REY-FLANDRIN Robert (369 Chemin des Coches, Tolvon, Saint Etienne-de-Crossey, F-38960, FR)
RIBAUD, Olivier (270 Montée de la Rua, Renage, F-38140, FR)
VERNEDE, Stéphane (11 Rue Casimir Brenier, Grenoble, Grenoble, F-3800, FR)
BES, Guillaume (27 Allée des Charmettes, Moirans, Moirans, F-38430, FR)
REY-FLANDRIN Robert (369 Chemin des Coches, Tolvon, Saint Etienne-de-Crossey, F-38960, FR)
RIBAUD, Olivier (270 Montée de la Rua, Renage, F-38140, FR)
VERNEDE, Stéphane (11 Rue Casimir Brenier, Grenoble, Grenoble, F-3800, FR)
| Revendications 1. Procédé de coulée d'un alliage d'aluminium contenant au moins environ 0,1% de Mg et/ou au moins environ 0,1% de Li dans lequel on met en contact pendant l'essentiel de la solidification une surface liquide dudit alliage avec un gaz asséché comprenant au moins environ 2 % en volume d'oxygène et dont la pression partielle en eau est inférieure à environ 150 Pa. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel la pression partielle en eau dudit gaz asséché est inférieure à 100 Pa et de préférence inférieure à 70 Pa. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2 dans lequel la mise en contact du gaz avec ladite surface est réalisée de façon à établir au dessus de ladite surface une atmosphère dont la teneur en eau est sensiblement égale à celle du gaz asséché. 4. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 3 dans lequel ladite surface liquide de l'alliage d'aluminium soumise au flux de gaz asséché représente au moins 10% préférentiellement au moins 25 % et de manière encoure plus préférée au moins 50% de la totalité de la surface liquide dudit alliage d'aluminium. 5. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 4 dans lequel ledit alliage d'aluminium est un alliage de la famille 2XXX, 3XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX ou 8XXX. 6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel ledit alliage d'aluminium ne contient pas d'addition volontaire de béryllium et/ou de calcium. 7. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 6 dans lequel ledit gaz asséché comprend également au moins un gaz choisi parmi air, hélium, argon, azote, dioxyde de carbone, monoxyde de carbone, produits de combustion du gaz naturel, méthane, éthane, propane, gaz naturel, composés fluorés organiques, composés chlorés organiques. 8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel ledit gaz asséché est essentiellement de l'air. 9. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 8 dans lequel la teneur en CO2 du gaz asséché est inférieure à 1% en volume et de préférence inférieure à 0,1% en volume. 10. Procédé de coulée selon une quelconque des revendications 1 à 9 choisi parmi la coulée semi-continue verticale par refroidissement direct, la coulée horizontale, la coulée continue de fil, la coulée continue de bandes entre cylindres, la coulée continue de bandes entre chenilles. 11. Procédé de coulée semi-continue verticale par refroidissement direct selon la revendication 10 dans lequel ledit gaz est approvisionné à l'aide d'un dispositif (6) fixé autour de l'injecteur de métal liquide (4) de sorte que le flux asséché est orienté du cœur de ladite surface liquide vers sa périphérie et/ou de la périphérie vers le cœur dans la zone d'injection du métal liquide. 12. Procédé de coulée selon une quelconque des revendications 1 à 11 dans lequel ledit gaz asséché est également utilisé dans au moins un four, notamment de fusion ou de maintien et/ou dans au moins une cuve de traitement telles qu'une poche de filtration ou une poche de dégazage et/ou dans au moins un chenal de transfert tel qu'une goulotte. 13. Utilisation dans une installation de coulée d'alliage d'aluminium contenant au moins environ 0,1% de Mg et/ou au moins environ 0,1% de Li d'un gaz asséché comprenant, en volume, au moins environ 2 % d'oxygène et dont la pression partielle en eau est inférieure à environ 150 Pa sur une surface liquide dudit alliage d'aluminium afin d'en minimiser l'oxydation. 14. Utilisation selon la revendication 13 dans au moins un dispositif choisi parmi un four, une poche de filtration, une poche de dégazage et un chenal de transfert. 15. Utilisation selon la revendication 13 ou la revendication 14 dans laquelle les conditions de mises en œuvre du gaz asséché et/ou la composition de l'alliage d'aluminium sont selon une quelconque des revendications 2 à 12. |
Domaine de l'invention
L'invention concerne la coulée des alliages d'aluminium, notamment la coulée des alliages contenant du magnésium et / ou du lithium sensibles à l'oxydation.
