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La présente invention est relative ~ un dispositif
de traitement d'un bain métal liquide contenu dans un récipient
et, notamment, d'aluminium ou de ses alliages par injection de
gaz.
L'homme de l'art sait qu'avant de procéder à la
mise en forme de produits métallurgiques semi finis, il est
nécessaire de traiter le métal brut d'élaboration pour le dé-
barrasser des gaz dissous et des impuretes non metalliques
qu'il contient et dont la présence nuirait aux propriete souhai-
tees et à la facilité~de solidification des pièces fabriquees.
Deux voies principales de traitement sont connues
actuellement: la première consiste ~ faire passer le metal
liquide à travers les milieux de filtration inertes ou actifs
qui retiennent les impuretes soit mécaniquement, soit à la
suite de réactions chimiques, soit en exerçant les deux effets;
la deuxième voie recourt à l'utilisation de gaz inertes ou réac-
tifs ou de leurs mélanges, lesquels sont brasses plus ou moins
intensement avec le metal liquide, en presence ou non de pro-
duits tels que des flux. Ces deux voies peuvent, d'ailleurs,
être combinées entre elles.
Suivant la deuxième voie, de nombreuses réalisations
ont été faites portant, entre autres, sur la manière d'intro-
duire le gaz dans le bain de métal liquide et sur la façon
d'obtenir une plus ou moins grande dispersion des gaz dans le
métal. C'est ainsi que, dans le brevet français n 1 555 953,
le gaz est amené dans le bain par un plongeur dont la partie
inférieure est équipée d'un dispositif rotatif assurant le
brassage et la répartition du gaz à travers une grande surfa-
ce du bain.
Dans le brevet français n 2 063 916, le gaz est
insuffle dans le metal fondu au moyen d'une lance à double en-
veloppe refroidie par eau.
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Dans le brevet français n 2 166 014, on injecte
des gaz sous forme de petites bulles discretes au moyen d'un
dispositif constitue d'un arbre rotatif solidaire d'un rotor
a ailettes, d'un manchon fixe entQurant ledit arbre et relié
a son extrémité inferieure à un stator à ailettes; arbre et
manchon sont separés par un passage axial dans lequel les gaz
sont transportés et introduits au niveau des ailettes où ils
sont subdivisés en petites bulles et amenés en contact intime
avec le métal agité par le rotor.
Dans le brevet français n 2 200 364, le gaz est
introduit au centre de rotation d'un agitateur à turbine et
mis en contact avec le métal liquide dans des conditions d'agi-
tation évitant toute émulsification.
De nombreuses solutions ont été proposees. Toute-
fois, chacune d'elles présente des inconvénients. Ainsi, les
dispositifs d'injection de gaz, par l'intermédiaire d'un agi-
tateur, recourent à l'utilisation de canaux de distribution
de gaz placés au sein dudit agitateur, ce qui en complique la
réalisation et conduit à des systèmes fragiles et d'un entretien
coûteux; de plus, ces canaux sont la source de pertes de
charge importantes qui limitent la vitesse d'injection de gaz
dans le bain. En outre, la vitesse de rotation de tels dispo-
sitifs et, par suite, leur pouvoir de dispersion des gaz et
d'agitation du bain, est limitée par l'apparition de balourds
et de phénomènes d'abrasion. Certes, on peut parer à ces ba-
lourds en fixant les arbres des agitateurs par leur extrémité
inférieure, mais il est alors nécessaire soit de monter des
paliers supports travaillant au contact de metal liquide, à
température relativement élevée, soit de prolonger ces arbres
en dehors du récipient de metal et de les equiper de joints
tournants. Ce sont autant de solutions qui entrainent des
difficultés technologiques souvent insurmontables.
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C'est pourquoi, la demanderesse a cherche et mis au
point un dispositif de traitement d'un bain de métal liquide
par injection de gaz dans lequel on supprime l'alimentation en
gaz par l'arbre de l'agitateur et toutes les complications de
realisation qui en resultent; on limite les phenomènes de
balourd et d'abrasion et on obtient un effet de laminage et
de dispersion des bulles de gaz tel que l'efficacite de traite-
ment du metal s'en trouve sensiblement ameliore.
