Titre : LIGNE DE REFUSION DE SCRAP EN ALLIAGE D'ALUMINIUM ECO-RESPONSABLE

DOMAINE TECHNIQUE

L'objet de l'invention est une ligne de refusion de scrap en aluminium utilisant au moins deux fours à induction à creuset permettant d'approvisionner de manière continue ou semi-continue un four receveur intermédiaire. Un autre objet de l'invention est un procédé de refusion de scrap en aluminium utilisant au moins deux fours à induction à creuset permettant d'approvisionner de manière continue ou semi-continue un four receveur intermédiaire.

ART ANTERIEUR

Le recyclage de l'aluminium présente l'avantage d'être économique et écologique. La production de l'aluminium secondaire requiert jusqu'à 95 % moins d'énergie que l'aluminium primaire et permet la réduction des émissions en CO2. Dans un souci d'améliorer l'impact environnemental de la production de l'aluminium, l'industrie de l'aluminium cherche à réduire la quantité de CO2 émise lors de l'étape du recyclage durant l'étape de refusion des scrap.

La technologie utilisée dans la profession pour le recyclage des produits revêtus, en particulier des UBC, utilise usuellement une ligne de purification dédiée constituée d'étapes de préparation à froid (broyeur, tri magnétique et séparateur à lame d'air), élimination à chaud dans un « decoater » des encres, vernis et autres matières organiques. Les scrap sont ensuite refondus typiquement dans des fours à gaz. On peut citer les fours à bassin (four « side-well »). Un traitement du métal par ajout de sel (1.5% à 8% selon les cas) est nécessaire pour éliminer les oxydes contenus dans le métal liquide (R. Evans, G. Guest, "The aluminium decoating handbook", Stein Atkinston Stordy, Gillespie Powers internet source). Le métal est ensuite transporté vers l'atelier de fonderie pour être coulé. Une autre alternative utilisant toujours la technologie à gaz est de réaliser la refusion dans en four rotatif. Cette solution requiert un taux de sel plus élevé que pour le four side-well (10% à 15%). La combustion des matières organiques et la refusion du métal se font dans ce cas en simultané dans l'enceinte du four. Une autre alternative est la refusion en four multi chambres (« multi-chamber ») (« Alumnium recycling » M. Schlesinger, CRC Press, (2007)). Les scrap revêtus sont chargés, préchauffés et délaqués dans une chambre séparée (tunnel vertical ou rampe horizontale). La combustion des matières organiques contribue à chauffer l'installation. C'est un procédé sans sel.

Toutes ces solutions présentent l'inconvénient de devoir être effectuées dans un four à gaz, qui n'est pas adapté pour réduire les émissions de CO ₂ . Une solution pour réduire les émissions de CO2 est d'utiliser des fours électriques, si tant est que l'énergie électrique utilisée n'émet pas de CO2. La technologie de four induction est mentionnée pour le recyclage des UBC dans les ouvrages de référence (R. Evans, G. Guest, "The aluminium decoating handbook", Stein Atkinston Stordy, Gillespie Powers internet source). Le four électrique à induction à creuset présente l'avantage d'un bon rendement énergétique et génère peu de perte métal. Le four électrique à canal de grande capacité est parfois utilisé pour la refusion de chutes neuves de fabrication ou de boîtes boisson après délaquage (F. Herbulot - Récupération et recyclage de l'aluminium - Techniques de l'ingénieur - Mars 2001).

Les solutions divulguées de four à induction divulguées dans ces ouvrages ne permettent pas une application industrielle économiquement viable car les fours à induction ont des capacités de fusion réduites par rapport aux fours à gaz, ce qui ne permet pas d'avoir un processus continu permettant d'approvisionner le(s) four(s) de maintien et/ou dispositif(s) de coulée des fonderies d'aluminium et d'autre part, les fours à induction nécessitent de disposer de scrap propre.

L'objet de l'invention cherche à résoudre ce problème en proposant un nouveau design de ligne de refusion de scrap (Lay-out) et un procédé permettant d'obtenir un bon rendement de cycle tout en réduisant la quantité de CO ₂ .

EXPOSE DE L'INVENTION

Dans le présent texte, on désigne sous la formule générique « scrap » les matières premières pour le recyclage, constitués de produits en aluminium et/ou en alliage d'aluminium résultant de la collecte et/ou de la récupération de produits en aluminium et/ou en alliage d'aluminium produits à différentes étapes de fabrication ou de produits après utilisation. Le scrap, si nécessaire, a été trié pour ôter toute matière étrangère.

