FR2669041A1 - Process for the treatment of a molten metal and its transfer into a receiving cavity and system for making use of this process - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un procédé pour le traitement d'un métal en fusion et son transfert dans un espace de réception, tel qu'une lingotière, selon lequel on fond le métal dans un four tel qu'un convertisseur, effectue un dégazage et retrait d'oxydes contenus dans le métal en fusion, avant de verser celui-ci dans l'espace récepteur, et un système pour la mise en oeuvre du procédé. The invention relates to a method for the treatment of a molten metal and its transfer to a receiving space, such as an ingot mold, according to which the metal is melted in an oven such as a converter, performs degassing and removal. of oxides contained in the molten metal, before pouring it into the receiving space, and a system for carrying out the process.
Un procédé et un système pour sa mise en oeuvre, tels qu'énoncés ci-avant, sont dejà connus. Mais jusqu'à présent, le dégazage et le retrait des oxydes sont effectués dans le convertisseur. Ce dernier est réalisé sous forme d'un corps cylindrique disposé horizontalement et pouvant basculer autour d'un axe horizontal sur le fait de vérins de pivotement. L'une des parois frontales du convertisseur est pourvue d'une porte et d'ouvertures permettant l'introduction de gaz chauds dans le convertisseur. Un certain nombre de cannes de dégazage pour l'introduction de gaz tel que du chlore, de l'argon, de l'azote ou du fréon s'étend à l'intérieur du convertisseur dans le métal en fusion. La porte permet de retirer, à l'aide d'un ringard de décrassage, la crasse d'oxydes se formant sur le métal en fusion. A method and a system for its implementation, as stated above, are already known. However, to date, the degassing and removal of the oxides has been carried out in the converter. The latter is produced in the form of a cylindrical body arranged horizontally and capable of tilting about a horizontal axis on the fact of pivoting cylinders. One of the front walls of the converter is provided with a door and openings allowing the introduction of hot gases into the converter. A number of degassing rods for the introduction of gases such as chlorine, argon, nitrogen or freon extend inside the converter into the molten metal. The door makes it possible to remove, using a tacky scrub, the grime of oxides forming on the molten metal.
Or, ces mesures pour le dégazage et le retrait des oxydes sont insuffisantes. En effet, l'introduction des gaz chauds dans le convertisseur occasionne un apport d'humidité, ce qui provoque un effet d'oxydation et de gazage. De plus, les oxydes qui se sont déposés sur les parois du convertisseur ont tendance à entrer dans le métal liquide. Par conséquent, le métal en fusion qui est transféré dans les lingotières est pollué par des oxydes et constitue un produit d'une qualité relativement mauvaise. Un autre inconvénient de l'état de la technique qui vient d'être décrit réside dans le fait qu'il ne permet pas un affinage satisfaisant. En effet, actuellement on verse les substances de rajout dans le convertisseur. Etant donné les processus complexes qui se déroulent dans celui-ci, il est impossible d'assurer un dosage précis du rajout pour obtenir l'effet escompté.Si en plus, il s'agit d'un produit, comme par exemple du sodium, dont la durée de vie est limltée, l'affinage est encore plus difficilement maltrisable. However, these measures for degassing and removal of oxides are insufficient. Indeed, the introduction of hot gases into the converter causes a supply of moisture, which causes an oxidation and gassing effect. In addition, the oxides that have deposited on the walls of the converter tend to enter the liquid metal. Consequently, the molten metal which is transferred to the ingot molds is polluted by oxides and constitutes a product of relatively poor quality. Another drawback of the state of the art which has just been described lies in the fact that it does not allow satisfactory refining. Indeed, currently we add the additives in the converter. Given the complex processes that take place in this, it is impossible to ensure a precise dosage of the addition to obtain the desired effect. If in addition, it is a product, such as sodium, whose life is limited, refining is even more difficult to control.
La présente invention a pour objectif de proposer un procédé et un système qui ne présentent plus les inconvénients qui viennent d'être énonces. The object of the present invention is to propose a method and a system which no longer have the drawbacks which have just been stated.
