Etat de la technique Il est connu de traiter un flux ou un lot métal liquide avant de le couler sous forme de produit métallurgique, tel qu'une pièce de forme, une billette ou une plaque. Le traitement du métal liquide vise généralement à le débarrasser des gaz dissous (notamment l'hydrogène), des impuretés dissoutes (notamment les métaux alcalins) et des inclusions solides ou liquides qui pourraient nuire à la qualité des produits coulés. Ce traitement comprend typiquement une opération de traitement par insufflation d'un gaz dans le métal liquide, laquelle opération est effectuée dans une première poche. Le gaz de traitement peut tre inerte et insoluble dans le métal liquide (tel que de l'argon) ou réactif (tel que du chlore), ou un mélange de ceux-ci.

Le gaz inerte et insoluble absorbe le gaz dissous par effet de dilution et l'emporte avec lui. Le gaz réactif réagit avec certaines impuretés dissoutes et génère ainsi des inclusions liquides ou solides qui, comme celles déjà présentes dans le métal liquide, peuvent tre éliminées par une opération de filtration dans une deuxième poche munie d'un filtre, telle qu'une poche de filtration à lit profond, appelée « deep bed filter » en anglais.

Les systèmes de traitement de métaux liquides connus présentent toutefois plusieurs inconvénients. En particulier, les systèmes connus constituent des installations volumineuses dont l'entretien est généralement compliqué. De tels systèmes représentent un investissement initial coûteux et génèrent des frais de fonctionnement importants.

Le brevet américain US 5 846 479 décrit un système de traitement en ligne comprenant un compartiment de traitement fermé et une série de buses d'injection de gaz de traitement disposées en ligne le long des côtés latéraux du compartiment. Ce système ne permet pas d'éliminer les inclusions solides.

La demanderesse a recherché un dispositif de traitement des métaux liquides compact qui apporte une solution industrielle et économique aux inconvénients des dispositifs de l'art antérieur.

Description de l'invention L'invention a pour objet un dispositif de traitement d'un flux de métal liquide comprenant une poche de traitement comportant des moyens d'injection fixes et situés dans la partie amont de la poche de traitement et au moins un moyen de filtration dans sa partie aval.

La demanderesse a eu l'idée de regrouper les moyens d'injection des gaz de traitement et les moyens de filtration à l'intérieur d'un compartiment de traitement compact. Ce regroupement permet de réduire considérablement la complexité du système de traitement des métaux liquides et de faciliter leur entretien. La demanderesse a, en outre, eu l'idée que le regroupement de ces moyens de traitement dans un mme compartiment pourrait conduire à une amélioration du traitement par le fait que, d'une part, le brassage du métal liquide provoqué par l'insufflation de gaz dans celui-ci évite l'accumulation de matière solide à proximité du moyen de filtration (et notamment en surface de la (ou des) dalle (s) de filtration lorsqu'on utilise ces moyens de filtration) et que, d'autre part, le moyen de filtration favorise la formation de flux de re-circulation du métal liquide à l'intérieur du compartiment qui tendent à augmenter le temps de résidence et l'efficacité du traitement.

L'invention a également pour objet l'utilisation dudit dispositif pour le traitement d'un flux de métal liquide.

Ledit métal liquide est typiquement choisi dans le groupe constitué de l'aluminium, les alliages d'aluminium, du magnésium ou un alliage de magnésium.

L'invention sera mieux comprise à l'aide des figures 1 à 8, qui en donnent une représentation schématique et illustrent des modes de réalisation avantageux, et de la description détaillée qui suit.

La figure 1 illustre, en section longitudinale et vu de côté, un mode de réalisation de l'invention dans lequel le dispositif comporte une seule dalle de filtration.

La figure 2 illustre, en section longitudinale et vu de côté, un mode de réalisation de l'invention dans lequel le dispositif comporte une chicane et deux dalles de filtration.

La figure 3 illustre, en section longitudinale et vu de côté, un mode de réalisation de l'invention dans lequel le dispositif comporte une seule dalle de filtration.

