CH549644A - Procede pour enlever, en continu, les impuretes non metalliques d'un metal en fusion, appareil pour sa mise en oeuvre et metal ou alliage obtenu. - Google Patents

Description

  
 



   La présente invention a trait à certaines améliorations concernant le traitement des métaux en fusion, par exemple l'aluminium, et en particulier l'aluminium destiné à la fabrication de lingots, devant être ultérieurement travaillés par des procédés plastiques.



   Il est bien connu que l'aluminium fondu contient des quantités variables de constituants non métalliques, par exemple des gaz et d'autres inclusions dont la présence peut donner lieu à la formation de pailles dans les produits terminés. On a proposé de nom
 breux procédés pour l'élimination desdits gaz et inclusions. Ainsi le taux de gaz peut être abaissé à une valeur acceptable par introduction, dans la fonte, de chlore, d'azote ou d'argon, ou en traitant   celles    par l'hexachloroéthane. Cependant l'utilisation du chlore ou de l'hexachloroéthane conduit à la formation de déchets gazeux dont l'élimination nécessite pour éviter les risques de pollution, la présence d'appareils de purification coûteux tandis que l'utilisation de l'azote donne lieu à la formation d'inclusions non métalliques.

  On a proposé, pour l'élimination desdites inclusions, différentes méthodes de filtration, en particulier celles décrites dans les brevets britanniques   N s    701273 et 831637 suivant lesquelles on fait circuler le métal, d'un compartiment à un autre, à travers un lit de particules réfractaires de dimension de mailles de tamis 3-14 ASTM (mailles de 1,4 à 6,25 mm) les deux compartiments étant séparés   l'un    de l'autre par une paroi et communiquant   l'un    avec l'autre par un passage ménagé au-dessous de celleci.

  De tels lits filtrants ne sont guère appropriés au traitement des métaux liquides en raison des grandes vitesses de circulation de   oeuxci    conformément aux procédés modernes de coulée et, de plus ils peuvent se colmater si le métal liquide, en circulation, n'a pas subi, au préalable, un traitement par un fondant au chlore.



   On a proposé, dans le brevet britannique   N"    435104 de maintenir en agitation, dans un creuset, une fraction déterminée distincte d'aluminium à l'état liquide, sous atmosphère dépourvue d'hydrogène (sans humidité) et de dégazer le métal, par exemple en faisant passer un courant d'azote au contact de sa surface. On a aussi proposé d'utiliser un fondant capable de dissoudre les oxydes d'aluminium résultant du procédé contenus dans le métal ce fondant contenant de préférence du fluorure de sodium.

  Ce procédé a été employé à échelle réduite dans l'industrie de la fonte d'aluminium où le métal peut être traité dans un creuset de dimensions réduites, mais il n'a guère convenu au traitement du métal fondu dans les grands fours à réverbération employés pour la coulée de lingots destinés à être usinés par déformation et dans lesquels le métal fondu occupe une grande surface sous forme d'une couche mince.



   On a tenté de dégazer et de purifier en continu l'aluminium à l'état liquide sans engendrer de vapeurs inadmissibles; ainsi, suivant le brevet britannique   N"    935191, qui décrit un procédé de purification par un fondant selon lequel on provoque la division d'un courant de métal fondu en une pluralité de filets liquides au moyen d'une plaque de dispersion disposée dans une couche de fondant salin liquide. Ce procédé permet un dégazage suffisant du métal pour la fabrication de   piéces    d'aluminium aptes à certaines fonctions déterminées mais insuffisant lorsqu'il s'agit d'obtenir de l'aluminium destiné au forgeage de   piéces    de qualité supérieure.



  De plus, le procédé présente l'inconvénient qu'une partie du fondant est dispersée dans le métal et peut se trouver prise dans le produit coulé.



   Dans le brevet suisse   N"    513982 la titulaire a décrit et revendiqué un procédé pour ôter, de façon continue, les constituants non métalliques de l'aluminium et ses alliages à l'état liquide en faisant parvenir ledit métal dans un récipient, en introduisant un courant d'un gaz inerte dans ledit récipient et en maintenant une couche de fondant liquide sur le métal présent dans ledit récipient. Dans ledit procédé, de préférence la contenance du récipient est choisie telle que, étant donné que le métal fondu circule avec un débit donné, le temps de résidence dudit métal dans le récipient soit au moins   I 1/2    min. et de préférence, 3 min. au moins.

