PROCESS AND APPARATUS FOR DEGASSING AND MAINTAINING A LOW HYDROGEN CONTENT IN LIQUID ALUMINIUM ALLOYS DURING TRANSPORTATION IN LADLES

PROCEDE ET DISPOSITIF DE DEGAZAGE ET DE MAINTIEN D'UNE FAIBLE TENEUR EN HYDROGENE DANS LES ALLIAGES D'ALUMINIUM LIQUIDES AU COURS DE LEUR TRANSPORT DANS DES POCHES

Abrégé français

Procédé et à dispositif de dégazage et de maintien d'une
faible teneur en hydrogène dans les alliages d'aluminium
liquides au cours de leur transport dans les poches. Le
procédé est caractérisé en ce que l'on fait circuler dans
la poche un flux de gaz inertes vis à vis de l'aluminium
suivant un débit faible et contrôlé, puis on évacue le(s)
dit(s) gaz hors de la poche. Le dispositif est constitué
d'au moins une poche et d'au moins une bouteille contenant
un gaz sous pression reliées entre elles par un circuit
comportant un détendeur, un débitmètre, un système d'injection
du gaz, ladite poche étant équipée à sa partie
supérieure d'un système de fuite contrôlée du gaz. Cette
invention permet de réduire et d'éviter le gazage du métal au
cours du transport et de fournir aux utilisateurs un alliage
d'aluminium apte au moulage de pièces ayant une bonne
santé métallurgique.

Abrégé anglais

A procedure and device for degassing and maintaining a low level of hydrogen in liquid aluminum alloys when they are transported in containers. The procedure involves circulating in the container a stream of gases that are inert relative to aluminum, at a slow, controlled rate and then evacuating the said gas(es) from the container. The device consists of at least one container and at least one cylinder containing a gas under pressure; the container and bottle are connected by a circuit consisting of a regulator, a flowmeter and a gas injection system. The upper part of the container is equipped with a system for the controlled release of the gas. This invention reduces and prevents gassing of the metal during transport and gives users an aluminum alloy that is ready for casting and metallurgically sound.

Revendications

REVENDICATIONS
1. Procédé permettant de pallier aux reprises d'humidité en provenance
du garnissage réfractaire ou des crasses résiduelles par les alliages
d'aluminium liquides au cours de leur transport dans des poches fermées
pendant plusieurs heures, caractérisé en ce que tout au long du
transport et jusqu'à la coulée du métal, on fait circuler dans la poche
un flux de gaz inerte vis-à-vis de l'aluminium suivant un débit compris
entre 0,02 et 0,2 Nm3 par tonne d'alliage et par heure et on évacue
simultanément ledit gaz hors de la poche après contact avec le métal.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérosé en ce que le gaz
appartient au groupe constitué par l'azote et l'argon.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait
circuler le flux de gaz à la surface du métal.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait
circuler le flux de gaz dans l'alliage d'aluminium liquide.
5. Dispositif permettant de pallier aux reprises d'humidité en
provenance du garnissage réfractaire ou des crasses
résiduelles par les alliages d'aluminium liquides au cours de
leur transport dans des poches fermées pendant plusieurs
heures, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une poche
fermée (1) et au moins une bouteille (4) de gaz sous pression
reliées entre elles par un circuit (5) comportant un détendeur
(6) et un débitmètre (7), ladite poche étant équipée à sa
partie supérieure d'un système de fuite contrôlée du gaz.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit
comprend un tube qui débouche dans la poche au-dessus du niveau du
métal.
7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit
comprend un tube qui plonge dans l'alliage d'aluminium liquide.
8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit

comprend un bouchon poreux placé dans la paroi de la poche.
9. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit
comprend un rotor à arbre creux.

Description

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PROCEDE ET DISPOSITIF DE DEGAZAGE ET DE MAINTIEN D'UNE FAIBLE TENEUR EN
HYDROGENE DANS LES ALLIAGES D'ALUMINIUM LIQUIDES AU COURS DE LEUR
TRANSPORT DANS DES POCHES
La presente invention est relative à un procedé et à un dispositif de
dégazage et de maintien d'une faible teneur en hydrogène dans les alliages
d'aluminium liquides au cours de leur transport dans des poches.
Il est connu de transporter des alliages d'aluminium à l'état liquide dans
des poches métalliques fermées et revêtues intérieurement d'un matériau
réfractaire du lieu où ils sont élaborés jusqu'à l'endroit où ils seront
coulés dans des moules pour donner des pièces de forme prédéterminée. Ces
poches ont généralement une capacité de plusieurs tonnes et sont
véhiculées par deux sur des camions. Le transport dure parfois plusieurs
heures au cours desquelles le métal peut entrer en contact avec des traces
d'eau provenant soit de l'atmosphère humide environnante qui pénètre dans
les poches par l'intermédiaire de joints d'étanchéité défectueux, soit de
garnissages réfractaires qui se sont imprégnés d'humidité après vidange de
la poche et qui ont été insuffisamment séchés avant remplissage soit
encore de crasses qui s'accumulent au cours des cycles de transport dans
les poches mal nettoyées.
Cette humidité a pour effet de produire un phénomène dit de gazage
c'est-à-dire de réagir avec l'aluminium et de donner lieu à la formation
d'hydrogène dissous dans le métal liquide à l'état de bulles gazeuses de
dimensions relativement petites qui subsisteront dans la pièce sous forme
de porosités.
Or, l'homme de l'art sait qu'une teneur élevée en hydrogène dissout
déteriore la sante metallurgique des pièces qui en sont issues et conduit
en particulier à de faibles résistances à la fatigue mécanique et à des
ductilités réduites.
Il est donc nécessaire dans le cas de l'élaboration de pieces nécessitant
une bonne santé metallurgique de veiller à ce que le métal liquide ne soit
pas mis en contact avec l'humidité au cours de son transport.
Certes, des actions ont été entreprises pour éviter la presence d'humidité
dans les poches. C'est ainsi qu'avant remplissage on a procedé à un

