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Appareil et procède perfectionnas pour purifier des métaux sous vide.*
La présente Invention concerne d'une manière générale ; la purification des métaux, et particulièrement l'enlèvement des gaz et d'autres impuretés à partir de métaux en fusion au moyen d'un traitement sous vide, Plus particulièrement l'inven- tion concerne le traitement sous vide de métaux non ferreux comme le cuivre.
Un traitement sous vide, dans le sens de la présente invention est un processus consistant à exposer un métal en fusion à la pression d'un gaz qui est très faible par rapport
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à la pression atmosphérique. On sait, bien entendu,, dans la technique de la purification des métaux, qu'un traitement sous vide enlève les gaz et des impuretés volatiles à partir de métaux en fusion.
D'une manlère générale, la demanderesse a conçu dans la présente invention 'un dispositif pour traiter sous vide en
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continu ur. courut de ",.6',-",,, en f1,,,,,.!io..... T 7v ce b"...3.±^ par exemples un appareil conforme à la présente invention peut être disposé entre un four qui fait fondre un métal en continu et une unité
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de 1'\O\Z:BE;O q'.1:1. .a,' v..TwT^.i,.,ée et resolidifia le métal en continu, de manière à traiter sous vide le métal en continu entre une fusion en contins, et un soulage en continu.
Des avantages importants
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de 1a pi;"IL-Je:"t0 S.I:;'Yi}'1tlons par rapport à la technique ro1térieure" son la simplieité de construction; l'économie et le rendement de cet appare@l.
L'app@reil classique le moins compliquepour un trai-
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tc>:nent sous 3 t.: comprend simplement un réclpie.."lt chauffe qui est ouvert à sa partie supérieure et qui contient le métal en fusion,, une enceinte étanche autour du récipient et une pompe pour évacuer les gaz à partir de l'enceinte afin de créer et de maintenir une pression de gaz très faible au-dessus du métal en fusion. Il est bien connu que cet appareil simple de traite- ment sous vide a deux inconvénients principaux ! d'abord la purification est très lente, et ensuite cet appareil simple ne tr@ito qu'en diccontinu le métal en fusion.
On connaît éga- lement -les dispositifs classiques pour supprimer ces inconvé- et qui @ont basés sur deux moyens généraux, à savoir : ' premièrement qu'une ngitation du métal en fusion accélère Inaction de purification sous vide, et deuxièmement qu'une enceinte souni@e à une faible pression pe@t être alimentée
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et déchargée par des dispositifs agissant sur la pression sans perturber les conditions de pression régnant dans l'enceinte.
Autrement dit, un appareil de traitement sous vide qui permet d'obtenir des allures de traitement relativement élevées lors d'un fonctionnement en continu répond à l'état de la technique classique. Toutefois, bien que cet appareil de traitement clas- sique sous vide comporte un moyen général largement connu en principe, il n'a pas atteint des résultats pratiques intéres- sants pour le traitement à grande échelle de métaux non ferreux en raison de sa complexité. Cette complexité s'ajoute à l'asso- ciation inhabituelle de températures et de gradients de tem- pérature élevés, ainsi que de gradients de pression élevée et d'actions de corrosion et d'érosion qui se manifestent couram- ment dans le traitement sous vide de métaux en fusion.
En conséquence, un but principal de la présente in- vention est l'obtention d'un dispositif industriel pour le traitement sou3 vide rapide et continu de métaux en fusion, en particulier de métaux non ferreux, ce dispositif étant extrême- ment moins compliqué que les dispositifs déjà connus ou évidents pour les techniciens.
Un autre but de la présente invention est l'obtention d'un dispositif industriel pour traiter sous vide des métaux en fusion,en particulier des métaux: non ferreux, dispositif plus économique que ceux dont on disposait jusqu'ici. L'inven- tion vise encore un dispositif pour purifier, à un degré plus important qu'on ne pouvait l'obtenir jusqu'ici des métaux en fusion, en particulier des métaux non ferreux.
La présente invention vise encore d'autres buts rela- tivement moins importants qui sont les suivants :
1 ) un 'appareil moins compliqué, plus économique et
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plus efficace pour traiter sous vide du cuivre en fusion ;
2 ) un appareil de traitement sous vide 'de cuivre en fusion, convenant particulièrement pour du cuivre en fusion contenant de l'hydrogène à l'état dissous ;
3 ) des modes de réalisation d'un appareil destinés à traiter du cuivre en fusion et dans lesquels les pertes de chaleur sont réduites à un minimum
4 ) des modes de réalisation d'un appareil destinés à traiter du cuivre en fusion et ayant un rapport maximal entre l'exposition des surfaces et le débit volumétrique ;
5 ) des modes de réalisation d'un appareil destiné à traiter sous vide du cuivre en fusion et dont la structure, l'utilisation et la maintenance sont simples ;
6 ) des modes de réalisation d'un appareil, destinés à traiter sous vide du cuivre en fusion et dans lesquels les difficultés de conception provenant des gradients de pression, des gradients de température et des effets corrosifs sont ré- duites à un minimum ;
7 ) des modes de réalisation d'un appareil destiné à traiter sous vide du cuivre en fusion et dans lesquels une certaine porosité de structure peut être tolérée ;
8 ) un appareil destiné à traiter sous vide du cuivre en fusion et dans lequel la matière qui est en contact avec le cuivre en fusion et qui est soumise aux températures du cuivre en fusion est entièrement constituée par du graphite.
On va maintenant décrire l'invention en détail à titre illustratif et non limitatif en se référant au dessin annexé, sur lequel : la figure 1 représente un appareil de traitement sous vide "à froid" du type "à réservoir détaché";
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la figure 2 représente un appareil de traitement .sous vide "à froid" du type à "réservoir extérieur" ; la figure 3 représente des agencements de tube en U et de réservoir Intérieur pour l'appareil de traitement sous 'vide "è froid" ;
la figure 4 montre une série d'agencements schémati- ques de divers appareils de traitement sous vide "à froid" les figures 5 à 10 sont des coupes et d'autres vues d'adaptations'd'un "bloc cylindrique" à certains des modes de réalisation de l'appareil de la figure 4,, conformément à la présente invention ; la figure 11 représente en coupe un appareil typique de traitement sous vide "à chaud" conforme à la présente inven- tion.
Comme on l'a mentionné au début de cet exposée la combinaison de conditions défavorables dans un appareil de trai- tement sous vide d'un métal en fusion crée de nombreuses diffi- cultes de conception inhabituelles. Ces conditions défavorables comprennent des températures élevées, des gradients de tempé- ratures élevés, des gradients de pression importants et des effets corrosifs des métaux en fusion. Les difficultés de conception proviennent principalement du fait qu'on ne dispose pas d'une manière générale de matériaux de construction qui soient capables de supporter simultanément toutes ces conditions défavorables.
De ce fait,, dans les parties d'un appareil typique classique de traitement sous vide où ces conditions défavorables s'exercent simultanément, des dispositifs spéciaux impliquant des combinaisons de matériaux sont généralement nécessaires pour supprimer ces difficultés. On peut se rendre compte comment ces conditions défavorables provoquent des difficultés lors de
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la conception d'un appareil de traitement sous vide d'un métal en fusion et comment on peut supprimer ces difficultés, en comparant un appareil de traitement sous vide "à froid" et un appareil de traitement sous vide "à chaud".
On va maintenant se référer à la figure 1 qui re- . présente un appareil pour le traitement sous vide à froid du @ mercure. A la connaissance de la demanderesse, l'appareil de la figure 1 n'est-, pas utilisé pratiquement, parce que d'autres dispositifs bien connus pour purifier du mercure sont plus efficace ledit appareil étant classique en ce sens qu'il ne comporte aucune nouveauté ou aucun moyen général qui ne soient déjà connus, On peut voir sur la figure 1 un réservoir 1 (destiné à contenir du mercure non purifié 2), un tube 3 s'éten- dant en dessous du niveau du mercure 2 dans le réservoir 1 jusque dans une enceinte 4.,
un tube 5 qui s'étend depuis l'en- celnte 4 jusqu'en dessous de la surface du mercure purifié 6 se trouvant dans un réservoir 7, une pompe à vide 8 et un tube 9 .reliant la pompe à vide 8 à l'enceinte 4. Tout l'appareil de la figure 1 est en verre, sauf par exemple la pompe à vide 8.
Comme représenté sur la.figure 1 par des flèches 10 et 11, le mercure s'élève à partir du réservoir 1 dans le tube 3 le long de la partie inférieure d'une enceinte 9 et descend par le tube jusque dans le réservoir 7. Cet écoulement du mercure provient, bien entendu, des différences de pression entre la pression atmosphérique, agissant sur le mercure contenu'dans les réservoirs 1 et 7., et la pression très faible, par rapport à la pression atmosphérique, agissant sur le mercure contenu dans l'enceinte 4 et maintenue par la pompe à vide 8.
La hauteur 12 du tube 3 et la hauteur 13 du tube 5 sont, bien entendu, , respectivement inférieure et supérieure à la colonne de mercure
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équivalant à la différence de pression précitée. Autrement dit, si l'on suppose que la pression dans l'enceinte 4 équivaut à
1 mm de mercure et si la pression atmosphérique est de 760 mm de mercure, la hauteur 12 est inférieure à 759 mm et la hauteur 13 est supérieure à 759 mm. Afin que, lors de l'écoulement du mercnre hors du réservoir 1 et dans le réservoir 7, les hau- teurs @ @ 13 ne varient pas,
on voit que le niveau du réser- voir est al@ en continu par des gouttes 14 et que le ré- servoir 7 se vide @nuellement par un débordement en gout- tes 15. Grâce à cette alim@ et ce vidage des réservoirs respectifs1 et 7, il est facile de v@ @ @ement du mercure dans l'enceinte 4 est également continu.
On voit maintenant que l'appareil en verre de la figure 1 constitue un dispositif pour soumettre du mercure à une pression très faible, par rapport à la pression atmosphé- rique, sous forme d'un passage continu et qu'il constitue dans ce sens un appareil pour traiter du mercure sous vide en con- tinu. On peut également comprendre maintenant en négligeant pour le moment la question du rendement de la purification d'un tel appareil, que l'appareil représenté sur la figure 1 pourrait parfaitement servir à traiter sous vide des métaux autres que du mercure s'il était chauffé suffisammen t pour maintenir en fusion ces autres métaux.
Par exemple, en chauf- fant la totalité de l'appareil en verre de la figure 1 dans un four qui est clos à l'exception de la pompe à vide 8, tout métal pouvant fondre à une température inférieure au point de ramollissement du verre pourrait être traité sous vide, à con- dition que le métal n'attaque pas le verre et que les hauteurs 12 et 13 soient convenablement réglées. Bien entendu, si l'on utilisait une matière différente, comme du quartz fondu au
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lieu de verre, pour construire l'appareil de la figure 1, la température maximale d'utilisation de l'apparil pourrait être considérablement augmentée.
De ce fait, à la limite, à condition de disposer de matériaux de construction appropriés, un appa- reil'tel que celui de la figure 1 serait capable de traiter des métaux sous vide sans qu'on ait à tenir compte du point de fusion. Malheureusement, pour traiter sous vide des métaux ayant des points de fusion supérieurs à 800 C, en ne dispose pas de tels matériaux de construction pour construire un ap- pareil comme celui de la figure 1, ou bien leur prix est prohi- bitif, compte tenu du fait que l'appareil doit avoir des dimen- sions correspondant à une utilisation industrielle.
Dans le cas du cuivre par exemple, qui fond à environ 1080 C, seuls des métaux réfractaires, comme le molybdène, le tantale et le tungstène, offrant une possibilité pratique de réaliser un appareil tel que celui de la figure 1 pour traiter sous vide du cuivre en fusion, en supposant que la totalité de l'appareil soit maintenue au-dessus de 1080 C, comme il convient. Actuel- lement, on ne trouve pas ces métaux réfractaires dans le com- merce avec des formes et des dimensions convenant pour con- struire un appareil comme'celui de la figure l, ayant des di- mensions industriellement utiles.