  Il a été démontré qu'un tel procédé était susceptible de purifier et dégazer un aluminium brut, non traité, quelconque   et.    en respectant la durée préférentielle du temps de résidence dudit   Al    dans le récipient de purification, de produire un métal apte aux emplois les plus spéciaux.



   En effectuant ledit procédé, il a été cependant observé que la durée de vie utile de l'appareillage utilisé dépendait largement de celle des tubes poreux à diffusion servant à introduire, dans le métal fondu, le gaz purificateur. On a alors essayé d'introduire l'azote à travers d'étroits tubes de graphite de manière à provoquer une forte turbulence dans la fonte et, grâce à l'emploi d'un nombre suffisant de telles buses, on a pu conduire le procédé de façon très satisfaisante sans avoir recours aux tubes diffuseurs dispendieux et fragiles. Dans ces conditions cependant, il a été nécessaire, pour parvenir aux résultats optimum. d'augmenter le temps minimum de résidence du métal dans la chambre de dégazage ce qui, dans un appareillage de dimension donnée, revenait à réduire le débit global du métal fondu.



   Le procédé de la présente invention pour enlever, en continu les impuretés non métalliques d'un métal à l'état liquide est caractérisé par le fait qu'on fait passer un courant dudit métal dans un récipient dont la capacité, calculée en fonction du débit du métal est telle que le temps de résidence de celui-ci dans ledit récipient est au moins 0,5 minute, qu'on agite le métal dans le récipient et qu'on applique à sa surface, à l'intérieur du récipient, au moins 0,69 g d'un fondant salin liquide par   cm2    de surface. Après cela, le métal peut être acheminé à travers des moyens destinés à retenir le fondant éventuellement entraîné par le métal, ces moyens étant constitués de préférence par un lit de granules réfractaires de grosseur suffisante pour être retenues par un tamis de mailles de 9,4 mm (3/8").

  De préférence, ledit temps de résidence se situe entre 0,5 et 3 mn.



   La présente invention a aussi pour objet un appareil pour la mise en oeuvre du procédé décrit qui se distingue par le fait qu'il comprend un récipient pour recevoir le métal en fusion des moyens pour acheminer ledit métal à travers ce récipient de manière que son temps de résidence dans celui-ci soit d'au moins 0,5 minute, des moyens mécaniques pour agiter le métal circulant dans le récipient.



   La présente invention a également pour objet le métal traité suivant le procédé ci-dessus.



   De préférence, le fondant se compose essentiellement de matériaux choisis parmi les chlorures et les fluorures des métaux alcalins et alcalino-terreux, y compris le magnésium; de préférence sa consistance est très fluide à la température de fusion du métal. De préférence, le fondant ne renferme pas plus de 5% de fluorure alcalin et, lorsque la présence de sodium dans le métal dégazé est indésirable, non seulement il ne contient point de NaF, mais il renferme du   MgC12    pour enlever tout sodium éventuellement présent.



   L'agitation du métal en fusion peut être effectuée par un agitateur placé au-dessous de la surface dudit métal et agencé de manière que celui-ci circule selon un plan incliné par rapport à l'horizontale, ce par quoi il est continuellement déplacé du fond vers la surface et ainsi mis en contact avec le fondant liquide. De plus, comme le liquide circule rapidement, en un mouvement vertical contre les parois du récipient, celles-ci sont continuellement et rapidement lavées par le fondant liquide.

 

   On effectue le procédé, de préférence dans un récipient divisé par une paroi ou   baffle    en deux chambres: une chambre d'entrée et une chambre de sortie communiquant entre elles par un passage situé sous ladite paroi.



   Les granules réfractaires peuvent être placées au fond du récipient à une profondeur suffisante pour couvrir la base du   baffle.   



  La chambre de sortie peut être remplie presque au ras-bord par les granules; dans la chambre d'entrée les granules peuvent atteindre une hauteur de 5 à 10 cm (2 à 4") supérieure à celle de la base du   baffle.     



