HEATING PROCESS FOR A METAL TANK

PROCEDE DE CHAUFFAGE D'UN BAIN METALLIQUE

Abrégé français

ABREGE
Procédé de chauffage d'une masse métallique,
notamment maintien en fusion d'un bain métallique, du
genre où l'on développe une énergie rayonnante dans
un espace surplombant ladite masse métallique en
direction de la surface de la masse métallique, ou
bain métallique. On fait propager l'énergie
rayonnante dans une atmosphère de gaz neutre puis au
travers d'une nappe flottante formée d'éléments de
transition constituée d'une pluralité de plaques en
matériau bon conducteur thermique, bon absorbeur de
rayonnement, et de densité assurant leur flottabilité
dans le métal en cours de chauffage. L'invention
s'applique en premier lieu à la fonderie d'aluminium
ou d'alliages d'aluminium.

Revendications

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles
un droit exclusif de propriété ou de privilège est
revendique, sont définies comme il suit:
1. Procédé de chauffage d'une masse mé-
tallique, notamment maintien en fusion d'un bain
métallique, du genre où l'on développe une énergie
rayonnante dans un espace surplombant ladite masse
métallique en direction de la surface de la masse
métallique, ou bain métallique, caractérisé en ce
qu'on fait propager l'énergie rayonnante dans une
atmosphère de gaz neutre puis au travers d'une nappe
flottante formée d'éléments de transition constituée
d'une pluralité de plaques en matériau bon conducteur
thermique, bon absorbeur de rayonnement, et de densité
assurant leur flottabilité dans le métal en cours de
chauffage.
2. Procédé de chauffage d'un bain métalli-
que selon la revendication 1, caractérisé en ce que
les éléments de transition en forme de plaques sont
réalisés en graphite ou carbone.
3. Procédé de chauffage d'un bain métalli-
que selon la revendication 1, caractérisé en ce que
le gaz neutre d'inertage d'atmosphère est de l'azote
et/ou de l'argon.
4. Procédé de chauffage d'un bain métalli-
que selon la revendication 1, caractérisé en ce que
l'atmosphère inerte est réalisée par injection de gaz
inerte dans une enceinte en forme de cloche sur-
plombant à pénétration latérale ledit bain liquide et
incorporant en voûte les moyens de chauffage à énergie
rayonnante.
5. Procédé de chauffage d'un bain mé-
tallique selon la revendication 3, caractérisé en ce
que l'atmosphère inerte est réalisée par injection de
gaz inerte dans une enceinte en forme de cloche sur-
plombant à pénétration latérale ledit bain liquide et

incorporant en voûte les moyens de chauffage à énergie
rayonnante.
6. Procédé de chauffage d'un bain mé-
tallique selon la revendication 4 ou 5, caractérisé
en ce que l'injection de gaz inerte s'effectue au
travers d'une paroi d'enceinte.
7. Procédé de chauffage d'un bain mé-
tallique selon la revendication 4 ou 5, caractérisé
en ce que l'injection de gaz inerte s'effectue par le
fond du bassin récepteur de métal liquide.
8. Application au procédé selon l'une quel-
conque des revendications 1 à 5 au four à voûte
rayonnante de traitement de métaux à faible co-
efficient d'absorption, notamment d'aluminium ou
d'alliage d'aluminium.