De plus, si l'on pouvait trou- ver ces métaux réfractaires ayant des formes et des dimensions appropriées, ils risqueraient d'être extrêmement coûteux, Toutefois, cette dépense pourrait ne pas être un obstacle, si l'appareil construit en partant de tels matériaux était fiable et avait une longue vie utile. Autrement, si ces matériaux réfractaires conservaient de bonnes propriétés mécaniques pen- dant une longue durée malgré des températures élevées et des alternances de températures élevées et faibles et si, de plus,
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ils notaient en rien affectés par les métaux en fusion avec lesquels ils seraient utilisés et par les impuretés contenues , dans ces métaux, le prix de revient élevé de l'appareil pour- rait être amplement justifié.
Il reste à prouver que ces métaux réfractaires ou leurs alliages pourraient conserver longtemps leurs propriétés mécaniques et leur insensiblité à la corrosion auX températures élevées, mais on ne peut pas en faire une règle générale et, par suite, un appareil comme celui de la figure 1, construit en métal réfractaire ou en alliage de mé- taux réfractaires au lieu d'être en verre, bien qu'il n'ait pas de possibilité pratique à l'échelle industrielle, ouvre peut-être la voie à une possibilité future de traiter sous vide des métaux tels que le cuivre.
Bien entendu, il faut noter que, du fait que des métaux réfractaires comme le molybdène et le niobium s'oxydent rapidement à l'air à des températures élevées, il serait nécessaire d'entourer d'une atmosphère Inerte comme de l'azote un tel appareil en métal réfractaire chau ff é.
Il va de soi que l'appareil de traitement sous vide "à froid" de la figure 1 pourrait, grâce à une utilisation d'un matériau de construction approprié comme un métal réfractaire et, de plus, grâce à l'addition d'un dispositif de chauffage comme un four clos, être adapté d'une manière directe au trai- tement sous vide de métaux ayant des points de fusion élevés comme le cuivre. Toutefois, il faut également noter qu'on ne dispose pas actuellement de matériaux de construction appro- priés sous une forme et avec des dimensions convenables, si ce n'est à un prix prohibitif et que la résistance mécanique et la facilité de corrosion de ces matériaux lors d'un traite- ment prolongé sous vide sont parfaitement connues.
En consé-
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quence, on comprendra que l'adaptation directe de,l'appareil de la figure l à une utilisation pour traiter des métaux sous vide comme le cuivre, bien qu'elle soit concevable, n'est pas prati- que actuellement et que, par suite, il est plus pratique actuel- . lement d'adapter directement l'appareil de la figure 1, en utilisant des combinaisons de matériaux de construction, de techniques de construction spéciales et en chauffant sélecti- vement des parties de l'appareil et non sa totalité.
Ainsi, par exemple, dans une adaptation directe de l'appareil de la figure 1, l'enceinte 4 pourrait facilement être constituée par un matériau différent de celui des tubes 3 et 5, afin de résis- ter à des conditions différentes de pression, de température et de corrosion rencontrées, et cette utilisation de matériaux différents pour les tubes 3 et 5 et pour l'enceinte 4 exigerait bien entendu un dispositif spécial pour raccorder ces tubes dans l'enceinte 4, eu égard à ces différences et aux coeffi- cients de dilatation thermique différents.
En outre, par exem- ple, il serait commode de constituer les tubes 3 et 5 en deux parties faites de matériaux différents, à savoir une enveloppe extérieure ayant une bonne résistance mécanique au détriment d'une facilité de corrosion élevée et un garnissage intérieur fait d'un matériau risquant peu de se corroder au détriment d'une faible résistance mécanique. De plus, encore, par exemple le tube 3 pourrait facilement se décharger non dans la base de l'enceinte 4 comme sur la figure 1, mais dans un récipient chauffé monté dans l'enceinte 4., ce qui éviterait la nécessité de chauffer directement cette dernière.
De telles nécessités comme dans les exemples précédents pour adapter l'appareil de la figure 1 d'une manière directe de façon à réduire la nécessité d'utiliser des matériaux de construction pouvant
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supporter simultanément un( pression élevée et des gradients de ' température importants, des températures élevées et résister à des effets extrêmement corrosifs sont, bien entendu, impos- sibles à chiffrer et sont plus ou moins évidentes pour les ingénieurs de la technique des traitements sous vide.
Il est également évident pour les ingénieurs de la technique des trai- tements sous vide, à titre de fait général, qu'une telle adaptation classique,indirecte de l'appareil de la figure 1, bien qu'elle laisse un vaste choix de matériaux et de techni- ques, se traduit par une complication considérable de l'appareil.
En outre, il est évident pour les techniciens en la matière que la complication inévitable résultant de l'adaptation de l'appareil de la figure 1 d'une manière indirecte de manière à pouvoir traiter sous vide et "à chaud" des métaux en fusion comme le cuivre peut provenir en partie de la forme et de l'agencement géométrique de l'appareil de la figure 1. En con- séquence, les techniciens en la matière verront facilement qu'un appareil de traitement sous vide "à froid" similaire d'une façon générale à l'appareil de la figure l, mais ayant un agencement géométrique différent pourrait convenir mieux pour une adaptation indirecte à des fins de traitements à chaud.
A ce sujet, on,va se référer maintenant à la figure 2 qui re- présente un appareil de traitement sous vide en continu 'qui est similaire dans son ensemble à l'appareil de la figure 1.
De mené que l'appareil de la figure 1 l'appareil de la figure 2 est destiné au traitement sous vide de matières liquides, comme du mercure. Bien entendu, comme précédemment, le traitement sous vide de liquides, comme du mercure, entre dans le cadre . de la présente invention dans la mesure où un appareil de trai- tement sous vide "à froid" s'adapte à un appareil de traitement
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sous vide "à chaud , et dans la mesure ou l'exposé de l'appareil de traitement sous vide à froid sert simplement de base pour l'exposé de l'appareil de traitement sous vide à chaud.
On peut voir sur la figure 2 un réservoir d'admission circulaire 20 destiné au mercure non traité 21, un tube 22 s'étendant au droit de la base du réservoir et comportant une surface extérieure supérieure 23, une surface supérieure inté- rieure 24 et une surface inférieure intérieure 25 ; l'appareil comprend également un réservoir de sortie circulaire 26 destiné au mercure traité 27, un bossage central de centrage 28 s'éten- dant vers le haut depuis la base du réservoir 26 jusque dans la partie inférieure du tube 22, un tube 29 comportant une surface intérieure 30 (enveloppant la partie supérieure du tube. 22), et une pompe à vide 31 reliée au tube 29. Tout l'ap- , ,pareil 1 de la figure 2, sauf la pompe à vide 31, est, par exemple, en verre.
Comme représenté sur la figure 2 par les flèches 32 et 33, le mercure s'élève à' partir du réservoir 20 dans l'in- tervalle annulaire compris,entre la surface extérieure 23 du tube 22 et la surface intérieure 30 du tube 29, puis il descend le long de la surface intérieure 24 du tube 22, passe par l'intervalle annulaire compris entre la surface inférieure in- térieure 25 du tube 22 et le bossage 28 et parvient dans le réservoir de sortie 26. Bien entendu, le mercure s'écoule sous l'effet de la différence de pression entre la pression atmosphé- rique exercée sur le mercure contenu dans les réservoirs
20'et 26, ainsi que sous l'effet de la pression très faible (par rapport à la pression atmosphérique) s'exerçant dans les tubes 22 et 29 et maintenue par la pompe à vide 31.
La hauteur 34 de l'espace annulaire d'admission 35 et la hauteur 36 de
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1'espace annulaire de sortie 37 sont, bien entendu, respective- ment inférieure et supérieure .à la colonne de mercure équiva- lant à la différence de pression précitée. Autrement dit, si , l'on suppose, par exemple, que la pression dans les tubes 22 et 29 équivaut à la 1 mm de mercure et que la pression atmos- phérlque est égale à 760 mm de mercure, la hauteur 34 est alors inférieure à 759 mm et la hauteur 36 est supérieure à
759 mm.
Du fait que, lorsque le mercure sort du réservoir 20 et pénètre dans le réservoir 26, les hauteurs 34 et 36 ne varient pas, on voit que le réservoir 20 est continuellemen t alimenté au niveau voulu par les gouttes 38 et que le réservoir 26 s'épui- se continuellement par un débordement sous forme de gouttes 39.
Du fait de ce remplissage et de cet épuisement continus des réservoirs 20 et 26, respectivement, on voit que l'écoulement du mercure à travers l'appareil est également continu.
On voit maintenant clairement que l'appareil en verre,' ) de la figure 2 joue exactement le même rôle quo l'appareil en verre de la figure l, et. cela d'une manière sensiblement @ identique. Toutefois, on voit également que la forme et l'agen- cernent géométriques de l'appareil de la figure 2 sont totale- ment différents de ceux de l'appareil de la figure 1. La dif- ; férence la plus notable réside dans l'agencement annulaire d'alimentation et de décharge de l'appareil de la figure 2 par rapport à l'agencement tubulaire de l'appareil de la figurel.
Il est évident que l'appareil de la figure 2 est beaucoup moins encombran t que l'appareil de la figure l pour la même surface d'exposition du liquide à la faible pression, de sorte que l'appareil de la figure 2 se prête de lui-même beaucoup plus facilement à être chauffé en bloc, par exemple, lorsqu'on l'en- ferme dans un four cylindrique.
Par suit, dans l'adaptation
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directe de l'appareil de la figure 2 pour. le traitement sous vide "à chaud" de métaux comme le cuivre en utilisant un métal réfractaire au lieu de verre comme matériau de construction com- me proposé précédemment, pour adapter directement l'appareil de la figure 1, il est facile de comprendre qu'on obtiendrait à partir de l'appareil de la figure 2 un appareil de traite- ment sous vide "à chaud" moins encombrant.
On ne trouve pas encore des avantages offerts par l'appareil de la figure 2 pour une adaptation indirecte à des fins de 'traitement sous vide "à chaud", pour des métaux comme le cuivre, en dehors des matériaux actuellement disponibles et relativement coûteux,
Toutefois, avant d'insister plus sur l'influence de la forme géométrique d'un appareil de traitement sous vide "à froid" et sur les difficultés d'adapter indirectement cet appareil à des fins de traitement sous vide "à chaud", il faut préciser qu'en plus de l'appareil de la figure 1 et de l'appa- reil de la figure 2 il existe de nombreuses autres formes géométriques d'appareil de traitement sous vide "à froid" si- milaires dans leur ensemble, qui sont bien connues ou éviden- tes. A ce sujet, on va se référer aux figures 3 et 4.
La figure 3 représente en coupe deux autres agencements de réser- voirs qui diffèrent des agencements des figures 1 et 2. Si l'on examine les figures 1, 2 et 3, on voit que l'agencement de réservoir 40 de la figure 3 pourrait fort bien remplacer 2:$agencement de réservoir d'admission de la figure 1 (fixé ,en dessous de la droite 16 de la fig. 1) et que l'agencement de réservoir 41 de la figure 3 pourrait fort bien remplacer l'agencement de réservoir d'admission de la figure 2 (fixé au-dessus de la ligne 42 sur la figure 2). La figure 4 repré- sente très schématiquement quelques-uns des nombreux appareils,
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comprenant ceux des figures 1 et 2 à des fins de comparaison, qui peuvent résulter des quatre agencements de réservoirs dif- férents représentés sur les figures 1, 2 et 3.
Pour identifier les divers appareils de la figure 4, et d'autres appareils non représentés sur la figure 4 mais ayant un rapport avec ceux de cette figure, la demanderesse utilise ci-après une terminologie qui, dans certains cas, est familière aux techniciens en la matière, mais dans d'autres cas elle a dû choisir des termes assez arbitraires.
La demanderesse utilise l'adjectif "tubulaire" pour identifier le type d'ali- mentation représenté sur la figure 1 et dans l'agencement 40 de la figure 3, et elle utilise l'adjectif "annulaire" pour qualifier le type d'alimentation représenté sur la figure 2 et dans l'agencement 41 de la figure 3. La demanderesse appelle respectivement "détachés" et "tubes en U" les types de réser- voirs représentés à propos de l'alimentation tubulaire, c'est- à-dire ceux de la figure 1 et de l'agencement 40 de la figure 3.