Sauf mention contraire, on se réfère à la norme NF EN 12258-3 Septembre 2003 qui définit des termes en rapport avec les scrap d'aluminium et d'alliages d'aluminium, en particulier on utilisera les termes « scrap en vrac » qui correspond à du scrap qui n'a subi aucune opération de compactage et dont chaque morceau peut être prélevé individuellement, « scrap en granules » du scrap composé de pièces dont les dimensions sont comprises dans une plage allant de quelques millimètres à quelques centimètres, réalisé en traitant des pièces plus grosses avec des machines comme les broyeurs, les broyeurs à couteaux ou à marteaux ou les hacheurs, « scrap revêtu » du scrap composé de pièces ayant n’importe quel type de revêtement, par exemple peinture, vernis, encre d’impression, plastique, papier, métal.

Le design de ligne de refusion selon l'invention permet d'obtenir une productivité très nettement supérieure à celle qui serait obtenue avec plusieurs fours inductions indépendants. Un premier objet de l'invention porte sur une ligne de refusion de scrap comprenant au moins un silo de stockage configuré pour le stockage de scrap , au moins deux fours à induction permettant de refondre le scrap et obtenir du métal liquide de refusion, un moyen d'alimentation du scrap vers les au moins deux fours à induction, au moins un four receveur de métal liquide, et un moyen de transport du métal liquide de refusion vers le four receveur.

Il est avantageux que le au moins un silo de stockage soit calorifugé, optionnellement silo de stockage comprend un moyen de chauffage configuré pour chauffer ledit scrap.

Selon l'invention, il est important de disposer d'au moins deux fours à induction, de préférence au moins deux fours à induction cylindriques, plus préférentiellement au moins deux fours à induction cylindrique à creuset afin d'obtenir un procédé continu permettant d'approvisionner en continu le four receveur.

Il peut être avantageux de disposer d'au moins trois fours à inductions, ou encore plus préférentiellement d'au moins quatre fours à induction

Avantageusement, au moins un four receveur est un four de maintien et/ou de fusion pouvant être alimenté par du métal liquide de refusion et/ou par du métal solide et/ou par du métal liquide primaire et/ou par des éléments d'addition destinés à obtenir une composition donnée. Il est avantageux que au moins un silo comprenne au moins un compartiment par four à induction alimenté. Cette disposition présente l'avantage de pouvoir partager un silo pour au moins deux fours à induction, chaque four à induction étant alimenté par un compartiment.

Avantageusement, le design de ligne comprend un four de délaquage, aussi désigné par kiln. Le délaquage consiste à chauffer le scrap à une température où l’humidité et les matières organiques potentiellement présentes par exemple, les peintures, les vernis de protection, les joints des couvercles et autres matières fumigènes) sont éliminées, mais sans chauffer à trop forte température pour éviter la fusion du métal. Typiquement, la température est comprise entre 450°C et 540°C. Le scrap est chauffé par transfert thermique avec l'atmosphère du four, préférentiellement par le gaz chauffé issu de la post-combustion des fumées et qui circule dans la chambre de délaquage. Cette opération permet d'une part de sécher le scrap et d'autre part d'éliminer les matières organiques. Les matières organiques peuvent être converties en CO2 dans une unité de post combustion pour détruire des molécules organiques. On obtient ainsi un scrap sec, purifié, et sans matières fumigènes.

Il est avantageux que la ligne de refusion comprenne un four de délaquage et un moyen de transport de scrap délaqué qui alimente en scrap délaqué ledit au moins un silo de stockage. Il est en effet avantageux d'avoir connecté le four de délaquage avec le au moins un silo de stockage afin de pouvoir bénéficier de la thermique du four de délaquage et utiliser des scrap chaud, typiquement supérieur à une température de 100°C. Il est préférable de disposer d'un moyen d'extraction configuré pour extraire les fines, particules métalliques et non métalliques de granulométrie inférieure à 1 mm. Ce moyen d'extraction permet d'éliminer en particulier les particules métalliques inférieures à 1 mm du scrap délaqué avant d'être introduit dans au moins un four d'induction.

Avantageusement, la ligne de refusion est alimentée avec du scrap en granules. Préférentiellement, ce scrap en granules est obtenu après broyage, préférentiellement à l'aide d'un broyeur à couteaux. C'est pourquoi, il est avantageux de disposer d'un broyeur, de préférence un broyeur à couteaux, optionnellement ledit broyeur est équipé d'une grille permettant d'obtenir une granulométrie comprise entre 5 et 50 mm.

