FR2488245A1 - Procede et dispositif de fusion par induction directe avec coulee en continu eventuelle d'un melange de deux ou plusieurs oxydes refractaires - Google Patents

Abstract

PROCEDE ET DISPOSITIF DE FUSION PAR INDUCTION DIRECTE, AVEC COULEE EN CONTINU EVENTUELLE, D'UN MELANGE DE DEUX OU PLUSIEURS OXYDES METALLIQUES REFRACTAIRES ISOLANTS A FROID. L'INITIATION DE LA FUSION PAR INDUCTION DIRECTE DU MELANTE 21 DANS UN "AUTO-CREUSET" CONNU COMPRENANT UNE GAINE FROIDE 2 CYLINDRIQUE DONT LA PAROI LATERALE 3 EST COMPOSEE D'UNE JUXTAPOSITION DE CONDUCTEURS CREUX 6 AXIALEMENT ORIENTES, ISOLES L'UN DE L'AUTRE ET PARCOURUS D'UN FLUIDE FRIGORIGENE ET DONT LE FOND EST OBTURE PAR UNE BASE 4 EN FORME DE DISQUE CREUX, EGALEMENT REFROIDIE, ET UN INDUCTEUR 20 MULTISPIRE HELICOIDAL ENTOURANT LA PARTIE INFERIEURE DE LA GAINE 2, EST EFFECTUEE A L'AIDE D'UNE CHARGE INITIALE 28 PULVERULENTE D'UN SEUL OXYDE, DEPOSEE SUR LE FOND 4 POUR FORMER UN "PIED DE BAIN", DANS LEQUEL ON DISPOSE UNE AMORCE 29 EN FORME DE TORE EN GROS COPEAUX DU METAL DONT L'OXYDE CONSTITUE LA CHARGE INITIALE 28. CETTE AMORCE EN TORE 29 CONSTITUE UN SPIRE EN COURT-CIRCUIT ENGENDRANT DES ARCS PONCTUELS PERMETTANT UNE RAPIDE MONTEE EN TEMPERATURE DU LIT ENVIRONNANT. L'INITIATION DE LA FUSION EST EFFECTUEE EN ALIMENTANT L'INDUCTEUR 20 PAR UN COURANT ALTERNATIF DE FREQUENCE PLUS ELEVEE QUE DURANT SON FONCTIONNEMENT NORMAL CONSECUTIF, CHOISIE EN FONCTION DES DIMENSIONS LATERALES DE LA CHARGE A FONDRE. APPLICATION A LA FABRICATION, NOTAMMENT DE PIECES OU DE FIBRES D'UN MELANGE D'OXYDES REFRACTAIRES.

Description

L'invention concerne un procédé et un dispositif de fusion par induction directe d'un mélange composé de deux ou plusieurs oxydes métalliques réfractaires, isolants à froid et dont une composante importante est constituée par l'oxyde d'un métal conducteur à froid et entrant en réaction fortement exothermique avec l'oxygène, lorsqu'il est chauffé, tel que l'aluminium, le zirconium, avec éventuellement coulée en continu du mélange fondu.

Le procédé et le dispositif suivant l'invention constituent une nouvelle application des procédés et des dispositifs de fusion par induction directe connus, décrits notamment dans les publications
FR - A - 1 492063 (ou DE- B -1 615195, GB - A -1 130 070 ou US - A - 3 461 215 correspondantes) et FR - A - 2 036 418, à la fabrication de mélanges composés de plusieurs oxydes métalliques réfractaires dont les composantes ont des températures de fusion et d'amorçage (d'inductibilité) différentes qui rend difficile, sinon impossible, l'initiation de la fusion par l'oxydation exothermique, sous l'effet d'un champ magnétique haute-fréquence, du métal dont l'oxyde constitue l'une des composantes du mélange.

