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WO 2010/094852 PCT/FR2010/000122
Procédé de coulée pour alliages d'aluminium
Domaine de l'invention
L'invention concerne la coulée des alliages d'aluminium, notamment la coulée
des alliages
contenant du magnésium et / ou du lithium sensibles à l'oxydation.
Etat de la technique
L'oxydation des alliages d'aluminium à l'état liquide a des conséquences
néfastes sur le
procédé de fonderie. Dans les fours et les chenaux de transfert, l'oxydation
du métal a tout
d'abord pour résultat une perte nette de métal, appelée perte au feu. De plus,
lors de la coulée,
une oxydation trop importante du métal liquide engendre des défauts à la
surface du lingot
coulé qui nuisent à l'utilisation des produits. Ces problèmes sont
particulièrement prononcés
dans les alliages contenant du magnésium et / ou du lithium.
Un défaut principal est le sillon vertical qui est notamment généré par des
plissements de la
peau d'oxyde en surface du marais. Dans certains cas, et notamment lors de la
coulée des
alliages 7xxx, ce problème est particulièrement important car les sillons,
surtout quand ils
sont longs et profonds, initient facilement- des fentes de surface. Les
sillons et les fentes
doivent généralement être éliminés avant la transformation des lingots obtenus
lors de la
coulée. On peut, par exemple, éliminer les défauts par usinage, ce qui peut
être
économiquement très défavorable tant par le coût de l'opération que par la
perte significative
de métal qui en résulte. Dans certains cas, la présence de fente rend le
lingot inutilisable et il
est nécessaire de le refondre.
Il est connu de longue date que l'ajout de certains éléments permet de limiter
l'oxydation et
d'améliorer la qualité de surface.
Dès 1943, le brevet US 2,336,512 décrivait l'addition de très faibles
quantités béryllium à des
alliages d'aluminium contenant du magnésium de façon à limiter l'oxydation de
la surface de
métal liquide.
La demande internationale WO 02/30822 décrit la substitution du béryllium par
le calcium
dans un but identique de limitation de l'oxydation.
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L'ajout d'éléments ,d'additions peut cependant être la cause d'autres
problèmes. Ainsi, le
béryllium présente une certaine toxicité ce qui a notamment conduit à sa
suppression dans les
alliages d'aluminium utilisés en tant qu'emballages alimentaires. Le calcium
peut quant à lui
être à l'origine de fissures de rive lors du laminage à chaud.
On a également proposé de protéger la surface du métal liquide par différents
artifices.
Le brevet US 4,582,118 propose d'utiliser une atmosphère non réactive et non
combustible,
telle que par exemple une atmosphère d'argon, d'hélium, de néon, ou de krypton
ou encore
d'azote ou de dioxyde de carbone, pour la coulée des alliages aluminium-
lithium. La mise en
oeuvre de tels procédés est cependant très coûteuse.
La demande de brevet EP 0 109 170 Al décrit l'utilisation d'une chicane sur la
périphérie du
métier de coulée pour balayer la surface de métal liquide par un gaz inerte
(habituellement de
l'azote et/ou de l'argon avec ou sans chlore ou un autre halogène). Cependant
la mise en
oeuvre de ces gaz est délicate et augmente significativement le coût des
opérations.
L'utilisation de dioxyde de carbone ou de gaz de combustion pour limiter
l'oxydation est
également connue de C.N. Cochran, D.L. Belitskus et D.L. Kinosz, Metallurgical
Transcations B, Volume 8B, 1977, pages 323-331.
La demande de brevet EP 1 964 628 Al décrit une méthode pour produire des
lingots
d'aluminium dans laquelle au moins une étape du procédé est conduite sous une
atmosphère
contenant un gaz fluoré. Cependant la mise en oeuvre de gaz fluorés est
délicate et crée des
risques importants vis-à-vis des personnes.
Le brevet US 5,415,220 décrit l'utilisation de sels fondus de chlorure de
lithium et de chlorure
de potassium pour protéger la surface d'alliages aluminium-lithium lors de la
coulée.
Cependant l'utilisation de sels fondus a pour inconvénient le risque de
contamination du
métal liquide en impuretés ainsi que la difficulté de mise en oeuvre.