   Les granules peuvent être en matières telles que l'alumine tabulaire,   lakyanite      (Al203SiO2),    la chromite   (FeO.Cr203),    la fors   terite    ((MgO)2.SiO2), le spinel magnésien   (MgO.AI203),    MgF2, la   périclase    (MgO), le zircon (ZrO2.SiO2), le graphite poreux ou non, le plumbago ou le carbone de silicium lié au carbone, au nitrure de silicium ou à l'alumine. Les granules peuvent être en forme de sphères ou de fragments irréguliers. Elles peuvent être moulées en formes spéciales, par exemple celles des matériaux utilisés dans l'industrie chimique pour le remplissage des tours de lavage.



   Comme dispositif d'agitation adéquat, on peut utiliser un agitateur réfractaire moulé qui peut être constitué par une longue tige sur laquelle est fixée une ou plusieurs lames orientées suivant un plan parallèle à l'axe de la tige, cet agitateur étant mis en rotation à une vitesse de 25 à 150 rpm et plongé dans le métal en fusion avec son axe en position inclinée par rapport à la verticale.



  On préfère, en général, des cadences de rotation comprises entre 50 et 75 rpm.



   Des compositions de fondants pouvant être utilisées dans le présent procédé sont indiquées ci-dessous, les chiffres se référant aux pourcents en poids des ingrédients utilisés.



  Fondant KCI NaCI NaF   MgCl2    F2Ca F2Mg
 A 45-65 35-55 0-10
 B 35-55 25-45 5-25 0-15
 C 30-55 20-45 5-30 0-10
 D 30-60 30-50 10-20
 E 15-35 10-30 30-50 0-10
 Des mélanges de KCI et NaCI avec de faibles adjonctions de
 CaF2 sont utilisés de préférence, en général (fondant A). On peut
 cependant ajouter quelques pourcents de NaF ou de   MgC12,    de
 manière à abaisser quelque peu la température de fusion du fon   'dant.    En ajoutant de plus grandes quantités de NaF on en dimi
 nue encore le point de fusion (fondant B) mais cette modification
 peut alors promouvoir l'introduction d'un peu de sodium dans le
 métal. Si désiré, une partie ou tout le NaF peut être remplacé par
 de la cryolite mais le taux de cette dernière est, de préférence,
 maintenu au-dessous de 10%.

  Dans le cas d'alliages contenant
 beaucoup de magnésium, il est préférable d'utiliser un fondant ca
 pable d'éliminer le sodium du métal fondu. De tels fondants con
 tiennent du   MgC12    (fondants C, D et E).



   Le présent procédé a donc l'avantage de permettre d'éliminer
 facilement de l'aluminium, en continu, le sodium et d'autres mé
 taux électropositifs.



   Pour que la densité du fondant liquide reste inférieure à celle
 du métal, il est préférable de sérieusement limiter la quantité de
 BaCI2 ajoutée audit fondant. Il est cependant possible d'y incor
 porer du KF ou de la cryolite de potasse au lieu du NaF et de la
 cryolite sodique. En présence de   MgC12    et de KF, il se formera du
 KCI et du MgF2.



   En effectuant le présent procédé, on a constaté qu'on pouvait
 obtenir un effet de purification et de dégazage identique à celui
 obtenu par le procédé du brevet suisse   N"    513982 mais avec des
 temps de résidence dans le récipient récepteur bien inférieurs,
 même en tenant compte de l'emploi des diffuseurs poreux pour
 l'introduction du N2. On a aussi trouvé qu'un contrôle de la na
 ture de l'atmosphère venant en contact avec le fondant était in
 utile et que la présence d'un couvercle sur le récipient ou d'un
 courant d'hydrogène à la surface du métal fondu n'étaient plus
 nécessaires.

  On est ainsi parvenu, non seulement à supprimer la
 nécessité d'utiliser de l'azote et à éviter les frais consécutifs à l'em
 ploi de tubes diffuseurs pour l'introduction de ce gaz mais encore,
 grâce à la diminution du temps de résidence du métal dans le réci
 pient, à réduire la taille des appareils autrefois requis pour traiter
 une quantité donnée de métal circulant à une vitesse déterminée.



   Il a été aussi remarqué que le degré de purification et de dégazage
 était bien supérieur à celui obtenu par le procédé du brevet britan
 nique   N"    935191.



   Un mode d'exécution du présent procédé est illustré par la
 description de l'exemple   ci-apres    et de l'appareil représenté au
 dessin en annexe.