Le procédé de fusion par induction directe, dit d'auto-creuset, décrit dans la publication FR - A - 1 492 063 susmentionnée, est principalement destiné à l'élaboration de lingots ou de monocristaux de grande pureté de matériaux réfractaires soit purs, soit mélangés, qui sont initialement introduits dans le four à induction comprenant une gaine ou cage froide dont la paroi latérale cylindrique est composée d'un grand nombre d'éléments conducteurs creux de forme allongée, isolés l'un de l'autre et parcourus d'un fluide de refroidissement et dont le fond est obturé par une base réfractaire ou refroidie, sous forme pulvérulente ou granuleuse.Un inducteur multispire de forme hélicoldale entoure la paroi latérale de la cage et il est alimenté par un courant alternatif de haute (supérieure à 50 kHz) ou de moyenne fréquence (inférieure à 50 kHz) pour chauffer la charge pulvérulente lorsqu'elle devient conductrice (c'est-à-dire lorsqu'elle est amorcée).

Les oxydes réfractaires mentionnés dans cette publication, auxquels s'applique notamment le procédé qui y est décrit, sont soit des substances isolantes ou faiblement conductrices à froid, telles que l'alumine (A1203), la silice (SiO2) ou la magnésie (MgO), dont les températures d'amorçage (ou d'inductibillté) respectives où elles sont conductrices, se confondent sensiblement avec leur température de fusion, soit d'autres substances dont la température d'amorçage (de 1 000 à 1 50000, par exemple) est notablement inférieure à leur température de fusion (aux alentours de 2 600 C:, par exemple), telles que le bioxyde d'uranium (UO;g) ou le zircone (ZrO2) qui sont donc conducteurs à rétat solide (mais à chaud).

Pour que le champ magnétique de l'inducteur puisse engendrer des courants induits dans la charge qui la chauffent jusqu'à la fusion, il est indispensable d'amener une partie de celle-ci à la température d'amorçage, c'est-à-dire de l'amorcer.

Dans la publication FR - A - 1 Q92 063 précitée, il a été proposé d'amorcer une charge d'alumine, en plaçant au centre et sur le dessus de celle-ci, une "amorce" constituée par une couche composée de minces copeaux du métal dont la charge constitue l'oxyde, c'est-à-dire d'aluminium. Ces copeaux etant conducteurs à froid et constituant du fait de leur faible surface de contact avec les copeaux voisins une résistance non négligeable, sont rapidement chauffés par le courant induit de sorte qu'ils entrent avec l'oxygène de l'air environnant en une réaction fortement exothermique amenant les parties contîgues de la charge en alumine jusqu'à leur température d'amorçage (et de fusion) qui deviennent alors conductrices.La fusion de la charge se propage ensuite de proche en proche jusqu'à une faible distance de la paroi latérale de la gaine froide où la charge reste pulvérulente ou compacté mais non fondue, de façon à former un creuset du me me matériau (d'où l'appellation "auto-creuset").

Un tel procédé d'amorçage s'applique également à d'autres oxydes dont les composantes métalliques - entrent avec l'oxygène dans une réaction exothermique suffisante pour les amener à leur température d'amorçage (ou de fusion). De tels oxydes sont la zircone et la magnésie, par exemple. Toutefois, en ce qui concerne cette dernière, il faut éviter de mettre le magnésium en présence du carbone contenu, par exemple, dans le gaz carbonique de l'air ou d'une trop grande quantité d'oxygène.

L'un des mélanges auxquels s'applique la présente invention est constitué par la mullite qui contient sensiblement 60 % d'alumine et 40 % de silice, la température de fusion du mélange étant de 2 000 0C environ, c'est-à-dire notablement supérieure à celle de la silice et comparable à celle de l'alumine. De ce fait, il n'est pas possible d'amorcer directement une charge de mullite ni en utilisant une amorce en silicium pur qui n'entre pas en réaction exothermique avec l'oxygène, ni en utilisant une amorce en aluminium dont la réaction exothermique s'avère alors insuffisante. D'autres mélanges ayant pour composante la zircone ou la magnésie sont sujets à ce phénomène que l'on pourrait appeler "mouillage", malgré les réactions fortement exothermiques de leurs métaux avec l'oxygène.

La présente invention permet d'éviter cet inconvénient, en utilisant pour l'amorçage de la fusion une charge initiale d'un seul oxyde contenu dans le mélange, en chauffant la charge initiale avec une fréquence plus élevée, et en évacuant la charge initiale fondue à l'aide d'une buse en métal réfractaire chauffée.