Le brevet US 7,267,158 décrit l'addition forcée d'un gaz humide, contenant
plus de 0,005
kg/m3 d'eau, à la surface du métal fondu de façon à améliorer la qualité de
surface des lingots
coulés. Ce procédé présente cependant l'inconvénient de mettre en contact la
vapeur d'eau et
l'aluminium liquide en dépit des dangers d'explosion liés au contact de l'eau
et de
l'aluminium liquide.
Par ailleurs, il est connu de la demande EP 0 216 393 Al d'utiliser de l'air
sec dans une poche
de traitement de l'aluminium liquide pour éviter la pénétration d'hydrogène
dans le métal
fondu lorsqu'un gaz de traitement est injecté dans le métal liquide et
provoque.la rupture de la
couche d'oxyde protégeant sa surface.
2
Le problème posé est de trouver un procédé de coulée adapté aux alliages
d'aluminium les
plus oxydables, en particulier les alliages d'aluminium contenant du magnésium
et/ou du
lithium, qui ne présente pas ces inconvénients et permette d'obtenir des
lingots coulés
exempts de défauts de surface et de pollutions, en toute sécurité.
Description de l'invention
Un premier objet de l'invention est un procédé de coulée d'un alliage
d'aluminium
contenant au moins environ 0,1% de Mg et/ou au moins environ 0,1% de Li dans
lequel on
met en contact pendant l'essentiel de la solidification une surface liquide
dudit alliage avec
un gaz asséché comprenant au moins environ 2 % en volume d'oxygène et dont la
pression
partielle en eau est inférieure à environ 150 Fa.
Un autre objet de l'invention est un procédé de coulée d'un alliage
d'aluminium contenant
au moins 0,1% de Li dans lequel on met en contact pendant l'essentiel de la
solidification
une surface liquide dudit alliage représentant au moins 25% de la totalité de
la surface
liquide dudit alliage d'aluminium avec un gaz asséché comprenant au moins 2 %
en
volume d'oxygène et dont la pression partielle en eau est inférieure à 150 Pa.
Un autre objet de l'invention est l'utilisation dans une installation de
coulée d'alliages
d'aluminium contenant au moins environ 0,1% de Mg et/ou au moins environ 0,1%
de Li
d'un gaz asséché comprenant au moins environ 2 % en volume d'oxygène et dont
la
pression partielle en eau est inférieure à environ 150 Pa sur une surface
liquide dudit
alliage d'aluminium afin d'en minimiser l'oxydation.
Description des figures
Figure 1 : schéma général d'une installation de coulée verticale semi-
continue.
Figure 2 : schéma d'une installation de coulée verticale incluant un
dispositif
d'approvisionnement d'un flux de gaz asséché.
Figure 3 : schéma d'un dispositif d'approvisionnement d'un flux de gaz asséché
pour la
coulée de plaques.
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Figure 4 schéma de la thermo-balance utilisée dans I 'exemple 1.
Figure 5 : évolution de la prise de poids avec le temps pour les expériences
réalisées avec
l'alliage 7449 dans l'exemple 1.
Figure 6 : géométrie évolution de la prise de poids avec le temps pour les
expériences
réalisées avec l'alliage AA5182 dans l'exemple 1.
Figure 7 : évolution de la prise de poids avec le temps pour les expériences
réalisées avec
l'alliage AA2196 dans l'exemple 1.
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Figure 8 : photographies des surfaces obtenues après les essais N 7 (Fig. 8a)
et N 5 (Fig. 8b)
de l'exemple 1.
Description détaillée de l'invention
La désignation des alliages suit les règles de The Aluminum Association,
connues de
l'homme du métier. La composition chimique d'alliages d'aluminium normalisés
est définie
par exemple dans la norme EN 573-3.
Sauf mention contraire, les définitions de la norme européenne EN 12258-1
s'appliquent.
