Emballage pour l'introduction de métal léger dans un alliage d'aluminium à l'état liquide

Abstract

 L'invention est relative à un emballage métallique pour l'introduction d'un métal léger dans un alliage d'aluminium à l'état liquide.
Cet emballage est caractérisé en ce qu'il est constitué par une portion de tube à l'intérieur duquel est placé le métal léger, ledit tube étant réalisé avec un métal qui a une température de fusion supérieure à celle de l'alliage et qui est susceptible de s'allier avec ce dernier sans être une source de pollution, étant muni à au moins une de ses extrémités d'un rétreint qui laisse susbsister un passage de faible section vers le métal léger et formant avec ce dernier un ensemble de masse volumique supérieure à celle de l'alliage.
L'invention trouve son application notamment dans la modification des alliages d'aluminium-silicium par le sodium où il permet d'atteindre une efficacité voisine de 100%.

Description

[0001] La présente invention est relative à un emballage pour l'introduction de métal léger dans un alliage d'aluminium à l'état liquide.

[0002] Dans les procédés métallurgiques, il est connu d'ajouter des métaux légers, tels que les métaux alcalins ou alcalino-terreux, à d'autres métaux ou alliages. Ainsi, par exemple, lors de la fabrication d'aluminium-silicium, il est de pratique courante de faire des ajouts de sodium de quelques p.p.m. dans l'alliage à l'état liquide afin de donner à l'eutectique qui se développe lors de la cristallisation par refroidissement une structure fibreuse et de conférer ainsi au produit obtenu de meilleures caractéristiques mécaniques.

[0003] Dans le cas de la production de lingots, cet ajout peut être fait dans le four de fusion sous forme de sodium métallique ou à la coulée dans la goulotte d'alimentation au moyen de fil d'aluminium fourré de sodium. Dans le cas de la production de pièces moulées, l'ajout est également fait dans le four d'alimentation sous forme de flux ou de sodium métallique.

[0004] Toutefois, cet ajout ne peut être réalisé dans les mêmes conditions que celles qui sont habituellement utilisées avec d'autres éléments d'addition.

[0005] En effet, les métaux alcalins et alcalino-terreux ont généralement une masse volumique plus petite que celle de l'aluminium de sorte que si on les verse simplement dans le bain d'alliage, ils vont flotter à la surface et se mélangeront mal, même en agitant. Comme ces métaux sont également très hygroscopiques et facilement oxydables à l'air, ils vont réagir à la surface du bain et se transformer en leur hydroxyde et/ou en leur carbonate.
D'où une réduction de l'efficacité desdits métaux, effet auquel va s'ajouter, du fait de la présence des produits de la réaction, l'apparition de porosités ou d'hétérogénéités susceptibles d'entraîner une fragilisation de l'alliage obtenu.

[0006] Il est donc nécessaire d'éviter la réaction en surface de l'ajout et pour cela de réaliser son introduction et sa dissolution complète au sein du bain, problème dont la résolution doit être associée au problème du stockage et de la manipulation préalable à l'abri de l'air dudit ajout.

[0007] Certes, des solutions ont déjà été proposées comme, par exemple, l'utilisation de cloches à l'intérieur desquelles on place le métal léger et que l'on immerge dans le bain de sorte que ledit métal ne peut remonter directement à la surface du bain et qu'on limite ainsi le taux d'oxydation.
Cependant, du fait que la surface d'échange entre le métal léger et le bain est relativement grande, il se produit une dispersion trop rapide de l'ajout de sorte qu'une partie de ce dernier se retrouve à la surface où il se dégrade entraînant ainsi une réduction de l'efficacité voisine de 50%.

[0008] C'est pourquoi de nouvelles solutions sont apparues par la suite et qui consistent le plus souvent à placer l'ajout dans un emballage hermétique de même nature que le métal du bain.