Pour atteindre ce but, le procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on effectue le dégazage et, le cas échéant le retrait des oxydes dans un dispositif d'épuration entre le convertisseur et l'espace de réception du métal en fusion. To achieve this goal, the method according to the invention is characterized in that degassing and, if necessary, the removal of the oxides are carried out in a purification device between the converter and the space for receiving the molten metal. .
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, on effectue le dégazage et, le cas échéant, le retrait des oxydes en continu pendant le transfert du métal du convertisseur dans l'espace récepteur précité. According to an advantageous characteristic of the invention, the degassing and, if necessary, the removal of the oxides are carried out continuously during the transfer of the metal from the converter into the abovementioned receiving space.
Selon encore une autre caractéristique avantageuse de l'invention, on effectue une opération d'affinage dans le dispositif d'épuration. According to yet another advantageous characteristic of the invention, a refining operation is carried out in the purification device.
Le système pour la mise en oeuvre du procédé est caractérisé en ce que les moyens de transfert du métal en fusion du convertisseur à l'espace récepteur comprennent un dispositif d'épuration et des moyens de transvasement du métal en fusion dans ce dispositif et des moyens de transvasement du métal traité dans ce dernier, jusqu'a l'espace récepteur. The system for implementing the method is characterized in that the means for transferring the molten metal from the converter to the receiving space comprise a purification device and means for transferring the molten metal into this device and means transfer of the treated metal into the latter, to the receiving space.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le dispositif d'épuration comprend un caisson équipé d'un moyen de dégazage formé par un rotor qui est disposé au bout d'un arbre porte-rotor monté sur une structure de support et s'étendant à l'intérieur du caisson. According to an advantageous characteristic of the invention, the purification device comprises a box equipped with a degassing means formed by a rotor which is arranged at the end of a rotor-carrying shaft mounted on a support structure and extending inside the box.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le caisson comporte une sortie de versement de métal en fusion vers l'espace récepteur, qui est réalisée sous forme d'un trop-plein. According to another advantageous characteristic of the invention, the box has an outlet for pouring molten metal towards the receiving space, which is produced in the form of an overflow.
Selon encore une autre caractéristique de l'invention, le caisson est monté basculant autour d'un axe horizontal pour pouvoir effectuer un mouvement de vidange du métal traité, vers l'espace récepteur. According to yet another characteristic of the invention, the box is mounted tilting about a horizontal axis in order to be able to carry out a movement of emptying of the treated metal, towards the receiving space.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparatront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre, faite en référence aux dessins schématiques annexés, donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lesquels
- la figure 1 est une vue schématique, en coupe, d'un système d'épuration selon la présente invention
- la figure 2 est une vue de dessus d'un système selon l'invention
- la figure 3 est une vue latérale, à plus grande échelle, du dispositif d'épuration montré en III sur la figure 2 ; et
- la figure 4 est une vue en direction de la flèche IV de la figure 2.The invention will be better understood, and other objects, characteristics, details and advantages thereof will appear more clearly during the explanatory description which follows, made with reference to the appended schematic drawings, given only by way of example. illustrating an embodiment of the invention, and in which
- Figure 1 is a schematic view, in section, of a purification system according to the present invention
- Figure 2 is a top view of a system according to the invention
- Figure 3 is a side view, on a larger scale, of the purification device shown in III in Figure 2; and
FIG. 4 is a view in the direction of arrow IV in FIG. 2.
Sur la figure schématique du système de dégazage et de retrait des oxydes, selon la présente invention, les chiffres de référence 1, 2, 3 désignent respectivement la goulotte d'arrivée du métal en fusion en provenance du convertisseur (non représenté) dans lequel le métal a été fondu, le dispositif d'épuration et la goulotte de transvasement du métal en fusion, après son traitement dans le dispositif d'épuration, vers l'espace de réception tel qu'une lingotière montrée en 4 à la figure 2. In the schematic figure of the system for degassing and removing oxides, according to the present invention, the reference numerals 1, 2, 3 respectively designate the inlet chute for the molten metal coming from the converter (not shown) in which the metal has been melted, the purification device and the chute for transferring molten metal, after its treatment in the purification device, to the receiving space such as an ingot mold shown at 4 in FIG. 2.