La demanderesse utilise l'adjectif "détaché" pour le réservoir de la figure 1 parce qu'il est détaché, c'est-à-dire séparé, de l'alimentation tubulaire, à la différence du réservoir à tube en forme d'U qui est un prolongement fixé de l'alimenta- tion tubulaire. La demanderesse appelle respectivement ?texte- rieur" et "intérieur" 'les types de réservoirs représentés à propos de l'alimentation annulaire, c'est-à-dire ceux de la figure 2 et dans l'agencement 41 de la figure 3, pour signifier, dans le cas de la figure 2 que le réservoir est extérieur par rapport au trajet d'alimentation, et dans le cas de l'agencement 41 que le réservoir est intérieur par rapport au trajet d'alimentation.
Toutefois, cette terminologie devient assez laborieuse
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lorsqu'il est nécessaire d'exposor les diverses combinaisons de trajets d'alimentation et de réservoirs qui sont utilisés conformément à la présente invention, En conséquence, la de.. manderesse a trouvé commode de désigner les types d'alimenta- tion, et les types de réservoirs par des lettres. Ainsi, l'al1- mentation tubulaire est' désignée par Aet l'aimentation annulaire par B. Un réservoir détaché est désigné pnr a, un réservoir à tube en U par b, un réservoir extérieur par et un réservoir intérieur par d.
Par suite, l'appareil de la figure 1 est appelé "alimentation tubulaire et réservoir d'admission détaché avec une alimentation tubulaire et un réservoir 'de sortie détaché", et cet appareil est désigné par AaAa, l'appareil de la figure.2 est appelé t'alimentation annulaire et réservoir d'admission extérieur avec admission annulaire et de réservoir de sortie extérieur^ et il est désigné par BcBc et, en consé- quence également, les divers appareils 50 à 59 de la figure 4 sont désignés respectivement par AaAa, AbAb,'BcBc, BdBd, AaAb, AaBc, AaBd, AbBd, AbBo, AbBd, BcBd et ils sont appelés de façon correspondante.
On peut voir qu'en interchangeant les agence- ments de réservoirs d'entrée et de sortie des appareils 54 à 59 de la figure 4, on obtient six appareils supplémentaires désignés respectivement AbAa, BcAa, BdAa, BcAb, BdAb, BdBc et ' appelés d'une façon correspondante. On voit donc qu'on peut concevoir au moins 16 appareils distincts de traitement sous vide à partir des quatre types d'agencement de réservoirs re- présentés sur les figures 1, 2 et 3 et, que ces 16 appareils sont nommés et désignés sans aucune ambiguïté, comme expliqué ci-dessus. Pour des raisons de simplicité, les appareils de la figure 4 sont représentés sans leurs pompes à vide respectives, les raccordements à ces'pompes étant indiqués dans chaque cas
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'par une flèche.
De plus, pour des raisons de simplicité, les appareils de la figure 4 sont représentés vides, les réservoirs d'admission et-de sortie étant indiqués dans chaque cas respec- tivement par la lettre 3 et o, Etant donné les descriptions pré- cédentes du mode de fonctionnement des appareils des figures 1 et 2 (50 et 52 sur la figure 4), le mode de fonctionnement de tous les appareils de la figure 4 aussi bien que ceux qui ne sont pas compris sur cette figure mais qui sont mentionnés ci- dessus, est évident sans autre description, étant donné que les moyens généraux de pression de fonctionnement de tous les ap- pareils sont identiques.
Bien entendu, chacun des seize appareils de traite- ment sous vide "à froid" mentionnés ci-dessus à propos de la figure 4 pourrait être adapté directement à des fins de trai- tement sous vide "à chaud" de'la manière proposée précédemment pour les appareils des figures 1 et 2, c'est-à-dire en con- struisant chaque appareil en un métal réfractaire et en enfer- mant chacun d'eux ,dans un four. Toutefois, comme on l'a déjà , mentionné, la construction d'un appareil de traitement sous vide "à chaud" de dimensions industrielles avec des métaux réfractaires est, au moins pour le moment, peu pratique eu égard au prix de cet appareil et des incertitudes relatives à ses propriétés lors d'une utilisation prolongée sous vide à chaud de ces métaux réfractaires.
En outre, chacun des seize appareils mentionnés ci-dessus pourrait bien entendu être adapté indirectement à des fins de traitement sous vide "à chaud" dans une grande variété de manières, dont on a mentionné certaines à titre d'exemple à propos de l'appareil de la figure 1. Comme on l'a déjà mentionné, les difficultés d'une telle adaptation indirecte dépendent plus ou moins de
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la forme géométrique de 1'appareil adapté, et on a déjà -compris que certains des seize appareils mentionnés ci-dessus peuvent avoir des avantages par rapport à d'autres des appareils selon, bien entendu, le mode particulier d'adaptation, Le travail d'évaluation d'une manière générale des avantages respectifs des seize appareils de traitement, sous vide "à 'froid" précités,
en vue d'une adaptation indirecte à des fins de traitement sous vide "à chaud" est, il est facile de le comprendre, en réalité un travail formidable étan t donné le grand nombre de considé- rationsqu'il implique, De ce fait, on va se limiter ici par la suite à un exposé des seize appareils de traitement sous vide "à froid" précités en'ce qui concerne l'adaptation indirec- te de ces appareils à des fins de traitement sous vide "à chaud" de la manière conçue dans la présente invention, Cette nouvelle manière pour adapter indirectement un appareil de traitement sous vide '"à, froid" afin d'en faire un appareil de traitement sous vide "à chaud" consiste à construire l'appareil pour sa majeure partie avec un ou plusieurs blocs, comme des blocs cylindriques,
d'un matériau réfractaire tel que du graphite tassé et on va maintenant la décrire,
On va maintenant décrire les fig. 5 à 9 et 10 qui sont soit des coupes soit des vues "transparentes" offrant une grande clarté, soit, des adaptations conformes à la présente invention de six des seize appareils de traitement sous vide précités. La demanderesse estime que les 6 adaptations des fig. 5 à 10 sont suffisamment représentatives pour illustrer clairement comment n'impo rte lequel des 10 appareils restants peut également être adapté conformément à la présente inven- tion.
A des fins de description, il peut être entendu que les appareils des fig. 5 à 10 sont destinés à un traitement sous
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vide "à froid" de liquides comme du mercure, mais l'on montrera plus tard comment l'adaptation à un traitement sous vide "à chaud" pour des métaux en fusion comme du cuivre en fusion est obtenue. Comme dans le cas des illustrations schématiques de la fig. 4, pour une raison de simplicité on n'a pas représenté de pompes à vide sur les fig. 5 à 10, les raccordements à ces dernières étant indiqués par une flèche et les appareils étant représentés vides, les réservoirs d'admission et de sortie étant indiqués respectivement par 1 et o.
Pour abréger les descrip- tions, les réservoirs des fig. 5 à 10 sont indiqués par les lettres ¯% ou b ou c ou d selon le type de réservoir conformé- ment aux désignations précédemment exposées à propos de la fig. 4, et les trajets d'alimentation par lesquels la matière liquide circule à partir du réservoir d'admission jusque la surface d'exposition puis jusqu'au réservoir de sortie sont in- diqués par les lettres A ou B selon le type de trajet, et égale- ment conformément aux désignations précédemment données.
Par exemple, la fig. 5, qui représente un appareil du type AaAa, comporte un réservoir d'entrée ou d'admission du type détaché est, de ce fait, marqué a, un trajet partant du réservoir d'en- trée et aboutissant à la chambre d'exposition du type tubulaire et, de ce fait, marqué A, un réservoir de sortié du type dé- taché et, de ce fait marqué a et un trajet partit de la chambre d'exposition et aboutissant au réservoir de sortie du type tu- bulaire marqué par conséquent A.
La coupe de la figure 5 représente un appareil de traitement sous vide conforme à la présente invention du type AaAa, dont on peut dire qu'il est identique' en ce qui concerne les types de réservoirs et les trajets d'écoulement, à l'appa- reil 50 de la figure 4 qui lui-même représente schématiquement
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l'appareil de la'figure 1.
De co fait, on comprendra que le mode de fonctionnement da l'appareil de la figure 5, en ce , qui concerne les dispositifs grâce auxquels la matière liquide' ,circule à travers l'appareil sous les actions combinées de la pesanteur et des pressions barométriques, est identique à celui de l'appareil de la figure 1 comme décrit précédemment, On notera en examinant la figure 5que ce mode de réalisation par- ticulier de la présente invention est constitué par deux blocs, c'est-à-dire un bloc supérieur 64 et un bloc inférieur 65 qui sont profilés à l'endroit de leur partie en butée de manière à con stituer les réservoirs d'entrée et de sortie du type détaché indiqués par a (i) et a (o), entre les deux blocs de sorte que le bloc inférieur 65 constitue un support sur lequel repose le bloc supérieur 64.
On remarquera également que les trajets d'alimentation d'entrée et de sortie (indiqués dans chaque cas par A) sont des alésages circulaires ménagés dans le bloc 64, qui s'étendent à partir des réservoirs vers le hnut jusqu'à la surface d'exposition 63 qui constitue la base de la cavité 66 à l'extrémité supérieure du bloc.64, Ces tra- ,jets d'alimentation d'admission et de sortie sont appelés ''alésages d'alimentation", et l'on peut voir que l'alésage d'alimentation d'entrée ou d'admission s'étendant à partir ,du réservoir d'entrée pénètre dans la surface d'exposition 63 au centre d'une dépression ou creux circulaire 68, et que , l'alésage d'alimentation de sortie s'étendant à partir'du ré- servoir de.sortie pénètre dans la surface d'exposition 63 à la périphérie, d'un creux ou dépression annulaire 67.
Outre les réservoirs d'admission et de sortie, les alésages d'alimenta- 'tion et les surfaces d'exposition 63 dont 1=appareil 50 de la figure 4 comporte des contreparties, on notera que l'appareil'
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de la figure 5 comporte également un alésage 62 qui s'étend - à partir du réservoir de sortie jusqu'à l'extérieur du bloc 65, un alésage 60 qui relie les réservoirs d'entrée et de sortie et enfin un canal 61 partant du réservoir d'admission et aboutis- sant à l'extérieur du bloc 65.
Les alésages 60 et 62 ainsi que le canal 61 ne figurent pas sous forme de contreparties dans l'appareil 50 de la figure 4. mais ils ont seulement une fonction secondaire en ce qui concerne 1'alimentation, la décharge et la mise en marche de l'appareil, ce qu'on verra plus tard en lisant la description relative à la figure 11.
En ce qui concerne l'emplacement des alésages d'alimentation par rapport à la surface 63, il est facile de comprendre que les emplacements des alésages d'alimentation d'entrée et de sortie pourraient facilement être interchangés sans pour autant mo- difier la configuration générale de l'appareil. Autrement dit, l'alésage d'alimentation d'entrée pourrait pénétrer périphéri- quement dans la surface 63, tandis que l'alésage d'alimenta- tion de sortie pénétrerait alors au centre de la surface, à l'inverse de la disposition représentée sur la figure 5, mais dans ce cas la surface 63 serait inclinée vers le bas à partir du bord jusqu'au centre au lieu d'être Inclinée à partir du centre jusqu'au bord comme représenté.
D'un point de vue de fonctionne-Tient, l'entrée centrale de l'alésage d'alimentation d'admission est préférée si la matière liquide devant être traitée sous vide contient une quantité de gaz suffisante pour provoquer une violente pulvérisation de cette matière sur l'entrée de la chambre sous vide en créant ainsi un effet de "fontaine" à la sortie de l'alésage d'alimentation d'entrée.