Un deuxième objet de l'invention porte sur un procédé de refusion de scrap en aluminium qui comprend les étapes suivantes : a) On alimente en scrap en aluminium au moins un broyeur, préférentiellement le scrap est en vrac. b) On broie ledit scrap pour obtenir du scrap en granules. c) On alimente au moins un four de délaquage en scrap en granules à l'aide d'un moyen de transports de scrap en granules, typiquement un convoyeur à courroies. d) On réalise un délaquage dans un four de délaquage pour obtenir du scrap délaqué. e) On élimine les fines, poussières métalliques et non métalliques de granulométrie inférieure à 1 mm du scrap délaqué à l'aide d'un moyen d'extraction. f) On alimente au moins un silo de stockage en scrap délaqué à l'aide d'un moyen de transport de scrap délaqué (3), g) On alimente au moins deux fours à induction cylindrique à creuset en scrap délaqué issu du au moins un silo de stockage à l'aide d'un moyen d'alimentation de scrap délaqué . h) On réalise la fusion par induction du scrap délaqué pour obtenir du métal liquide de refusion. i) On alimente au moins un four receveur de métal liquide avec du métal liquide de refusion issu d'au moins desdits deux fours à induction cylindrique à creuset grâce à des moyens de transport de métal liquide de refusion (5, 15) pour obtenir du métal liquide de coulée.

Préférentiellement, lors de l'étape b) on broie le scrap avec un broyeur à couteaux pour obtenir du scrap broyé avec au moins 50% des entités individuelles du scrap broyé avec un rapport de pliage (R) inférieur ou égal à 0,6, où le rapport de pliage (R) d'une entité individuelle est défini par l'expression où la surface pliée est la surface maximale de la projection orthogonale de l'entité individuelle sur un plan et la surface dépliée est la surface totale de la même entité individuelle après avoir été dépliée.

Préférentiellement, ledit broyeur est équipé d'une grille permettant d'obtenir du scrap broyé avec une granulométrie comprise entre 5 et 50 mm préférentiellement entre 8 et 50 mm, plus préférentiellement entre 8 et 25 mm, ou entre 8 et 16 mm, la granulométrie étant mesurée par tamisage.

Préférentiellement, le scrap broyé présente une hauteur inférieure ou égale à 50 mm, de manière préférée inférieure ou égale à 30 mm, encore plus préférentiellement inférieure ou égale à 15 mm.

La géométrie du scrap broyé est importante pour faciliter d'une part l'opération de délaquage et d'autre part l'opération de fusion. En effet, les inventeurs se sont aperçus qu'en visant un rapport de pliage inférieur ou égal à 0.6, il était possible de mieux délaquer le scrap. D'autre part, en visant aussi une granulométrie comprise entre 5 et 50 mm, cela permettait d'obtenir un scrap avec une hauteur inférieure ou égale à 50 mm permettant une refusion rapide et efficace.

Préférentiellement, température du scrap délaqué dans le silo est maintenue à plus de 100°C, de préférence 150 °C et de manière préférée 200 °C à l'aide de moyens d'isolation thermique et /ou de chauffage.

Préférentiellement, si on a besoin de réaliser un premier bain de fusion dans au moins un des fours à induction, on peut, avant l'étape g) de refusion, charger dans le four à induction cylindrique à creuset de hauteur H et de diamètre intérieur maximal D, du métal massif sous la forme d'un bol de refusion en alliage d'aluminium de forme essentiellement cylindrique de hauteur h et de diamètre maximal d dans lequel d est dans la plage 0,7 D à 0,97 D et de préférence dans la plage 0,84 D à 0,92 D.

Il est avantageux d'utiliser un bol cylindrique dont les dimensions sont adaptées au diamètre du four à induction selon la relation d dans la plage 0,7 D à 0,97 D, pour augmenter l'efficacité de chauffage du four à induction du métal massif.

Il est avantageux de positionner le diamètre à mi-hauteur h/2 du bol de refusion à une distance du fond du four comprise de H/2 - H/4 à H/2 + H/ 4.

Préférentiellement les étapes c) à i) sont réalisées en continu.

Préférentiellement le four receveur de métal liquide est alimenté par du métal liquide de refusion et/ou par du métal solide et/ou par du métal liquide primaire et/ou par des éléments d'addition destinés à obtenir une composition donnée. Préférentiellement, le moyen de transport de métal liquide de refusion comprend une goulotte dimensionnée en section pour permettre un transfert compris de 100 à 150 tonnes/h vers le four receveur de métal liquide (6), de préférence la goulotte est isolée thermiquement et/ou dispose d'un moyen de pre-chauffage.