Le dispositif d'épuration 2 comprend essentiellement un caisson 6 dont l'espace interne est divisé par une cloison transversale 7 en 2 compartiments 8 et 9, un compartiment situé du côté de la goulotte d'arrivée 1 et un compartiment situé du côté de la goulotte de départ 3. Les deux compartiments 8 et 9 communiquent à l'intérieur du caisson 6 au niveau du sol de celui-ci, par un passage 10. Comme illustrent les flèches, le métal liquide dont le niveau à l'intérieur du caisson 6 est indiqué en 12, traverse, lors de son transfert du convertisseur à la lingotière 4, successivement les compartiments 8 et 9. Le caisson 6 présente une forme générale cylindrique et comporte une excroissance radiale de section transversale sensiblement rectangulaire. Le corps cylindrique constitue le compartiment 8 tandis que le compartiment 9 est formé par l'éspace d'excroissance. The purification device 2 essentially comprises a box 6 whose internal space is divided by a transverse partition 7 into 2 compartments 8 and 9, a compartment located on the side of the inlet chute 1 and a compartment located on the side of the starting chute 3. The two compartments 8 and 9 communicate inside the box 6 at ground level thereof, by a passage 10. As illustrated by the arrows, the liquid metal whose level inside the box 6 is indicated at 12, crosses, during its transfer from the converter to the mold 4, successively the compartments 8 and 9. The box 6 has a generally cylindrical shape and has a radial protuberance of substantially rectangular cross section. The cylindrical body constitutes the compartment 8 while the compartment 9 is formed by the projection space.
Le dispositif d'épuration 2 comprend des moyens de dégazage formés par un rotor 13 en un matériau poreux, tel que du graphite poreux, qui est monté en bout d'un arbre porte-rotor 14 monté sur une structure de support indiquée de façon générale en 15 aux figures 2 à 4. Ce rotor dégage un gaz inerte sous forme de fines bulles indiqué en 16 et comporte à cette fin une chambre interne 18 alimentée en gaz à travers un conduit 19 s'étendant axialement dans l'arbre porte-rotor 14. Ce dernier peut être du type décrit dans la demande de brevet français N 88 03 349, qui a été déposé le 15 Mars 1988 par la Demanderesse. Le gaz pourrait être de l'azote ou de l'argon ou du chlore, du SF6 ou tout autre gaz ou mélange gazeux. The purification device 2 comprises degassing means formed by a rotor 13 made of a porous material, such as porous graphite, which is mounted at the end of a rotor-carrying shaft 14 mounted on a support structure indicated in general. at 15 in FIGS. 2 to 4. This rotor gives off an inert gas in the form of fine bubbles indicated at 16 and for this purpose comprises an internal chamber 18 supplied with gas through a conduit 19 extending axially in the rotor-carrying shaft 14. The latter may be of the type described in French patent application N 88 03 349, which was filed on March 15, 1988 by the Applicant. The gas could be nitrogen or argon or chlorine, SF6 or any other gas or gas mixture.
Le compartiment 9 comporte un filtre céramique 20 du type connu en soi, disposé dans la section transversale d'écoulement du métal liquide de façon que ce dernier en s'écoulant vers la goulotte de sortie 3 puisse passer à travers ce filtre. Ce filtre a pour but de retenir les oxydes contenus dans le métal devant être transféré dans la lingotière. The compartment 9 comprises a ceramic filter 20 of the type known per se, arranged in the cross section for the flow of liquid metal so that the latter, flowing towards the outlet chute 3, can pass through this filter. The purpose of this filter is to retain the oxides contained in the metal to be transferred into the mold.
Comme le montre clairement la figure 1, la sortie du comportiment de caisson 9 est réalisée sous forme d'un trop-plein, c'est-à-dire se trouve en dessous du niveau de métal liquide 12, tandis que l'entrée 22 du métal dans le compartiment 8 est disposé au-dessus de ce niveau 12. As clearly shown in FIG. 1, the outlet from the housing behavior 9 is produced in the form of an overflow, that is to say is below the level of liquid metal 12, while the inlet 22 metal in compartment 8 is placed above this level 12.