D'autre part, une entrée périphérique de l'alésage d'alimenta- tion d'admission est préférable si la quantité de gaz contenue
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est telle que Inaction de pulvérisation se trouve relativement diminuée. Bien entendu, on remarquera que d'autres facteurs,, comme le débit de la capacité de pompage du dispositif de création du vide, outre la teneur en gaz, déterminent égale- ment en partie l'importance de l'action de pulvérisation. On exposera plus tard à propos de la figure 11 d'autres aspects de la surface d'exposition 63, par exemple la signification du creux annulaire 67.
Pour les buts actuels, qui consistent à préciser la souplesse d'utilisation et la simplicité du procédé de con- struction conforme à l'invention, il s'agit principalement de décrire les aspects de construction de l'appareil de la figure 5.
A ce sujet, il est facile de comprendre, que, en supposant qu'on ' dispose d'un matériau de construction pouvant être facilement usiné, les blocs 64 et 65 sont facilement fabriqués par des techniques d'usinage simples et classiques. Il est évident que si l'appareil de la figure 5 doit être utilisé.à des fins de traitement sous vide à ,froid, on dispose de beaucoup plus de matériaux appropriés pour la fabrication que si l'appareil doit être utilisé à des fins de traitement sous vide à chaud, comme on l'a déjà expliqué et, comme on l'expliquera encore plus par la suite, il est probable que pour les deux fins précitées l'exigence la plus difficile à satisfaire réside dans une possibilité d'une résistance à la corrosion et à l'érosion par la matière liquide en circulation.
A propos de ces difficultés concernant une corrosion et une érosion, il est bon de noter que l'appareil représenté sur la figure 5 présente un certain inconvénient du fait des sections trans. versales relativement faibles de alésages d'alimentation par rapport à la surface spécifique d'exposition, ce qui implique
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l'utilisation d'un écoulement ayant une vitesse relativement élevée dans les alésages d'alimentation. Toutefois,
il faut également noter que leproblème concernant une érosion anormale dans les alésages d'alimentation peut être résolu de façon éco- nomique dans certains cas par l'utilisation de pièces rappor- tees tubulaires placées dans les alésages d'alimentation et faites d'un matériau résistant à l'érosion ou bien ayant une forme ou un type qu'il est facile de remplacer fréquemment.
Quelles que soient ces possiblités d'une adaptation simple de l'appareil du type AaAa de la figure 5, pour résoudre les pro- blêmes d'érosion comme on l'a mentionné ci-dessus, on peut dire d'une manière générale que l'appareil du type AaAa convient au mieux pour être utilisé lorsque les problèmes d'érosion ne sont pas graves. Il faut également noter que les problèmes posés par l'érosion et la corrosion ne résultent pas nécessai- rement des effets d'une perte du matériau sur le fonctionnement de l'appareil, mais qu'il peut s'agir souvent de façon plus importante d'une inclusioh indésirable d'un matériau corrodé ou érodé à partir de l'appareil sous vide dans la matière liquide traitée sous vide.
Par suite, on comprendra qu'il est important de tenir compte de façon appropriée des effets de corrosion, et d'érosion dans la conception d'un appareil de traitement sous vide.
On va maintenant examiner la figure 6, qui repré- sente sous forme d'une vue "transparente" un appareil con- for@e à la présente invention du type AbAb, qu'on peut con- sidérer comme identique aux types de réservoirs et aux types de trajets d'alimentation de l'appareil 51 de la figure 4.
On notera que l'appareil de la figure 6 est constitué par un seul bloc 74 dont font partie intégrante un réservoir'd' admis-
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sion et un réservoir de sortie indiqués respectivement par b (i) et b (o), des trajets d'alimentation d'admission et de sortie (indiqués dans chaque cas par A) et une surface d'expo- sition 73.
Les réservoirs d'admission et de sortie sont des cavités cylindriques qu'on obtient en alésant obliquement le bloc 74 à partir de son côté jusqu'à sa base, et qui se terminent à leurs extrémités Inférieures dans descavités plus petites mais usinées de façon similaire, qui débouchent dans les trajets d'alimentation à leurs extrémités inférieures, Les trajets d'admission et de sortis sont des alésages usinés s'éten- dant vers le bas à partir respectivement de la périphérie et du centre de la surface 73 ; on voit donc que, comme dans le cas de la figure 5, les emplacements d'entrée des alésages d'ali- mentation d'admission et de sortie dans la surface 73 pourraient être interchangés sans modifier la configuration générale du 'dispositif.
L'alésage 70 qui fait communiquer les réservoirs d'entrée et de sortie' avec l'alésage usiné 71 qui fait com- muniquer le réservoir de sortie avec l'extérieur du bloc 74 ne se retrouvent pas dans l'appareil, 51 de ,la figure 4, mais ils ont seulement une fonction secondaire à propos de la décharge et de la mise en marche de l'appareil comme on le verra plus tard à propos de la figure 11. En ce qui concerne les remarques précédentes concernant les problèmes d'érosion avec l'appareil AaAa de la figure 5, on notera que l'appareil
AbAb de la figure 6 présente une difficulté presque identique provenant bien entendu de l'identité des types de trajets d'alimentation des deux appareils.
Toutefois, alors que dans l'appareil AaAa de la figure 5 le problème de l'érosion peut . dans certains cas être résolu, comme on l'a déjà précisé, au moyen de pièces tubulaires montées dans les alésages d'alimen-
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tation, il n'est pas aussi facile de procéder à cette adapta. tion dans l'appareil de la figure 6, étant donné que les alésa- ges d'alimentation ne traversent pas le bloc à leur extrémité inférieure de manière à permettre d'introduire les pièces rap- portées et de les fixer facilement, pour les empêcher de flot- ter ou de quitter leur position sous l'effet du liquide en cir- culation.
Par suite, bien que les problèmes d'érosion avec l'ap- pareil de la figure 6 ne soient en aucune façon insurmontables (par exemple on peut disposer un revêtement résistant à la cor- rosion sur les surfaces des alésages d'alimentation au moyen d'un procédé faisant appel, par exemple, à un revêtement pyro- litique), ledit appareil sera cher en raison de la difficulté de venir à bout des problèmes d'érosion pour la commodité d'une . construction d'appareil à partir d'un seul bloc au lieu de deux comme c'est le cas sur la figure 5.
Toutefois, cette facilité de construction d'un appareil fonctionnant sous vide à partir d'un seul bloc est une commodité considérable, étant donné que non seulement l'appareil ainsi construit est un peu plus écono- mique mais encore il est un peu plus robuste et compact et qu'il est plus facilement supporté ; enfin, comme on le verra par la suite à propos des procédés de traitement sous vide, il est plus facilement chauffé que l'appareil comprenant plus d'un bloc. Bien entendu, un choix entre l'appareil de la figure 5, l'appareil de la figure 6 et d'autres appareils qui n'ont pas été exposés en détail pour un usage particulier'dépend d'une évaluation des avantages et des inconvénients s'appliquant au cas particulier envisagé.
Dans une telle évaluation, d'autres facteurs qu'on n'a pas encore mentionnés ont également une im- portance, et certains de ces autres, facteurs seront exposés par la suite dans d'autres descriptions d'appareils conformes à la présente invention.
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On va maintenant examiner la figure 7 qui représente, en coupe un appareil conforme à la présente invention du type,
BcBc, c'est-à-dire qui est identique, en ce qui concerne les . types de réservoirs et les types de trajets d'alimentation, à l'appareil 52 de la figure 4. L'appareil de la figure 7 est constitué par quatre blocs à ;savoir deux blocs inférieurs 83 et 84 ainsi que par deux blocs supérieurs 85 et 86, le réser- voir d'admission, indiqué par c (i), et le trajet d'alimen- tation d'entrée (indiqué par B) étant constitués par des in- tervalles annulaires entre les blocs 85, 86 et le réservoir de , de sortie, indiqué par g (o), tandis que le trajet d'alimenta-' - tion de sortie, indiqué par B, est constitué par des interval- les annulaires entre les blocs 83 et 84.
Des canaux 81 et 92 ne figurent pas dans l'appareil 52 de la figure 4, mais ont simplement une fonction de commodité dans l'alimentation et la décharge, ainsi qu'on l'expliquera par la suite. Un alésage 80, qui ne figure pas non plus dans l'appareil 52 de la figure 4, constitue une caractéristique facultative pour permettre la fixation d'un dispositif supplémentaire de pompe à vide, de façon à augmenter le débit de pompage du vide, Les remarques précédentes concernant les appareils des figures 5 et 6 permet- tent de comprendre facilement qu'un avantage de l'appareil BcBc de la figure 7 réside dans les trajets d'alimentation annulai- res qui, du fait de leurs sections transversales relativement ' importantes, réduisent les problèmes d'érosion,mais un incon- vénient réside dans la complication relative de la construction exigeant quatre blocs.
D'autres avantages sont la .facilité avec laquelle le débit de pompage est augmenté grâce à la pré- sence de l'alésage supplémentaire 80 ainsi que du caractère ver- tical et de la section relativement grande de la surface d'expo-
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sition 87. Ces derniers avantages sont précieux si par exemple, on se propose principalement denlever beaucoup de gaz dans le traitement sous vide.
A ce sujet., la chute du liquide par gravité plus importante de la surface verticale 87 par rapport, par exemple, à la chute du liquide par gravité plus faible de la surface 73 de la figure 6, assure la présence d'un film de liquide plus mince sur la surface d'exposition pour un débit donné, et l'alésage de pompage supplémentaire permet d'obtenir une pression de vide plus faible, ces deux facteurs contribuant à un degré plus important d'enlèvement des gaz.
Toutefois', tou- jours à ce sujet, il faut noter que la configuration tubulaire de la surface d'exposition 87 gêne ou empêche un accès direct des impuretés solides et volatilisées jusque des surfaces de condensation, comme on l'expliquera par la suite et, de ce fait, cette configuration tubulaire présente certains inconvé- nients en ce qui concerne l'enlèvement des impuretés solides.
De plus, l'alésage de pompage supplémentaire @0 augmente sen- siblement le débit de pompage sous vide seule@mt pour des pressions de vide très faibles auxquelles le trajet libre moyen des molécules des gaz est alors du même ordre que les dimensions intérieures de l'appareil et, de ce fait, il ne constitue pas une addition avantageuse pour-les pressions sous vide modérément élevées et les plus couramment utilisées pour un traitement sous vide. Les remarques ci-dessus permet- tent de comprendre que les avantages et les Inconvénients de l'appareilde la figure 7,de la même manière que les avantages et les inconvénients des appareils des figures 5 et 6; ne doivent pas !être mutuellement comparés en ce qui concerne l'uti- lisation particulière envisagée.
On va maintenant examiner la figure qui. représente ;
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en coupe un appareil conforme à la présente invention du type
BdBd, c'est-à-dire qui est identique aux types de réservoirs et aux types de trajets d'alimentation de l'appareil 53 de la figure 4. L'appareil est 'constitué par cinq blocs, à savoir deux blocs inférieure 91 et 92, un bloc intermédiaire 93 et deux blocs supérieurs 9L et 95. Le réservoir d'admission, in- diqué par d (i), est le trajet d'alimentation d'admission, indiqué par B, sont formés dans les blocs 94, 95 tandis que le réservoir de sortie, indiqué par (o) et le trajet d'ali- mentation de sortie, indiqué par B, sont formés dans les blocs
91 et 92.
Les surfaces d'exposition 96 et 96a, c'est-à-dire les -surfaces sur lesquelles le liquide coule en passant par une chambre 97, sont constituées par la surface intérieure du bloc 93, là l'exception d'un canal de pompage 98 et de la surface extérieure supérieure du bloc 92. Le canal de pompage
98 est incliné vers le haut depuis l'intérieur jusqu'à l'ex- térieur du bloc 93, pour empêcher le liquide qui pénètre dans la chambre 97 à pnrtir du trjet d'alimentation d'admission d'en- trer dans le dispositif de pompage sous vide.
Les caractéristi- ques principales de l'appareil BdBd de la figure 8 relatives aux avantages et aux cinconvénients que pourrait avoir cet appareil par rapport aux appareils AaAa, AbAb et BcBc des figures 5, 6 et 7, respectivement, sont les suivantes en ce qui concerne les problèmes d'érosion, le type de trajet d'ali- mentation qui, du fait qu'il est annulaire confère à l'appareil de la figure 8, de même qu'à l'appareil de la figure 7, un avantage par rapport aux appareils des figures 5 et 6 qui ont des trajets d'alimentation tubulaires.
