CH721634A1 - Dispositif et procédé pour la fonte d'un métal au moyen de l'énergie solaire - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif pour la fonte d'un métal au moyen d'une énergie solaire, comprenant un creuset (11) apte à contenir un métal en fusion et une enveloppe (9, 13) étanche aux gaz, dans lequel l'enveloppe contient le creuset, dans lequel le creuset est en contact mécanique avec l'enveloppe, dans lequel l'enveloppe comprend une première voie (7) configurée pour l'entrée, dans l'enveloppe et à l'intérieur du creuset, de matière métallique sous forme solide divisée, une deuxième voie (14) configurée pour la sortie, hors du creuset et hors de l'enveloppe, de matière métallique sous forme liquide et une troisième voie (15) optique configurée pour l'entrée, dans l'enveloppe et à l'intérieur du creuset, d'une lumière solaire (4), dans lequel la première voie comprend une première valve d'isolation (1.b) pour les gaz, dans lequel la deuxième voie comprend une deuxième valve d'isolation (1.c) pour les gaz et dans lequel la troisième voie comprend une fenêtre (6) transparente pour la lumière solaire. L'invention concerne également un procédé pour le chauffage, au moyen de l'énergie solaire et sous atmosphère contrôlée, de l'intérieur du creuset d'un tel dispositif.

Description

[0001] Au sens de la demande, les définitions suivantes s'appliquent : „Métal“: Corps simple, doué d'un éclat particulier (éclat métallique), bon conducteur de la chaleur et de l'électricité, et formant, par combinaison avec l'oxygène, des oxydes basiques. „Alliage“: Produit métallique obtenu en incorporant à un composant principal qui est un métal un ou plusieurs éléments. „Nuance“: Variété d'un alliage à base de métaux, définie par sa composition chimique. „Acier“: alliage dont le composant principal est du fer et contenant une faible quantité de carbone (entre 0,02 % et 2 % en masse). „Acier inoxydable“: acier contenant du Chrome (au moins 10,5% en masse). „Alliage de titane“ : alliage dont le composant principal est du titane. „Recyclage“ : recréation d'un produit à partir de résidus issus de son utilisation ou de sa production. „Creuset“ : récipient résistant à la chaleur ou réfractaire apte à contenir un métal en fusion. „Moyen de basculement d'un creuset“ : moyen mécanique permettant l'inclinaison d'un creuset rempli de métal en fusion pour verser ce métal dans un moule ou lingotière. „Fusion ou fonte ou sidérurgie sous atmosphère contrôlée“ : Technique consistant à envelopper un creuset et son moyen de basculement d'une enveloppe ou coque étanche aux fluides permettant d'isoler le creuset et le moyen de basculement de l'atmosphère extérieure à la coque pour fonctionner à l'intérieur de la coque, soit sous vide (technique de fusion VIM ou en anglais „Vacuum Induction Molding“) soit sous atmosphère inerte (azote, dioxyde de carbone, ...) „Valve d'isolation“ ou „valve d'isolation pour les gaz“ : Une valve étanche aux gaz utilisée ou utilisable pour la technique VIM. „Réfractaire“ désigne une propriété de résistance d'un matériau, notamment à la chaleur. „Laitier“ désigne les scories à la surface d'un métal en fusion.

[0002] La présente demande concerne le domaine du recyclage des alliages et métaux de haute qualité comme les nuances d'aciers inoxydables ou les alliages de titane.

[0003] La présente demande concerne plus particulièrement le recyclage des chutes et des copeaux des alliages et métaux de haute qualité par la fonte de ces matériaux au moyen de l'énergie solaire fournie par un concentrateur, dans un réacteur solaire.

[0004] L'art antérieur à la présente demande connaît dans le domaine de la sidérurgie ou de la fusion des métaux, des systèmes pour la fonte et le formage d'alliages ou de métaux en lingots, notamment sous atmosphère contrôlée ou sous vide, à partir de copeaux de ces alliages ou métaux et au moyen de l'énergie électrique, principalement par induction.