Etat de la technique
L'oxydation des alliages d'aluminium à l'état liquide a des conséquences néfastes sur le procédé de fonderie. Dans les fours et les chenaux de transfert, l'oxydation du métal a tout d'abord pour résultat une perte nette de métal, appelée perte au feu. De plus, lors de la coulée, une oxydation trop importante du métal liquide engendre des défauts à la surface du lingot coulé qui nuisent à l'utilisation des produits. Ces problèmes sont particulièrement prononcés dans les alliages contenant du magnésium et / ou du lithium.
Un défaut principal est le sillon vertical qui est notamment généré par des plissements de la peau d'oxyde en surface du marais. Dans certains cas, et notamment lors de la coulée des alliages 7xxx, ce problème est particulièrement important car les sillons, surtout quand ils sont longs et profonds, initient facilement des fentes de surface. Les sillons et les fentes doivent généralement être éliminés avant la transformation des lingots obtenus lors de la coulée. On peut, par exemple, éliminer les défauts par usinage, ce qui peut être économiquement très défavorable tant par le coût de l'opération que par la perte significative de métal qui en résulte. Dans certains cas, la présence de fente rend le lingot inutilisable et il est nécessaire de le refondre.
Il est connu de longue date que l'ajout de certains éléments permet de limiter l'oxydation et d'améliorer la qualité de surface.
Dès 1943, le brevet US 2,336,512 décrivait l'addition de très faibles quantités béryllium à des alliages d'aluminium contenant du magnésium de façon à limiter l'oxydation de la surface de métal liquide.
La demande internationale WO 02/30822 décrit la substitution du béryllium par le calcium dans un but identique de limitation de l'oxydation. L'ajout d'éléments d'additions peut cependant être la cause d'autres problèmes. Ainsi, le béryllium présente une certaine toxicité ce qui a notamment conduit à sa suppression dans les alliages d'aluminium utilisés en tant qu'emballages alimentaires. Le calcium peut quant à lui être à l'origine de fissures de rive lors du laminage à chaud. On a également proposé de protéger la surface du métal liquide par différents artifices.
Le brevet US 4,582,118 propose d'utiliser une atmosphère non réactive et non combustible, telle que par exemple une atmosphère d'argon, d'hélium, de néon, ou de krypton ou encore d'azote ou de dioxyde de carbone, pour la coulée des alliages aluminium-lithium. La mise en œuvre de tels procédés est cependant très coûteuse. La demande de brevet EP 0 109 170 Al décrit l'utilisation d'une chicane sur la périphérie du métier de coulée pour balayer la surface de métal liquide par un gaz inerte (habituellement de l'azote et/ou de l'argon avec ou sans chlore ou un autre halogène). Cependant la mise en œuvre de ces gaz est délicate et augmente significativement le coût des opérations. L'utilisation de dioxyde de carbone ou de gaz de combustion pour limiter l'oxydation est également connue de CN. Cochran, D.L. Belitskus et D.L. Kinosz, Metallurgical Transcations B, Volume 8B, 1977, pages 323-331.
La demande de brevet EP 1 964 628 Al décrit une méthode pour produire des lingots d'aluminium dans laquelle au moins une étape du procédé est conduite sous une atmosphère contenant un gaz fluoré. Cependant la mise en œuvre de gaz fluorés est délicate et crée des risques importants vis-à-vis des personnes.