En ce qui concerne les rôles de la configuration de la surface d'exposition, la fer- meture presque totale de la surface 96 par la chambre 97 et
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l'entrée périphérique supérieure du trajet d'alimentation d'en- trée jusque dans la chambre 97 forment un agencement convenant particulièrement au traitement de liquides contenant des quanti- tés relativement importantes de gaz, et à partir desquelles il s'agit d'enlever une quantité relativement modeste de gaz..
Autrement dit, l'agencement de la figure 8 convient bien pour réfreiner l'action violente de pulvérisation d'un liquide for- tement contaminé par des gaz et envoyé dans la chambre 97 par le chanfrein 99 situé autour du bord intérieur supérieur du bloc 93 ; lorsqu'on dit que le degré d'enlèvement de gaz dans ces conditions est relativement modeste, on entend par là que le vide à l'intérieur de la chambre 97 est suffisamment impor- tant pour que la dimension du canal 98 ne soit aucunement critique et, par suite, elle peut avoir une dimension faible par rapport aux orifices de pompage des figures 5, 6 et 7.
Bien entendu, il va de soi à la lumière des remarques précéden- tes qu'en raison de l'accès restreint de la chambre 97 et des surfaces 96 et 96a jusqu'aux surfaces..de condensation, l'ap- pareil BdBd de la figure 8 ne convient pas à un enlèvement ef- ficace des Impuretés solides volatiles, Non seulement'l'appa- reil BdBd de la figure 8 présente l'avantage, comme mentionné précédemment, d'un enlèvement partiel efficace de gaz à partir d'un liquide fortement contaminé par des gaz, mais encore pour certaines fins, il présente l'avantage d'avoir une entrée supé- rieure et une sortie inférieure pour l'alimentation et la dé- charge de la matière liquide, contrairement à l'entrée latérale et à la sortie latérale des appareils AaAa, AbAb, et BcBc, Cet avantage est considérable si, par exemple, la surface de plancher est restreinte et si,
par conséquent, une disposition verticale des appareils associés est la plus commode.
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Ayant ainsi exposé précédemment quelques-uns des avantages et des inconvénients des quatre types de base d'ap- pareils de traitement sous vide, c'est-à-dire les quatre appa- reils comportant chacun des types de réservoirs identiques d'en- trée et de sortie et des types de trajets d'alimentation identi- ques d'entrée et de sortie, à savoir les appareils AaAa, AbAb,
BcBc et BdBd, on peut maintenant préciser que dans certains cas, on peut obtenir certains avantages et éviter certains inconvénients en combinant un type de réservoir d'admission avec un autre type de réservoir de sortie, ou bien en combinant un type de trajet d'alimentation d'entrée avec un autre type de trajet.d'alimentation de sortie.
A ce sujet, on va maintenant examiner les figures 9 et 10 représentant toutes deux les ap- pareils de traitement sous vide conformes à la présente inven- tion du type "hybride" c'est-à-dire des appareils ayant des types différents de réservoirs d'entrée et de sortie et des types différents de trajets d'alimentation d'entrée et de. sortie.
La figure 9 représente en transparence un appareil conforme à la présente invention du type AbAa identique, en ce qui concerne les types de réservoirs et les types de trajets d'alimentation, à l'appareil 54 de la figure 4. mais dont les agencements d'entrée et de sortie sont inversés.
L'appareil est constitué par deux blocs, à savoir un bloc inférieur 102 et un bloc supérieur 103, le réservoir d'entrée indiqué par .9, (1) et les alésages d'alimentation d'entrée et de sortie indiqués 'chacun par la lettre A étant totalement contenus dans le bloc 103, et le réservoir de sortie, indiqué par a (o) étant formé entre les blocs 102 et 103, Un alésage 101, qui fait communi quer les réservoirs d'entrée et de sortie et un réservoir 100
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qui fait communiquer le réservoir de sortie avec l'extérieur du bloc 102 ne se retrouvent pas dans l'appareil 54 de la fi- gure 4, mais comme expliqué par la suite pour la figure 11, ils ont simplement un rôle auxiliaire dans le démarrage et la dé- charge de l'appareil.
Non seulement la .figure 9 sert d'exemple typique d'un appareil de traitement sous vide du type "hybride" conforme à la présente invention comme on l'a déjà mentionné, mais encore elle sert à mettre en lumière les avantages parti- culiers qu'on obtient à partir de tels agencements hydrides.
Un tel avantage typique de l'appareil AbAa de la figure 9 ré- side dans la souplesse plus grande d'agencement des niveaux relatifs des extrémités supérieures des alésages d'alimentation d'entrée et de sortie, souplesse qui est plus grande que dans les appareils AaAa ou AbAb et, de ce fait, dans la souplesse plus grande d'agencement de la configuration de la surface expo- sée à des fins particulières. On peut se rendre compte de cette souplesse sur cette figure 9 sur laquelle on voit que le dispo- sitif comporte des sections à la fois verticales et horizontales 104 et 104a ménagées dans la surface d'exposition.
Il est facile de comprendre qu'on obtiendrait le même avantage si les empla- cements d'entrée des alésages d'alimentation, d'admission et de sortie dans la surface d'exposition étaient interchangés et si, ,bien entendu, on donnait à la surface d'exposition un autre profil approprié à cet effet.
On va maintenant examiner la figure 10 qui représente - en coupe un appareil conforme à la présente invention du type BcAa, c'est-à-dire identique aux types de réservoirs et de trajets d'alimentation de l'appareil 56 de la figure 4, mais dont l'agencement d'admission et de sortie est inversé. L'ap- pareil est constitué par trois blocs, à savoir un bloc infé-
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rieur 113, un bloc intermédiaire 114 et un bloc supérieur
115, le réservoir d'admission indiqué par c (1) et le trajet d'alimentation d'admission indiqué par B étant constitués par des intervalles annulaires entre les blocs 114 et 115, le trajet d'alimentation de sortie indiqué par A étant un alésage percé à travers le bloc 114, tandis que le réservoir de sortie indiqué par !\ (o) est formé entre les blocs 113 et 114.
Un alésage 110 relie les réservoirs d'admission et de sortie 'et les canaux 111 et 112 qui font communiquer les réservoirs d'admission'et de sortie avec les côtés extérieur des blocs 114 et 113, respectivement, ont simplement un rôle auxiliaire dons le démarrage, l'alimentation et la décharge de l'appareil, comme on l'expliquera plus tard à propos de la figure 11,
L'avantage principal de l'appareil de la figure 10 réside dans le fait que, dans certains cas,,si le liquide devant être traité sous vide contient des impuretés volatiles qui sont grandement la cause des problèmes de corrosion et d'érosion, ces impuretés étant sensiblement enlevées par le traitement sous 'Vide, alors les problèmes de corrosion et d'érosion sont beaucoup plus importants dans le trajet d'alimentation d'entrée que dans le trajet d'alimentation de sortie.
Par suite et dans un tel cas, l'appareil BcAc de. la figure 10, qui Combine un trajet d'alimentation d'entrée du type annulaire avec un trajet d'alimentation de sortie du type tubulaire offre une solution adéquate aux problèmes d'érosion et de corrosion, et il est plus économique dans une utilisation par blocs que par exemple l'appareil BcBc de la figure 7 dont les trajets d'alimentation d'entrée et de sortie sont tous deux du type annulaire.
On va maintenant examiner d'une façon générale les figures 5 à 10. On remarquera en examinant ces figures que la
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caractéristique commune de construction de ces appareils réside dans une construction "du type par blocs". Autrement dit par exemple, si un matériau de construction approprié et usinable est disponible sous forme de blocs cylindriques, chacun des ap- pareils des figures 5 à 10 peut être fabriqué à partir d'un ou de plusieurs de ces blocs cylindriques. Bien entendu, il va de soi que les appareils des figures 5 à 10 pourraient égale- ment être fabriqués à partir d'un bloc (ou de blocs) qu'on moule suivant une configuration appropriée ou à partir d'un bloc (ou de blocs) qu'on coule en partie et qu'on usine en partie de façon qu'ils aient une configuration appropriée.
Il va également de soi que la forme extérieure cylindrique et que la symétrie circulaire de la configuration intérieure que re- présentent les figures à 10 constituent des caractéristiques de commodité et non de nécessité et qu'on pourrait utiliser une forme extérieure rectangulaire ou une au tre configuration et que la symétrie circulaire intérieure pourrai t être évitée sans qu'on s'écarte du procédé de construction "du type'à blocs", et cela sans modifier de façon notable le fonctionne- ment de l'appareil, Par suite en même temps, on comprendra maintenant que le procédé de construction du type par blocs de fabrication de l'appareil de traitement sous vide "à.
froid", comme représenté à titre illustratif sur les figures 5 à 10 utilisant un bloc (ou des blocs) ayant une forme extérieure cylindrique et des degrés variables de symétrie circulaire intérieure, peut tre utilisé pour fabriquer n'importe lequel des seize agencements d'appareils de traitemen t sous vide "à froid" exposés précédemment à propos de la figure 4 en utili- sant des blocs de forme extérieure cylindrique, rectangulaire au autre et ayant une symétrie circulaire ou autre configuration
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intérieure. De plus, on comprendra qu'un grand nombre de facteurs, dont certains ont été exposés ci-dessus à propos des figures 5 à 10 et qui varient avec l'application particulière désirée, détermineront le type particulier d'appareil qui est préféré..
On va maintenant décrire. 'l'adaptation des appareils de traitement sous vide à froid "du type à blocs" conformément à la présente invention à des fins de traitement sous vide "à chaud". Comme mentionné précédemment, l'avantage principal du procédé de construction "du type à blocs"-réside dans la faci- lité avec laquelle des appareils de traitement sous vide "à froid" ainsi construits s'adaptent à des fins de traitements sous vide "à chaud".
On va maintenant se référer à la figure 11 qui repré- sente en coupe un appareil complet de traitement sous vide, pour traiter sous vide du cuivre en fusion, conformément à la présente invention, L'appareil de la figure 11 est essentielle- ment un appareil de traitement sous vide "à froid" et du "type à blocs", comme précédemment décrit, adapté au traitement sous vide "à chaud" au moyen de dispositifs spéciaux d'alimentation, de décharge, de chauffage et d'enveloppement. On peut voir sur la figure 11 qu'un bloc de réservoir 120, qu'un bloc d'alimen- tation 121 et qu'un bloc de prolongement 122 constituent .un appareil de traitement sous vide "à froid" du type à blocs comme précédemment décrit ; la résistance 123 désigne le con- duit d'admission et la référence 124 le conduit de sortie.
La référence 125 désigne le collecteur où règne le vide ; la référence 126 est l'enveloppe calorifuge ; la référence 127 désigne une emb'asse associée à l'enveloppe calorifuge ; la ré-' férence 128 désigne l'enceinte ; la référence 129 désigne la
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bobine de chauffage par induction et la référence 130 désigne la plate-forme de support.
Pour décrire plus en détail les blocs 120, 121 et 122, la référence 131 désigne le réservoir .. d'admission formé entre les blocs 120 et 121, la référence 132 désigne le réservoir de sortie formé entre les blocs 120 et
121, la référence 133 désigne l'alésage de décharge qui fait communiquer le réservoir de sortie 132 et l'extérieur du bloc
120, la référence 134 désigne le canal d'alimentation reliant l'extérieur du bloc 120 au réservoir d'entrée 131, la référence 135 désigne l'un de douze alésages d'alimentation d'entrée équidistants qui font.communiquer le réservoir d'entrée 131 et la surface 136 d'exposition au vide du bloc 121, la référence 137 désignel'alésage d'alimentation fai- sant communiquer la surface d'exposition 136 et le réservoir de sortie 132,
la référence 138 désigne la bague (ou joint) in- @ férieure d'étanchéité au'vide placée entre les blocs 121 et 122, et enfin la référence 139 désigne la bague (ou joint) supérieure d'étanchéité au vide placée entre le bloc 122 et le collecteur 125 où règne le vide. De façon identique au cond@t 124 et pour détailler encore plus le conduit 123, la référence 140 désigne le tube du conduit, la référence 141 désigne l'élément de chauffage par résistance, les références 142 et 143 désignent des enveloppes calorifuges, la référence 144 désigne d'enceinte du conduit.