[0005] Ces systèmes comprennent usuellement un creuset, une chambre d'alimentation en matières premières pour le creuset, un moyen de chauffage du creuset par induction électrique et un verseur ou moyen mécanique de basculement du creuset pour verser son contenu sous forme de métal en phase liquide dans un moule ou lingotière dans laquelle les lingots sont refroidis sous forme de lingots de métal en phase solide.

[0006] Pour opérer sous atmosphère contrôlée ou sous vide (VIM), l'ensemble de ces éléments est enveloppé d'une coque ou enveloppe étanche aux gaz. Une couche de vide ou de gaz inerte assure dans cette configuration une isolation thermique optimale entre le creuset et son contenu et une atmosphère ambiante enveloppant la coque. Le rendement de conversion de l'énergie calorifique communiquée au contenu du creuset rapporté à l'énergie électrique d'alimentation est ainsi optimal. Notamment, dans le cas d'une couche de vide les échanges thermiques entre le creuset et l'enveloppe se réduisent au rayonnement entre le creuset et la coque.

[0007] Toutefois, l'encombrement de ce type d'installation est important et il ne peut en pratique être simplement muni d'une fenêtre transparente pour une alimentation en énergie solaire du creuset et facilement transporté au foyer d'un concentrateur solaire existant.

[0008] Pour diminuer l'encombrement des systèmes sidérurgiques alimentés par l'énergie solaire, l'art antérieur connaît des systèmes dans lesquels une coque, en matériau réfractaire à la chaleur et faiblement conducteur thermiquement est en contact mécanique avec un creuset contenu dans la coque. Toutefois, il est souhaitable de pouvoir contrôler la teneur en dioxygène de l'atmosphère en contact avec un métal en fusion afin d'en éviter l'oxydation et ce résultat est obtenu en rendant la coque étanche aux gaz.

[0009] L'art antérieur à la présente demande connaît finalement des réacteurs solaires moins encombrants et fonctionnant sous atmosphère contrôlée, pour la fusion de métal au moyen de l'énergie solaire, qui sont constitués d'un creuset et d'une enveloppe ou coque, contenant le creuset, en contact mécanique avec le creuset et munie d'un couvercle amovible comprenant une fenêtre transparente.

[0010] Dans ces réacteurs solaires, la compacité est optimale entre la coque et le creuset, ces deux éléments étant en contact mécanique. Le dimensionnement du creuset est donc défini par le volume maximal de la quantité, c'est-à-dire du poids de matière métallique à produire par coulée. Comme ce volume de matière est maximal pour des copeaux de matière, le dimensionnement d'un creuset dans un réacteur solaire est donc régi par le volume des copeaux d'un poids à produire par coulée.

[0011] Le rapport entre le poids de la matière fondue rapportée au volume du creuset servant à la fondre sous atmosphère contrôlée, est donc pour l'art antérieur une constante dans le domaine des réacteurs solaires opérant sous atmosphère contrôlée. Cette constante est égale dans l'art antérieur à la masse volumique des copeaux.

[0012] L'augmentation de la compacité d'un réacteur solaire définie comme le rapport entre le poids du métal liquide produit, divisé par le volume du creuset nécessaire à produire ce poids sous atmosphère contrôlée est ainsi un problème difficile pour l'art antérieur.

[0013] En pratique, l'art antérieur à la présente demande est limité à la fusion solaire sous atmosphère contrôlée de l'aluminium à une température de 800°C. La fusion d'alliages de haut point de fusion de l'ordre de 1600°C est ainsi, en pratique, inenvisageable dans l'art antérieur.