En se reportant notamment à la figure 3, on constate que le caisson 6 est monté pivotant autour d'un axe horizontal 24 disposé au niveau de la sortie 21 du caisson, dans un bâti de support fixe indiqué en 25. L'axe 24 s'étend perpendiculairement à la goulotte 3. Le basculement est commandé par deux vérins hydrauliques 27 disposés de part et d'autre du caisson. Le corps 28 de chaque vérin est articulé en 29 au bâti de support 25, tandis que l'extrémité de la tige de piston 30 du vérin est articulée en 31 au caisson 6 à un endroit relativement éloigné de l'axe de pivotement 24. Pour compléter la description du caisson 6, on constate que les compartiments de caisson 8 et 9 sont pourvus chacun d'un couvercle respectivement 33 et 34. Referring in particular to Figure 3, we see that the box 6 is pivotally mounted about a horizontal axis 24 disposed at the outlet 21 of the box, in a fixed support frame indicated at 25. The axis 24 s 'extends perpendicular to the chute 3. The tilting is controlled by two hydraulic cylinders 27 arranged on either side of the box. The body 28 of each jack is articulated at 29 to the support frame 25, while the end of the piston rod 30 of the jack is articulated at 31 to the box 6 at a location relatively distant from the pivot axis 24. For complete the description of the box 6, it can be seen that the box compartments 8 and 9 are each provided with a cover 33 and 34 respectively.
La structure de support 15 de l'arbre porte-rotor 14 est monté axialement mobile sur un montant vertical 36, entre une position dans laquelle le rotor se trouve à l'intérieur du caisson 6, comme le montre la figure 3, et une position axialement dégagée du caisson. La structure de support 15 peut en outre effectuer un mouvement de pivotement autour du montant 36 entre une position angulaire d'engagement du rotor 13 dans le caisson 6 et une position angulaire de dégagement, illustrée en trait interrompu à la figure 2. The support structure 15 of the rotor holder shaft 14 is mounted axially mobile on a vertical upright 36, between a position in which the rotor is inside the box 6, as shown in FIG. 3, and a position axially disengaged from the box. The support structure 15 can also carry out a pivoting movement around the upright 36 between an angular position of engagement of the rotor 13 in the box 6 and an angular position of release, illustrated in broken lines in FIG. 2.
Le système pour le dégazage et le retrait des oxydes, d'un métal liquide, selon l'invention fonctionne de la manière suivante. The system for degassing and removing oxides from a liquid metal according to the invention operates as follows.
Le métal qui est en fusion dans le convertisseur parvient à travers la goulotte d'entrée 1 en 22 dans le compartiment 8 du caisson épurateur 6. Dans ce compartiment ont lieu le dégazage par du gaz tel que de l'argon, de l'azote, du chlore, du SF6 ou tout autre gaz ou mélange gazeux pouvant améliorer la qualité du métal en fusion et la décantation des oxydes par l'intermédiaire des microbulles 16 produites par le rotor 13 lors de sa rotation dans le métal en fusion. Les oxydes présents à la surface 12 du bain de métal sous forme d'une couche de crasse peuvent être enlevés à l'aide d'un écumoir. Après avoir été ainsi traité dans le compartiment 8, le métal en fusion parvient dans le compartiment 9 et s'écoule dans la goulotte de départ 3 qui achemine le métal dans la lingotière 4. Le filtre céramique 20 retient les oxydes encore contenus dans le métal. The metal which is molten in the converter arrives through the inlet chute 1 at 22 into compartment 8 of the purifier box 6. In this compartment degassing takes place with gas such as argon, nitrogen , chlorine, SF6 or any other gas or gas mixture which can improve the quality of the molten metal and the settling of the oxides by means of the microbubbles 16 produced by the rotor 13 during its rotation in the molten metal. The oxides present on the surface 12 of the metal bath in the form of a layer of dirt can be removed using a skimmer. After being thus treated in compartment 8, the molten metal arrives in compartment 9 and flows into the starting chute 3 which conveys the metal into the ingot mold 4. The ceramic filter 20 retains the oxides still contained in the metal .