[0009] Le brevet US N° 3 848 391 décrit, par exemple, pour le traitement d'un alliage aluminium-silicium, l'utilisation d'une boîte en aluminium contenant du sodium ou du lithium et munie d'un couvercle emboîtable. Dans ces conditions, on résout le problème du stockage et de la manipulation de l'ajout à l'abri de l'air, mais non celui de sa dissolution complète au sein du bain.
En effet, les boîtes, ayant une masse volumique inférieure à celle du bain, ont tendance à flotter. En outre, la température du bain étant relativement plus élevée que celle de la température de fusion de l'aluminium, la boîte se dissout rapidement et libère brutalement son contenu. De ces faits, il résulte une remontée en surface du sodium ou du lithium d'où une réaction d'oxydation et une diminution de l'efficacité.

[0010] C'est pourquoi la demanderesse, cherchant à améliorer le taux de dissolution de l'ajout, a mis au point un emballage métallique pour l'introduction de métal léger dans un alliage d'aluminium à l'état liquide caractérisé en ce qu'il est constitué par une portion de tube à l'intérieur duquel est placé le métal léger, ledit tube étant réalisé avec un métal qui a une température de fusion supérieure à celle de l'alliage et qui est susceptible de s'allier avec ce dernier sans être une source de pollution, étant muni à au moins une de ses extrémités d'un rétreint qui laisse subsister un passage de faible section de l'extérieur vers le métal léger et formant avec ce dernier un ensemble de masse volumique supérieure à celle de l'alliage.

[0011] Ainsi, la présente invention consiste, à la différence du brevet cité:

1.-à remplacer l'aluminium par un métal ayant une température de fusion plus élevée que celle de l'alliage.

2.-à utiliser une portion de tube dont les extrémités ne sont pas fermées par un couvercle mais ouvertes, du moins pour l'une d'entre elles, suivant une section d'aire très réduite.

3.-à obtenir un ensemble emballage-métal léger de masse volumique plus élevée que celle de l'alliage.

[0012] Suivant la première différence, l'emballage met beaucoup plus de temps à s'allier à l'alliage que l'aluminium de sorte que sa dissolution complète se produit quand tout le métal léger s'est pratiquement répandu dans l'alliage. Par ailleurs, le métal constituant l'emballage peut être un élément de l'alliage autre que l'aluminium.

[0013] Suivant la deuxième différence, on a constaté que, d'une part, l'emballage étant immergé dans l'alliage, la section de passage permettait au métal léger de se répandre avec une vitesse relativement faible et d'éviter toute remontée intempestive à la surface; d'autre part, l'oxydation du métal léger se limitait à une très faible épaisseur. Ainsi, tout risque de pollution par les hydroxydes et/ou les carbonates était négligeable même après un temps de séjour relativement long de l'emballage a l'air.

[0014] Suivant la troisième différence, la masse volumique de l'ensemble emballage-métal léger étant plus élevée que celle de l'alliage, ledit emballage descend au fond du bain liquide de sorte que le métal léger s'échappant de l'emballage doit traverser toute la hauteur dudit bain avant d'arriver à la surface et qu'ainsi sa dissolution est alors pratiquement complète.

[0015] Dans ces conditions, on constate que l'efficacité de l'ajout est de 100%.

[0016] Le métal utilisé pour l'emballage est de préférence choisi dans le groupe constitué par le cuivre, le nickel et le fer et s'accommode avec tous les métaux alcalins et alcalino-terreux.

[0017] De préférence, le rapport de la section de passage à la section extérieure du tube est comprise entre 1/10 et 1/1000; des valeurs comprises à l'extérieur de cette fourchette conduisent respectivement à des vitesses de passage du métal léger dans le bain qui sont généralement trop grandes ou trop petites mais qui peuvent néanmoins convenir soit quand la hauteur du bain est suffisamment élevée pour assurer une dissolution complète même à grande vitesse, soit quand la prolongation de la durée de traitement entraînée par la vitesse faible est sans inconvénient dans le déroulement du procédé.