La figure 4 illustre, en section longitudinale et vu de côté, un mode de réalisation de l'invention dans lequel le dispositif comporte une seule dalle de filtration.

La figure 5 illustre, vu du dessus, un mode de réalisation de l'invention dans lequel les moyens sont disposés en ligne.

La figure 6 illustre, en section transversale, un mode de réalisation de l'invention dans lequel les moyens d'injection sont disposés dans le bas du compartiment de traitement.

La figure 7 illustre, vu du dessus, un mode de réalisation de l'invention dans lequel les moyens d'injection sont disposés en ligne et en alternance de part et d'autre du compartiment de traitement.

La figure 8 représente des paramètres de dimensionnement du dispositif de l'invention. He et Hs correspondent respectivement aux hauteurs normales du métal

liquide dans les goulottes d'alimentation (15) et d'évacuation (16). Ne et Ns correspondent respectivement à la hauteur du fond (37,38) des goulottes d'alimentation (15) et d'évacuation (16) par rapport au fond (28) du compartiment de traitement (20). H correspond à la hauteur moyenne normale du métal liquide dans le compartiment de traitement (20). Ho correspond à la hauteur intérieure moyenne du compartiment de traitement (20).

En référence aux figures, le dispositif (1) de traitement d'un flux de métal liquide selon l'invention comprend une poche de traitement (2) comportant un compartiment de traitement (20), des moyens d'entrée (7,9) et de sortie (8,10) du métal liquide, des moyens de raccordement (11,12, 13,14) à au moins une goulotte d'alimentation (15) en métal liquide et à au moins une goulotte d'évacuation (16) du métal liquide, et des moyens d'injection (22,22a, 22b) d'un gaz de traitement dans le métal liquide disposés dans au moins une paroi latérale (32,33) de la poche (2), lesdits moyens d'entrée et de sortie du métal liquide comprenant chacun au moins un orifice (9,10) qui est positionné de manière à se trouver entièrement sous le niveau (26) du métal liquide lors du traitement, afin d'empcher l'introduction d'air ambiant dans le compartiment en cours de traitement, et est caractérisé en ce que ledit compartiment de traitement (20) comprend une partie amont (23) et une partie aval (24), en ce que lesdits moyens d'injection (22,22a, 22b) sont situés dans ladite partie amont (23) et en ce que ledit compartiment (20) comporte en outre au moins un premier moyen de filtration (40) situé dans ladite partie aval (24).

L'axe longitudinal principal (6) du dispositif de l'invention est sensiblement horizontal en cours de traitement. Le flux moyen du métal liquide dans le dispositif de l'invention en cours de traitement est également essentiellement horizontal. Le dispositif selon l'invention peut ainsi tre inséré dans un système d'écoulement du métal liquide allant d'une poche de maintien vers le dispositif de coulée par l'intermédiaire de goulottes ouvertes. L'absence de différence de niveau importante entre l'entrée et la sortie du dispositif permet de simplifier le système d'écoulement du métal liquide et d'éviter les risques de débordement du métal liquide.

La surface libre théorique du métal liquide en cours de traitement est matérialisée par une ligne hachurée 26. Il va de soi que la surface libre du métal liquide n'est généralement pas plane à l'intérieur du compartiment de traitement, en ce sens que les bulles de gaz provoquent une déformation de cette surface en cours de traitement.

Le niveau (26) du métal liquide est défini comme étant le niveau moyen de la surface libre du métal liquide qui serait observé sans l'injection du gaz de traitement. Le niveau (26) du métal liquide est typiquement sensiblement constant dans le compartiment de traitement. En d'autres termes, le niveau (26') du métal liquide dans la partie amont (23) dudit compartiment est de préférence typiquement sensiblement le mme que le niveau (26") du métal liquide dans la partie aval (24) dudit compartiment.

Lesdits moyens d'entrée (7,9) et de sortie (8,10) du métal liquide sont disposés de manière à ce que, en cours de traitement, le niveau (26e) du métal liquide à l'entrée du dispositif est sensiblement le mme que le niveau (26s) du métal liquide à la sortie du dispositif. L'expression « sensiblement le mme niveau » signifie que la différence de niveau est inférieure à 1 cm environ.