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séchage plus poussé de l'intérieur des poches et enlevé
systématiquement les crasses. on a aussi réalisé des systèmes
d'étanchéité très perfectionnés et créé une atmosphère non
renouvelée d'argon au-dessus du métal.
on n'est cependant pas parvenu à résoudre le problème de
gazage. En effet, on a constaté qu'un métal ayant subi un
dégazage très poussé avant remplissage, c'est-à-dire ayant une
teneur en hydrogène inférieure à 0,12 ppm, pouvait de fac,on
10 très aléatoire contenir après transport jusqu'à 0,3 à 0,5 ppm
d'hydrogène.
Ce gazage semble être plus fréquent en été sans qu'on puisse
établir de corrélation entre la quantité d'hydrogène et le
degré hygrométrique de l'atmosphère.
Selon la présente invention, il est prévu un procédé
permettant de pallier aux reprises d'humidité en provenance
du garnissage réfractaire ou des crasses résiduelles par les
20 alliages d'aluminium liquides au cours de leur transport dans
des poches fermées pendant plusieurs heures, caractérisé en
ce que tout au long du transport et jusqu'à la coulée du
métal, on fait circuler dans la poche un flux de gaz inerte
vis-à-vis de l'aluminium suivant un débit compris entre 0,02
et 0,2 Nm3 par tonne d'alliage et par heure et on évacue
simultanément ledit gaz hors de la poche après contact avec
le métal.
Ainsi, l'invention consiste à introduire dans la poche un gaz
30 inerte vis-à-vis de l'aluminium, c'est-à-dire qui ne soit pas
susceptible par lui-même de réagir avec l'aluminium. Ce peut
être de préférence l'azote ou l'argon. Il faut évidemment que
ce gaz soit dépourvu d'humidité afin de ne pas être un
véhicule du gazage. Ce gaz est amené à la poche et circule
entre une entrée et une sortie suivant un débit faible et
contrôlé.
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Tel que mentionné plus haut le débit est compris entre o,02
et 0,2 Nm par tonne d'alliage et par heure, car un débit
inférieur a un effet insuffisant sur le dégazage tandis qu'un
débit supérieur s'avère superflu.
Au cours de son passage dans la poche, ce gaz pénètre dans le
bain métallique mais on peut se limiter à un simple léchage
de la surface car à cause des trépidations de la poche lors
de son transport il se produit un contact renouvelé entre le
10 gaz et le métal qui permet d'assurer un échange quasi complet
avec la masse de métal.
Dans ces conditions, l'hydrogène susceptible de se former à
cause de la présence aléatoire d'humidité est entraîné avec
le flux de gaz et évacué vers l'extérieur.
On maintient ainsi un taux de gazage relativement faible et
en tout cas compatible avec la qualité de métal souhaitée.
20 De plus, on a constaté également la possibilité d'améliorer
pendant le transport la qualité d'un métal imparfaitement
dégazé au départ.
Certes, la pratique du dégazage est connue dans les
installations industrielles. Mais elle s'effectue dans des
poches fixes en utilisant de débits beaucoup plus importants
et en tout cas supérieurs à o,5 Nm3 par tonne et par heure.
L'invention concerne également un dispositif de mise en oeuvre
30 du procédé décrit ci-dessus.
Selon la présente invention, il est également prévu un
dispositif permettant de pallier aux reprises d'humidité en
provenance du garnissage réfractaire ou des crasses
résiduelles par les alliages d'aluminium liquides au cours de
leur transport dans des poches fermées pendant plusieurs
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heures, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une poche
fermée et au moins une bouteille de gaz sous pression reliées
entre elles par un circuit comportant un détendeur et un
débitmètre, ladite poche étant équipée à sa partie supérieure
d'un système de fuite contrôlée du gaz.
Ainsi, le dispositif selon l'invention résulte de la
combinaison d'une poche et d'un système de distribution de gaz
comportant une source: la bouteille et des moyens d'assurer
lo une circulation desdits gaz sous une pression relativement
basse et suivant un débit contr61é et faible d'abord vers
l'intérieur de la poche puis vers l'extérieur.
La poche est d'un type identique à celui habituellement
utilisé sur les véhicules routiers, c'est-à-dire une enveloppe
en acier de forme généralement cylindrique ou cylindro-
conique, garnie intérieurement d'un matériau réfractaire
présentant une ouverture vers le haut sur laquelle est placé
un couvercle relativement étanche. A cette poche est combinée
20 au moins une bouteille contenant un gaz sous pression qui peut
être liquéfié
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ou comprimé et qui est fixé à la poche ou sur le bâti de fixation de cette
dernière. De cette bouteille part un circuit comportant un détendeur
permettant d'obtenir de préférence une pression de gaz de quelques
centièmes de MPa, d'une soupape de sécurité permettant d'éviter toute
surpression dans la poche et d'un débitmètre assurant le contrôle de
débits de préférence compris entre 0,1 et 1 Nm par heure. Ce circuit est
relié à la poche de différentes manières :
- soit il comprend un tube qui débouche dans la poche à travers le
couvercle et dont l'extrémité se trouve à moins de 3 cm de la surface du
métal. Cette disposition permet d'assurer un léchage par le gaz du métal
maintenu en agitation par les trépidations du véhicule;
- soit, il comprend un tube qui plonge dans le métal de sorte que le gaz
barbote dans le métal et permet de suppléer à une éventuelle
insuffisance d'agitation créée par les seules trépidations.
Mais, on peut aussi placer un ou plusieurs bouchons poreux sur les parois
latérales ou au fond de la poche et auxquels est relié ledit circuit.
De même, le circuit de gaz peut etre aussi relié à un rotor à arbre creux
tel que celui décrit dans le brevet français N~2512067 qui plonge dans le
métal et assure une dispersion du gaz en son sein.
Quel que soit le type d'introduction de gaz, la poche est équipée d'un
système de fuite contr81ée du gaz introduit et qui s'est éventuellement
chargé en hydrogène. Ce système peut être par exemple une tuyauterie
éventuellement calibrée que l'on peut aussi munir d'une vanne à ouverture
réglable.
Ce dispositif fonctionne de la facon suivante: dès que la poche a été
remplie et dégazée au moyen des dispositifs classiques d'injection de gaz
neutre à fort débit (lance ou rotor), on ouvre la bouteille, règle le
détendeur et le débitmètre pour obtenir la pression et le débit voulus. La
quantité de gaz disponible a été préalablement déterminée en vue de
maintenir le flux de gaz pendant toute la durée du transport et du temps
nécessaire à l'alimentation des installations de coulée.