[0018] Suivant une variante préférée de l'invention, le métal léger est placé à l'intérieur de l'emballage sous forme d'un fil qui peut être nu ou entouré par une gaine en aluminium. Une manière pratique de réaliser l'emballage consiste à prendre un tube de grande longueur, à y introduire sous atmosphère sèche et non oxydante le fil suivant une longueur sensiblement équivalente et à sceller le tube de façon étanche à ses extrémités. On peut ainsi le stocker longtemps sans aucun risque de dégradation. Au moment de l'utilisation, ce tube est partagé en portions de longueur plus ou moins grande correspondant au poids de métal léger qu'on veut introduire dans l'alliage. Ce partage est obtenu par étirage ou par aplatissement du tube à l'endroit choisi puis cisaillement de manière à laisser subsister un passage qui est alors occupé par la section du fil ce qui empêche toute oxydation du métal léger à l'intérieur du tube. S'il reste une portion de tube non utilisée, elle est alors fermée hermétiquement, par exemple par écrasement, à l'endroit du cisaillement de façon à pouvoir être stockée jusqu'à la prochaine utilisation.

[0019] L'invention sera mieux comprise à l'aide de la figure jointe qui représente un emballage suivant une coupe longitudinale axiale. 0n distingue une portion de tube 1 en cuivre à l'intérieur duquel est placé un fil 2 en aluminium fourré de sodium 3. Cette portion présente à chacune de ses extrémités 4 et 5 un rétreint qui laisse subsister les passages 6 et 7. Un tel ensemble, lorsqu'il est immergé dans un bain d'alliage à l'état liquide, descend au fond dudit bain où le sodium commence par fondre puis s'échappe par les ouvertures 6 et 7 pour se répandre lentement dans le bain et se dissoudre complètement avant d'atteindre la surface.

[0020] L'invention peut être illustrée par l'exemple d'application suivant:
dans deux poches contenant chacune 6000 kg d'alliage d'aluminium du type A-S5U3 (c'est-à-dire renfermant en poids 5% de silicium et 3% de cuivre) à une température de 850°C et qui occupait une hauteur de 1m50, on a introduit du sodium de deux manières différentes:

1) sous forme de fil d'aluminium fourré de sodium placé dans la tubulure de remplissage en métal de la poche pendant la coulée. L'efficacité de l'ajout a été voisine de 75%.

2) dans un emballage suivant l'invention.
L'efficacité a été alors pratiquement de 100%.

[0021] Cet emballage trouve son application notamment dans la modification des alliages d'aluminium-silicium par le sodium où il permet d'atteindre une efficacité voisine de 100%.

Revendications

1. Emballage métallique pour l'introduction de métal léger dans un alliage d'aluminium à l'état liquide caractérisé en ce qu'il est constitué par une portion de tube à l'intérieur duquel est placé le métal léger, ledit tube étant réalisé avec un métal qui a une température de fusion supérieure à celle de l'alliage et qui est susceptible de s'allier avec ce dernier sans être une source de pollution, étant muni à au moins une de ses extrémités d'un rétreint qui laisse subsister un passage de faible section de l'extérieur vers le métal léger et formant avec ce dernier un ensemble de masse volumique supérieure à celle de l'alliage.

2. Emballage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal qui constitue la portion de tube appartient au groupe formé par le cuivre, le nickel, le fer.

3. Emballage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal léger appartient au groupe formé par les métaux alcalins et alcalino-terreux.

4. Emballage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport de la section de l'ouverture à la section extérieure du tube est compris entre 1/10 et 1/1000.

5. Emballage selon la revendication 1, caractérisé en ce que le métal léger est placé à l'intérieur du tube sous forme de fil.

6. Emballage selon la revendication 5, caractérisé en ce que le métal léger est entouré par une gaine en aluminium.

Dessins