Les niveaux Ne et Ns des fonds (37,38) des goulottes d'alimentation (15) et d'évacuation (16) du dispositif de l'invention sont typiquement sensiblement au mme niveau. Les niveaux Ne et Ns sont typiquement compris entre 20 et 50 % de la hauteur moyenne H du métal liquide contenu dans le compartiment de traitement en cours de traitement.

Les orifices (9,10) sont de préférence situés près du fond (28) dudit compartiment afin de favoriser un traitement plus efficace du métal liquide et de simplifier la vidange du compartiment de traitement. Plus précisément, le bas de l'orifice d'entrée (9) ou de sortie (10) se situe de préférence à une distance inférieure à environ 10 cm, et de préférence encore inférieure à environ 5 cm, du fond (28) de la partie amont (23) du compartiment de traitement (20).

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les orifices (9,10) correspondent typiquement à une extrémité d'ouvertures ou de conduits (7,8) aménagées dans les parois d'extrémité opposées (29,30) de la poche (2). Ces orifices peuvent éventuellement tre formés par des aménagements plus complexes comprenant, par exemple, une chicane.

La poche (2) comporte typiquement un caisson métallique (3) et un revtement intérieur (4) en matériau réfractaire. Le revtement (4) peut tre préformé.

Afin de permettre une évacuation aisée du métal résiduel entre les opérations de traitement, la poche comprend avantageusement au moins un drain (21), qui est de préférence localisé près du fond (28) de la poche (2). Le drain peut se situer en amont ou en aval de la (ou des) dalle (s) de filtration (40,41). Il peut tre avantageux de prévoir un drain dans la partie amont (23) du compartiment de traitement et un drain dans la partie aval (24) du compartiment de traitement afin d'assurer une vidange complète de la poche après l'opération de traitement.

Le fond (28) peut éventuellement tre incliné par rapport à l'axe principal (6) du dispositif.

La poche (2) est typiquement fermée, dans sa partie supérieure, à l'aide d'un couvercle (5) amovible. Le couvercle comporte typiquement une enveloppe métallique (34) et un revtement réfractaire (35). Le couvercle est avantageusement muni d'un moyen de préhension (27) pour pouvoir le mettre en place et le retirer aisément, généralement à l'aide de moyens mécanisés. Le dispositif (1) comprend avantageusement des moyens d'étanchéité pour éviter les échanges gazeux entre l'intérieur et l'extérieur dudit compartiment (20), tels qu'un joint étanche (36) entre le couvercle (5) et le caisson (3).

La poche de traitement (2) et/ou le couvercle (5) peuvent tre munis d'un moyen d'évacuation (19) du gaz de traitement, tel qu'un tuyau en matériau réfractaire.

En utilisation, le métal liquide « brut » (17) entre dans le compartiment de traitement (20) par l'intermédiaire de l'orifice d'entrée (9) alors que le métal « traité » (18) sort dudit compartiment (20) par l'intermédiaire de l'orifice de sortie (10). Dans les figures, le métal brut entre à l'extrémité gauche (E) du dispositif et le métal traité sort à l'extrémité droite (S) du dispositif.

Tel qu'illustré aux figures 1 à 8, les orifices d'entrée (9) et de sortie (10) de métal liquide se situent sur deux faces opposées (29,30) du dispositif. Cette configuration correspond à un arrangement rectiligne. Il est également possible, selon l'invention, de disposer l'entrée et/ou la sortie sur d'autres faces du dispositif, de sorte qu'elles peuvent tre, par exemple, perpendiculaire ou parallèle l'une à l'autre.

Les moyens d'injection (22,22a, 22b) sont de préférence situés dans au moins une paroi latérale (32,33) de la poche (2). En d'autres termes, les moyens d'injection sont avantageusement placés sur au moins un des côtés latéraux du compartiment de traitement (20) de la poche (2), et plus précisément dans au moins une des parois latérales (32,33) dudit compartiment, lesquelles parois sont essentiellement perpendiculaires au flux de métal liquide. Ce choix permet de disposer plusieurs moyens d'injection le long du flux de métal et d'assurer ainsi une plus grande efficacité de traitement. Les moyens d'injection (22,22a, 22b) sont typiquement placés dans les deux parois latérales (32,33) du compartiment de traitement (20).