Description

202~L30^~
L'invention concerne un pr~ce~e ~e chauffage d'une masse
m~tallique, notanment maintien en fusion d'un bain métallique, du genre
o~ l'on d~velc~pe u~e ~P~rg~e ~a~on~a~te danh~ u~ ~space ~wrplc~ba~
ladite masse m~tallique en direction de la surface de la masse
métallique ou bain métallique.
Ce genre de technique est essentiellement utilis~ en fusion
dans le~ fours dits ~ b~ssin pour la fusion et/ou le maintien
d'alliages d~aluminium, où la chaleur nécessaire à la fusion ou au
maintien en fusion du métal est fou mie par des éléments chauffants
placés en vo~te et rayonnant directement sur la charge.
Le faible co~fficient d~absorption du métal li~uide
~coéfficient d'émissivité) pour l'aluminium liquide de l'ordre de 0,15
à 0,23) pose les problèmes suivants dans ce type de four :
Les temp~ratures de voûte sont importantes (souvent superieures
à lOOO~C) afin de pouvoir transferer l'énergie entre la voûte et le
bain (tenpérature de bain de l~ordre de 700C avec les alliages
d'aluminium). Les pertes thermiques par les réfractaires et l'usure des
él~ments chauffants augnentent ~I mesure que la température de la voûte
s'élève.
De ce fait, ces fours manquent de nervosit~. Une renontée de la
te~erature du bain de quelques degrés (consécutive par exenple à
l'arrivée d'une poche de m~tal liquide) peut prendre parfois plusieurs
dizaines de minutes. Pendant ce laps de tenps, la fabrication des
pieces moulées est interrompue. Les arrêts peuvent donc perturber
gravement la fabrication.
D'autre part, la puissance installée doit être très supérieure
à l'énergie m~yenne consommée. Dans le cas d'un four de maintien
d'alliages d'aluminium, on a typiquement 80 kw de puissance install~e
pour 30 kwh/h de consw mation moyenne.
De plus, ce type de transfert thermique favorise la formation
de concrétions d'oxydes qui détruisent les réfractaires du bain.
Pour tenter de résoudre ces problemes, on a proposé de répandre
sur le bain un corps pulv~rulent absorbant le rayonnement (graphite ou
SiC) et dont la densité est inférieure à qelle de l'aluminium liquide.
Cette manière de proc~der n'est pas très efficace car le corps
pulvérulent est oxydé par l'oxygène de l'air et disparaît de la surface
du bain avec émission de monoxyde de carbone, ce qui présente un danger
certain pour les op~rateurs travaillant autour du four (risques
d'intoxication et d'explosion). D'autre part les grains ont tendance
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s'agglom~rer avec l'sluminium, C8 qui fait chuter le coefficient
d'absorption de la surface.
Le procédê suivant l~invention permet d'éviter les
inconvénients susmentionnés, en faisant propager l'~nergie rayonnante
dans une atmosph~re de gaz neu~re, puis au travers d'une nappe
flottante formée d'elénlents de transition constituée d'une pluralité de
plaques en mttériau bon conducteur the~nique. bon absorbeur de
rayonnement, et de densité assurant leur flottabilit~ dans le métal en
cours de chauffage. Grâce au bon coefficient d'absorption des plaques
(de l'ordre de 0,9) on ameliore le transfert thermique entre les
plaques et la voûte rayonnante, la chaleur étant ensuite transférée par
conduction des plaques vers le bain, L'utilisation de plaques limite
les d~pôts d'aluminium sur la surface absorbante (le coefficient
d'absorption de la surface reste donc très bon en utilisation.
L'atmosphère inerte peut 8tre injectée au travers du bain par un
bouchon poreux au fond du bassin ou directement à travers la voûte
d'enceinte, Le débit de gaz inerte est sjusté de façon à maintenir une
l~gère surpression dans l'enceinte. Gn ~lirnine ainsi les entrées d'air
et on linlite l'oxydation du carbone et tout risque de formation de
monoxyde de carbone. L'atmosphère l~gèrement réductrice ou neutre dans
le four ne favorise pas le développement des concrétions, ce qui permet
d'~méliorer la duree de vie des réfractaires.
Le procédé selon l'invention per~let en outre d'accroitre
notablement la nervosité des fours et leur productivite (diminution des
arrêts de moulage). En effet, à ter~pérature de voûte constante,
l'énergie transférée au bain est nettementplus in~ortante (en théorie
accrue d'un facteur multiplicatif qui correspond au rapport des
coefficients d'absorption des surfaces 0,~/0,2 = 4,5) dans la réalité,
on constate que ce facteur multiplicatif est cependant plus faible,
Selon une for~e de mise en oeuvre, les ~l~ments de transition
en forme de plaques sont réalisés en graphite ou carbone et le gaz
neutre est de l'azote et/ou argon.
L'invention est illustrée à titre d'exerrple en rcférence au
dessin annexé qui est une vue schematique en coupe d'un four de
maintien en fusion opérant selon l'invention.
Un tel four de maintien comporte un bassin 1 formé d'un fond 2
et de parois latérales 3 et 4 ; il contient un métal liquide 5, par
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exemple un alliage d~aluminium. Une zone d'adnission 6 de m~tal liquide
ou de lingots est recouverte par une porte pivotante 13 et ~ l'oppos~
une zone 7 sert à prélever du métal liquide vers une nachine de
moulage.
Entre les zones 6 et 7 est ménagée l'enceinte de chauffage 8 ~
voûte 9 et parois latérales 10 plonaeant en dessous du niveau de bain
liquide. La voûte 9 est équipée de mDyens de chauffage à rayonnement
12. Un injecteur de gaz neutre (non représenté) dans l'enceinte 8 est
m~nagé soit au travers d'une paroi 10 d'enceinte, soit sous forme de
bouchon poreux au travers du fond 2 du bassin, à l'aplomb de l'enceinte
8, le tout de façon que l'intérieur 11 de l'enceinte 8 reste sous
faible surpression.
Par une tr~ppe non représent~e, n~nagée au travers de la paroi
d'enceinte 10, on a engagé sur la surface du bain de métal en fusion
une pluralit~ d~éléments de graphite ou de carbone 3 sous for,me de
plaques de faible ~paisseur (de l'ordre de quelques centimètres) de
façon à former une nappe flottante recouvrant la plus grande partie de
la surface du bain metallique 5.
L'invention s'applique en premier lieu à la fonderie
d'aluminium ou d'alliages d'aluminium.
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Dessin représentatif