   La fig. 1 représente en coupe un récipient pour le traitement
 du métal en fusion muni d'un agitateur.



   La fig. 2 représente respectivement aux parties a, b et c, une vue latérale en élévation, une vue longitudinale en élévation et une vue en plan d'un agitateur.



   La fig. I illustre un mode d'exécution du présent procédé.



  L'appareil comporte un récipient 1, en forme de bol ou de creuset peu profond, divisé par un baffle 2 en une chambre d'entrée A et une chambre de sortie B. Une canalisation 3 relie la chambre de sortie au moule de coulée. Le métal en fusion s'écoule continuellement d'une ouverture d'un four, le long d'une rigole 4 et tombe dans la chambre A. Une couche de fondant liquide 5 recouvre la surface de la fonte dans la chambre A. Celle-ci est mise en agitation par l'agitateur 6 en forme de bêche dont l'axe, oblique par rapport à l'horizontale et à la verticale, peut être entraîné en rotation par un moteur 8 fonctionnant à l'air comprimé. Après avoir été traité dans la chambre A, le métal passe à travers un lit de granules réfractaires grossières 7 s'étendant sous le baffle 2 et occupant la plus grande partie de la chambre B.



   Exemple:
 On a chauffé jusqu'à fusion 5 tonnes d'AI provenant de déchets de plaques d'Al et le liquide obtenu a été conduit de manière continue sans traitement préalable de purification ou de dégazage, dans l'appareillage représenté à la fig. 1. Le débit de métal a été réglé à 125 kg/mn (275 Ib/mn), la capacité de la chambre A étant de 68 kg (150 lb) et le temps de résidence du métal dans celle-ci 0,55 mn. L'aire de la surface du métal dans la chambre A était approximativement 2062   cm2    (2,2 squ. feet). 1,35 kg (2,5 lb) de fondant, comprenant 52%   KCI,    43% NaCI et 5% CaF2 en poids, ont été appliqués à la surface du métal dès le début de la coulée.



   On a utilisé, pour l'agitation, un agitateur en forme de bêche dont la lame avait approximativement 15   cm x    10 cm (6 in. x 4 in) et tournait à une cadence de 70 rpm. Les granules réfractaires, à travers lesquelles on a fait passer le métal, étaient des sphères d'alumine tabulaire d'environ 18,7 mn (3/4") de diamètre. On a prélevé des échantillons destinés au test de formation de gaz sous pression réduite selon Straube-Pfeiffer, aussi bien du métal pénétrant dans l'appareillage que de celui le quittant. On a mesuré une moyenne de 60 bulles dans les échantillons du métal pénétrant dans l'appareil et aucune bulle n'a été observée dans les échantillons prélevés à la sortie dudit appareil. 

  Le métal traité s'est révélé très satisfaisant en ce qui concerne le taux résiduel de gaz et d'inclusions et il a parfaitement convenu à la production de produits semi-ouvrés destinés à des applications de nature critique. On n'a pas observé de dispersion ou d'entraînement du fondant par le  métal, quel qu'ait été le fondant, A, B et D, utilisé dans des essais séparés.



   A titre comparatif, on a traité des quantités similaires de métal, avec un débit atteignant 118 kg/mn, (260 Ib/mn). Suivant le procédé décrit dans les brevets suisses   N    513982 et 503 793, en utilisant l'appareillage représenté à la fig. 2 de la première de ces demandes et on a obtenu ainsi un métal également satisfaisant au point de vue taux d'oxydes et de gaz; cependant, pour arriver à ce résultat, on a dû utiliser une chambre d'entrée de capacité   sufii-    sante pour contenir 590   kg (1,100    lb) d'aluminium.

  Ainsi, on voit que les dimensions de l'appareil convenant à l'application du présent procédé, de même que le coût du traitement du métal sont de beaucoup inférieures à ceux impliqués par la mise en oeuvre de l'appareillage mentionné à titre comparatif, car les frais opérationnels du présent procédé sont sensiblement diminués de par la possibilité d'éliminer le gaz inerte et les moyens pour son introduction.