Suivant l'invention, le procédé de fusion par induction directe d'un mélange composé de deux ou de plusieurs oxydes métalliques réfractaires qui sont isolants à froid, dont une première composante importante est l'oxyde d'un métal qui est conducteur électrique à l'état froid et qui entre en une réaction fortement exothermique avec l'oxygène, lorsqu'il est chauffé, et dont la température de fusion et/ou d'amorçage est supérieure à celles des autres composantes du mélange, du type dans lequel la charge à foudre est introduite à l'état pulvérulent ou granuleux dans un espace délimité par une gaine froide comprenant une paroi latérale cylindrique composée d'un grand nombre d'éléments tubulaires creux juxtaposés, réalisés en un matériau conducteur électrique et thermique non ferromagnétique, isolés l'un de l'autre et parcourus chacun d'un fluide de refroidissement, dont le fond est obturé au moyen d'une sole refroidie, la paroi latérale étant entourée sur au moins sa partie inférieure par un inducteur multispire de forme hélicoîdale, est principalement caractérisé en ce que l'amorçage de la fusion du mélange est effectué au moyen d'une charge initiale comprenant uniquement la première composante, disposée sur la sole jusqu a une hauteur inférieure à celle de l'inducteur, en utilisant une amorce de type connu en soi, en copeaux ou en grains du métal dont l'oxyde est la charge initiale, celle-ci constituant, lorsqu'elle a été fondue dans sa quasi-totalité par l'application d'un courant haute fréquence à l'inducteur, un pied de bain liquide et conducteur permettant d'amener la charge ultérieure composée du mélange déposée alors sur sa surface, à sa température d'amorçage etlou de fusion.

Suivant le mode de réalisation préféré de l'invention, l'amorce en grains ou copeaux dont l'oxyde constitue la charge initiale, est incorporée dans celle-ci sous la forme d'un anneau disposé sensiblement coaxialement avec l'inducteur et à la mi-hauteur environ de celui-ci, de façon à constituer une spire en court-circuit parcourue initialement par le courant induit.

Dans un mode de réalisation avantageux, l'alimentation en courant alternatif de l'inducteur pendant la période d'initiation jusque la fusion quasi-totale de la charge initiale est effectuée à une fréquence supérieure à celle utilisée pendant la fusion de la charge normale de mélange, les deux fréquences étant choisies selon les dimensions tranversales de la charge.

L'invention concerne également un dispositif de fusion par induction directe, notamment d'un mélange d'oxydes métalliques réfractaires, destiné à la mise en oeuvre du procédé susmentionné, qui est principalement caractérisé en ce qu'il comporte une buse en métal réfractaire traversé d'un orifice central de haut en bas, qui traverse la sole refroidie obturant le fond de la gaine pat une ouverture centrale de cette sole alors de forme annulaire, l'embout de la buse qui émerge de la sole vers le bas étant chauffé au moyen d'un autre inducteur alimenté par un courant alternatif moyenne fréquence afin de maintenir la buse à une température au moins légèrement supérieure à celle de fusion du mélange, pendant toute la durée de la coulée.

Cette coulée peut être utilisée pour évacuer la charge initiale ou pour une coulée en continu du mélange fondu afin d'élaborer des fibres ou des pièces coulées dans un moule de ce matériau.

L'invention sera mieux comprise et d'autres de ses caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit et du dessin annexé s'y rapportant, donnés à titre d'exemple, dont la figure unique représente une coupe axiale en élévation d'un mode de réalisation d'un dispositif de fusion par induction directe permettant d'illustrer le procédé de l'invention ainsi que les modifications apportées au dispositif connu, qui permettent la coulée, éventuellement en continu, de la charge fondue. -
Sur la figure annexée, on a représenté en 1 l'axe de symétrie du dispositif de fusion par induction directe, qui est commun à la plupart de ses éléments constitutifs.Ce dispositif ou four comporte une gaine froide 2 formant puits thermique comprenant une paroi latérale cylindrique 3 et une base 4 obturant le fond de la gaine 2.

La paroi latérale 3 est formée à l'aide d'un nombre élevé de tranches 5 juxtaposées, réalisées chacune au moyen d'un tronçon allongé 6 d'un conducteur non ferromagnétique, creux (tubulaire), par exemple, de section trapézoldale 7, dont les extrémités sont obtures.