Préférentiellement, l'étape d'alimentation g) en scrap délaqué et l'étape h) de fusion sont régulées afin de garantir la présence d'un lit de scrap sur le bain de métal liquide d'une hauteur d'au moins 300 mm.

Préférentiellement, le procédé selon l'invention comprend une étape de maintenance et/ou de nettoyage. Ces dites opérations de maintenance et /ou nettoyage sont effectuées quand au moins un autre four à induction est en opération.

Préférentiellement, le procédé selon l'invention comprend une étape d'écrémage et/ou de prise température et/ou de prise échantillon et/ou de nettoyage des fours à induction et/ou du four receveur. Préférentiellement, ces étapes sont automatisées.

Préférentiellement l'étape de fusion à l'étape h) est réalisée en au moins deux étapes successives, une première étape pendant laquelle le four à induction opère à une fréquence comprise de 40 à 80 Hz jusqu'à fusion complète du scrap délaqué et une deuxième étape pendant laquelle le four à induction opère à une fréquence supérieure ou égale à 150 Hz pour permettre l'écrémage.

Préférentiellement l'écrémage est réalisé après une phase d'attente d'une durée de 2 min à 20 min après le début de la deuxième étape. Cette deuxième étape et sa phase d'attente présente l'avantage de permettre la sédimentation du bain.

Préférentiellement, on prélève le métal liquide de refusion dans une poche et un chariots filo- guidé (16) transporte ladite poche jusqu'au four receveur de métal liquide.

Un troisième objet de l'invention porte sur un procédé de coulée d'une forme brute, typiquement une plaque ou une billette dans lequel on alimente une ligne de coulée (par du métal liquide de coulée obtenu par le procédé de refusion de scrap selon le deuxième objet de l'invention.

FIGURES

[Fig.l] est une vue schématisée de dessus d'un premier mode de réalisation de l'invention d'une ligne de refusion avec deux fours à induction et un silo.

[Fig. 2] est une vue schématisée de côté d'un premier mode de réalisation de l'invention.

[Fig.3] est une vue schématisée de dessus d'une variante du premier mode de réalisation de l'invention d'une ligne de refusion avec deux fours à induction et un silo ayant deux compartiments. [Fig. 4] est une vue schématisée de dessus d'un deuxième mode de réalisation de l'invention d'une ligne de refusion avec deux fours à induction et deux silos.

[Fig. 5] est une vue schématisée de côté d'un deuxième mode de réalisation de l'invention.

[Fig. 6] est une vue schématisée de dessus d'un troisième mode de réalisation de l'invention d'une ligne de refusion avec trois fours à induction et un silo ayant trois compartiments.

[Fig.7] est une vue schématisée de dessus d'un quatrième mode de réalisation de l'invention d'une ligne de refusion avec quatre fours à induction et deux silos, chaque silo ayant deux compartiments pour alimenter un four à induction.

[Fig. 8] est une vue schématisée de dessus d'un cinquième mode de réalisation de l'invention d'une ligne de refusion avec quatre fours à induction et quatre silos

[Fig. 9] est une vue schématique de dessus de l'alimentation du silo de stockage.

[Fig. 10] est une vue schématique de côté de l'alimentation du silo de stockage.

[Fig. 11] est une vue schématique de chargement d'un four à induction avec des bols et des scrap délaqués.

[Fig. 12] est un schéma d'un four à induction à creuset avec les mouvements de brassage.

DECRIPTION DETAILLEE

Les Figures 1 (vue de dessus) et 2 (vue schématisée de côté) illustrent un premier mode de réalisation de l'invention. Du scrap 100 alimente un four de délaquage (1). Le scrap est généralement revêtu. De préférence, le scrap susceptible d’être recyclé par le procédé selon la présente l’invention se présente en granules 101. De manière avantageuse, il est préférable que le scrap soit broyé à l'aide d'un broyeur à couteaux et approvisionné sous forme divisée. Dans la suite du texte, on appelle « scrap broyé »102 du scrap ayant été broyé à l'aide d'un broyeur à couteaux.

Dans la suite, sauf mention contraire, les proportions en % d'entités individuelles correspondent à des % numérique d'entités individuelles.