Pour détailler le collecteur 125 où règne le vide, la réfé- rence 145 désigne le couvercle amovible, la référence 146 désigne un tube de refroidissement à l'eau et le référence 147 désigne l'un des raccords de canalisation à brides du dispositif de pompage sous vide qui n'est pas représenté sur la figure 11.
Pour détailler l'enceinte 128, la référence 148 désigne une ca- j nalisation d'admission d'azote, et la référence 149 désigne une
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canalisation de sortie d'azote.
Toujours en se référant à la figure 11, on désigne comme suit les matériaux de construction importants et préfé- rés. Les blocs 120, 121 et 122 sont constitués par des blocs de graphite tassé.ayant une faible porosité et une forte ré- sistance mécanique, par exemple du type de graphite vendu sous la marque déposée ATL par UNION CARBIDE CORPORATION.
L'enveloppe calorifuge 126 est constituée par n'importe quel matériau réfractaire ayant de bonnes propriétés d'isolation de chaleur. La base calorifuge 127 est faite d'une matière similaire à celle de l'enveloppe 126, mais il faut en plus qu'elle ait uno bonne résistance mécanique et une bonne stabilité de struc- ture. Les tubes de conduit 140 sont constitués par du graphite tassé pratiquement de n'importe quelle qualité ayant une résistance de structure raisonnable et capable de subir une faible érosion mécanique sous l'action du cuivre en fusion.
Le collecteur 125 où régne le vide, l'enceinte 128, la plate- forme 130 et les enceintes 144 des tubes sont en acier. La bague d'étanchéité au vide 138 est en molybdène, et la bague d'étanchéité au vide 139 est en nickel.
On va continuer à se référer à la figure 11 pour décrire comme suit le fonctionnement de l'appareil. En sup- posant que l'appareil' est vide comme représenté, que l'appareil entier est froid, c'est-à-dire qu'aucune énergie n'est appliquée aux éléments de chauffage électrique 141 et à la bobine de chauffage par induction 129, et que l'intérieur de l'appareil se trouve à la pression atmosphérique, c'est-à-dire que le dispositif de pompage du vide ne fonctionne pas et que de l'azote n'est pas envoyé à l'enceinte 128, la première opéra- tion pour faire démarrer l'appareil cohsiste à purger l'enceinte
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128 de l'air qu'elle contient en envoyant de l'azote à l'entrée 148,
de manière que cet azote s'écoule par la sortie 149 en maintenant dans l'enceinte 128 une pression d'azote légèrement supérieure à la pression atmosphérique. On peut également noter que l'azote s'écoule également hors de l'enceinte 128 par les tubes de conduit 140, et on peut supposer que ceux-ci sont obturés ou fermés d'une manière quelconque par un autre appa- . reil qui y est relié, dans le cas du conduit d'admission 123 par l'appareil qui envoie le cuivre en fusion à traiter et dans le cas du conduit de sortie 124 par un appareil qui re- çoit le cuivre en fusion traité sous vide.
On peut également noter que, afin que l'azote pénètre dans la, chambre d'exposi- tion sous vide 150 et purge cette dernière, il faut que le dispositif de pompage sous vide soit évacué à l'atmosphère, et l'on suppose que cette opération a été également exécutée.
Dèsque l'appareil est purgé de l'air et qu'il est rempli d'azote, l'opération suivante du processus de démarrage con- siste à envoyer du courant aux éléments 141 .de chauffage des tubes et à la bobine d'induction 129 afin de chauffer les con- duits 123, 124 ainsi que les blocs 120, 121 et 122 jusqu'à la température de fonctionnement qui est d'environ 1204 C. En même temps que l'application du courant électrique, le tube 146 de refroidissement à l'eau constitué par des serpentins et, la bobine d'induction 129 'qui est refroidie à l'eau reçoivent, bien entendu, de l'eau de refroidissement dont l'écoulement est alors maintenu.
Après que la température de fonctionnement a été atteinte dans tout l'appareil, ce que l'on constate par des lectures provenant de thermocouples placés à divers endroits dans l'appareil mais non représentés sur la figure 11, la troisième opération du processus de démarrage consiste à faire
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commencer l'envoi du cuivre en fusion au conduit d'admission 123 et de là dans le réservoir d'admission 131.
On notera en examinant la figure 11 que le réservoir d'admission 131 et que le réservoir de sortie 132 communiquent par un intervalle 151 situé entre les blocs 120 et 121 et, de plus, on notera par suite que, du fait que la chambre d'exposition au vide 150 se trouve environ à la pression atmosphérique, le cuivre en fusion s'écoulant dans le réservoir 131 déborde finalement par l'in- tervalle 151 jusque dans le réservoir 132, jusqu'à ce que le réservoir 132 lui-même déborde dans l'alésage 133 et de là vers le bas dans le conduit de sortie 124.
Lorsque le cuivre en fusion envoyé initialement au conduit 123 comme dans la troisième opération mentionnée ci-dessus sort de l'alésage 133 et pénètre dans le conduit 124, la quatrième opération du processus de démarrage, qui réside dans la mise en marche du dispositif de pompage sous vide, commence.
Une fois que le dispositif de pompage sous vide à été mis en marche, et du fait que de l'azote est évacué de la chambre 150 par le dispo- sitif de pompage sous vide et que, par conséquent, la pression régnant dans la chambre 150 se trouve réduite, le cuivre en fusion s'élève dans les alésages d'alimentation 135 et 137, Il faut noter alors que la capacité du réservoir 131 est égale à environ le double de la capacité des douze alésages d'ali- mentation 135, et que la capacité du réservoir 132 est au moins aussi grande que celle de l'alésage d'alimentation 137.' 'Autrement dit, du fait que le réservoir 131 est rempli jusqu'au point où il déborde par l'intervalle 151,
une fois que le réservoir 132 est rempli au point qu'il déborde par l'alésage de décharge 133 et du fait que la chambre 150 se trouve à en- viron à la pression atmosphérique, lorsque la pression régnant
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dans la chambre 150 est diminuée d'environ 1 mm de mercure, du cuivre en fusion s*élevé totalement dans les alésages d'ali- mentation 135 et presque totalement dans l'alésage d'alimen- tation 137 ce qui diminue les quantités restant dans les ré- servoirs 131 et 132, respectivement, jusqu'à un peu plus de la moitié et un peu plus d'un quart des quantités de débordements.
Ces quantités restant dans les réservoirs 131 et 132 n'ont pas, bien entendu, un caractère critique à condition qu'elles soient suffisantes, compte tenu des variations des capacités des réservoirs et des alésages avec une utilisation prolongée pro- venant de l'érosion, pour empêcher un vidage des réservoirs et une perte résultante de l'étanchéité au vide du cuivre 'en fusion pendant le processus de démarrage. Il faut encore noter maintenant que la hauteur des alésages d'alimentation 135 et 137, mesurée à partir de la surface d'exposition 136 jusqu'à une droite horizontale passant par la surface de débordement de l'intervalle 151, est inférieure de 25 mm 'environ à la hauteur de la colonne du cuivre en fusion qui est d'environ 1194 mm.
Autrement dit, du fait que le niveau du débordement du réservoir 131 par l'intervalle 151 se trouve à environ 50 ou 75 mm au-dessus du niveau du débordement du réservoir 132 par l'alésage 133, le cuivre en fusion envoyé dans le réservoir 131 s'écoule vers le haut dans les alésages d'alimentation 135, au droit de la surface d'exposition 136, et vers le bas par l'alésage 137 jusque dans le réservoir 132, d'où il sort par l'alésage 133 au lieu de s'écouler par l'intervalle 151, à con- dition que la pression régnant dans la chambre d'exposition au vide 150 ne soit pas supérieure à l'équivalent d'une colonne de 25 mm environ de cuivre en fusion.
Autrement dit encore, du fait que le cuivre en fusion est envoyé continuellement au
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réservoir 131 à partir du conduit 123 et sous une pression d'en- viron 1 mm de mercure dans la chambre 150, le cuivre en fusion circule à partir du réservoir.131 vers le haut dans les alésa.. ges 135, au droit de la surface d'exposition 136, vers le bas dans l'alésage 137, jusque dans le réservoir 132, hors de l'alésage 133 et vers le bas dans le conduit 124, le niveau du cuivre en fusion dans le réservoir 131 s'e maintenant à en- viron 25 mm en dessous du niveau de débordement par l'inter- valle 151. Ainsi ,qu'on le voit maintenant,
la quatrième opé- ration du processus de démarrage pour mettre en marche le dis- positif de pompage sous vide comme détaillé ci-dessus est l'opération finale, et l'appareil de la figure 11 ayant été ainsi mis en marche se trouve en fonctionnement continu,en traitant en continu le cuivre en fusion à condition que le cuivre en fusion soit continuellement envoyé' au conduit 123.
Toujours en se référant à la figure 11 et mainte- nant qu'on a décrit la construction, le processus de démarrage et les moyens'généraux principaux de fonctionnement, on va maintenant décrire d'autres détails et avantages généraux de l'appareil de la figure 11. On peut maintenant préciser que les blocs 120, 121 et 122 constituent un appareil d'exposition sous vide du type "à blocs" appareil qui, bien qu'il soit dans son ensemble similaire aux appareils du type à "blocs" exposés à propos des figures 5 à 10 et à propos de la figure 4, n'est pas d'un agencement déjà décrit.
Autrement dit, l'appa- reil constitué essentiellement par les blocs 120 et 121 (le bloc 122 n'est pas essentiel ainsi qu'on le décrira plus tard) ne correspond à aucun des dix genres d'appareils de la figure 4 ni à aucun des six genres d'appareils correspondant aux appa- reils de la figure 4 mais non représentés sur cette figure, à
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savoir les appareils désignés par AbAa, BcAa, BdAa, BcAb, BdAb et BdBc.
Toutefois, on notera en comparant les figures 10 et 11 que les blocs 120 et 121 et la figure 11 constituent un appa- reil assez similaire à celui de la figure 10 qui est du type désigné par BcAa. En examinant la figure 10, on notera que ces ' appareil BcAa est constitué par trois blocs 113, 114 et 115 et que l'alimentation annulaire 116 (également désignée B), qui relie le réservoir d'admission 117 et la surface d'expo- sition 118 est formée entre une surface intérieure du bloc 114 et une surface extérieure du bloc 115. En examinant maintenant la figure 11, on notera que le dispositif qui joue le rôle de l'alimentation annulaire 116 de la figure 10 est constitué par douze alésages d'alimentation 135 ménagés dans le bloc 120 de la figure 11.
De ce fait, on notera encore que l'utilisa- tion d'un certain nombre d'alésages d'alimentation dans un seul bloc, comme dans le bloc' 120 de la figure 11, au lieu d'un intervalle d'alimentation annulaire comme réprésen té entre les blocs 114 et 115 de la figure 10, permet d'obtenir un agencement du type à réservoir d'admission extérieur (désigné par "c") qui, en association avec un agencement du type à ré- servoir de sortie détaché (désigné par "a") ne nécessite d'utiliser que deux blocs pour l'appareil complet représenté sur la figure 11 au lieu de trois blocs comme représenté sur la figure 10.
Autrement dit, d'une manière générale, cette alimentation annulaire (désignée par "B") peut être remplacée par une alimentation à tubes multiples dans des appareils du type "B", avec des avantages dans certains .cas résidant dans le fait que, pour des appareils construits à partir de blocs conformes à la présente invention, il faut utiliser moins de blocs.