Dans ce contexte, l'invention concerne :

[0014] Un dispositif pour la fonte d'un métal au moyen d'une énergie solaire, comprenant un creuset apte à contenir un métal en fusion et une enveloppe étanche aux gaz, dans lequel l'enveloppe contient le creuset, dans lequel le creuset est en contact mécanique avec l'enveloppe, dans lequel l'enveloppe comprend une première voie configurée pour l'entrée, dans l'enveloppe et à l'intérieur du creuset, de matière métallique sous forme solide divisée, une deuxième voie configurée pour la sortie, hors du creuset et hors de l'enveloppe, de matière métallique sous forme liquide et une troisième voie optique configurée pour l'entrée, dans l'enveloppe et à l'intérieur du creuset, d'une lumière solaire, dans lequel la première voie comprend une première valve d'isolation pour les gaz, dans lequel la deuxième voie comprend une deuxième valve d'isolation pour les gaz et dans lequel la troisième voie comprend une fenêtre transparente pour la lumière solaire.

[0015] Dans des variantes : – le creuset est en béton réfractaire. – l'enveloppe est en céramique réfractaire. – la fenêtre est en quartz. – la céramique réfractaire est sous forme de fibres. – la première voie et la deuxième voie sont une seule et même voie et la première valve d'isolation et la deuxième valve d'isolation sont une seule et même valve.

[0016] La présente demande concerne aussi un procédé pour le chauffage, sous atmosphère contrôlée, de l'intérieur d'un creuset, au moyen d'une énergie solaire, comprenant les étapes suivantes: – créer une atmosphère contrôlée, dans une enveloppe étanche aux gaz et contenant un creuset – créer l'atmosphère contrôlée dans une première chambre d'alimentation contenant une matière métallique, en phase solide divisée; – ouvrir une première valve d'isolation aux gaz, entre la première chambre et l'enveloppe ; – transporter la matière métallique, de la première chambre jusqu'à l'intérieur du creuset, via la première valve d'isolation aux gaz; – fermer la première valve d'isolation aux gaz; – fondre la matière métallique, au moyen d'une lumière solaire pénétrant à l'intérieur du creuset via une fenêtre transparente de l'enveloppe. – répéter les étapes précédentes pour remplir progressivement le creuset de matière métallique fondue.

[0017] Dans une variante le procédé comprend les étapes supplémentaires suivantes : – créer l'atmosphère contrôlée dans une deuxième chambre d'alimentation contenant une lingotière; – ouvrir une deuxième valve d'isolation aux gaz, entre la deuxième chambre et l'enveloppe ; – faire couler la matière métallique fondue, depuis l'intérieur du creuset jusqu'à la lingotière via la deuxième valve d'isolation aux gaz; – fermer la deuxième valve d'isolation aux gaz.

[0018] L'invention sera mieux comprise en référence pour les numéros indiqués dans le texte de la présente demande à la liste des figures ci-dessous, dans laquelle: Fig. 1 : la figure 1 représente un réacteur solaire qui comprend un creuset en matière réfractaire ou résistante à un métal fondu. Le creuset est entouré d'une enveloppe ou coque réfractaire à la chaleur du creuset et étanche aux gaz. L'enveloppe comprend une première voie ou interface ou passage ou canal ou conduit, qui est une voie d'alimentation en matière première. La première voie est obturée par une première valve d'isolation étanche aux gaz, en position fermée. La première valve peut être commandée pour occuper une position ouverte et pour permettre dans cette position, le passage de matière divisée, tout spécialement sous forme de copeaux, à travers la première valve et le transport de la matière divisée depuis l'extérieur de l'enveloppe jusqu'à l'intérieur du creuset, via la première voie. L'enveloppe comprend une deuxième voie ou interface ou passage ou canal ou conduit, qui permet l'évacuation d'un métal fondu. Lorsque du métal fondu n'est pas évacué, i.e. lors de la fusion sous atmosphère contrôlée de matière métallique solide contenue dans le creuset, la deuxième voie est obturée par une deuxième valve d'isolation en position fermée et étanche aux gaz. Lorsque l'évacuation du métal fondu est requise, la valve est escamotée ou mise dans une position ouverte permettant le passage du métal fondu à travers la deuxième voie de l'enveloppe, sans dommage pour la deuxième valve. De plus, l'enveloppe comprend une troisième voie, qui est une voie d'alimentation en énergie solaire, obturée de façon permanente et de façon étanche aux gaz, par une fenêtre transparente pour de la lumière solaire. La fenêtre est configurée en regard de l'intérieur du creuset d'un point de vue optique, i.e. de façon que de la lumière solaire traversant la fenêtre éclaire l'intérieur du creuset via la troisième voie. Par ailleurs, une quatrième voie ou interface de l'enveloppe est configurée pour permettre la connexion de moyens connus d'aspirer l'atmosphère de l'enveloppe ou coque pour y faire le vide et y faire entrer un gaz inerte ou une atmosphère contrôlée en contact avec l'intérieur du creuset.