Dans la publication FR - A - 1 492 063 précitée, la portion de la paroi des tronçons 6 formant ensemble des surfaces intérieure et extérieure de la paroi latérale 3 de la gaine 2 ont des sections respectivement en forme d'arcs de cercle concentriques. Les tron çons 6 voisins sont électriquement isolés l'un de l'autre au moyen de plaquettes isolantes 8 interposées, réalisées en un matériau céramique (réfractaire), par exemple.Selon la publication FR - A-2 036 418 précitée, l'isolement entre les tronçons 6 est obtenu à l'aide d'un revetement de leurs faces latérales (radialement orientées par rapport à l'axe 1) d'une couche de matériau céramique déposée par "shoopage", par exemple. I1 est également possible d'utiliser des tronçons conducteurs creux 6 de section rectangulaire en interposant des plaquettes isolantes 8 dont la section est trapé zo1dale ou triangulaire (en forme de coin). Une gaine souple ou des colliers ou ceintures (non représentées) en matériau isolant, éven- tuellement réfractaire (treillis ou tissus de fibres deverre ou de céramique), peut être utilisé pour maintenir ensemble des éléments constitutifs 5 et 8 formant la paroi latérale 3 de la gaine 2.

Les tronçons de conducteur creux 6 comprennent à proximité de leurs deux extrémités respectives des embouts tubulaires 9 et 10 permettant de les raccorder à un circuit véhiculant un fluide réfrigérant, tel que l'eau, par exemple. Les embouts inférieurs 9 sont raccordés au moyen de tronçons de tuyaux ou joints tubulaires souples Il en matériau isolant à d'autres embouts 12 d'une bague collectrice d'admission 13 du fluide qui distribue le druide sous pression dans chaque tronçon 6.Les embouts supérieurs 10 sont à leur tour raccordés au moyen d'autres joints isolants souples 14 à des embouts 15 sortant d'une autre bague collectrice d'évacuation 16, le fluide circulant suivant les flèches 17 et 18.

La base 4 obturant le fond de l'espace cylindrique délimité par la paroi latérale est réalisée, de préférence, selon la publication FR - A - 2 036 418 précitée, par un bottier cylindrique creux en matériau conducteur également refroidi par la circulation d'un fluide réfrigérant (non représenté), formant ainsi une "sole froide" du four à induction. Comme le dispositif représenté sur la figure annexé est destine à la coulée en continu du matériau électrofondu, la sole froide 4 est ici en forme d'anneau creux dont l'ouverture centrale 19 permet le passage d'une buse 23 qui sera décrite plus loin. Cet anneau 4 est, de préférence, coupé suivant l'un de ses rayons et entre ses extrémités adjacentes obturées, lbn insère un joint en feutre de céramique réfractaire, par exemple, afin d'éviter des pertes d'énergie inutiles dans le matériau conducteur. Selon la publication GB - A - 130 070, la base 4 est réalisée en un disque de céramique refroidi par eau.

Un inducteur multispires 20 de forme hélicoidale entoure la paroi latérale 3 de la gaine 2, qui est sensiblement transparente7 du fait qu'elle est divisée, isolée et réalisée en un matériau conducteur non-ferromagnétique, au champ magnétique haute-fréquence qu'il engendre, lorsqu'il est alimenté par un générateur (non représenté).

Lorsqu'il s'agit de fabriquer des lingots de matériaux électrofondus, l'inducteur 20 peut être agencé de manière mobile axialement par rapport à la gaine (fusion progressive par zones, voir FR - A-- 1 492 063) ou entourer la quasi-totalité de la hauteur de cette paroi latérale (voir FR - A - 2 036 418).

Dans un dispositif destiné à la coulée en continu, il suffit que inducteur 20 entoure la partie inférieure de la paroi latérale 3 à partir de la sole 4, le matériau pulvérulent 21 ou granuleux y étant introduit par le haut également de manière continue, à l'aide d'une trémie 22 située au-dessus de la gaine 2. La trémie 22 étant agencée et soumise à des vibrations de telle sorte que les vitesses d'écoulement et de chargement se compensent mutuellement.

Cette coulée en continu est rendue possible au moyen d'une buse 23 réalisée en un métal réfractaire, conducteur à froid dont le point de fusion est notablement supérieur à celui du matériau qu'elle doit évacuer. Pour un mélange d'oxydes réfractaires dont la composante ayant le point de fusion maximal est l'alumine qui fond à 2 0000C environ, le tungstène (W) constitue un matériau adéquat.