Une appellation commode pour une alimentation constitue
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par des tubes multiples comme dans .l'appareil de la figure 11 est "mA" et, conformément à l'appareil constitué par les blocs 120 et 121 de la figure 11, cette alimentation est désignée par "mAcAa". Par suite, on comprendra qu'un autre groupe d'appareils précédemment décrits à propos de la figure 4, est rendu possi- ble simplement en remplaçant une "alimentation annulaire" par t'une alimentation à tubes multiples", et que cet autre groupe peut présenter un, avantage spécial dans des cas particuliers si les appareils ont une structure "du type en blocs", con- formément à la présente invention, comme représenté par l'appa- reil de la figure 11.
De plus, et par suite, on peut maintenant prévoir que grâce à d'autres moyens simples de ce genre, le ' remplacement d'une alimentation annulaire 'par une alimenta- tion par tubes multiples d'autres groupes encore d'appareils de traitement sous vide "à froid" peut être conçu et comporte des avantages particuliers dans des cas spéciaux si l'on utilise le bloc ayant une construction conforme à la présente invention,
En conséquence, en revenant maintenant à un exposé des carac- téristiques et avantages généraux de l'appareil de la figure 11, il est évident que les blocs 120 et 121 sont donnés seulement' à titre illustratif d'un très grand nombre d'agencements de blocs possibles, servant essentiellement aux mêmes fins de traitement sous vide et que, par conséquent,
les remarques sui- vantes peuvent être considérées comme ayant une application générale.
On a choisi du graphique comme matériau de construc- tion des blocs 120, 121 et 122 pour un certain nombre de raisons . bien connues. Premièrement, le graphite est un matériau ré- fractaire excellent ayant une bonne résistance mécanique et une bonne stabilité de dimensions aux températures du cuivre
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en fusion, Deuxièmement, le graphite ne réagit avec le cuivre en fusion que dans la mesure où le cuivre contient de l'oxygène et il a une résistance élevée à une érosion mécanique provenant du cuivre en fusion. Troisièmement, le graphite est un matériau électro-conducteur à un degré qui permet facilement un chauf- rage par induction par exemple pnr la bobina 129.
Quatrième- ment graphite est facile à usiner par des procédés ordi- naire> de travail des métaux. Enfin, on trouve le graphite dans le commerce sous forme de grands blocs et en qualités appro- priées à un prix relativement faible.
Parmi les cinq raisons précitées de choisir du graphite, la troisième, c'est-à-dire le fait qu'il est électroconducteur et qu'il convient par conséquent à un chauffage par induction est la moins importante, étant donné que si le chauffage par induction est un procédé de chauffage commode, on peut bien entendu utiliser d'autres procédés de chauffage qui ne sont pas basés sur une conducti- vité élec'trique des blocs 120,121 et 122 ; par exemple, les éléments de chauffage par résistance disposés entre les blocs
120, 121, 122 et l'enveloppe calorifuge 126 conviendraient parfaitement.
La quatrième et la cinquième raison, à savoir que le graphite est facile à usiner et qu'on le trouve facilement en grande quantité à un prix relativement faible, présentent également moins d'importance que les deux premières raisons étant donné que, comme on'l'a déjà précisé, dos blocs tels que les blocs 120, 121 et 122'peuvent être fabriqués par des pro- cédés autres qu'un simple usinage et que leur prix de revient ne présente d'importance qu'en ce qui concerne leur comporte- ment lors d'une utilisation prolongée.
De ce fait, on peut dire que, bien que le graphite constitue le matériau de con- struction préféré pour les blocs 120, 121 et 122, d'autres
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matériaux ayant une bonne résistance mécanique ainsi qu'une bonne stabilité aux températures du cuivre en fusion, ne réagissant sensiblement pas avec le cuivre en fusion et étant . brodés d'une façon négligeable par ce dernier conviendraient parfaitement. En dépit des nombreuses propriétés désirables du. graphite pour une utilisation dans la présente invention comme détaillé ci-dessus, ce dernier comporte une propriété indésirable qu'il est nécessaire de mentionner.
Cette propriété indésirable est une porosité, ce qui revient à dire que le gradient de pression entre les pressions faibles à l'intérieur de la structure des blocs, dans la chambre 150 par exemple, et la pression approximativement atmosphérique régnant à l'extérieur de la structure des blocs, entre l'en- veloppe 126 et le bloc 122 par exemple, a pour résultat de faire fuir l'azote à travers le graphite, par exemple à travers le bloc 122. Le degré de cette porosité et, par suite, la quantité d'azote qui fuit à travers le graphite varient beaucoup d'une cavité à l'autre du graphite et, par suite, c'est un facteur à considérer dans le choix de la qualité du graphite à utiliser.
Dans tous les cas, quelle que soit la porosité, de la qualité du graphite utilisé, on peut réduire fortement cette porosité en appliquant à l'extérieur des blocs 120,121 et 122 un revêtement d'une dispersion colloïdale de particules de graphite dans l'eau, qui est vendue sous la marque déposée "Aquadag", tout en maintenant une pression faible à l'intérieur. des blocs 120, 121 et 122.
De ce fait, ce processus de revête- ' ment est une opération avantageuse au cours de la construction de l'appareil. La faible porosité résidulle du graphite après le revêtement d'"Aquadag" a généralement peu d'importance sur le fonctionnement de l'appareil eu égard à la capacité de
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pompage élevée du dispositif de pompage sous vide et' du fait que de grandes quantités de gaz sont constamment dégagées du ' cuivre eh fusion à mesure qu'il s'écoule dans la chambre de traitement sous vide. Le fait que le gaz qui s'écoule à travers le graphite, en raison de la propriété de ce dernier jusque dans la chambre 150 et ailleurs, est inerte vis-à-vis du cuivre en fusion présente, bien entendu,
de l'importance et c'est principalement la raison par laquelle on maintient l'atmosphère d'azote dans l'enceinte 128, bien qu'une autre raison réside dans le fait que l'azote est également inerte vis-à-vis du graphite très chaud. En ce qui concerne les difficultés avec un appareil de traitement sous vide â chaud mentionnées dans le début de présent exposé, à savoir celles qui proviennent des températures élevées, des gradients élevés de température et de pression et des effets corrosifs, on notera que l'appareil de la figure 11 est'pratiquement exempt de ces difficultés, principalement du fait des propriétés désirables du graphite et de la structure du type en blocs nécessitant seulement un élément d'étanchéité au vide "de l'état chaud à l'état froid" placé à l'extrémité supérieure du bloc 122,
qui est enlevée du cuivre en fusion et qui peut par conséquent fonctionner à une température un peu inférieure à celle du cuivre en fusion. A ce sujet, il faut noter que.le bloc 122 est inclus dans la figure 11 seulement pour illustrer l'un des procédés permettant d'agrandir la chambre 150 dans une direction verticale pour, entre autres raisons exposées par la suite, réduire au minimum la difficulté d'obtenir un joint d'étanchéité "de l'état chaud à l'état froid" entre le dispositif de blocs et le collecteur soumis au vide, Il est évident qu'avec une autre orientation très faible des alésages d'alimentation 135, on pourrait suppri- mer le bloc 122 et l'on obtiendrait la même dimension de chambre
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en allongeant le bloc 121. Si le bloc 121 était ainsi allongé,
on pourrait ne pas utiliser le bloc 122, ni une jonction étanché au vide entre les blocs 121 et 122 ni le joint d'étanchéité 138 ; toutefois, une telle jonction d'étanchéité n'apporte qu'une faible perturbation aux surfaces coopérantes des blocs.
121 et 122 qui sont plates et lisses, si le joint d'étanchéité
138 en molybdène a une dimension convenable et si cette jonction est imprégnée avec de l'"aquadag". De ce fait, étant entendu qu'on peut supprimer une jonction étanche au vide entre les blocs 121 et 122 en supprimant le bloc 122 et en allongeant le bloc 121, la seule jonction critique dans la totalité de l'appareil est la jonction " à chaud - à froid" entre le bloc
122 et le collecteur 125 soumis au vide, En ce qui concerne la difficulté de réaliser cette jonction,
on notera en examinant la figure 11 que les serpentins d'eau de refroidissement 146 supportent le collecteur 125 soumis au vide presque jusqu'à son extrémité inférieure où le métai augmente d'épaisseur de manière à constituer une surface plate usinée en vue de son association avec la surface supérieure du bloc 122. Bien que la partie inférieure du bloc 122 se trouve à une tempé- rature comprise entre 10900C et 1204 C, dans la région de contact avec le collecteur 125 la température du bloc 122 est considérablement inférieure à 1090 C en raison de la perte de chaleur provenant du collecteur sous vide 125 refroidi à l'eau.
On entend par là que la température de la jonction (.,,tanche au vide elle-même et du joint d'étanchéité au vide 139 en nickel ne dépasse pas généralement 538 C c'est-à-dire une température pour laquelle les différences de dilatation thermique entre l'acier du collecteur 125 et le graphite du bloc 122 ne sont pas excessives.
L'utilisation d'un joint
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d'étanchéité en nickel 139 pour établir la jonction étanche au vide est, conformément à la pratique bien connue dans la technique du vide utilisant un tel joint, destinée à augmenter la pression d'étanchéité par une répartition de la force d'étanchéité sur une faible région, Avec un diamètre de bloc d'environ 102 mm, la force d'étanchéité provenant de la pres- sion atmosphérique est égale à environ 9060 kg et de ce fait, il est facile de comprendre que le joint d'étanchéité 139 se trouve noyé dans la surface supérieure du bloc 122.
On choisit généralement le diamètre du joint d'étanchéité de manière que ce dernier soit noyé au maximum, en supposant que la surface supérieure du bloc 122 est plate au commencement, et de ma- nière que la surface inférieure plate du collecteur 125 repose sur la surface supérieure plate du bloc 122, mais aussi de manière que la jonction principale étanche au vide provienne du contact sous pression très élevée entre le joint d'étanchéité 139 et à la fois la surface inférieure du collecteur 125 et la surface supérieure du bloc 122.
Il faut remarquer que tandis que la jonction entre le collecteur 125 et le bloc 122 est suffisamment éloignée de la surface d'exposition 136 pour que le cuivre en fusion ne puisse pas y parvenir, la jonction entre les blocs 121 et 122 peut recevoir plus ou moins du cuivre en fnsion projeté par une expulsion violente de gaz produite quelquefois à partir du cuivre en fusion s'écoulant hors des alésages 135 et sur la surface d'exposition 136 ; en partie pour cette raison, le molybdène est un matériau qui convient mieux pour le joint d'étanchéité 138 que le nickel qui se dissout dans le cuivre en fusion.
A propos de la projection vers le haut du cuivre en fusion dans la chambre 150 en provenant des gaz sortants'.
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on peut préciser que cette violente agitation des gaz du cuivre en fusion dans la chambre d'exposition est inévitable et qu'en même temps elle constitue une parti'e avantageuse du processus de traitement sous vide,, et que l'appareil de la figure 11 s'adapte parfaitement bien à cette agitation et en tire partie, Comme il est bien connu,
un traitement sous vide de cuivre en fusion contenant des gaz dissous cornue de l'hy- drogéne et des impuretés volatiles comme du plomb peut se tra- duire 'par un enlèvement à la fois des gaz et des impuretés volatiles hors du cuivre en fusion jusqu'à un degré qui dépend d'un certain nombre de facteurs. Dans le cas de l'appareil de la figure 11, ces facteurs comprennent le débit du cuivre en fusion à travers l'appareil, le débit du pompage du dispositif de pompage sous vide, la superficie de la surface d'exposition
136, la superficie de la surface refroidie sur le collecteur sous vide 125 et la géométrie de la chambre d'exposition 150 par 'rapport à la géométrie du collecteur sous vide 125.
Un exposé complet de la relation entre ces facteurs et d'autres pour déterminer l'efficacité du processus et de son rendement dépasse le cadre de la présente description ; toutefois, les points suivants ont une importance spéciale à cet égard. Tout d'abord, le débit du cuivre en fusion à travers l'appareil est simple par rapport au débit de pompage du dispositif de pompage sous vide, pour un degré donné d'enlèvement de gaz, à condition que d'autres facteurs dans la conception de l'ap- pareil assurent que des conditions d'équilibre sont atteintes dans la charnbre 150 avant que le cuivre sorte de cette der- nière.