[0019] Les différents aspects de la présente demande seront mieux compris selon la description ci-dessous de modes détaillés de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs.

[0020] Dans un premier mode de réalisation, en référence à la figure 1, un creuset (11) en béton réfractaire ou en céramique frittée, apte à contenir un métal en fusion(12) est utilisé. Le matériau choisi doit résister à la chaleur, être inerte chimiquement avec le métal fondu et être résistant à l'érosion due à l'acidité du métal fondue et du laitier.

[0021] Dans le creuset (11), est disposé un récupérateur d'échantillon (10) de la coulée.

[0022] Le creuset est disposé dans une enveloppe métallique (9) contenant un matériau réfractaire (13) en brique ou en fibres de céramique.

[0023] L'enveloppe(9) est munie d'une première voie d'alimentation (7) entre l'extérieur et l'intérieur de l'enveloppe. On entend dans toute la présente demande par voie d'alimentation : un canal, un passage ou un conduit ménagé dans l'enveloppe, qui permet d'acheminer de la matière ou de l'énergie, en remplissant ainsi la fonction d'interface entre l'intérieur du creuset et l'enveloppe constitués en système thermodynamique et l'extérieur de l'enveloppe constitué en réservoir thermique au sens de la thermodynamique.

[0024] La première voie d'alimentation ou première interface, est une voie d'alimentation du creuset en matière métallique (8) divisée en copeaux et contenue dans une chambre d'alimentation en matière (2.a), aux fins de fondre ces copeaux dans le creuset après introduction dans l'enveloppe.

[0025] La première voie est obturée lors de la fusion par une première valve d'isolation (1.b) en position fermée, ce qui permet une étanchéité aux gaz et le maintien d'une atmosphère contrôlée durant la fusion ou fonte des copeaux métalliques.

[0026] La chambre d'alimentation en matière (2.a) est connectée pour sa sortie de matière à la première valve d'isolation (1.b) et limitée d'autre part par une autre valve d'isolation (1.a) pour son entrée de matière.

[0027] Préalablement à la fonte, on peut ainsi connecter à la première valve, de façon étanche aux gaz, un récipient étanche aux gaz (la chambre d'alimentation en matière) qui contient des copeaux à fondre, puis enlever l'atmosphère non contrôlée du récipient par des moyens de pompage au vide (3.a)et la remplacer par une atmosphère contrôlée, notamment identique à celle présente à l'intérieur de l'enveloppe.

[0028] Une fois les atmosphères des deux côtés de la première valve rendue égales ou équivalentes pour la fonte des métaux (notamment sans dioxygène), la première valve est ouverte i.e est mise en position ouverte dans la mesure nécessaire à permettre le passage des copeaux à l'intérieur de l'enveloppe en remplissant le creuset. Puis, une fois les copeaux introduits, la première valve est refermée, et rendue de ce fait étanche aux gaz.

[0029] Les copeaux sont ensuite fondus et remplissent progressivement le creuset en métal fondu (12).