On appelle ici installation de coulée l'ensemble des dispositifs
permettant de transformer
un métal sous forme quelconque en demi-produit de forme brute en passant par
la phase
liquide. Une installation de coulée peut comprendre de nombreux dispositifs
tels que un ou
plusieurs fours nécessaires à la fusion du métal et/ou à son maintien en
température et/ou à
des opérations de préparation du métal liquide et d'ajustement de la
composition, une ou
plusieurs cuves (ou poches ) destinées à effectuer un traitement
d'élimination des
impuretés dissoutes et/ou en suspension dans le métal liquide, ce traitement
pouvant consister
à filtrer le métal liquide sur un média filtrant dans une poche de
filtration ou à introduire
dans le bain un gaz dit de traitement pouvant être inerte ou réactif dans
une poche de
dégazage , un dispositif de solidification du métal liquide (ou métier de
coulée ), par
exemple par coulée semi-continue verticale par refroidissement direct, coulée
horizontale,
coulée continue de fil, coulée continue de bandes entre cylindres, coulée
continue de bandes
entre chenilles, pouvant comprendre des dispositifs tels que un moule (ou
lingotière ), un
dispositif d'approvisionnement du métal liquide (ou busette ) un système de
refroidissement, ces différents fours, cuves et dispositifs de solidification
étant reliés entre eux
par des chenaux appelés goulottes dans lesquels le métal liquide peut être
transporté.
De manière surprenante, les présents inventeurs ont constaté que, mise en
contact avec un gaz
asséché comprenant au moins environ 2 % en volume d'oxygène et dont la
pression partielle
en eau est inférieure à environ 150 Pa, une surface d'aluminium liquide
s'oxyde peu ce qui
permet de réaliser des coulées exemptes de défauts de surface rédhibitoires.
Ce résultat est
surprenant car il est communément admis qu'au contraire l'humidité contenue
dans l'air
permet de limiter l'oxydation des alliages d'aluminium à l'état liquide.
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Dans un premier mode de réalisation de l'invention, cet effet surprenant est
mis en oeuvre
dans un procédé de coulée.
Le procédé selon l'invention est utile pour des alliages d'aluminium très
oxydables, contenant
au moins environ 0,1% de Mg et/ou au moins environ 0,1% de Li. Le procédé
selon
l'invention est particulièrement utile pour les alliages des familles 2XXX,
3X)0C, 5XXX,
6XXX, MO( ou 8XXX, notamment quand ces alliages ne contiennent pas d'addition
volontaire de béryllium et/ou de calcium. Le procédé selon l'invention est
particulièrement
avantageux pour les alliages contenant moins de 3 ppm de béryllium ou même
moins de 1
ppm de béryllium et/ou moins de 15 ppm de calcium ou même moins de 5 ppm de
calcium.
Des exemples d'alliages pour lesquels le procédé selon l'invention est
particulièrement
avantageux sont, dans la famille des alliages 2X2XX, les alliages AA2014,
AA2017, AA2024,
AA2024A, AA2027, AA2139, AA2050, AA2195, AA2196, AA2098, AA2198, AA2214,
AA2219, AA2524 dans la famille des alliages 3XXX les alliages AA3003, AA3005,
AA3104, AA3915 dans la famille des alliages 5XXX les alliages AA5019, AA5052,
AA5083, AA5086, AA5154, AA5182, AA5186, AA5383, AA5754, AA5911 et dans la
famille des alliages 7XXX les alliages AA7010, AA7020, AA7040, AA7140, AA7050,
AA7055, AA7056, AA7075, AA7449, AA7450, AA7475, AA7081, AA7085, AA7910,
AA7975.
Le gaz asséché doit contenir au moins environ 2 % en volume d'oxygène et avoir
une pression
partielle en eau inférieure à environ 150 Pa, préférentiellement inférieure à
100 Pa et de
manière encore plus préférée inférieure à 70 Pa. Dans un mode de réalisation
de l'invention
particulièrement avantageux, la pression partielle en eau est même inférieure
à 30 Pa,
préférentiellement inférieure à 5 Pa et de manière encore plus préférée
inférieure à 1 Pa . La
pression partielle en eau d'un gaz est également connue sous le nom de
pression de vapeur.
La pression partielle d'un gaz parfait i dans un mélange de gaz parfaits de
pression totale P est
définie comme la pression qui serait exercée par les molécules du gaz i si ce
gaz occupait
seul tout le volume offert au mélange. Le point de rosée d'un gaz est la
température à laquelle,
tout en gardant inchangées les conditions barométriques courantes, le gaz
devient saturé de
vapeur d'eau. Il peut aussi être défini comme la température à laquelle la
pression de vapeur
serait égale à la pression de vapeur saturante. Une pression partielle en eau
de 150 Pa
correspond à un point de rosée de -17,9 C et à une quantité d'eau de 0,0013
kg,/m3 à cette
température. Une pression partielle en eau de 100 Pa correspond à un point de
rosée de -22,6
C et à une quantité d'eau de 0,0009 kg/m3 à cette température. Une pression
partielle en eau
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de 70 Pa correspond à un point de rosée de -26,5 C et à une quantité d'eau de
0,0006 kg/m3 à
cette température.
