced and which is possibly loaded with hydrogen.
- This system can for example be a possibly calibrated piping which can also be fitted with an adjustable opening valve.
- This device works in the following way: as soon as the bag has been filled and degassed by means of the conventional devices for injecting neutral gas at high flow rate (lance or rotor), the bottle is opened, the regulator and the flow meter adjusted to obtain the desired pressure and flow.
- the quantity of gas available has been previously determined in order to maintain the gas flow throughout the duration of transport and the time necessary to supply the casting installations.
- FIG. 1 schematically showing in section view the upper part of a pocket equipped with a tube which opens above the level of the metal
- Figure 2 according to the same representation of a pocket equipped with a tube which plunges into the liquid aluminum alloy.
- FIG. 1 there is a pocket 1 containing the liquid aluminum alloy 2, closed on top by means of a sealed cover 3. Along the side wall of the pocket is placed a bottle 4 of compressed argon connected to the pocket by a circuit 5 comprising a regulator 6, a flow meter 7, a pipe 8 for introducing gas and a discharge pipe 9 .
- This invention therefore makes it possible to reduce and avoid the gassing of the metal during its transport and to provide users with a product suitable for molding parts having good metallurgical health.
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Description
- La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif de dégazage et de maintien d'une faible teneur en hydrogène dans les alliages d'aluminium liquides au cours de leur transport dans des poches.
- Il est connu de transporter des alliages d'aluminium à l'état liquide dans des poches métalliques fermées et revêtues intérieurement d'un matériau réfractaire du lieu où ils sont élaborés jusqu'à l'endroit où ils seront coulés dans des moules pour donner des pièces de forme prédéterminée. Ces poches ont généralement une capacité de plusieurs tonnes et sont véhiculées par deux sur des camions. Le transport dure parfois plusieurs heures au cours desquelles le métal peut entrer en contact avec des traces d'eau provenant soit de l'atmosphère humide environnante qui pénètre dans les poches par l'intermédiaire de joints d'étanchéité défectueux, soit de garnissages réfractaires qui se sont imprégnés d'humidité après vidange de la poche et qui ont été insuffisamment séchés avant remplissage soit encore de crasses qui s'accumulent au cours des cycles de transport dans les poches mal nettoyées.
Cette humidité a pour effet de produire un phénomène dit de gazage c'est-à-dire de réagir avec l'aluminium et de donner lieu à la formation d'hydrogène dissous dans le métal liquide à l'état de bulles gazeuses de dimensions relativement petites qui subsisteront dans la pièce sous forme de porosités. - Or, l'homme de l'art sait qu'une teneur élevée en hydrogène dissout détériore la santé métallurgique des pièces qui en sont issues et conduit en particulier à de faibles résistances à la fatigue mécanique et à des ductilités réduites.
Il est donc nécessaire dans le cas de l'élaboration de pièces nécessitant une bonne santé métallurgique de veiller à ce que le métal liquide ne soit pas mis en contact avec l'humidité au cours de son transport. - Certes, des actions ont été entreprises pour éviter la présence d'humidité dans les poches. C'est ainsi qu'avant remplissage on a procédé à un séchage plus poussé de l'intérieur des pqches et enlevé systématiquement les crasses. On a aussi réalisé des systèmes d'étanchéité très perfectionnés et créé une atmosphère non renouvelée d'argon au-dessus du métal.
On n'est cependant pas parvenu à résoudre le problème de gazage. En effet, on a constaté qu'un métal ayant subi un dégazage très poussé avant remplissage, c'est-à-dire ayant une teneur en hydrogène inférieure à 0,12 ppm, pouvait de façon très aléatoire contenir après transport jusqu'à 0,3 à 0,5 ppm d'hydrogène. - Ce gazage semble être plus fréquent en été sans qu'on puisse établir de corrélation entre la quantité d'hydrogène et le degré hygrométrique de l'atmosphère.
- Face à ce problème, la demanderesse a cherché et trouvé une solution qui consiste en un procédé permettant de pallier aux reprises d'humidité en provenance du garnissage réfractaire ou des crasses résiduelles par les alliages d'aluminium liquides au cours de leur transport dans des poches fermées pendant plusieurs heures, caractérisé en ce que tout au long du transport et jusqu'à la coulée du métal, on fait circuler dans la poche un flux de gaz inerte vis-à-vis de l'aluminium suivant un débit compris entre 0,02 et 0,2 Nm³ par tonne d'alliage et par heure et on évacue simultanément ledit gaz hors de la poche après contact avec le métal.
- Ainsi, l'invention consiste à introduire dans la poche un gaz inerte vis à vis de l'aluminium, c'est-à-dire qui ne soit pas susceptible par lui-même de réagir avec l'aluminium. Ce peut être de préférence l'azote ou l'argon. Il faut évidemment que ce gaz soit dépourvu d'humidité afin de ne pas être un véhicule du gazage. Ce gaz est amené à la poche et circule entre une entrée et une sortie suivant un débit compris entre 0,02 et 0,2 Nm³ par tonne d'alliage et par heure, car un débit inférieur a un effet insuffisant sur le dégazage tandis qu'un débit supérieur s'avère superflu.
- Au cours de son passage dans la poche, ce gaz pénètre dans le bain métallique mais on peut se limiter à un simple léchage de la surface car à cause des trépidations de la poche lors de son transport il se produit un contact renouvelé entre le gaz et le métal qui permet d'assurer un échange quasi complet avec la masse de métal.
- Dans ces conditions, l'hydrogène susceptible de se former à cause de la présence aléatoire d'humidité est entraîné avec le flux de gaz et évacué vers l'extérieur.