[0030] En répétant l'introduction de copeaux et leur fusion, sans perdre l'atmosphère contrôlée, on peut alors remplir avantageusement le creuset d'un volume de métal fondu comparable au volume intérieur du creuset et non plus seulement égal au volume de copeaux remplissant le creuset. De plus, dans cette répétition, le contact thermique entre le métal déjà fondu et les nouveaux copeaux introduits est avantageusement plus intime à chaque introduction, ce qui permet d'améliorer le transfert de chaleur aux copeaux et diminuer leur temps de fusion, élément favorable à l'utilisation de l'énergie solaire pour la fusion ou fonte de matière métallique durant la répétition.

[0031] Le métal fondu est finalement évacué après la répétition des étapes mentionnées ci-dessus, via une deuxième voie d'alimentation (14) ou deuxième interface qui est ici une voie d'évacuation du métal fondu depuis l'intérieur du creuset vers l'extérieur. Cette deuxième voie est munie d'une deuxième valve d'isolation (1.c), qui est en position fermée durant l'introduction des copeaux et durant leur fusion, pour maintenir invariante la composition de l'atmosphère contrôlée en contact avec l'intérieur du creuset, i.e. à l'intérieur de l'enveloppe.

[0032] La fusion des copeaux est obtenue par alimentation en énergie solaire (4) via une troisième voie optique (15), constituée de la façon la plus simple par une fenêtre (6) en matériau transparent à de la lumière solaire (4), comme du quartz ou du saphir. Cette troisième voie est configurée optiquement pour que de la lumière solaire, incidente sur la fenêtre, éclaire les copeaux présents dans le creuset ou le métal liquide en fusion contenant les copeaux à l'intérieur du creuset. De la façon la plus simple, la fenêtre est en regard de l'intérieur du creuset, i.e. l'intérieur du creuset est visible par un observateur extérieur. Afin d'augmenter l'énergie solaire collectée, un concentrateur solaire, par exemple de type miroir parabolique sera utilisé pour fournir un faisceau convergent, en disposant la fenêtre transparente de l'enveloppe entre le miroir parabolique et le foyer optique de ce miroir.

[0033] Des moyens de manutention mécanique du creuset pour l'introduction facile de copeaux, via la première voie (7), par exemple par gravité, dans le creuset, au sens de dans le creux ou concavité de ce creuset, pourront être prévus sans sortir de l'enseignement de la présente demande.

[0034] De même des moyens de manutention mécanique du creuset pour le versement du métal fondu dans une lingotière (2.b), via la deuxième voie (14), par exemple par gravité, depuis le creuset, pourront être prévus sans sortir de l'enseignement de la présente demande.

[0035] Avantageusement, le lingotage sera effectué sous atmosphère contrôlée identique à celle au-dessus du contenu du creuset, en connectant une lingotière (2.b) étanche aux gaz connectée à la deuxième valve (1.c) en position fermée et isolée de l'extérieur par une valve de sortie (1.d) pour les lingots (5), en pompant l'atmosphère interne de la lingotière et en la remplaçant par une atmosphère contrôlée identique ou équivalente à celle de l'intérieur de l'enveloppe (9), puis en ouvrant la deuxième valve (1.c) et en faisant couler le métal fondu dans la lingotière (2.b), via la deuxième voie (14)et sous l'atmosphère contrôlée, rendue homogène dans l'enveloppe et la lingotière, dans les moules de la lingotière (5) pour former le métal fondu en lingots après refroidissement, en fermant la deuxième valve (1.c) et en envoyant à l'extérieur via la valve de sortie de la lingotière (1.d) mise en position ouverte, les lingots.