Le brevet US 5,415,220 décrit l'utilisation de sels fondus de chlorure de lithium et de chlorure de potassium pour protéger la surface d'alliages aluminium-lithium lors de la coulée. Cependant l'utilisation de sels fondus a pour inconvénient le risque de contamination du métal liquide en impuretés ainsi que la difficulté de mise en œuvre. Le brevet US 7,267,158 décrit l'addition forcée d'un gaz humide, contenant plus de 0,005 kg/m 3 d'eau, à la surface du métal fondu de façon à améliorer la qualité de surface des lingots coulés. Ce procédé présente cependant l'inconvénient de mettre en contact la vapeur d'eau et l'aluminium liquide en dépit des dangers d'explosion liés au contact de l'eau et de F aluminium liquide. Par ailleurs, il est connu de la demande EP 0 216 393 Al d'utiliser de l'air sec dans une poche de traitement de l'aluminium liquide pour éviter la pénétration d'hydrogène dans le métal fondu lorsqu'un gaz de traitement est injecté dans le métal liquide et provoque . la rupture de la couche d'oxyde protégeant sa surface. Le problème posé est de trouver un procédé de coulée adapté aux alliages d'aluminium les plus oxydables, en particulier les alliages d'aluminium contenant du magnésium et/ou du lithium, qui ne présente pas ces inconvénients et permette d'obtenir des lingots coulés exempts de défauts de surface et de pollutions, en toute sécurité.
Description de l'invention
Un premier objet de l'invention est un procédé de coulée d'un alliage d'aluminium contenant au moins environ 0,1% de Mg et/ou au moins environ 0,1% de Li dans lequel on met en contact pendant l'essentiel de la solidification une surface liquide dudit alliage avec un gaz asséché comprenant au moins environ 2 % en volume d'oxygène et dont la pression partielle en eau est inférieure à environ 150 Pa .
Un deuxième objet de l'invention est l'utilisation dans une installation de coulée d'alliages d'aluminium contenant au moins environ 0,1% de Mg et/ou au moins environ 0,1% de Li d'un gaz asséché comprenant au moins environ 2 % en volume d'oxygène et dont la pression partielle en eau est inférieure à environ 150 Pa sur une surface liquide dudit alliage d'aluminium afin d'en minimiser l'oxydation.
Description des figures
Figure 1 : schéma général d'une installation de coulée verticale semi-continue.
Figure 2 : schéma d'une installation de coulée verticale incluant un dispositif d'approvisionnement d'un flux de gaz asséché. Figure 3 : schéma d'un dispositif d'approvisionnement d'un flux de gaz asséché pour la coulée de plaques.
Figure 4 : schéma de la thermo-balance utilisée dans l'exemple 1.
Figure 5 : évolution de la prise de poids avec le temps pour les expériences réalisées avec l'alliage 7449 dans l'exemple 1. Figure 6 : géométrie évolution de la prise de poids avec le temps pour les expériences réalisées avec l'alliage AA5182 dans l'exemple 1.
Figure 7 : évolution de la prise de poids avec le temps pour les expériences réalisées avec l'alliage AA2196 dans l'exemple 1. Figure 8 : photographies des surfaces obtenues après les essais N° 7 (Fig. 8a) et N°5 (Fig. 8b) de l'exemple 1.
Description détaillée de l'invention
La désignation des alliages suit les règles de The Aluminum Association, connues de l'homme du métier. La composition chimique d'alliages d'aluminium normalisés est définie par exemple dans la norme EN 573-3.