Les moyens d'injection (22,22a, 22b) sont typiquement disposés en ligne et de préférence localisés près du fond (28) du compartiment de traitement (20) afin de permettre une insufflation de gaz dans la plus grande partie du volume de métal liquide compris dans la partie amont (23) dudit compartiment. La hauteur des moyens d'injection par rapport au fond du compartiment de traitement se situe typiquement entre 2 et 6 cm. La figure 6, qui correspond à la section A-A'de la figure 5, illustre ce mode de réalisation préféré de l'invention.

Il est préférable selon l'invention de ne prévoir des moyens d'injection (22,22a, 22b) que dans la partie amont (23) du compartiment de traitement (20). Il est

particulièrement avantageux de localiser les moyens d'injection (22,22a, 22b) dans le flux de métal liquide émergeant de l'orifice d'entrée (9), de façon à augmenter le volume de métal liquide effectivement traité.

Les moyens d'injection (22,22a, 22b) sont typiquement des buses, qui peuvent tre fixes ou orientables.

Il est avantageux de placer les moyens d'injection (22,22a, 22b) en alternance dans les deux parois latérales (32,33) du compartiment de traitement (20), c'est-à-dire de part et d'autre du compartiment de traitement. Lesdits moyens ne sont alors pas en vis-à-vis, ce qui permet que les jets de gaz ne se percutent pas directement. Dans cette variante, dont un mode de réalisation est illustré schématiquement à la figure 7, les moyens d'injection (22a) qui sont placés d'un côté dudit compartiment (20) sont décalés longitudinalement (c'est-à-dire dans le sens long du dispositif) par rapport aux moyens d'injection (22b) qui sont placés de l'autre côté dudit compartiment (20).

Cette disposition permet d'augmenter l'efficacité du traitement. Dans cette configuration, les moyens d'injection sont typiquement en ligne sur chaque côté du compartiment de traitement.

Le nombre de moyens d'injection est typiquement compris entre 3 et 10 sur chaque côté dudit compartiment. Ils sont typiquement espacés de 10 à 20 cm.

Les moyens d'injection (22,22a, 22b) sont de préférence tels qu'ils ne forment pas de protubérances à l'intérieur du compartiment de traitement, de manière à permettre un entretien aisé de celle-ci. Lorsque les moyens d'injection (22,22a, 22b) prennent la forme de buses, ou de systèmes similaires, ils peuvent tre disposés en retrait dans la paroi dudit compartiment. L'extrémité des buses est de préférence en matériau réfractaire, tel que du sialon (oxynitrure d'aluminium et de silicium).

Les moyens d'injection (22,22a, 22b) sont normalement fixes durant le traitement, en ce sens qu'ils ne subissent pas de mouvement de déplacement et/ou de rotation.

Leur orientation peut toutefois tre variable afin de permettre un ajustement plus fin de l'efficacité de l'injection de gaz dans le métal liquide.

Les moyens d'injection (22,22a, 22b) peuvent éventuellement permettre d'injecter le gaz de traitement avec une orientation particulière par rapport au fond (28) dudit compartiment. Le gaz de traitement est typiquement injecté avec un angle ß compris entre 0° et 25° par rapport au fond (28).

Afin d'obtenir un dispositif de traitement compact et efficace, les moyens d'injection sont de préférence tels que leur débit total de gaz de traitement des moyens d'injection est supérieur à environ 5 Nm3/heure (typiquement entre 8 et 10 m3/heure).

Ce résultat peut tre obtenu à l'aide d'une pluralité de moyens d'injection localisés, de préférence, près du fond dudit compartiment (typiquement à une distance du fond comprise entre 2 et 6 cm).