Le gaz asséché comprend également de manière avantageuse au moins un gaz
choisi parmi
air, hélium, argon, azote, dioxyde de carbone, monoxyde de carbone, produits
de combustion
du gaz naturel, méthane, éthane, propane, gaz naturel, composés fluorés
organiques,
composés chlorés organiques. L'ajout de dioxyde de carbone au gaz asséché peut
dans
certains cas améliorer l'effet anti-oxydant. Dans un mode de réalisation de
l'invention, le gaz
asséché comprend entre 1 et 10 % en volume de CO2. Cependant, cet effet étant
limité et cet
addition ayant un coût, la teneur en CO2 du gaz asséché est inférieure à 1% en
volume ou
même inférieure à 0,1 % en volume dans un autre mode de réalisation avantageux
de
l'invention. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention ledit gaz
asséché est
essentiellement de l'air asséché par tout moyen approprié pour atteindre la
pression partielle
en eau souhaitée.
Selon l'invention le gaz asséché est mis en contact avec une surface liquide
d'alliage
d'aluminium pendant l'essentiel de la solidification dudit alliage. La mise en
contact du gaz
avec la surface est de préférence réalisée de façon à établir au dessus de
cette surface une
atmosphère dont la teneur en eau est sensiblement égale, généralement
différente de moins de
10% ou 20%, à celle du gaz asséché, c'est-à-dire de façon à éviter une
diffusion significative
de vapeur d'eau provenant de l'air ambiant dans ladite atmosphère.
Ainsi, quand la mise en contact est réalisée à l'aide d'un flux de gaz
asséché, il est avantageux
que ce flux soit suffisant par rapport à la surface liquide soumise au flux
asséché de façon à
établir ladite atmosphère, si ce flux est trop faible, la composition de
ladite atmosphère peut
être trop influencée par l'atmosphère extérieure et sa teneur en eau peut ne
plus correspondre
à la teneur souhaitée.
Par ailleurs, il n'est en général pas nécessaire de mettre en contact avec le
gaz asséché la
totalité de la surface liquide de alliage d'aluminium disponible, telle
qu'illustrée par la figure
1 (14, 15), pour atteindre l'effet avantageux sur la qualité de surface des
produits coulés. De
manière avantageuse, la surface liquide de l'alliage d'aluminium mise en
contact avec le gaz
asséché représente au moins 10%, préférentiellement au moins 25 % et de
manière encore
plus préférée au moins 50% de la totalité de la surface liquide dudit alliage
d'aluminium.
Une surface liquide de l'alliage d'aluminium est maintenue en contact avec le
gaz asséché
pendant l'essentiel de la solidification. Ainsi, s'il n'est pas nécessaire de
mettre en contact une
surface liquide avec le gaz asséché dès l'introduction du métal liquide dans
le métier de
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coulée, il est préférable de le réaliser dès l'établissement d'un régime
stationnaire. Par
exemple, dans le cas de la coulée semi-continue verticale par refroidissement
direct, il est
préférable de le réaliser au moins dès le début de descente du faux fond ou au
moins dès le
début de la coulée d'une zone qui ne sera pas coupée lors des opérations
ultérieures. 11 est
possible de faire varier le débit d'un flux de gaz asséché pendant la coulée,
notamment si des
défauts de surface apparaissent. Ainsi, une augmentation du débit d'un flux de
gaz asséché
permet dans certains cas de faire disparaitre des sillons dans le produit
coulé. Le contact entre
la surface liquide et le gaz asséché peut éventuellement être supprimé avant
la fin de la
coulée, notamment quand on atteint une zone qui sera coupée lors des
opérations suivantes.
En général une surface liquide de l'alliage d'aluminium est maintenue en
contact avec le gaz
asséché pendant au moins 50% ou même au moins 90% de la solidification.