Cette buse 23 est composée d'une flange 24 ou épaulement en forme de disque, situé au-dessus de la base annulaire 4 et d'un embout 25 qui traverse l'ouverture centrale 19 de cette dernière de façon à émerger par le bas de l'enceinte formée par la gaine 2. Pour que l'on puisse couler en continu, il faut disposer d'un bain de matériau fondu d'au moins 100 mm de hauteur et d'au moins 100 mm de diamètre, par exemple.

Dans un mode de réalisation avantageux de la buse 23, son embout 25 est de forme tronconique, rétrécissant vers le bas. Elle comporte, en outre, un trou axial 26 ou orifice de coulée (dont le diamètre est copris entre 2 et 5 mm, par exemple) qui la traverse de haut en bas et par laquelle stécoule le matériau fondu par induction directe. Cet écoulement est rendu possible en amenant la buse 23 au moins légèrement au-dessus du point de fusion du matériau qu'elle doit évacuer de l'enceinte. Le chauffage de la buse 23 est effectué, de préférence, par induction au moyen d'un autre inducteur 27 entourant la partie inférieure de son embout tronconique 25 qui émerge de la gaine 2 à travers la base annulaire 4.Cet autre inducteur 27 est parcouru d'un fluide réfrigérant et destiné à être connecté aux bornes d'un générateur de courant alternatif à moyenne fréquence, tel qu'un onduleur ou un moteur-alternateur (non représenté). Comme la flange 24 de la buse 23 est chauffée par l'inducteur 20, il suffit d'alimenter l'autre inducteur 27 par une puissance de 5 à 10 kilowatts à 10 kiloherts environ pour le maintenir au-dessus de 2 0000C, par exemple.

I1 est également possible de chauffer l'embout 25 de la buse 23 par une flamme provenant d'une rampe circulaire qui l'entoure, mais dans ce cas, il est malaisé d'éviter l'échauffement néfaste de la base 4 qui doit rester froide.

L'isolement galvanique et thermique, et 17étanchéité relative entre la sole annulaire froide 4 et la buse 23 chauffée, notamment entre la face inférieure de son épaulement 24 et la face supérieure adjacente de la sole 4, ainsi qu'entre l'ouverture 19 de celle-ci et la partie supérieure de l'embout 25, sont assurés, par exemple, au moyen de rondelles etiou de bandes ou de rubans de feutre réfractaire élaboré à l'aide de fins fibres d'une céramique dont la température de fusion est, de préférence, supérieure à celle du matériau à fondre et à couler, insérés entre les surfaces avoisinantes pour former une sorte de garniture.

Pour arrêter la coulée, il suffit d'arrêter le chauffage de la buse 23 afin d'obtenir qu'elle soit obturée par la solidification du matériau fondu qui se trouve dans le trou 26.

Il est à remarquer ici que l'on peut également utiliser pour la réalisation de buse 23 des matériaux réfractaires qui soit conducteurs, soit inductibles à froid ou à l'état solide, tels que des matériaux dits "composites" essentiellement à base de carbone et de silicium tel que le carbure de silicium (C Si) qui peut être chauffé par induction moyenne-fréquence) ou encore des matériaux de la famille de graphite vitrifié ou pyrolityque (voir t'Le Carbone
Lorraine") qui seraient enrobé d'un liant d'un matériau céramique réfractaire (oxyde) pour leur utilisation à l'air libre (en ambiance oxydante). Toutefois, tels ne sont pas utilisable avec la magnésie.

Pour amorcer le mélange d'oxydes métalliques réfractaires, isolants à froid, dont une première composante importante est un oxyde d'un métal conducteur à froid dont la réaction avec l'oxygène, lorsqu'il est chauffé, est fortement exothermique, tels que l'alumine, la zircone ou la magnésie, et dont les autres composantes présentent des températures d'amorçage et/ou de fusion inférieures à celle de la première, on dépose sur le fond 4, suivant l'invention, une charge initiale 28 constituée uniquement par cette première composante à l'état pulvérulent ou granuleux, de hauteur inférieure à celle de l'inducteur 20, lorsqu'il est fixe.