Le (ou chaque) moyen de filtration (40,41) est placé dans la partie aval et à l'intérieur du compartiment de traitement (20). II sert à empcher les inclusions de passer dans le flux de métal liquide (18) sortant du dispositif. Chaque moyen de filtration (40,41) est de préférence une dalle de filtration afin de permettre un changement aisé de celui-ci. La dalle comprend typiquement une mousse céramique rigide, tel qu'un CFF ( « ceramic foam filter »), et est typiquement en alumine. La porosité de la dalle est de préférence supérieure à 10 ppi ( « pores per inch ») (correspondant à 4 pores par cm), et typiquement comprise entre 30 et 40 ppi (correspondant à 12 à 16 pores par cm), afin de permettre un amorçage aisé de la filtration. L'épaisseur de chaque dalle est typiquement comprise entre 2 et 5 cm et sa longueur L est typiquement comprise entre 30 et 50 cm.

Dans le mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 1, le dispositif comprend une seule dalle de filtration (40) dont la largeur W est typiquement au moins égale à la largeur Wo dudit compartiment et dont la longueur L est typiquement au moins égale à la hauteur H de métal liquide dans ledit compartiment.

Afin de limiter les débordements de métal liquide non filtré par-dessus la dalle de

filtration (40), la longueur L de celle-ci est avantageusement telle qu'elle s'étend presque jusqu'au couvercle (et donc approximativement égale à la hauteur Ho de la cavité interne du compartiment (20)). Les dalles de filtration peuvent tre maintenues en place par des rainures aménagées dans la paroi du compartiment de traitement.

Dans le mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 2, le dispositif comprend au moins une deuxième dalle de filtration (41) disposée en aval de la première dalle (40) (c'est-à-dire que les dalles (40,41) sont alors disposées en série).

Ces dalles sont typiquement sensiblement parallèles l'une à l'autre. Cette variante de l'invention peut permettre de changer une dalle sans interrompre le traitement.

Dans le mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 3, la dalle de filtration (40) disposée de manière à se trouver entièrement dans le métal liquide lors du traitement, ce qui permet d'utiliser toute la surface de la dalle pour la filtration.

Chaque dalle de filtration (40) peut tre inclinée d'un angle oc par rapport à la verticale (c'est-à-dire par rapport à une ligne perpendiculaire à l'axe principal (6) du dispositif du compartiment), afin d'augmenter la surface de filtration et le débit de métal. L'angle a est typiquement compris entre 20° et 90°. Tel qu'illustré à la figure 4, la dalle peut éventuellement tre disposée à l'horizontale (l'angle cc est alors égale à 90°).

Le dispositif selon l'invention peut comprendre, en outre, une chicane (42) entre la partie amont (23) dudit compartiment (20) et le premier moyen de filtration (40), de manière à limiter les turbulences près de la surface dudit premier moyen de filtration (40), tel qu'illustré à la figure 1.

Dans ces différentes variantes, les moyens de filtration sont faciles à changer.

La ligne de partage (25) entre la zone de traitement du métal liquide par injection de gaz (23), en amont, et la zone de traitement du métal par filtration (24), en aval, est approximative. Il va de soi que le traitement par injection de gaz peut s'étendre

légèrement au-delà de cette ligne. La longueur Lg de la partie amont (23) du compartiment de traitement (20) correspond typiquement à 30 % à 90 %, et de préférence 50 à 80 %, de la longueur interne Lo dudit compartiment. La longueur Lf de la partie aval (24) du compartiment de traitement (20) correspond alors typiquement à 20 à 50 % de la longueur Lo dudit compartiment.

Par comparaison aux installations qui comprennent une poche de filtration à la sortie de la cuve de traitement de dégazage, l'invention présente l'avantage de réduire la longueur des goulottes et de diminuer l'exposition du métal à l'air ambiant, qui peut notamment entraîner une reprise d'hydrogène. En outre, le préchauffage du dispositif de traitement se fait en une seule opération, c'est-à-dire qu'il n'est plus nécessaire de préchauffer séparément une poche de traitement par gaz et une poche de filtration, ce qui permet de réduire les coûts (en particulier, un unique brûleur peut tre utilisé pour cette opération). Les coûts d'exploitation peuvent également tre réduits par le fait que les changements de revtements n'ont plus à tre effectués que sur un seul dispositif de traitement.