Ce dispositif de traitement d'un bain de metal
liquide contenu dans un recipient par injection de gaz est
caracterise en ce qu'il comprend un agitateur rotatif dont l'ex-
tremite inferieure repose, à l'arrêt, sur un bouchon d'injec-
tion de gaz place au fond du bain et qui, sous l'action de
la pression du gaz emis par le bouchon, se soulève et, ainsi
supporte par un palier fluide, peut, sous l'effet d'un couple
exterieur, tourner librement autour de son axe et laisser echap-
per par l'espace qui le separe du bouchon, une multitude de
bulles de gaz regulièrement dispersees.
Le dispositif selon l'invention est donc forme par
la combinaison de deux moyens: un agitateur rotatif, d'une
part, et un bouchon d'injection de gaz, d'autre part.
L'appareil peut presenter en outre l'une au moins
des caracteristiques suivantes: l'agitateur rotatif est cons-
titue d'une pièce massive de forme cylindrotronconique dont
la partie superieure est pourvue d'une ouverture cylindrique
dans laquelle s'engage l'arbre sur lequel est exerce un couple
exterieur. La partie inferieure de cet agitateur peut avoir
une surface lisse ou presenter plusieurs echancrures radiales
de profondeur croissante vers la peripherie, de manière à
faciliter l'entrainement des gaz d'injection. Ces echancrures
s'etendent par exemple en longueur sur un tiers environ du
diamètre de l'ag tateur et peuvent se prolonger sur la face
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laterale en formant des sortes d'helices orientées vérs la
droite ou vers la gauche et dont le pas est plus ou moins
grand suivant les conditions de traitement.
L'arbre de l'agitateur est equipe d'un système
antivortex place à l'interface bain-atmosphere, de façon à
limiter les deplacements du metal liquide qui pourraient nuire
à une dispersion convenable des gaz.
Le couple exterieur est exerce de preference par un
moteur à vitesse variable fixe sur un support dispose à la
partie supérieure du recipient.
L'arbre de ce moteur est solidaire de l'arbre de
l'agitateur par l'intermediaire d'un système de liaison quelcon-
que qui permet à l'agitateur de pouvoir decrire un mouvement
de translation vertical sur une distance de plusieurs milli-
mètres.
Le bouchon d'injection de gaz est constitue d'une
pièce cylindrique dont la face superieure est percee de trous
de petit diamètre, qui peuvent être disposes en couronnes et
qui sont relies à l'interieur du bouchon à des canaux se regrou-
pant en uncanal central qui debouche sur une chambre de deten-
te alimentee en gaz par une tuyauterie exterieure au recipient.
Suivant un autre mode de realisation de l'invention,
la masse du bouchon situee au-dessus de la chambre d'expansion,
peut être realisee avec un materiau poreux.
L'agitateur et le bouchon sont disposes, l'un par
rapport à l'autre, de façon que les axes de symetrie verticaux
de chacun d'eux soient confondus.
La face inferieure de l'agitateur et la face supe-
rieure du bouchon sont adaptees l'une à l'autre afin qu'au re-
pos, elles soient en contact l'une avec l'autre et provoquentune obstruction des orifices d'injection de gaz.
Cette adaptation peut être realisee par exemple en
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donnant à ladite face du bouchon une forme conique et en ména-
geant dans ladite face de l'agitateur une cavite de forme sem-
blable.
Lors du fonctionnement du dispositif, la pression
de gaz admise au niveau du bouchon soulève l'agitateur et
realise un palier fluide de sorte que, lorsque le moteur d'en-
trainement est mis en service, ledit agitateur peut tourner
librement sans contact avec le bouchon.
On peut ainsi obtenir de grandes vitesses de rota-
tion sans risque d'usure du palier; de plus, l'adaptation rea-
lisee notamment avec des faces coniques, combinee à l'injec-
tion de gaz, assure un centrage de l'agitateur et limite le
balourd. Dans ces conditions, on a un dispositif robuste qui
assure un brassage intense du bain et un laminage du gaz dans
l'espace compris entre le bouchon et l'agitateur, de façon à
le laisser s'echapper dans le metal sous la forme d'une mul-
titude de bulles régulièrement dispersées. Il en résulte un
contact intime entre gaz et metal et une efficacite de trai-
tement remarquable.
L'agitateur et le bouchon sont composés, de pré-
férence, de graphite mais, toute autre matière ayant une tenue
suffisante au métal liquide convient également.
Le gaz admis par le bouchonest un gaz neutre tel
que l'argon, l'azote ou un gaz reactif comme le chlore ou
leurs melanges, ou tout autre gaz susceptible de traiter le
métal.