[0036] Pour la troisième voie (15) de l'enveloppe, qui est optique et séparée des voies d'entrée de matière (7) et de sortie de liquide (14) de l'enveloppe, on pourra sans sortir de la présente demande prévoir un trou formant un diaphragme de champ afin de limiter l'émission de rayonnement infra-rouge du métal fondu à l'extérieur de l'enveloppe. Ce trou pourra voir une forme de trou, de cône ou de goulet ou goulot d'étranglement sans sortir de l'enseignement de la présente demande.

[0037] Un des avantages de ce premier mode de réalisation est de permettre d'utiliser un creuset de la taille du volume de liquide à produire et non de la taille du volume des copeaux de même poids, ce qui permet de minimiser la taille du creuset, donc de l'enveloppe qui le contient et d'améliorer ainsi la compacité du réacteur solaire conçu selon le principe de la présente demande.

[0038] Un autre avantage de cette compacité accrue est une inertie thermique plus faible et donc des pertes de chaleur plus faibles, permises par un chauffage moindre de l'enveloppe, ce qui améliore le rendement de conversion de l'énergie solaire en chaleur latente dans le métal fondu.

[0039] Un autre avantage de cette compacité accrue est un éclairement plus intense sur le laitier celui-ci se rapprochant du plan focal du diaphragme de champ au fur et à mesure de la conversion des copeaux en liquide alors que dans l'art antérieur, le laitier s'éloigne au contraire du foyer au fil de la conversion des copeaux en liquide, pour un éclairement réduit de ce fait.

[0040] Ces avantages permettent soit d'atteindre une température plus élevée dans une même durée, soit d'atteindre une température donnée en moins de temps. Ce qui est particulièrement favorable à l'utilisation d'une source variable comme le soleil en fonction des conditions climatiques et soumise à l'alternance jour-nuit.

[0041] D'autres modes de réalisation que celui présenté peuvent être mentionnés sans sortir de l'enseignement de la présente demande.

[0042] Dans un deuxième mode de réalisation, la première et la deuxième voie sont identiques, la première valve et la deuxième valve étant une même valve, i.e une valve unique. Pour réaliser ce mode, on utilisera des moyens de positionner les copeaux au-dessus du creuset, i.e. en disposant mécaniquement la valve unique à une altitude supérieure à celle du creuset, de façon à permettre la chute des copeaux dans le creuset, par gravité. Puis une fois tous les copeaux fondus, dans le creuset, on disposera mécaniquement la valve unique à une altitude inférieure à celle du creuset, de façon à permettre l'écoulement du métal fondu depuis le creuset.

[0043] Dans ce deuxième mode, la première et la deuxième voie sont sous la forme d'une voie unique, qui remplit une fonction d'entrée et de sortie de matière sous atmosphère contrôlée avec fusion au moyen d'énergie solaire, la matière étant dans des phases distinctes en entrée et en sortie (phase divisée en entrée de matière, phase liquide en sortie de matière). Par comparaison, dans le premier mode, la première voie est une voie d'entrée de matière en phase solide divisée et la deuxième voie une voie de sortie de matière en phase liquide.

[0044] Des variantes de réalisation des modes présentés peuvent être citées sans sortir de l'enseignement de la présente demande.

[0045] La troisième voie optique peut ainsi être adaptée à un concentrateur à miroir donné, dont le rayon moyen passant par le centre du miroir et le foyer du concentrateur est horizontal, oblique ou vertical. Dans le cas horizontal par exemple, un miroir à 45 degrés de l'horizontale et un creuset vertical surmonté d'une fenêtre transparente horizontale, pourront être utilisés. L'homme du métier de l'optique déterminera facilement comment éclairer l'intérieur du creuset à travers la fenêtre transparente, en fonction des caractéristiques optiques du faisceau solaire concentré convergent fourni par un concentrateur solaire donné.

[0046] Les moyens de pompage au vide et d'entrée ou injection de gaz (3.a) via la quatrième voie pour le contrôle de l'atmosphère à l'intérieur de l'enveloppe du creuset peuvent aussi être isolés par des valves et utilisés pour définir un pompage et une injection d'atmosphère dans la chambre d'entrée de matière aussi bien que dans la lingotière, de façon à minimiser l'encombrement et le nombre d'éléments additionnels nécessaires pour effectuer une fonte complète depuis l'entrée de matière et la sortie de lingots, sous atmosphère contrôlée.

