Procédé de chauffage d'un bain métallique

Abstract

 Procédé de chauffage d'une masse métallique, notamment maintien en fusion d'un bain métallique (5) du genre où l'on développe une énergie rayonnante (12) dans un espace surplombant ladite masse métallique (5) en direction de la surface de la masse métallique, ou bain métallique (5), On fait propager l'énergie rayonnante (12) dans une atmosphère de gaz neutre (11) puis au travers d'une nappe flottante formée d'éléments de transition constituée d'une pluralité de plaques (3) 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.

Description

[0001] L'invention concerne un 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.

[0002] Ce genre de technique est essentiellement utilisé en fusion dans les fours dits à bassin 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 fournie par des éléments chauffants placés en voûte et rayonnant directement sur la charge.

[0003] Le faible coéfficient d'absorption du métal liquide (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 :

[0004] Les températures de voûte sont importantes (souvent supérieures à 1000°C) afin de pouvoir transférer l'énergie entre la voûte et le bain (température de bain de l'ordre de 700°C avec les alliages d'aluminium). Les pertes thermiques par les réfractaires et l'usure des éléments chauffants augmentent à mesure que la température de la voûte s'élève.

[0005] De ce fait, ces fours manquent de nervosité. Une remontée de la température du bain de quelques degrés (consécutive par exemple à l'arrivée d'une poche de métal liquide) peut prendre parfois plusieurs dizaines de minutes. Pendant ce laps de temps, la fabrication des pièces moulées est interrompue. Les arrêts peuvent donc perturber gravement la fabrication.

[0006] D'autre part, la puissance installée doit être très supérieure à l'énergie moyenne consommée. Dans le cas d'un four de maintien d'alliages d'aluminium, on a typiquement 80 kw de puissance installée pour 30 kwh/h de consommation moyenne.

[0007] De plus, ce type de transfert thermique favorise la formation de concrétions d'oxydes qui détruisent les réfractaires du bain.

[0008] Pour tenter de résoudre ces problèmes, on a proposé de répandre sur le bain un corps pulvérulent absorbant le rayonnement (graphite ou SiC) et dont la densité est inférieure à celle de l'aluminium liquide. Cette manière de procéder 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 opérateurs travaillant autour du four (risques d'intoxication et d'explosion). D'autre part les grains ont tendance à s'agglomérer avec l'aluminium, ce qui fait chuter le coefficient d'absorption de la surface.

[0009] Le procédé suivant l'invention permet d'éviter les inconvénients susmentionnés, en faisant 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. Grâce au bon coefficient d'absorption des plaques (de l'ordre de 0,9) on améliore 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 dépôts d'aluminium sur la surface absorbante (le coefficient d'absorption de la surface reste donc très bon en utilisation. L'atmosphère inerte peut être 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 ajusté de façon à maintenir une légère surpression dans l'enceinte. On élimine ainsi les entrées d'air et on limite l'oxydation du carbone et tout risque de formation de monoxyde de carbone. L'atmosphère légèrement réductrice ou neutre dans le four ne favorise pas le développement des concrétions, ce qui permet d'améliorer la durée de vie des réfractaires.

[0010] Le procédé selon l'invention permet en outre d'accroître notablement la nervosité des fours et leur productivité (diminution des arrêts de moulage). En effet, à température de voûte constante, l'énergie transférée au bain est nettementplus importante (en théorie accrue d'un facteur multiplicatif qui correspond au rapport des coefficients d'absorption des surfaces 0,9/0,2 = 4,5) dans la réalité, on constate que ce facteur multiplicatif est cependant plus faible.

[0011] Selon un forme de mise en oeuvre, les éléments de transition en forme de plaques sont réalisés en graphite ou carbone et le gaz neutre est de l'azote et/ou argon.

[0012] L'invention est illustrée à titre d'exemple en référence au dessin annexé qui est une vue schématique en coupe d'un four de maintien en fusion opérant selon l'invention.

[0013] 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 exemple un alliage d'aluminium. Une zone d'admission 6 de métal liquide ou de lingots est recouverte par une porte pivotante 13 et à l'opposé une zone 7 sert à prélever du métal liquide vers une machine de moulage.

[0014] Entre les zones 6 et 7 est ménagée l'enceinte de chauffage 8 à voûte 9 et parois latérales 10 plongeant en dessous du niveau de bain liquide. La voûte 9 est équipée de moyens de chauffage à rayonnement 12. Un injecteur de gaz neutre (non représenté) dans l'enceinte 8 est ménagé soit au travers d'une paroi 10 d'enceinte, soit sous forme de bonchon 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 trappe non représentée, ménagée au travers de la paroi d'enceinte 10, on a engagé sur la surface du bain de métal en fusion une pluralité d'éléments de graphite ou de carbone 3 sous forme de plaques de faible épaisseur (de l'ordre de quelques centimètres) de façon à former une nappe flottante recouvrant la plus grande partie de la surface du bain métallique 5.

[0015] L'invention s'applique en premier lieu à la fonderie d'aluminium ou d'alliages d'aluminium.

Revendications

1. 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, 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 métallique 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 métallique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaz neutre d'inertage d'atmosphère est de l'azote et/ou de l'argon.

4. Procédé de chauffage d'un bain métallique selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que l'atmosphère inerte est réalisée par injection de gaz inerte dans une enceinte en forme de cloche surplombant à pénétration latérale ledit bain liquide et incorporant en voûte les moyens de chauffage à énergie rayonnante.

5. Procédé de chauffage d'un bain métallique selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'injection de gaz inerte s'effectue au travers d'une paroi d'enceinte.

6. Procédé de chauffage d'un bain métallique selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'injection de gaz inerte s'effectue par le fond du bassin récepteur de métal liquide.

7. Application au procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 au four à voûte rayonnante de traitement de métaux à faible coefficient d'absorption, notamment d'aluminium ou d'alliage d'aluminium.

Dessins