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L'invention sera mieux comprise à l'aide de la planche de dessins
ci-jointe qui comprend une figure 1 représentant schématiquement vue en
coupe la partie supérieure d'une poche équipée d'un tube qui débouche
au-dessus du niveau du métal et une figure 2 suivant une même
représentation d'une poche équipée d'un tube qui plonge dans l'alliage
d'aluminium liquide.
Plus précisément, sur la figure 1, on distingue la poche 1 contenant
l'alliage d'aluminium liquide 2, fermée sur le dessus au moyen d'un
couvercle 3 étanche. Le long de la paroi latérale de la poche est placée
une bouteille 4 d'argon comprimé reliée à la poche par un circuit 5
comportant un détendeur 6, un débitmètre 7, une tuyauterie 8
d'introduction de gaz et une tuyauterie d'évacuation 9.
Sur la figure 2 on retrouve les mêmes éléments que sur la figure 1.
L'invention peut être illustrée à l'aide des exemples d'application
suivants :
100 livraisons d'alliages d'aluminium de moulage contenant principalement
du silicium comme élément d'addition ont été effectuées moitié dans des
poches de l'art antérieur, moitié dans des poches suivant l'invention,
lesquelles étaient munies pour une moitié également d'un tube plongeur,
les autres d'un tube débouchant dans la poche à 2,5 cm de la surface du
métal. Ces poches contenaient chacune 6 tonnes de métal et la durée du
transport était voisine de 5 heures.
Avec les poches de l'art antérieur, on a constaté que 5% des livraisons
étaient arrivées gazées, c'est-à-dire qu'elles contenaient plus de 0,3 ppm
d'hydrogène.
Par contre, dans les poches selon l'invention et dans lesquelles on
faisait circuler un flux d'argon suivant un débit de 0,15 Nm .tonne
heure -1 et ce quel que soit le type d'injection, aucune des livraisons
n'est arrivée gazée, la teneur en hydrogène étant inférieure à 0,15 ppm.
Cette invention permet donc de réduire et d'éviter le gazage du métal au
cours de son transport et de fournir aux utilisateurs un produit apte au
moulage de pièces ayant une bonne santé métallurgique.

Dessin représentatif