Lorsque la charge initiale 28 arrive sensiblement à la mihauteur de l'inducteur 20, on peut procéder au dépôt d'une amorce suivant l'état de la technique, c'est-àaire de déposer des minces copeaux du métal dont l'oxyde constitue la charge initiale 28, pour la recouvrir dans une zone centrale d'une couche de ces copeaux.

Si la charge initiale 28 est en zircone ou en alumine, on peut procéder de manière classique, au chauffage de cette amorce à l'air libre par induction en branchant l'inducteur 20 aux bornes du générateur haute-fréquence et en mettant celui-ci en route. En ce qui concerne la magnésie, dont la composante métallique (le magnésium Mg) réagit non seulement avec l'oxygène (de manière violente) mais également avec le gaz carbonique de l'air, l'amorçage par induction directe doit avoir lieu dans une enceinte evacuée sous faible pression d'oxygène.

Suivant le mode de réalisation préféré de l'invention, cette amorce de métal sensiblement pur n'est plus déposée sur la surface de la charge initiale 28, mais incorporée dans celle-ci, où elle est disposée pour former un anneau 29 en forme de tore composé de copeaux ou de grains de ce métal. Cet anneau torique 29 est disposé coaxialement avec la paroi latérale 3 de la gaine 2 et l'inducteur 20, à environ la mi-hauteur de ce dernier et recouvert d'une couche de l'oxyde formant la charge initiale 28.

Le diamètre moyen de l'amorce 29 (c'est-à-dire du cercle forme par le lieu géométrique des centres de ses sections) est compris entre un tiers et trois quarts du diamètre intérieur de la paroi latérale 3. Le poids de l'amorce 29 est comprise en 5 et 20 % du poids de la charge initiale 28, de préférence, aux environs de 10 96 de celui-ci. On utilise donc une amorce composée de 5 à 10 grammes de métal pour un lit de 50 à 100 grammes d'oxyde
La charge initiale 28 constitue, lorsqu'elle est fondue en sa quasi-totalité, un pied de bain liquide sur laquelle est déposée le mélange dont on veut effectuer la fusion avec coulée.On choisit, de préférence, une granulométrie de 0,5 à 2 millimètres en ce qui concerne les grains ou les copeaux dont est formée l'amorce 29 en tore.

Cette amorce annulaire 29 constitue une spire en court-circuit par laquelle passe le courant induit provoquant son échauffement et engendrant des arcs qui contribuent à chauffer la charge environnante 28. La combustion du métal à rair libre (Al, Zr) ou dans de l'oxygène (Mg), ne produit que de l'oxyde qui est le même que celui constituant la charge initiale 28. I1 np a dons aucune pollution de celle-ci.

Dans un mode de réalisation avantageux du procédé suivant l'invention, l'inducteur 20 est alimenté en énergie électrique au moyen d'un générateur pouvant fonctionner à au moins deux fréquences différentes pouvant passer rapidement de l'une à l'autre, dont la supérieure peut être comprise, par exemple, entre sensiblement le double et le triple de l'inférieure. Pendant l'amorçage et l'initiation de la fusion de la charge initiale 28, on utilisera la fréquence supérieure jusqu'à ce qu'elle soit fondue dans sa quasitotalité pour disposer d'un pied de bain bien liquide. Ensuite, lorsque l'on commence à verser le mélange pulvérulent ou granuleux, on commute le générateur pour qu'il fournisse un courant à la fréquence inférieure. Ces deux fréquences seront choisies en fonction du diamètre intérieur de la paroi latérale 3 de la gaine 2.On a utilisé ainsi une fréquence de fonctionnement normal comprise entre 2 et 3 MHz et une fréquence d'initiation comprise entre 5 et 6 MHz pour un diamètre de bain de 60 à 80 millimètres environ et une fréquence normale de 0,5 à 1 MHz et une fréquence d'initiation de 1,5 à 2,5 MHz pour des diamètres de bain de 80 à 120 millimètres, par exemple.

Il est à remarquer ici que la buse 23 n'est pas obligatoirement utilisée pour la coulée en continu du mélange avec évacuation préalable de la charge initiale 28 fondue qui permet d'initier la fusion du mélange, mais également à ltévacuation de la charge initiale 28 et d'un partie de la charge normale ultérieure de mélange et d'utiliser le dispositif décrit ci-dessus et représenté sur la figure annexée, de la manière décrite dans les publications précitées pour obtenir des lingots électrofondus d'un mélange dont le brassage à l'état liquide est assuré à l'aide du champ magnétique dé l'inducteur 20 permettant d'obtenir une homogénéisation et de la température du bain et du mélange.