Il est préférable que la majorité des entités individuelles du scrap en granules présente un rapport de pliage inférieur ou égal à 0,6. Avantageusement, au moins 50% des entités individuelles du scrap en granule présente un rapport de pliage (R) inférieur ou égal à 0,6. Préférentiellement, au moins 60%, ou 70% ou 80% des entités individuelles du scrap en granule présente un rapport de pliage (R) inférieur ou égal à 0,6. Le rapport de pliage d'une entité individuelle est défini par l'équation 1. Les inventeurs ont constaté qu'il était possible d'obtenir un tel rapport de pliage lorsque le scrap en vrac est broyé avec un broyeur à couteaux 20. Les inventeurs ont en effet constaté que l'utilisation de broyeurs à marteaux n'est pas recommandée pour obtenir les géométries souhaitées, en particulier un rapport de pliage inférieur ou égale à 0.6. En effet, l'opération de broyage de scrap réalisée avec un broyeur à marteaux a tendance à froisser le scrap en vrac et former des « boulettes » qui présentent un rapport de pliage supérieur à 0.6.

Ainsi, préférablement, au moins 50% des entités individuelles du scrap broyé qui rentre dans le four de délaquage 1 présente un rapport de pliage (R) inférieur ou égal à 0,6. Préférentiellement, au moins 60%, ou 70% ou 80% des entités individuelles du scrap broyé présente un rapport de pliage (R), inférieur ou égal à 0,5 ou 0,4.

Le rapport de pliage d'une entité individuelle du scrap broyé quantifie la façon dont cette entité individuelle a été pliée lors de l'étape de broyage. Plus ce rapport est élevé, plus l'entité individuelle a été pliée et est donc compacte, sous forme globulaire notamment. Plus le rapport est faible plus l'entité individuelle est plane. Les inventeurs ont constaté qu'il était nécessaire d'avoir un rapport de pliage inférieur ou égal à 0,6 pour éviter l'utilisation de sels, dit flux de recyclage, pour séparer les oxydes du métal liquide, lors de l'étape de refusion dans l'un des fours à induction.

La surface pliée est la surface apparente d'une entité individuelle de scrap broyé. La surface pliée est définie comme la surface maximale de la projection orthogonale de l'entité individuelle sur un plan.

La surface dépliée correspond à la surface développée d'une entité individuelle de scrap broyé. La surface dépliée est définie comme la surface totale de l'entité individuelle de scrap broyé après avoir été déplié. Il est à noter que connaissant l'épaisseur et la masse et la masse volumique moyenne de l'entité individuelle on peut aisément déterminer la surface dépliée. On peut également obtenir la surface dépliée en dépliant l'entité individuelle.

Avantageusement, au moins 50% des entités individuelles du scrap broyé présente une granulométrie comprise entre 5 et 50 mm, préférentiellement entre 8 et 50 mm, plus préférentiellement entre 8 et 16 mm, la granulométrie étant mesurée par tamisage.

Avantageusement, le scrap broyé est obtenu selon un procédé comprenant une étape de broyage avec un broyeur à couteaux, équipé d'une grille adaptée pour obtenir une granulométrie comprise entre 5 et 50 mm, préférentiellement entre 8 et 50 mm, encore plus préférentiellement de 8 à 16 mm.

Avantageusement, l'entité individuelle de scrap broyé est sensiblement plane. Une entité individuelle de scrap broyé peut s'inscrire dans un volume fictif défini par une longueur, une largeur et une hauteur. La planéité de l'entité individuelle de scrap broyé est caractérisée par la hauteur minimale du volume fictif, exprimée en mm. Pour mesurer la hauteur (h), une entité individuelle de scrap royé est posée sur une règle de planéité de telle sorte à obtenir la hauteur minimale de l'entité. La règle de planéité peut être toute surface plane, telle qu'un marbre de mesure.

Avantageusement au moins 50% ou 60% ou 70% ou 80% des entités individuelles du scrap broyé présente une hauteur inférieure ou égale à 50 mm, ou 40 mm, ou 30 mm, ou 20 mm ou 15 mm ou 10 mm ou 5 mm. Les inventeurs ont constaté que la hauteur d'une entité individuelle de scrap broyé n'est pas modifiée par l'opération de délaquage. Les inventeurs pensent que disposer d'une majorité d'entités individuelles de scrap broyé présentant une hauteur inférieure ou égale à 50 mm, ou 40 mm, ou 30 mm, ou 20 mm ou 15 mm ou 10 mm ou 5 mm, favorise leur arrangement sous forme de strates empilées et améliore leur submergence dans le bain de métal liquide du four à induction.