La présente invention s'applique à différents procédés de coulée et de
préférence à un procédé
de coulée choisi parmi la coulée semi-continue verticale par refroidissement
direct, la coulée
horizontale, la coulée continue de fil, la coulée continue de bandes entre
cylindres, la coulée
continue de bandes entre chenilles ( belt caster ).
Le procédé semi-continu de coulée verticale par refroidissement direct des
alliages
d'aluminium, connu de l'homme du métier notamment sous sa dénomination en
langue
anglaise Direct Chili casting ou DC casting , est un procédé préféré dans
le cadre de la
présente invention. Dans ce procédé on coule dans une lingotière présentant un
faux fond un
alliage d'aluminium en déplaçant verticalement et de façon continue le faux
fond de manière
à maintenir un niveau de métal liquide sensiblement constant pendant la
solidification de
l'alliage, les faces solidifiées étant refroidies directement avec de l'eau.
La figure 1 illustre ce
procédé. Un alliage d'aluminium est alimenté par un conduit (4) dans une
lingotière (3) posée
sur un faux-fond (21). L'alliage d'aluminium se solidifie par refroidissement
direct (5).
L'alliage d'aluminium en cours de solidification (1) présente au moins une
surface solide (11,
12, 13) et au moins une surface d'alliage d'aluminium à l'état liquide pouvant
être recouverte
d'oxydes, qui est appelée surface liquide dans la présente description (14,
15). Un
descenseur (2) permet de faire descendre progressivement l'alliage en cours de
solidification
de façon à maintenir la position verticale de la surface d'aluminium liquide
(14, 15)
sensiblement constante.
Le procédé selon l'invention est notamment avantageux pour la coulée de
plaques et
de billettes par coulée semi-continue verticale par refroidissement direct. Le
procédé selon
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l'invention est particulièrement avantageux pour la coulée de plaques de
grandes dimensions,
notamment de section supérieure à 0,5 m2.
De nombreux dispositifs permettent une mise en contact selon l'invention du
gaz
asséché avec une surface liquide d'alliage d'aluminium. Dans le cas de la
coulée semi-
continue verticale par refroidissement direct, le dispositif peut notamment
être i)intégré à une
lingotière ou fixé sur cette dernière de façon à introduire le gaz asséché de
la périphérie de la
surface liquide vers son centre, ii) positionné au dessus de la surface
liquide de façon à
introduire le gaz asséché de façon sensiblement perpendiculaire à la surface
liquide, iii) fixé
autour d'un injecteur de métal liquide de façon à introduire le gaz asséché du
centre de la
surface liquide vers sa périphérie et/ou de la périphérie vers le centre,
et/ou iv) être constitué
par toute combinaison de ces dispositifs.
Un dispositif avantageux pour l'approvisionnement du gaz dans le cas de la
coulée
semi-continue verticale par refroidissement direct est illustré par la figure
2. Dans ce mode de
réalisation avantageux, le gaz asséché est approvisionné à l'aide d'un
dispositif (6) fixé autour
de l'injecteur de métal liquide (4) de sorte que le flux de gaz asséché (7)
est orienté du coeur
de ladite surface liquide vers sa périphérie et/ou de la périphérie vers le
coeur dans la zone
d'injection du métal liquide. Avantageusement, le dispositif
d'approvisionnement de gaz peut
être fixé sur un barrage retenant les oxydes ( barrage à crasse ) qui est
positionné autour de
la zone d'injection du métal liquide. De cette façon, on peut obtenir un effet
du flux de gaz
asséché plus important dans la zone où l'oxydation est probablement la plus
élevée c'est-à-
dire à proximité de l'injecteur de métal liquide, et dans la zone située entre
le barrage à
crasses et la lingotière, cette zone étant précisément celle la plus
susceptible de générer des
défauts de surface sur les produits coulés. Par ailleurs cette configuration
permet également
de limiter la dimension du dispositif.
Le gaz asséché du procédé de coulée selon l'invention peut aussi être utilisé
dans d'autres
parties d'une installation de coulée sur une surface liquide d'alliages
d'aluminium contenant
au moins environ 0,1% de Mg et/ou au moins environ 0,1% de Li, afin d'en
minimiser
l'oxydation. Une installation de coulée comprend plusieurs autres dispositifs
dans lesquels des
surfaces liquides d'alliage d'aluminium sont en contact avec l'atmosphère.