Un, tel dispositif est mis en place sur un recipient
contenant le bain de metal à traiter. Ce peut être, par exem-
ple, une poche à travers laquelle passe le metal en continu
avant d'etre coule. Ce recipient peut comporter, de façon
classique, une cloison et, alors, le dispositif est place dans
le compartiment amont. Le fond de cette poche peut être pour
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vu d'un lit de filtration ou non. Cette poche est équipée de
moyens qui permettent de maintenir à la surface du métal liqui-
de une atmosphère neutre et d'éviter ainsi toute action oxydan-
te de l'air exterieur.
Ce récipient peut aussi être pourvu de moyens de
chauffage destinés à maintenir le métal à l'état liquide.
La présente invention sera mieux comprise à l'aide
des dessins qui accompagnent la demande et qui représentent
un type particulier et non limitatif de dispositif.
La figure 1 représente, en coupe verticale, le dis-
positif agitateur-bouchon.
La figure 2 représente une vue de dessous de l'agi-
tateur.
La figure 3 représente, en coupe verticale, le dis-
positif installé sur une poche de coulée en continu.
Sur la figure 1, on distingue:
- l'agitateur (1) maintenu par un filetage (2) sur
l'arbre (3) et dont la partie inférieure présente une surface
conique (4) pourvue d'échancrures (5);
- le bouchon d'injection (6) qui a une surface
conique vers laquelle aboutissent des canaux (7) issus d'un
canal central (8) débouchant d'une charnbre de détente (9)
alimentée en gaz par une tuyauterie (10). Ce bouchon est
inséré dans le revêtement (11) d'une poche de coulée par l'in-
termédiaire d'un joint isolant (12) et tenu en place par une
plaque (13) boulonnée en (14) sur l'armature métallique (15)
de la poche.
La figure 2 montre la disposition des échancrures
(5) sur la surface conique (4) de la partie inférieure de l'a-
gitateur.
Sur la figure 3, on voit le dispositif de l'inven-
tion équipant une poche de coulée (16) partagée en deux com-
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partiments amont (17) et aval (18) par une cloison (19). Sur
un support (20) placé ~ la partie supérieure de la poche, repo-
se le moteur ~21) dont l'arbre de rotation (22) est relié à
l'arbre (3) de l'agitateur par un système (23) au moyen duquel
l'arbre (3) peut se déplacer verticalement. Cet arbre peut
être équipé d'un système antivortex (24).
La poche est alimentée en métal liquide par le
chenal (25) et s'écoule vers le fond du compartiment amont,
puis en-dessous de la cloison (19) vers le compartiment aval
avant de quitter la poche par le chenal (27).
Au cours de son passage dans le compartiment amo~,,
le bain de métal délimité par les parois de la poche et la sur-
face (28), est brassee intimement par l'agitateur avec forma-
tion d'une multitude de bulles de gaz finement dispersees qui
s'échappent par l'espace (29) se formant sous la pression des
gaz entre la partie inférieure de l'agitateur et la partie su-
périeure du bouchon.
La présente inventionest illustrée par les résultats
obtenus au cours d'essais mettant en oeuvre le dispositif
décrit ci-dessus, ces résultats étant donnés à titre indicatif
et ne pouvant en aucune façon limiter la portée de l'invention.
Le métal a traiter était un alliage d'aluminium
de la série 6000, qui a été amené à l'état liquide, à une tem-
pérature voisine de 720C; suivant un debit de 5 tonnes par
heure dans une poche de coulee où la hauteur de bain etait de
80 cm.
Le bouchon, du type à canaux, etait alimente avec
de l'argon à raison de 2 m3/h environ sous une pression com-
prise entre 1,2 et 1,4 bar.
L'agitateur tournait à une vitesse de 400 t/minute.
A l'entrée de la poche, l'alliage presentait 10
bulles au test de solidification sous vide; après passage
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dans la poc~e, le nombxe de bulles e~ai~ ~ul. Ceci ~ontXe
l'efficacite du traitement o~tenu au moyen du ~ispositif re~
vendique.
La présente invention trouve son applicatio~ da,ns
le traitement des metaux liquides par u~ gaz, et nota,mmen~
dans le traitement de l'aluminium ou de ses alliages POUX l~e~
limination de l'hydrogene et des impuXetes non metalli~ues.