On maintient ainsi un taux de gazage relativement faible et en tout cas compatible avec la qualité de métal souhaitée. - De plus, on a constaté également la possibilité d'améliorer pendant le transport la qualité d'un métal imparfaitement dégazé au départ.
- Certes, la pratique du dégazage est connue dans les installations industrielles. Mais elle s'effectue dans des poches fixes en utilisant des débits beaucoup plus importants et en tout cas supérieurs à 0,5 Nm³ par tonne et par heure.
L'invention concerne également un dispositif de transport d'alliages et d'aluminium liquide pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus. - Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend au moins une poche fermée et au moins une bouteille de gaz sous pression reliées entre elles par un circuit comportant un détendeur et un débitmètre, ladite poche étant équipée à sa partie supérieure d'un système de fuite contrôlée du gaz.
- Ainsi, le dispositif selon l'invention résulte de la combinaison d'une poche et d'un système de distribution de gaz comportant une source : la bouteille et des moyens d'assurer une circulation desdits gaz sous une pression relativement basse et suivant un débit contrôlé et faible d'abord vers l'intérieur de la poche puis vers l'extérieur.
- La poche est d'un type identique à celui habituellement utilisé sur les véhicules routiers, c'est-à-dire une enveloppe en acier de forme généralement cylindrique ou cylindro-conique, garnie intérieurement d'un matériau réfractaire présentant une ouverture vers le haut sur laquelle est placé un couvercle relativement étanche. A cette poche est combinée au moins une bouteille contenant un gaz sous pression qui peut être liquéfié ou comprimé et qui est fixé à la poche ou sur le bâti de fixation de cette dernière. De cette bouteille part un circuit comportant un détendeur permettant d'obtenir de préférence une pression de gaz de quelques centièmes de MPa, d'une soupape de sécurité permettant d'éviter toute surpression dans la poche et d'un débitmètre assurant le contrôle de débits de préférence compris entre 0,1 et 1 Nm³ par heure. Ce circuit est relié à la poche de différentes manières :
- soit il comprend un tube qui débouche dans la poche à travers le couvercle et dont l'extrémité se trouve à moins de 3 cm de la surface du métal. Cette disposition permet d'assurer un léchage par le gaz du métal maintenu en agitation par les trépidations du véhicule;
- soit, il comprend un tube qui plonge dans le métal de sorte que le gaz barbote dans le métal et permet de suppléer à une éventuelle insuffisance d'agitation créée par les seules trépidations.
- Mais, on peut aussi placer un ou plusieurs bouchons poreux sur les parois latérales ou au fond de la poche et auxquels est relié ledit circuit.
- De même, le circuit de gaz peut être aussi relié à un rotor à arbre creux tel que celui décrit dans le brevet français N°2512067 qui plonge dans le métal et assure une dispersion du gaz en son sein.
- Quel que soit le type d'introduction de gaz, la poche est équipée d'un système de fuite contrôlée du gaz introduit et qui s'est éventuellement chargé en hydrogène. Ce système peut être par exemple une tuyauterie éventuellement calibrée que l'on peut aussi munir d'une vanne à ouverture réglable.
- Ce dispositif fonctionne de la façon suivante: dès que la poche a été remplie et dégazée au moyen des dispositifs classiques d'injection de gaz neutre à fort débit (lance ou rotor), on ouvre la bouteille, règle le détendeur et le débitmètre pour obtenir la pression et le débit voulus. La quantité de gaz disponible a été préalablement déterminée en vue de maintenir le flux de gaz pendant toute la durée du transport et du temps nécessaire à l'alimentation des installations de coulée.
- L'invention sera mieux comprise à l'aide de la planche de dessins ci-jointe qui comprend une figure 1 représentant schématiquement vue en coupe la partie supérieure d'une poche équipée d'un tube qui débouche au-dessus du niveau du métal et une figure 2 suivant une même représentation d'une poche équipée d'un tube qui plonge dans l'alliage d'aluminium liquide.
- Plus précisément, sur la figure 1, on distingue la poche 1 contenant l'alliage d'aluminium liquide 2, fermée sur le dessus au moyen d'un couvercle 3 étanche. Le long de la paroi latérale de la poche est placée une bouteille 4 d'argon comprimé reliée à la poche par un circuit 5 comportant un détendeur 6, un débitmètre 7, une tuyauterie 8 d'introduction de gaz et une tuyauterie d'évacuation 9.
- Sur la figure 2 on retrouve les mêmes éléments que sur la figure 1.
- L'invention peut être illustrée à l'aide des exemples d'application suivants :
- 100 livraisons d'alliages d'aluminium de moulage contenant principalement du silicium comme élément d'addition ont été effectuées moitié dans des poches de l'art antérieur, moitié dans des poches suivant l'invention, lesquelles étaient munies pour une moitié également d'un tube plongeur, les autres d'un tube débouchant dans la poche à 2,5 cm de la surface du métal. Ces poches contenaient chacune 6 tonnes de métal et la durée du transport était voisine de 5 heures.
- Avec les poches de l'art antérieur, on a constaté que 5% des livraisons étaient arrivées gazées, c'est-à-dire qu'elles contenaient plus de 0,3 ppm d'hydrogène.
Par contre, dans les poches selon l'invention et dans lesquelles on faisait circuler un flux d'argon suivant un débit de 0,15 Nm³.tonne⁻¹ , heure -1 et ce quel que soit le type d'injection, aucune des livraisons n'est arrivée gazée, la teneur en hydrogène étant inférieure à 0,15 ppm. - Cette invention permet donc de réduire et d'éviter le gazage du métal au cours de son transport et de fournir aux utilisateurs un produit apte au moulage de pièces ayant une bonne santé métallurgique.
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