Ainsi le gaz
asséché peut avantageusement être utilisé pour limiter l'oxydation de la
surface liquide
d'alliages dans un four, notamment de fusion ou de maintien, dans une cuve de
traitement
telles qu'une poche de filtration ou une poche de dégazage ou dans un chenal
de transfert tel
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qu'une goulotte. Dans ces utilisations, on utilise de préférence des
conditions de mise en
oeuvre du gaz asséché et/ou une composition d'alliage d'aluminium semblables à
celles du
procédé selon l'invention, notamment concernant l'approvisionnement du gaz
asséché.
Avantageusement, dans le procédé selon l'invention, le gaz asséché est
également utilisé dans
au moins un four, notamment de fusion ou de maintien et/ou dans au moins une
cuve de
traitement telles qu'une poche de filtration ou une poche de dégazage et/ou
dans au moins un
chenal de transfert tel qu'une goulotte.
Les produits obtenus par un procédé selon l'invention et/ou par une
utilisation selon
l'invention peuvent optiormellement être corroyés notamment par laminage,
filage et/ou
forgeage, de façon à obtenir en particulier des tôles et des profilés.
L'invention permet notamment la coulée des alliages d'aluminium les plus
oxydables, en
particulier les alliages d'aluminium contenant du magnésium et/ou du lithium,
sans utiliser
d'additifs tels que le béryllium et/ou le calcium et sans utiliser de
dispositif et/ou gaz couteux
tout en obtenant des lingots coulés exempts de défauts de surface et de
pollutions, en toute
sécurité.
Exemples
Exemple 1
Dans cet exemple, on a mesuré l'oxydation du métal liquide par analyse
thermogravimétrique.
Dans ces essais, un creuset contenant le métal liquide est maintenu à une
température
contrôlée. Ce creuset contient environ 5 kg de métal, pour un diamètre de 100
mm. La taille
significative de ces expériences qui permet de prendre en compte des effets
macroscopiques
peut expliquer des différences avec les expériences réalisées sur de très
faibles quantités
souvent rapportées dans l'art antérieur. La masse de l'échantillon est pesée
en continu. La
prise de poids est due à l'oxydation du métal liquide. Un schéma illustrant
cette expérience
est présenté sur la figure 4.
Le gaz asséché (7) est apporté à la surface du métal liquide (14) par un tube
métallique (6) de
diamètre intérieur 4 mm, disposé obliquement par rapport à cette surface. La
balance (92)
permet de mesurer en continu le poids du creuset (93) et de son contenu in
situ dans le four
(91). La distance entre l'orifice du tube métallique et la surface du métal
liquide était 120 mm.
L'air utilisé peut être asséché jusqu'à atteindre une pression partielle en
eau inférieure à 70 Pa.
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Trois alliages ont été étudiés : les alliages AA7449, AA2196 et AA5182. Les
conditions des
différents essais sont résumées dans le tableau 1. Dans tous les essais, la
teneur en béryllium
et en calcium étaient semblables et inférieures à 1 ppm et 10 ppm,
respectivement.
Tableau 1. Conditions des essais réalisés avec la thermobalance
Débit de Pression partielle en eau du gaz
Essais alliage Gaz
gaz (1/mn) injecté (Pa)
1 AA5182 7.9 Air sec < 70 Pa
2 AA5182 0 Air > 600 Pa
ambiant
3 AA2196 7.9 Air sec < 70 Pa
Air
4 AA2196 0 > 600 Pa
ambiant
5 AA7449 4.1 Air sec <70 Pa
6 AA7449 3.8 Air > 600 Pa
ambiant
Air
7 AA7449 0 > 600 Pa
ambiant
8 AA7449 4.1 Air sec 180 Pa
9 AA7449 3.8 Air sec 600 Pa
Les figures 5 à 8 présentent les résultats obtenus.
La figure 5 montre les résultats obtenus avec l'alliage AA7449. Des gains de
poids
significativement plus faibles sont obtenus pour l'essai 5 pour lequel un flux
d'air très sec a
été réalisé. La mise en contact d'une surface liquide avec de l'air sec dont
la pression partielle
en eau est encore de 600 Pa (point de rosée de -0,2 C, essai 9) ou même de
180 Pa (point de
rosée de -15,6 C, essai 8) ne permettent pas de limiter significativement
l'oxydation. De
même l'air ambiant ne permet pas de limiter l'oxydation avec ou sans flux
(essais 6 et 7), ce
qui exclut un effet uniquement mécanique lié à un flux de gaz.