Sauf mention contraire, les définitions de la norme européenne EN 12258-1 s'appliquent. On appelle ici « installation de coulée » l'ensemble des dispositifs permettant de transformer un métal sous forme quelconque en demi-produit de forme brute en passant par la phase liquide. Une installation de coulée peut comprendre de nombreux dispositifs tels que un ou plusieurs fours nécessaires à la fusion du métal et/ou à son maintien en température et/ou à des opérations de préparation du métal liquide et d'ajustement de la composition, une ou plusieurs cuves (ou « poches ») destinées à effectuer un traitement d'élimination des impuretés dissoutes et/ou en suspension dans le métal liquide, ce traitement pouvant consister à filtrer le métal liquide sur un média filtrant dans une « poche de filtration » ou à introduire dans le bain un gaz dit « de traitement » pouvant être inerte ou réactif dans une « poche de dégazage », un dispositif de solidification du métal liquide (ou « métier de coulée »), par exemple par coulée semi-continue verticale par refroidissement direct, coulée horizontale, coulée continue de fil, coulée continue de bandes entre cylindres, coulée continue de bandes entre chenilles, pouvant comprendre des dispositifs tels que un moule (ou « lingotière »), un dispositif d'approvisionnement du métal liquide (ou « busette ») un système de refroidissement, ces différents fours, cuves et dispositifs de solidification étant reliés entre eux par des chenaux appelés « goulottes » dans lesquels le métal liquide peut être transporté.
De manière surprenante, les présents inventeurs ont constaté que, mise en contact avec un gaz asséché comprenant au moins environ 2 % en volume d'oxygène et dont la pression partielle en eau est inférieure à environ 150 Pa, une surface d'aluminium liquide s'oxyde peu ce qui permet de réaliser des coulées exemptes de défauts de surface rédhibitoires. Ce résultat est surprenant car il est communément admis qu'au contraire l'humidité contenue dans l'air permet de limiter l'oxydation des alliages d'aluminium à l'état liquide. Dans un premier mode de réalisation de l'invention, cet effet surprenant est mis en œuvre dans un procédé de coulée.
Le procédé selon l'invention est utile pour des alliages d'aluminium très oxydables, contenant au moins environ 0,1% de Mg et/ou au moins environ 0,1% de Li. Le procédé selon l'invention est particulièrement utile pour les alliages des familles 2XXX, 3XXX, 5XXX, 6XXX, 7XXX ou 8XXX, notamment quand ces alliages ne contiennent pas d'addition volontaire de béryllium et/ou de calcium. Le procédé selon l'invention est particulièrement avantageux pour les alliages contenant moins de 3 ppm de béryllium ou même moins de 1 ppm de béryllium et/ou moins de 15 ppm de calcium ou même moins de 5 ppm de calcium. Des exemples d'alliages pour lesquels le procédé selon l'invention est particulièrement avantageux sont, dans la famille des alliages 2XXX, les alliages AA2014, AA2017, AA2024, AA2024A, AA2027, AA2139, AA2050, AA2195, AA2196, AA2098, AA2198, AA2214, AA2219, AA2524 dans la famille des alliages 3XXX les alliages AA3003, AA3005, AA3104, AA3915 dans la famille des alliages 5XXX les alliages AA5019, AA5052, AA5083, AA5086, AA5154, AA5182, AA5186, AA5383, AA5754, AA5911 et dans la famille des alliages 7XXX les alliages AA7010, AA7020, AA7040, AA7140, AA7050, AA7055, AA7056, AA7075, AA7449, AA7450, AA7475, AA7081, AA7085, AA7910, AA7975. Le gaz asséché doit contenir au moins environ 2 % en volume d'oxygène et avoir une pression partielle en eau inférieure à environ 150 Pa, préférentiellement inférieure à 100 Pa et de manière encore plus préférée inférieure à 70 Pa. Dans un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux, la pression partielle en eau est même inférieure à 30 Pa, préférentiellement inférieure à 5 Pa et de manière encore plus préférée inférieure à 1 Pa . La pression partielle en eau d'un gaz est également connue sous le nom de pression de vapeur. La pression partielle d'un gaz parfait i dans un mélange de gaz parfaits de pression totale P est définie comme la pression qui serait exercée par les molécules du gaz i si ce gaz occupait seul tout le volume offert au mélange. Le point de rosée d'un gaz est la température à laquelle, tout en gardant inchangées les conditions barométriques courantes, le gaz devient saturé de vapeur d'eau. Il peut aussi être défini comme la température à laquelle la pression de vapeur serait égale à la pression de vapeur saturante. Une pression partielle en eau de 150 Pa correspond à un point de rosée de -17,9 0 C et à une quantité d'eau de 0,0013 kg/m 3 à cette température. Une pression partielle en eau de 100 Pa correspond à un point de rosée de -22,6 0 C et à une quantité d'eau de 0,0009 kg/m 3 à cette température. Une pression partielle en eau de 70 Pa correspond à un point de rosée de -26,5 0 C et à une quantité d'eau de 0,0006 kg/m 3 à cette température.