   Si désiré, les granules réfractaires grossières peuvent être placées dans un récipient séparé, par exemple un creuset comportant une paroi le divisant en deux chambres communiquant par un passage situé au-dessous de   celle.    Ainsi, le métal peut-il être agité sous une couverture de fondant salin liquide dans un tel creuset divisé en deux et ensuite être dirigé à travers un second creuset, également divisé en deux compartiments, rempli de granules réfractaires.

 

   La mise en mouvement du métal en fusion sous une couche de fondant salin liquide peut aussi être effectuée, dans une partie d'un four a réverbération ou dans une enceinte attenant à celui-ci, les produits de combustion gazeux étant, de préférence, écartés pour éviter leur contact direct avec le métal en traitement.



   Le présent procédé n'est pas limité au traitement de l'aluminium.   II    peut également être appliqué au magnésium. Dans ce cas,
I'appareillage peut être confectionné en acier doux ou en acier résistant à la chaleur, à haute teneur en chrome et/ou manganèse, de manière à limiter, autant que possible, la contamination du Mg par Fe. Les granules grossières consisteront alors, de préférence, en alumine tubulaire, en graphite ou en carbure de silicium, ce dernier étant d'ailleurs de préférence évité si l'alliage traité contient du zirconium. 

Claims (1)

1. REVENDICATIONS

   I. Procédé pour enlever, en continu, les impuretés non métalliques d'un métal en fusion, caractérisé par le fait qu'on fait passer un courant dudit métal à l'état liquide dans un récipient dont la capacité calculée en fonction du débit métal, est telle que le temps de résidence de celuici dans ledit récipient est d'au moins 0,5 minute, qu'on agite le métal dans le récipient et qu'on applique à sa surface, à l'intérieur du récipient, au moins 0,69 g d'un fondant salin liquide par cm2 de surface.

   II. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un récipient pour recevoir le métal en fusion, des moyens pour acheminer ledit métal à travers ce récipient de manière que son temps de résidence dans celui-ci soit d'au moins 0,5 minute, des moyens mécaniques pour agiter le métal circulant dans le récipient.

   111. Métal ou alliage obtenu par le procédé de la revendication I.

   SOUS-REVENDICATIONS Procédé suivant la revendication I, caractérisé par le fait que le temps de résidence du métal dans le récipient est compris entre 0,5 et 3 minutes.

   2. Procédé suivant la revendication I, caractérisé par le fait qu'on agite le métal du récipient au moyen d'un dispositifd'agitation agencé de manière que le métal soit amené à circuler dans une direction oblique par rapport au plan horizontal et au plan vertical.

   3. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendication 2, caractérisé par le fait qu'on agite le métal par un dispositif d'agitation tournant autour d'un axe. celui-ci étant incliné par rapport au plan horizontal et au plan vertical.

   4. Procédé suivant la revendication I et l'une des sous-revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que le dispositifd'agitation comporte un axe, celui-ci étant muni, au voisinage de son extrémité inférieure, d'au moins une pale.

   5. Procédé suivant la revendication I, caractérisé par le fait que le dispositif d'agitation est entraîné à une cadence de 25 à 150 rpm.

   6. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendication 5, caractérisé par le fait que la vitesse de rotation du dispositif d'agitation est de 50 à 75 rpm.

   7. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le fondant contient principalement des ingrédients choisis parmi les chlorures et fluorures alcalins et alcalino-terreux, et le Mg, fluide à la température de fusion du métal.

   8. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'après son séjour dans le récipient, le métal en fusion est conduit à travers des moyens pour le débarasser du fondant par lui entraîné.

   9. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendication 8, caractérisé par le fait que ces moyens comprennent un lit de granules réfractaires de grosseur suffisante pour ne pas traverser un tamis de mailles de 9,4 mm.

   10. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le récipient recevant le métal en fusion est divisé en deux compartiments par une paroi ou baffle, le premier étant constitué par une chambre d'entrée pour le traitement du métal dans laquelle la surface de celui-ci est recouverte d'une couche de fondant et le second par une chambre de sortie, celles-ci communiquant par un passage ménagé sous ladite paroi.

   Il. Procédé suivant la revendication I et la sous-revendication 10, caractérisé par le fait que les granules du récipient récepteur sont logées dans la chambre de sortie et occupent un espace dont le niveau supérieur atteint au moins le bord inférieur du baffle dans la chambre d'entrée.

   12. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le métal traité est de l'aluminium.