[0047] Alternativement, on pourra utiliser des moyens séparés (3.b) de ceux dédiés au creuset (3.a) pour créer une atmosphère contrôlée dans la chambre d'entrée de matière en copeaux (via 3.a) ou dans la chambre de sortie ou lingotière (via 3.b).

[0048] L'invention est susceptible d'application industrielle ou utile ou utilisable, dans le domaine des réacteurs solaires pour la sidérurgie et tout spécialement dans le recyclage des copeaux de matière métalliques à haut point de fusion, notamment triés par nuances.

[0049] Le critère des dispositifs de la présente demande, dans tous ses modes, apparaît finalement comme la présence de circuits physiquement séparés et étanches aux gaz, pour le transport de matière vers et hors d'un creuset d'une part et le chauffage solaire de la matière dans le creuset, d'autre part.

[0050] Une structure conforme à ce critère permet d'introduire la matière à fondre dans un creuset sous atmosphère contrôlée, en plusieurs fois, en remplissant à chaque fois le creuset et en isolant autant que nécessaire le circuit de matière pour maintenir cette atmosphère contrôlée, ce qui permet finalement d'utiliser un creuset plus petit pour un même poids de liquide produit par rapport à un creuset dans lequel l'ensemble de la matière à fondre par l'énergie solaire est introduit en une seule fois.

[0051] L'invention est applicable à la fusion de l'aluminium à 800°C, avec un gain en rendement thermodynamique par rapport aux solutions antérieures, le réacteur étant plus compact mais aussi à la fusion d'alliages triés par nuances fondant entre 1500°C et 1600°C comme les aciers inoxydables et les alliages de titane et plus généralement pour la fusion de matériaux d'une température de fusion à laquelle le creuset et l'enveloppe résistent.

[0052] Afin de quantifier les avantages de l'invention, il est possible de simuler numériquement la température en fonction du temps pour un creuset de l'art antérieur remplis de copeaux en une seule fois et un creuset selon l'invention progressivement rempli de copeaux fondus de façon fractionnée.

[0053] Pour un flux solaire de même puissance, on atteindra 1300°C en 4h pour une contenance de 2500ml du creuset sans l'invention, les copeaux correspondant à un poids de 5kg étant insérés en une seule fois, contre 1h pour une contenance de 625ml avec l'invention, les copeaux étant insérés en plusieurs fois, pour un même poids d'acier final produit de 5kg.

[0054] Les chutes ou copeaux d'acier utilisés sont considérés en pratique 4 fois moins dense que de l'acier plein, le gain en volume des creusets est ainsi dans le même rapport (625 ml x 4 = 2500 ml), et on obtient ainsi un temps pour que le réacteur à vide arrive à 1300°C divisé par 4 si le volume utile permet de contenir du métal fondu plutôt que des copeaux.

[0055] Aux fins de sélectionner une valve d'isolation et de disposer une telle valve de façon adaptée aux modes de la présente demande, un homme du métier pourra prendre en compte la température maximale d'utilisation de la valve et au besoin refroidir les gaz en contact avec la valve pour éviter une détérioration de la valve; il pourra aussi éviter un contact direct de la valve avec la matière métallique fondue, notamment au niveau du lingotage. Les valves d'isolation d'une installation VIM pourront être préférées pour tous les modes de la présente demande. Des valves utilisées dans d'autres domaines techniques pourront aussi être utilisées dans la mesure où elles sont étanches aux gaz et résistantes à la température de l'enveloppe à leur position. Une vis sans fin pourra être ainsi utilisée pour l'introduction de la matière métallique solide dans le creuset. Pour la sortie de matière métallique fondue, une valve à guillotine réalisée dans un matériau résistant à une température la plus proche du métal à fondre et utilisant des joints d'étanchéité en silicone pouvant résister à des températures de l'ordre de 1400°C pourra être utilisée ; son diamètre intérieur libre une fois la valve ouverte sera choisi de façon générale, plus grand que le diamètre de la voie de sortie de matière, pour éviter la matière métallique fondue s'écoulant hors de cette voie vers la lingotière. Ce critère général devra être rempli par les valves de sortie de matière métallique fondue, de tous les modes de réalisation de la présente demande, afin d'éviter le risque de contact de la valve avec de la matière métallique fondue à lingoter.