Le gaz asséché comprend également de manière avantageuse au moins un gaz choisi parmi air, hélium, argon, azote, dioxyde de carbone, monoxyde de carbone, produits de combustion du gaz naturel, méthane, éthane, propane, gaz naturel, composés fluorés organiques, composés chlorés organiques. L'ajout de dioxyde de carbone au gaz asséché peut dans certains cas améliorer l'effet anti-oxydant. Dans un mode de réalisation de l'invention, le gaz asséché comprend entre 1 et 10 % en volume de CO 2 . Cependant, cet effet étant limité et cet addition ayant un coût, la teneur en CO 2 du gaz asséché est inférieure à 1% en volume ou même inférieure à 0,1 % en volume dans un autre mode de réalisation avantageux de l'invention. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention ledit gaz asséché est essentiellement de l'air asséché par tout moyen approprié pour atteindre la pression partielle en eau souhaitée. Selon l'invention le gaz asséché est mis en contact avec une surface liquide d'alliage d'aluminium pendant l'essentiel de la solidification dudit alliage. La mise en contact du gaz avec la surface est de préférence réalisée de façon à établir au dessus de cette surface une atmosphère dont la teneur en eau est sensiblement égale, généralement différente de moins de 10% ou 20%, à celle du gaz asséché, c'est-à-dire de façon à éviter une diffusion significative de vapeur d'eau provenant de l'air ambiant dans ladite atmosphère. Ainsi, quand la mise en contact est réalisée à l'aide d'un flux de gaz asséché, il est avantageux que ce flux soit suffisant par rapport à la surface liquide soumise au flux asséché de façon à établir ladite atmosphère, si ce flux est trop faible, la composition de ladite atmosphère peut être trop influencée par l'atmosphère extérieure et sa teneur en eau peut ne plus correspondre à la teneur souhaitée. Par ailleurs, il n'est en général pas nécessaire de mettre en contact avec le gaz asséché la totalité de la surface liquide de alliage d'aluminium disponible, telle qu'illustrée par la figure 1 (14, 15), pour atteindre l'effet avantageux sur la qualité de surface des produits coulés. De manière avantageuse, la surface liquide de l'alliage d'aluminium mise en contact avec le gaz asséché représente au moins 10%, préférentiellement au moins 25 % et de manière encore plus préférée au moins 50% de la totalité de la surface liquide dudit alliage d'aluminium.
Une surface liquide de l'alliage d'aluminium est maintenue en contact avec le gaz asséché pendant l'essentiel de la solidification. Ainsi, s'il n'est pas nécessaire de mettre en contact une surface liquide avec le gaz asséché dès l'introduction du métal liquide dans le métier de coulée, il est préférable de le réaliser dès l'établissement d'un régime stationnaire. Par exemple, dans le cas de la coulée semi-continue verticale par refroidissement direct, il est préférable de le réaliser au moins dès le début de descente du faux fond ou au moins dès le début de la coulée d'une zone qui ne sera pas coupée lors des opérations ultérieures. H est possible de faire varier le débit d'un flux de gaz asséché pendant la coulée, notamment si des défauts de surface apparaissent. Ainsi, une augmentation du débit d'un flux de gaz asséché permet dans certains cas de faire disparaitre des sillons dans le produit coulé. Le contact entre la surface liquide et le gaz asséché peut éventuellement être supprimé avant la fin de la coulée, notamment quand on atteint une zone qui sera coupée lors des opérations suivantes. En général une surface liquide de l'alliage d'aluminium est maintenue en contact avec le gaz asséché pendant au moins 50% ou même au moins 90% de la solidification.