On entend par là que si, par exemple, le cuivre en fusion contient de l'hydrogène dissous dans une quantité cor- respondant à une saturation à la pression atmosphérique normale,
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et que si le débit du cuivre ainsi que le débit du pompage sous vide assurent ensemble une pression moyenne dans la chambre 150 de, par exemple, 1 mm de mercure, la quantité d'hydrogène dissous dans le cuivre en fusion sortant de la chambre par l'alésage d'alimentation 137 est la quantité de saturation à une pression de 1 mm seulement si les autres facteurs de la conception de l'appareil sont appropriés.
Par suite, ceci revient à dire qu'un enlèvement efficace de gaz, en fonction de la capacité de pompage nécessaire par degré de débit de cuivre par degré d'enlèvement de gaz, exige non seulement par la capacité de pompage ait un rapport approprié avec le débit d'écoulement du cuivre mais aussi qu'un de ces deux facteurs ait un rapport approprié avec les régions d'expo- 'sition et la chambre ainsi qu'avec les géométries du collec- teur. Ensuite, le degré d'enlèvement de gaz particuliers dépend dans une grande mesure de la nature des gaz et du genre, des mécanismes par lesquels ces gaz particuliers sc trouvent'inclus dans le cuivre.
Autrement dit, par exemple, l'hydrogène est enlevé beaucoup plus facilement que le bioxyde de soufre, et les gaz .dissous sont enlevés plus facilement d'une façon géné- rale que les gaz occlus. Par suite, ceci revient à dire que tous les facteurs dans la conception de l'appareil doivent tenir compte à la fois des gaz particuliers à enlever et des mécanismes par lesquels ces gaz sont inclus dans le cuivre. Enfin, l'enlè- vement d'impuretés volatiles comme le plomb se fait par un processus un peu différent de celui de l'enlèvement des gaz comme de l'hydrogène et, d'une manière générale, cet enlève- ment dépend un peu différemment de facteurs de la conception de l'appareil.
Autrement dit, par exemple, les gaz peuvent être pratiquement enlevés entièrement dans des conditions où ;
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les-impuretés volatiles ne sont pas sensiblement enlevées en totalité. De plus., ceci revient à dire qu'il est normalement extrêmement difficile de déterminer au mieux les facteurs de conception d'appareils pour enlever à la fois des gaz et des impuretés volatiles suivant bien entendu les types de gaz et d'impuretés volatiles et le degré d'enlèvement demandé.
Ce qui précède permet de comprendre facilement qu'un exposé des divers paramètres de conception opératoires de l'appareil de la figure 11 sur une base générale est impossible en raison de la multiplicité des facteurs impliqués. Par contre, à titre .illustratif de l'efficacité de l'appareil de traitement sous vide conforme à la présente invention, certains des paramètres de conception de l'appareil de la figure 11 conçus pour être utilisés avec du cuivre de cathode électrolytique et traité avec de l'hydrogène sont décrits ci-après.
Le cuivre en fusion traité avec de l'hydrogène, dont on peut dire que c'est du cuivre en fusion traité de manière à contenir de l'hydrogène dissous pratiquement à l'exclusion de tous autres gaz, est traité très facilement sous vide de manière que la quasi-totalité de l'hydrogène dissous soit en- levée et, par suite, de manière qu'on obtienne ,du cuivre pra- tiquement exempt de gaz capable de former des pièces moulées ayant une densité maximale.
Si le cuivre en fusion traité à l'hydrogène est de plus du cuivre électrolytique de qualité élevée, on peut enlever sensiblement les impuretés volatiles notables, comme le, plomb, le tellure et le bismuth au moyen d'un traitement sous vide, de manière à obtenir du cuivre sen- siblement exempt de gaz de d'impuretés volatiles et capable de former des moulages ayant une densité maximale et convenant pour des applications à une utilisation sous vide à température
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élevée comme par exemple dans les dispositifs de faisceaux électroniques où la libération d'impuretés volatiles est forte- , ment indésirable. L'appareil de la figure 11 convient de façon idéale pour le traitement sous vide du cuivre électrolytique en fusion et traité à l'hydrogène.
Le profil de la surface d'exposition au vide 136 tel que représenté est simplement donné à titre d'exemple d'un certain nombre de profils pour cette surface qui conviennent aussi bien. L'oxigence princi- pale pour le profil de cette surface est que le cuivre en fusion entrant dans la chambre 150 par les alésages d'alimen- tation 135 s'écoule uniformément sur la surface d'exposition avant de quitter la chambre 150 par l'intermédiaire de l'alésage d'alimentation 137 ; un tel écoulement uniforme est obtenu dans l'appareil de la figure 11 grâce à la présence de dépressions annulaires 152 et 157 ménagées dans la surface supérieure du bloc 121.
En se rappelant que l'agitation assez violente du cuivre en fusion provenant de l'action de dégazage de l'hy- drogène., l'effet général de la dépression 157 est de répartir l'écoulement provenant des douze alésages d'alimentation 135 plus ou moins unformément autour du bord extérieur'de la sur- face d'exposition, tandis que l'effet général de la dépression 152 est de recueillir une masse stagnante de cuivre dégazé sur laquelle du cuivre non dégazé du fait @'il est moins dense s'étale et s'écoule en une pellicule plus ou moins uni- forme s'écoulant finalement dans la dépression circulaire 153 et vers le bas dans l'alésage d'alimentation de sortie 137.
De façon générale, l'obtention d'une masse stagnante de cuivre en fusion dégazé, fourni par exemple par la dépression 152 comme trajet d'écoulement pour le cuivre en fusion qui est en cours de dégazage, est préférée à l'obtention d'une surface
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solide (surfaces.63 et 73 des figureset 6, respectivement, par exemple), étant donné que la. masse liquide maintient auto- matiquement un niveau horizontal et étant donné que le cuivre en fusion ne mouille pas facilement une surface en graphite.
Le fait que le cuivre en fusion ne mouille pas facilement une surface en graphite peut provoquer des trainées" de la surface et une érosion préférentielle de la surface qui aggrave le , problème des traînées.' Par "traninées", on entend une érosion partielle de la surface provoquée par le cuivre en écoulement, ce qui forme un canal ou une "trainée" indésirable en dessous du courant du cuivre. Toutefois, il faut noter à ce sujet que l'agitation violente du cuivre en fusion provenant de l'action de dégazage a elle-même pour effet de répartir le cuivre en fusion plus ou moins uniformément sur la surface d'exposition et que le risque de la formation de "trainées" ne pose aucune- ment un problème'qui existerait sans cette agitation.
En ce qui concerne la superficie de la surface d'exposition 136, il est facile de comprendre'que, en supposant que le cuivre s'écou- le uniformément sur la surface 136, cette superficie par rapport au débit du cuivre détermine la hauteur de la pellicule de cuivre qui s'écoule sur la surface 136, compte tenu bien entendu de l'effet de rupture de l'agitation provenant du dégazage. De ce fait, il est facile de comprendre que, dans la mesure où le processus de traitement est affecté par la hauteur de la pellicule de cuivre s'écoulant sur la surface d'exposition 136, cette hauteur est déterminée par la superficie de la surface 136 par rapport au' débit du cuivre.
De plus encore, il est facile de comprendre que du fait que l'enlèvement des impuretés volatiles est beaucoup plus affecté par la hauteur de la pel-' licule de cuivre s'écoulant sur la surface d'exposition que
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l'enlèvement de l'hydrogène, la superficie de la surface d'expo- sition est réalisée de façon optimale dans un cas particulier, principalement en ce qui concerne l'enlèvement des impuretés vo- , latiles, en se souvenant encore une fois bien entendu de l'agi- tation due au dégazage.
A ce sujet, on peut noter que, dans un cas typique, l'agitation du cuivre en fusion provenant du dégazage de l'hydrogène a pour effet, en ce qui concerne l'en- lèvement des impuretés volatiles, d'augmenter d'environ trois fois la superficie de la surface d'exposition 136 ce qui revient à dire inversement de diminuer d'environ trois fois la hauteur de la pellicule de cuivre s'écoulant sur la surface 136. De ce fait, l'enlèvement simultané de l'hydrogène et des impure- tés volatiles peut se traduire par un enlèvement beaucoup plus important dos impuretés volatiles qu'on ne pourrait l'obtenir dans le même appareil si les impuretés volatiles devaient 'être enlevées seules.
Par suite, on comprendra l'importance de ces aspects de la conception de l'appareil qui permettent une utilisation efficace de l'agitation violente provenant du déga- zage de l'hydrogène tendant à un enlèvement efficace des im- puretés volatiles, à savoir une profondeur et un chauffage de la chambre 150 qui soient, suffisants pour assurer une pulvérisa- tion considérable du cuivre en fusion, provenant du dégazage, vers le haut sur les parois de la chambre sans que ce cuivre se solidifie sur lesdites parois. De plus, l'efficacité de l'enlèvement des impuretés volatiles est favorisée par la dis- position, par rapport à la chambre d'exposition 150, des surfaces refroidies du collecteur 125 sur lesquelles les impure- tés volatiles tombent et se condensent.
Autrement dit, il est important que les trajets directs entre les surfaces de la chambre d'exposition 150 et les surfaces refroidies du collec-
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tour sous vide 125 ne soient pas obstruées sur des angles solides, relativement grands ; en conséquence, bien qu'il faille que la chambre 150 soit assez profonde pour recevoir convena- blement la pulvérisation provenant de l'agitation du dégazage, elle ne doit pas être trop profonde de manière à éviter d'ar- l'étal' sensiblement la projection directe des impuretés volati- les sur les surfaces refroidies du collecteur 125.
Pour résumer les remarques ci-dessus concernant la meilleure façon de réaliser l'appareil de la figure 11 pour enlever l'hydrogène et en.même temps des impuretés volatiles comme le plomba le bismuth et le tellure à,partir du cuivre électrolytique traité à l'hydrogène, la demanderesse préfère les valeurs suivantes.
Le diamètre extérieur des blocs 121, 122 et 123 est d'environ l,22 mm et la partie restante de l'appareil a des dimensions proportionnées comme représenté sur la figure.11 ; le débit horaire du cuivre en fusion, autre- mont dit le débit de production, est égal à 362,4 kg ; le débit de pompage sous vide est d'environ 42 m2/minute à une pression d'environ 100 microns ; l'enlèvement des impuretés volatiles est égal à environ 80 % et l'hydrogène résiduel est égal à environ l/10ème d'une partie par million en poids. La puissance fournie à la bobine d'induction 129 est d'environ 120 kilowatts,
On voit maintenant que l'appareil conforme à la , présente invent.ton constitue un dispositif simple et économi- que pour traiter sous vide en ,continu des métaux en fusion, en particulier du cuivre en fusion traité à l'hydrogène.
Autre- ment dit, l'appareil de traitement sous vide à froid ayant un agencement plus ou moins classique, comme par exemple celui qui est décrit avec référence aux figures 1 à 4, lorsqu'il est
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fabriqué avec le "procédé par blocs" conforme à la présente invention, comme par exemple exposé avec référence aux figures 5 à 11 et quand, de plus, il est adapté au traitement sous vide à chaud également conformément à la présente invention, comme par exemple exposé avec référence à la figure 11, constitue un dispositif simple et économique pour enlever en continu des gaz et/ou des impuretés volatiles à partir de métaux en fusion.
Les développements divers et simples, du procède de l'appareil de la présente invention viendront immédiatement à l'esprit des techniciens en la matière, comme par exemple la réduction à un minimum des problèmes. d'érosion grâce à un revêtement pyrolytique au autre revêtement des surfaces de l'appareil avec une matière résistant à l'érosion, comme du nitrure de bore, ou bien par l'utilisation de pièces rap- portées remplaçables placées dans des parties critiques de l'appareil, comme par exemple les alésages d'alimentation et la surface.d'exposition. Ces développements simples et d'au- tres du procédé et de'l'appareil de la présente invention entrent, bien entendu, dans le cadre et la portée'de la présente invention.