La figure 6 montre les résultats obtenus avec l'alliage AA5182. On constate
également pour
cet alliage une oxydation significativement plus faible en présence d'un flux
d'air très sec.
La figure 7 montre les résultats obtenus avec l'alliage AA2196. On constate à
nouveau pour
cet alliage une oxydation significativement plus faible en présence d'un flux
d'air très sec.
La figure 8a est une photographie de la surface obtenue après l'essai dans le
cas de l'essai 7
(air ambiant). On observe une oxydation très importante conduisant à des
produits
d'oxydation en forme caractéristique de choux fleur de teinte sombre. La
figure 8b est une
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photographie de la surface obtenue après l'essai dans le cas de l'essai 5 (air
sec). On observe
une surface uniforme de teinte gris clair correspondant à un film fin d'oxyde.
Exemple 2
Des plaques de section rectangulaire 446 min x 2160 mm en alliage AA7449 ont
été coulées
verticalement à l'aide d'une installation de coulée semi-continue par
refroidissement direct
(DC-cast), en utilisant un affinage AlTiC. La longueur des plaques obtenues
était comprise
entre 900 mm et 4000 min. La teneur en béryllium de l'alliage était inférieure
à 1 ppm et la
teneur en calcium était inférieure à 15 ppm.
La figure 3 illustre le dispositif d'approvisionnement de gaz ayant été
utilisé pour
approvisionner de l'air sec lors de la coulée des plaques. Le dispositif est
constitué de 4 tubes
(611, 612, 621 et 622) régulièrement percés d'orifices (63) permettant
d'injecter le gaz
asséché (7) sur la surface liquide de l'alliage d'aluminium. Les tubes sont
reliés par des
raccords vissés (9) pour former un rectangle. Les tubes sont alimentés en gaz
par deux de ces
raccords vissés, par deux canalisations (81) et (82). La longueur L et la
largeur 1 du dispositif
(L = 1285 mm, 1 = 300 mm, espacement entre les orifices : 20 mm) représentent
moins de
environ 70% de la longueur et la largeur de la lingotière, de sorte que la
surface soumise au
flux de gaz asséché représente environ 50% de la totalité de la surface
liquide de alliage
d'aluminium (surface liquide totale : 0,96 m2, surface soumise à un flux
asséché : 0,58 m2).
Le gaz asséché était de l'air sec dont la pression partielle en eau était de
60 Pa, contenant dans
certains cas 5% en volume de CO2.
Le tableau 2 décrit les conditions des différents essais réalisés ainsi que
les résultats obtenus.
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CA 02753089 2011-08-18
WO 2010/094852 PCT/FR2010/000122
Tableau 2. Condition des essais de coulée et résultats obtenus.
Essai Longueur flux d'air
coulée sec CO2
[min] [m3/11] du flux observations
(longueur d'air sec
coulée)
21 917 Aucun Sillons verticaux longs (-200mm) et profonds
22 2776 Aucun
Sillons verticaux longs (-200mm) et profonds
(Démarrage)
22 5%
Aucun sillon
(1150 mm)
23 3575 0%
22 Quelques sillons verticaux courts (-40 mm) et
peu
(Démarrage) profonds
27 0%Quelques sillons verticaux courts (-40 mm) et peu
(1150 mm) profonds
0%
32
Aucun sillon
(2500 mm)
L'effet de l'air sec a été démontré a plusieurs reprises : ainsi lors de
l'essai 22, la mise en
contact d'une surface liquide avec de l'air sec a permis de faire disparaitre
les sillons
profonds. De même dans l'essai 23, la présence d'air sec a permis dès le
démarrage d'obtenir
une qualité de surface satisfaisante pour les plaques coulées (quelques
sillons verticaux courts
(-40 mm) et peu profonds). On note de plus pour cet essai que l'augmentation
du flux d'air
sec a permis de faire disparaitre les sillons. L'effet de la présence de CO2
dans le gaz asséché
sur la qualité de surface est, s'il existe, du deuxième ordre par rapport à
l'effet de la pression
partielle en eau. Ainsi pour l'essai 23, un résultat satisfaisant est obtenu
en l'absence de CO2.
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