La présente invention s'applique à différents procédés de coulée et de préférence à un procédé de coulée choisi parmi la coulée semi-continue verticale par refroidissement direct, la coulée horizontale, la coulée continue de fil, la coulée continue de bandes entre cylindres, la coulée continue de bandes entre chenilles (« belt caster »).
Le procédé semi-continu de coulée verticale par refroidissement direct des alliages d'aluminium, connu de l'homme du métier notamment sous sa dénomination en langue anglaise « Direct Chili casting » ou « DC casting », est un procédé préféré dans le cadre de la présente invention. Dans ce procédé on coule dans une lingotière présentant un faux fond un alliage d'aluminium en déplaçant verticalement et de façon continue le faux fond de manière à maintenir un niveau de métal liquide sensiblement constant pendant la solidification de l'alliage, les faces solidifiées étant refroidies directement avec de l'eau. La figure 1 illustre ce procédé. Un alliage d'aluminium est alimenté par un conduit (4) dans une lingotière (3) posée sur un faux-fond (21). L'alliage d'aluminium se solidifie par refroidissement direct (5). L'alliage d'aluminium en cours de solidification (1) présente au moins une surface solide (11, 12, 13) et au moins une surface d'alliage d'aluminium à l'état liquide pouvant être recouverte d'oxydes, qui est appelée « surface liquide » dans la présente description (14, 15). Un descenseur (2) permet de faire descendre progressivement l'alliage en cours de solidification de façon à maintenir la position verticale de la surface d'aluminium liquide (14, 15) sensiblement constante.
Le procédé selon l'invention est notamment avantageux pour la coulée de plaques et de billettes par coulée semi-continue verticale par refroidissement direct. Le procédé selon l'invention est particulièrement avantageux pour la coulée de plaques de grandes dimensions, notamment de section supérieure à 0,5 m 2 .
De nombreux dispositifs permettent une mise en contact selon l'invention du gaz asséché avec une surface liquide d'alliage d'aluminium. Dans le cas de la coulée semi- continue verticale par refroidissement direct, le dispositif peut notamment être i)intégré à une lingotière ou fixé sur cette dernière de façon à introduire le gaz asséché de la périphérie de la surface liquide vers son centre, ii) positionné au dessus de la surface liquide de façon à introduire le gaz asséché de façon sensiblement perpendiculaire à la surface liquide, iii) fixé autour d'un injecteur de métal liquide de façon à introduire le gaz asséché du centre de la surface liquide vers sa périphérie et/ou de la périphérie vers le centre, et/ou iv) être constitué par toute combinaison de ces dispositifs.
Un dispositif avantageux pour l'approvisionnement du gaz dans le cas de la coulée semi-continue verticale par refroidissement direct est illustré par la figure 2. Dans ce mode de réalisation avantageux, le gaz asséché est approvisionné à l'aide d'un dispositif (6) fixé autour de l'injecteur de métal liquide (4) de sorte que le flux de gaz asséché (7) est orienté du cœur de ladite surface liquide vers sa périphérie et/ou de la périphérie vers le cœur dans la zone d'injection du métal liquide. Avantageusement, le dispositif d'approvisionnement de gaz peut être fixé sur un barrage retenant les oxydes (« barrage à crasse ») qui est positionné autour de la zone d'injection du métal liquide. De cette façon, on peut obtenir un effet du flux de gaz asséché plus important dans la zone où l'oxydation est probablement la plus élevée c'est-à- dire à proximité de l'injecteur de métal liquide, et dans la zone située entre le barrage à crasses et la lingotière, cette zone étant précisément celle la plus susceptible de générer des défauts de surface sur les produits coulés. Par ailleurs cette configuration permet également de limiter la dimension du dispositif.