[0056] Le récupérateur d'échantillon (10) du métal fondu (12) peut être inclus dans tous les modes de la présente demande pour déterminer la composition du métal fondu (12) dans le creuset(11) au cours de son remplissage progressif, et modifier la matière (8) introduite, via la voie d'entrée de matière (7) pour corriger une composition, notamment pour produire une nuance.

Claims (8)

1. Dispositif pour la fonte d'un métal au moyen d'une énergie solaire, comprenant un creuset (11) apte à contenir un métal en fusion et une enveloppe(9,13) étanche aux gaz, dans lequel l'enveloppe contient le creuset, dans lequel le creuset est en contact mécanique avec l'enveloppe, dans lequel l'enveloppe comprend une première voie (7) configurée pour l'entrée, dans l'enveloppe et à l'intérieur du creuset, de matière métallique sous forme solide divisée, une deuxième voie (14) configurée pour la sortie, hors du creuset et hors de l'enveloppe, de matière métallique sous forme liquide et une troisième voie (15) optique configurée pour l'entrée, dans l'enveloppe et à l'intérieur du creuset, d'une lumière solaire (4), dans lequel la première voie comprend une première valve d'isolation (1.b) pour les gaz, dans lequel la deuxième voie comprend une deuxième valve d'isolation (1.c) pour les gaz et dans lequel la troisième voie comprend une fenêtre (6) transparente pour la lumière solaire.

2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le creuset (11) est en béton réfractaire.

3. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel l'enveloppe (9,13) est en céramique réfractaire.

4. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la fenêtre (6) est en quartz.

5. Dispositif selon la revendication 3 dans lequel la céramique réfractaire est sous forme de fibres.

6. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel la première voie et la deuxième voie sont une seule et même voie et la première valve d'isolation et la deuxième valve d'isolation sont une seule et même valve.

7. Procédé pour le chauffage, sous atmosphère contrôlée, de l'intérieur d'un creuset, au moyen d'une énergie solaire, comprenant les étapes suivantes: – créer une atmosphère contrôlée, dans une enveloppe étanche aux gaz et contenant un creuset – créer l'atmosphère contrôlée dans une première chambre d'alimentation contenant une matière métallique, en phase solide divisée; – ouvrir une première valve d'isolation aux gaz, entre la première chambre et l'enveloppe ; – transporter la matière métallique, de la première chambre jusqu'à l'intérieur du creuset, via la première valve d'isolation aux gaz; – fermer la première valve d'isolation aux gaz; – fondre la matière métallique, au moyen d'une lumière solaire pénétrant à l'intérieur du creuset via une fenêtre transparente de l'enveloppe. – répéter les étapes précédentes pour remplir progressivement le creuset de matière métallique fondue.

8. Procédé selon la revendication 7 comprenant les étapes supplémentaires suivantes : – créer l'atmosphère contrôlée dans une deuxième chambre d'alimentation contenant une lingotière; – ouvrir une deuxième valve d'isolation aux gaz, entre la deuxième chambre et l'enveloppe ; – faire couler la matière métallique fondue, depuis l'intérieur du creuset jusqu'à la lingotière via la deuxième valve d'isolation aux gaz; – fermer la deuxième valve d'isolation aux gaz.