La puissance du générateur haute-fréquence devant alimenter l'inducteur 20 est fonction de la quantité de charge à fondre, de sa température de fusion et elle est généralement choisie entre 50 et 250 kilowatts et sa fréquence décroit avec l'augmentation de la dimension transversale (diamètre) du bain.

Claims (22)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fusion par induction directe d'un mélange composé de-deux ou de plusieurs oxydes métalliques reractaires qui sont isolants à froid, dont une première composante importante est l'oxyde d'un métal qui est conducteur électrique à l'état froid et qui entre en une réaction fortement exothermique avet l'oxygène, lorsqu'il est chauffé, et dont la température de fusion etiou d'amor çage est supérieure à celles des autres composantes, du type dans lequel la charge à fondre est introduit à I'ét pulvérulent ou granuleux dans un espace délimité par une gaine froide (2) comprenant une paroi latérale cylindrique (3) composée d'un grand nombre d'éléments tubulaires creux (5) juxtaposés, réalisés en un matériau conducteur électrique et thermique non ferromagnétlque, isolés l'un de l'autre et parcourus chacun d'un fluide de refroidissement, dont le fond (4) est obturé au moyen d'une sole refroidie, la paroi latérale (3) étant entourée sur au moins sa partie inférieure par un inducteur multispire (20) de forme hélicoYdale, caractérisé en ce que l'amor çage de la fusion du mélange est effectué au moyen d'une charge initiale (28) comprenant uniquement la première composante, disposée sur la sole (4) jusque une hauteur inférieure à celle de l'inducteur (20), en utilisant une amorce (29) de type connu en soi, en copeaux ou en grains du métal dont l'oxyde constitue la charge initiale (28), celle-ci constituant, lorsqu'elle a été fondue dans sa quasi-totalité par l'application d'un courant haute-fréquence à l'inducteur (20), un pied de bain liquide et conducteur permettant d'amener la charge ultérieure composée du mélange, déposée alors sur sa surface, à sa température d'amorçage etlou de fusion.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'amorce en grains ou copeaux du métal dont l'oxyde est la charge initiale (28), est disposée à l'intérieur de celle-ci sous-Ia forme d'un anneau (29), sensiblement coaxialement avec la gaine (2) et l'induc- teur (20) et à la mi-hauteur environ de ce dernier, cette amorce annulaire (29) constituant pour cet inducteur (20) une spire sensi blement en court-circuit disposé dans le champ magnétique hautefréquence engendré par celui-ci.

3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'amorce annulaire est en forme de tore (29).

4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le diamètre moyen de l'amorce tor & dale (29) est compris entre un tiers et trois quarts du diamètre intérieur de la paroi latérale (3) de la gaine (2).

5. Procédé suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'amorce (29) en métal constitue entre 5 et 20 96 environ du poids de la charge initiale (28).

6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le poids de l'amorce (29) est sensiblement 10 96 du poids de la charge initiale (28).

7. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, ca ractérisé en ce que, pendant la période d'initiation de la fusion, l'inducteur (20) est alimenté par un courant alternatif haute-fre- quence d'une première fréquence supérieure à une seconde fréquence utilisée pour la fusion du reste de la charge après l'obtention du pied de bain liquide constituée par la charge initiale (28) fondue, les deux fréquences étant choisies en fonction des dimensions transversales intérieures de la gaine (2).

8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la première fréquence est comprise entre le double et le triple de la seconde.

9. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première composante du mélange formant la charge initiale (28) est constituée par de l'alumine, de la zircone ou de la magnésie.

10. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que, lorsque la charge initiale (28) est en alumine ou en zircone, l'initiation de la fusion à l'aide de l'amorce (29) en aluminium ou en zirconium est effectuée à l'air libre.

11. Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que, lorsque la charge initiale (28) est en magnésie, l'initiation de la fusion à l'aide de l'amorce (29) en magnésium est effectuée à l'intérieur d'une enceinte évacuée, sous une faible pression d'oxygène pur.