Le gaz asséché du procédé de coulée selon l'invention peut aussi être utilisé dans d'autres parties d'une installation de coulée sur une surface liquide d'alliages d'aluminium contenant au moins environ 0,1% de Mg et/ou au moins environ 0,1% de Li, afin d'en minimiser l'oxydation. Une installation de coulée comprend plusieurs autres dispositifs dans lesquels des surfaces liquides d'alliage d'aluminium sont en contact avec l'atmosphère. Ainsi le gaz asséché peut avantageusement être utilisé pour limiter l'oxydation de la surface liquide d'alliages dans un four, notamment de fusion ou de maintien, dans une cuve de traitement telles qu'une poche de filtration ou une poche de dégazage ou dans un chenal de transfert tel qu'une goulotte. Dans ces utilisations, on utilise de préférence des conditions de mise en œuvre du gaz asséché et/ou une composition d'alliage d'aluminium semblables à celles du procédé selon l'invention, notamment concernant l'approvisionnement du gaz asséché. Avantageusement, dans le procédé selon l'invention, le gaz asséché est également utilisé dans au moins un four, notamment de fusion ou de maintien et/ou dans au moins une cuve de traitement telles qu'une poche de filtration ou une poche de dégazage et/ou dans au moins un chenal de transfert tel qu'une goulotte.
Les produits obtenus par un procédé selon l'invention et/ou par une utilisation selon l'invention peuvent optionnellement être corroyés notamment par laminage, filage et/ou forgeage, de façon à obtenir en particulier des tôles et des profilés.
L'invention permet notamment la coulée des alliages d'aluminium les plus oxydables, en particulier les alliages d'aluminium contenant du magnésium et/ou du lithium, sans utiliser d'additifs tels que le béryllium et/ou le calcium et sans utiliser de dispositif et/ou gaz coûteux tout en obtenant des lingots coulés exempts de défauts de surface et de pollutions, en toute sécurité.
Exemples
Exemple 1
Dans cet exemple, on a mesuré l'oxydation du métal liquide par analyse thermogravimétrique. Dans ces essais, un creuset contenant le métal liquide est maintenu à une température contrôlée. Ce creuset contient environ 5 kg de métal, pour un diamètre de 100 mm. La taille significative de ces expériences qui permet de prendre en compte des effets macroscopiques peut expliquer des différences avec les expériences réalisées sur de très faibles quantités souvent rapportées dans l'art antérieur. La masse de l'échantillon est pesée en continu. La prise de poids est due à l'oxydation du métal liquide. Un schéma illustrant cette expérience est présenté sur la figure 4. Le gaz asséché (7) est apporté à la surface du métal liquide (14) par un tube métallique (6) de diamètre intérieur 4 mm, disposé obliquement par rapport à cette surface. La balance (92) permet de mesurer en continu le poids du creuset (93) et de son contenu in situ dans le four (91). La distance entre l'orifice du tube métallique et la surface du métal liquide était 120 mm. L'air utilisé peut être asséché jusqu'à atteindre une pression partielle en eau inférieure à 70 Pa. Trois alliages ont été étudiés : les alliages AA7449, AA2196 et AA5182. Les conditions des différents essais sont résumées dans le tableau 1. Dans tous les essais, la teneur en béryllium et en calcium étaient semblables et inférieures à 1 ppm et 10 ppm, respectivement.
Tableau 1. Conditions des essais réalisés avec la thermobalance
Les figures 5 à 8 présentent les résultats obtenus.