Le traitement qui vient d'être décrit s'effectue en continu au fur et mesure que le métal est transféré du convertisseur à la lingotière. Lorsque l'on souhaite un vidange complet du métal contenu dans le caisson 6 dans la lingotière 4, on commande le basculement du caisson 6 autour de l'axe 24 à l'aide des vérins 27. Pour ce faire, il faut bien entendu sortir le rotor 13 de l'intérieur du caisson. A cette fin, on amène la structure de support 15 à coulisser vers le haut le long du montant vertical 36 et à basculer autour de l'axe de ce dernier, vers la position indiquée en trait interrompu à la figure 2. The treatment which has just been described is carried out continuously as the metal is transferred from the converter to the mold. When it is desired to completely empty the metal contained in the box 6 in the mold 4, the tilting of the box 6 is controlled around the axis 24 using the jacks 27. To do this, it is of course necessary to exit the rotor 13 from inside the box. To this end, the support structure 15 is caused to slide upwards along the vertical upright 36 and to tilt around the axis of the latter, towards the position indicated in broken lines in FIG. 2.
La mise en oeuvre de l'invention procure des avantages importants par rapport à l'état de la technique. The implementation of the invention provides significant advantages over the state of the art.
Dans la mesure où le dégazage et le retrait des oxydes s'effectuent en aval du convertisseur, l'oxydation produite par le chauffage à l'aide de gaz chauds effectué dans le convertisseur ainsi que la masse d'oxydes accrochés aux parois du convertisseur dans le métal en fusion n'ont plus aucune conséquence pour la qualité du métal versé dans la lingotière. Le dégazage et le retrait des oxydes étant réalisés dans un dispositif spécifique, à savoir dans le dispositif d'épuration 2 spécifiquement prévu à cette fin, ces opérations peuvent être réalisées avec une efficacité optimale. Le dispositif d'épuration 6 permet de faire des rajouts pour obtenir un effet d'affinage, en ajoutant par exemple du phosphore sous forme de phosphore de cuivre, de nickel, de fer etc ...Insofar as the degassing and removal of the oxides takes place downstream of the converter, the oxidation produced by the heating using hot gases carried out in the converter as well as the mass of oxides attached to the walls of the converter in the molten metal no longer has any consequence for the quality of the metal poured into the ingot mold. The degassing and removal of the oxides being carried out in a specific device, namely in the purification device 2 specifically provided for this purpose, these operations can be carried out with optimal efficiency. The purification device 6 makes it possible to make additions in order to obtain a refining effect, by adding for example phosphorus in the form of phosphorus of copper, nickel, iron, etc.
On pourrait aussi rajouter du sodium, du caicium ou tout autre produit approprié souhaité. Dans le cadre de l'invention, on peut égaiement ajuster sélectivement et dans le temps un élément dans le métal en fusion avant sa coulée dans la lingotière. Par exemple dans le cas d'un alliage d'aluminium, on pourrait ajouter de l'aluminium pur dans le caisson 6 pour abaisser le pourcentage d'éléments perturbateurs. Il faudrait seulement prendre soin de ne pas changer les paramètres spécifiques du métal en fusion, tel que par exemple la température.One could also add sodium, caicium or any other suitable product desired. In the context of the invention, an element in the molten metal can also be adjusted selectively and over time before it is poured into the ingot mold. For example in the case of an aluminum alloy, pure aluminum could be added to the box 6 to lower the percentage of disturbing elements. Care should only be taken not to change the specific parameters of the molten metal, such as for example the temperature.
Le dispositif d'épuration pourrait être équipé d'un système de préchauffage. On pourrait aussi prévoir un système de maintien de la température, tel qu'un système de chauffage électrique ou un brûleur. Le volume du caisson 6 peut varier amplement d'une charge de moins de 300kg jusqu' une charge de 6 tonnes ou même davantage. The purification device could be equipped with a preheating system. One could also provide a temperature maintenance system, such as an electric heating system or a burner. The volume of the box 6 can vary widely from a load of less than 300kg to a load of 6 tonnes or even more.
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