12. Procédé suivant l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que le mélange constituant la charge ultérieure (21) est un composé d'alumine et de silice, la charge initiale S283 étant en alumine et l'amorce (29) en copeaux ou en grains d'aluminium.

13. Procédé suivant la revendication 12, caractérisé en ce que le mélange est constitué par de la mullite composé sensiblement de 60 96 d'alumine et de 40 96 de silice, dont le point de fusion est à 2 0000C environ.

14. Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsqu'une proportion notable de la charge ultérieure de mélange (21) sensiblement égale ou supérieure au volume de la charge initiale (28) a été fondue, cette dernière est évacuée à travers l'orifice (26) d'une buse (23) traversant le fond (4) et réalisée en un métal conducteur à froid et ayant une température de fusion supérieure à celle du mélange, en chauffant l'embout (25) de la buse (23) qui émerge vers le bas à travers le fond (4) à une température au moins légèrement supérieure à celle de fusion du mélange.

15. Procédé suivant la revendication 14, caractérisé en ce que l'embout (25) de la buse (26) est chauffé par induction au moyen d'un inducteur (27) parcouru par un courant alternatif moyenne fre- quence, entourant sa partie inférieure qui émerge de la gaine (2)

16.Dispositif de fusion par induction directe avec coulée en continu, notamment d'un mélange d'oxydes métalliques réfractaires, du type comportant une gaine refroidie (2) ayant une paroi latérale cylindrique (3), composée d'un grand nombre d'éléments (6) juxtaposés, thermiquement et électriquement conducteurs, non-ferromagnétiques, électriquement isolés l'un de l'autre et parcourus d'un fluide de refroidissement, dont le fond est obturé au moyen d'une sole (4) refroidie et qui est entourée par un inducteur multispire hélicoldal (20) sur au moins sa partie inférieure, la charge (21) étant versée dans la gaine (2) par la haut à l'aide d'une trémie (21), caractérisé en ce que la sole froide (4) est réalisée sous la forme d'un anneau dont l'ouverture centrale (19) est traversée par une buse (23) en métal réfractaire, conducteur à froid, dont la température de fusion est supérieure à celle de la charge (21, 28), la buse (23) comportant un embout (25) dont une partie émergeant de la sole (4) est entourée d'un autre inducteur (22) alimenté par - un courant alternatif moyenne-fréquence, afin de l'amener et de la maintenir à une température supérieure à celle de fusion de la charge (21, 28) pendant toute la durée de la coulée, la buse (23) étant thermiquement et galvaniquement isolée de la sole (4) au moyen d'un isolateur en matériau céramique réfractaire interposé, la coulée s'effectuant par un orifice central (26) de la buse (23) qui la traverse de haut en bas.

17. Dispositif suivant la revendication 16, caractérisé en ce que la sole annulaire (4), lorsqu'elle est en matériau conducteur, est interrompue le long d'un rayon afin de constituer une spire ouverte pour les deux inducteurs (20, 27).

18. Dispositif suivant l'une des revendications 16 et 17, caractérisé en ce que la partie supérieure de la buse (23) comprend un épaulement (24) disposé au-dessus de la sole froid (4) et qui est chauffé principalement par champ magnétique alternatif engendré par l'inducteur (20) entourant la paroi latérale (3) de la gaine (2).

19. Dispositif suivant l'une des revendications 16 à 18, caractérisé en ce que la forme de la trémie (21) et, éventuellement, les vibrations qu'elle subit, sont choisies de telle sorte que la charge pulvérulante introduite compense la quantité de la charge fondue, évacuée par l'orifice (26).

20. Dispositif suivant l'une des revendications 16 à 19, caractérisé en ce que, lorsque la première composante du mélange est constituée par de l'alumine, la buse (23) est en tungstène.

21. Dispositif suivant l'une des revendications 16 à 19, caractérisé en ce que la buse (23) est réalisé en un matériau "composite" à base de carbone et de silicium, tel que le carbure de silicium (C Si).

22. Dispositif suivant-l'une des revendications 16 à 19, caractérisé en ce que la buse (23) est réalisé en un graphite du type vitrifié ou pyrolitique dont au moins la surface. est recouverte d'une couche d'oxyde céramique réfractaire pour permettre son utilisation en atmosphère oxydante.