Le dispositif de l'invention peut tre ouvert en cours de traitement, sans l'interrompre, afin de retirer les crasses accumulées en surface du métal liquide et/ou de changer une dalle de filtration.

En référence aux figures, les dimensions typiques du dispositif de l'invention sont les suivantes : - hauteur Ho du compartiment de traitement entre 0,3 et 0,6 m ; - longueur Lo dudit compartiment dans sa partie haute entre 0,8 à 1, 0 m (longueur Lo'dans la partie basse du compartiment est typiquement 10 à 20 cm plus petite) ; - largeur Wo dudit compartiment dans la partie haute entre 0,2 et 0,4 m (largeur Wo' dans la partie basse dudit compartiment est typiquement 10 à 20 cm plus petite) ; - hauteur moyenne H du métal liquide à l'intérieure dudit compartiment entre 0,2 et 0, 5m ;

- niveau Ns du fond (37) de la goulotte d'alimentation et niveau Ne du fond (38) de la goulotte d'évacuation, par rapport au fond (28) du compartiment de traitement, entre 10 et 30 cm ; - largeur We de la goulotte d'entrée et largeur Ws de la goulotte de sortie entre 0,2 et 0, 4m.

Le volume intérieur du compartiment de traitement Vo peut tre très faible en comparaison des dispositifs de traitement de dégazage connus comprenant une poche (le volume Vo du dispositif selon l'invention est typiquement compris entre 0,1 m3 et 0,2 m3 alors que les dispositifs connus ont un volume interne typiquement compris entre 0,5 et 1 m3). La demanderesse estime que, grâce à l'utilisation, dans le mme compartiment, de moyens d'injection à fort débit et d'au moins une dalle de filtration, le dispositif de l'invention permet de traiter avec une efficacité élevée (typiquement supérieure à 40 %) un volume V de métal liquide aussi faible que 0,1 m3 à 0,2 m3 avec un débit supérieur ou égale à 30 tonnes/heure.

La compacité du compartiment de traitement (20) et le fort débit du dispositif de l'invention permettent d'éviter le refroidissement du métal liquide en cours de traitement.

Listes des repères numériques 1 Dispositif de traitement 2 Poche de traitement 3 Caisson 4 Revtement réfractaire du caisson 5 Couvercle 6 Axe principal du dispositif 7 Moyen d'entrée du métal liquide 8 Moyen de sortie du métal liquide 9 Orifice d'entrée 10 Orifice de sortie

11,13 Moyens de raccordement à une goulotte d'alimentation 12,14 Moyens de raccordement à une goulotte d'évacuation 15 Goulotte d'alimentation 16 Goulotte d'évacuation 17 Métal liquide brut 18 Métal liquide traité 19 Moyen d'évacuation du gaz de traitement 20 Compartiment de traitement 21 Drain 22,22a, 22b Moyens d'injection 23 Partie amont du compartiment de traitement 24 Partie aval du compartiment de traitement 25 Ligne approximative de partage entre les parties amont et aval 26 Surface libre théorique du métal liquide 26'Niveau du métal liquide dans la partie amont du compartiment de traitement 26"Niveau du métal liquide dans la partie aval du compartiment de traitement 26e Niveau du métal liquide à l'entrée du dispositif 26s Niveau du métal liquide à la sortie du dispositif 27 Moyen de préhension du couvercle 28 Fond du compartiment de traitement 29,30 Parois d'extrémité de la poche de traitement 31 Paroi du fond de la poche de traitement 32,33 Parois latérales de la poche de traitement 34 Enveloppe métallique du couvercle 35 Revtement réfractaire du couvercle 36 Joint entre le couvercle et le caisson 37 Fond de la goulotte d'alimentation 38 Fond de la goulette d'évacuation 39 Volume de traitement par gaz 40 Premier moyen de filtration 41 Deuxième moyen de filtration 42 Chicane 43 Moyen de support