La figure 5 montre les résultats obtenus avec l'alliage AA7449. Des gains de poids significativement plus faibles sont obtenus pour l'essai 5 pour lequel un flux d'air très sec a été réalisé. La mise en contact d'une surface liquide avec de l'air sec dont la pression partielle en eau est encore de 600 Pa (point de rosée de -0,2 0 C, essai 9) ou même de 180 Pa (point de rosée de -15,6 0 C, essai 8) ne permettent pas de limiter significativement l'oxydation. De même l'air ambiant ne permet pas de limiter l'oxydation avec ou sans flux (essais 6 et 7), ce qui exclut un effet uniquement mécanique lié à un flux de gaz.
La figure 6 montre les résultats obtenus avec l'alliage AA5182. On constate également pour cet alliage une oxydation significativement plus faible en présence d'un flux d'air très sec. La figure 7 montre les résultats obtenus avec l'alliage AA2196. On constate à nouveau pour cet alliage une oxydation significativement plus faible en présence d'un flux d'air très sec. La figure 8a est une photographie de la surface obtenue après l'essai dans le cas de l'essai 7 (air ambiant). On observe une oxydation très importante conduisant à des produits d'oxydation en forme caractéristique de choux fleur de teinte sombre. La figure 8b est une photographie de la surface obtenue après l'essai dans le cas de l'essai 5 (air sec). On observe une surface uniforme de teinte gris clair correspondant à un film fin d'oxyde.
Exemple 2
Des plaques de section rectangulaire 446 mm x 2160 mm en alliage AA7449 ont été coulées verticalement à l'aide d'une installation de coulée semi-continue par refroidissement direct (DC-cast), en utilisant un affinage AlTiC. La longueur des plaques obtenues était comprise entre 900 mm et 4000 mm. La teneur en béryllium de l'alliage était inférieure à 1 ppm et la teneur en calcium était inférieure à 15 ppm.
La figure 3 illustre le dispositif d'approvisionnement de gaz ayant été utilisé pour approvisionner de l'air sec lors de la coulée des plaques. Le dispositif est constitué de 4 tubes (611, 612, 621 et 622) régulièrement percés d'orifices (63) permettant d'injecter le gaz asséché (7) sur la surface liquide de l'alliage d'aluminium. Les tubes sont reliés par des raccords vissés (9) pour former un rectangle. Les tubes sont alimentés en gaz par deux de ces raccords vissés, par deux canalisations (81) et (82). La longueur L et la largeur 1 du dispositif (L = 1285 mm, 1 = 300 mm, espacement entre les orifices : 20 mm) représentent moins de environ 70% de la longueur et la largeur de la lingotière, de sorte que la surface soumise au flux de gaz asséché représente environ 50% de la totalité de la surface liquide de alliage d'aluminium (surface liquide totale : 0,96 m 2 , surface soumise à un flux asséché : 0,58 m 2 ). Le gaz asséché était de l'air sec dont la pression partielle en eau était de 60 Pa, contenant dans certains cas 5% en volume de CO 2 .
Le tableau 2 décrit les conditions des différents essais réalisés ainsi que les résultats obtenus. Tableau 2. Condition des essais de coulée et résultats obtenus.
0 L'effet de l'air sec a été démontré a plusieurs reprises : ainsi lors de l'essai 22, la mise en contact d'une surface liquide avec de l'air sec a permis de faire disparaître les sillons profonds. De même dans l'essai 23, la présence d'air sec a permis dès le démarrage d'obtenir une qualité de surface satisfaisante pour les plaques coulées (quelques sillons verticaux courts (-40 mm) et peu profonds). On note de plus pour cet essai que l'augmentation du flux d'air 5 sec a permis de faire disparaitre les sillons. L'effet de la présence de CO 2 dans le gaz asséché sur la qualité de surface est, s'il existe, du deuxième ordre par rapport à l'effet de la pression partielle en eau. Ainsi pour l'essai 23, un résultat satisfaisant est obtenu en l'absence de CO 2 .