Avantageusement, la masse volumique du scrap broyé est comprise de 0.2 à 0.4 t/m3.

Cette étape préalable de broyage dans un broyeur à couteaux équipé d'une grille correspond à un procédé de refusion de scrap en alliage d'aluminium comprenant les étapes suivantes successives représentées à la figure 9. on approvisionne du scrap à base d'alliages d'aluminium 100, préférentiellement du scrap en vrac, usuellement du scrap revêtu, typiquement issus d'emballage ménager en aluminium, typiquement des boîtes de boisson usagées en aluminium,

On broie ledit scrap dans un broyeur à couteaux 20, optionnellement muni d'une grille, pour obtenir du scrap broyé 102 constitué d'entités individuelles, on alimente en scrap broyé 102 un four de délaquage 1 par un moyen de transport 2, on réalise un délaquage dudit scrap broyé pour obtenir du scrap délaqué 103, on alimente en scrap délaqué 103 un silo de stockage 4 par un moyen de transport 3. Préférentiellement en sortie de four de délaquage 1 on extrait les fines, particules métalliques ou non métalliques de granulométrie inférieure à 1 mm par un moyen d'extraction 13.

On appelle «fines» les particules métallique sou non métalliques de granulométrie inférieure à 1 mm, qui s'apparentent à de la poussière. La présence de fines n'est pas souhaitable lors de l'opération de refusion car les fines métalliques ont tendance à s'oxyder et à ne pas pouvoir s'immerger dans le bain de fusion.

L'alimentation en scrap (2) est apte au transport de scrap froid ou chaud.

Le four de délaquage 1 permet d'éliminer par exemple, les peintures, les vernis de protection, les joints des couvercles et autres matières fumigènes à une température comprise entre 450°C et 540°C. Une étape de séchage peut être réalisée après délaquage. Les inventeurs ont constaté que l'opération de délaquage ou de séchage ne modifie pas le rapport de pliage, la planéité, la forme du scrap. Le scrap délaqué présente donc le même rapport de pliage, la même planéité, la même granulométrie que le scrap broyé approvisionné. La masse volumique du scrap délaqué est légèrement modifiée par rapport à celle du scrap broyé et reste comprise de 0.2 à 0.4 t/m ³ .

Les inventeurs ont constaté qu'il est préférable que le scrap qui rentre dans le four de délaquage soit le moins replié sur lui-même pour que les surfaces revêtues soient en contact direct avec l'atmosphère du four de délaquage et que par conséquent les échanges de masses et de chaleur à la surface du scrap intervenant lors de l'opération de délaquage puissent se faire le plus efficacement possible. C'est pourquoi, il est avantageux de traiter majoritairement du scrap broyé, avec un rapport de pliage inférieur ou égal 0.6.

Des moyens de transport de scrap délaqué (3) permettent d'alimenter un silo de stockage (4), qui est de préférence calorifugé à une température supérieure à 100 °C et/ou équipé de moyens de chauffage (401). La température du scrap délaqué dans les silos est de préférence comprise de 200°C à 450°C avant d'être chargés dans le métal liquide. Des moyens d'extractions (13) des particules fines de scrap, typiquement des particules de taille inférieure à 0,1 mm, sont positionnés sur le convoyeur de scrap délaqué. Ces moyens sont avantageusement placés à une distance suffisante de la sortie du four de délaquage (1), typiquement au moins 5 m, de façon à ce que le scrap ne soit plus trop aggloméré par la chaleur. Il est aussi possible d'envisager de placer ces moyens d'extraction (13) dans le four de délaquage de façon à bénéficier du brassage de celui-ci.

Le scrap, avant délaquage, a une quantité de carbone résiduelle initiale typiquement d'au moins 1.5% en poids. Avantageusement, le scrap délaqué, après l'étape de délaquage, présente une quantité de carbone résiduelle inférieure à 0.3% en poids, préférentiellement inférieure à 0.2% en poids, encore plus préférentiellement inférieure à 0.1% en poids. La quantité de carbone résiduelle en % en poids peut être mesurée à l'aide d'un instrument approprié tel que ceux fournis par la société LECO. L'analyse consiste à maintenir dans un four une masse donnée de scrap après l'étape de délaquage à une température comprise entre 250°C à 550 °C sous débit d'argon et de convertir les fumées en CO2 dans un four catalyse. Le dosage du carbone est évalué en dosant la proportion de CO2 via une sonde infra-rouge.

Deux fours à induction (8) sont alimentés en scrap délaqué à l'aide de moyens d'alimentation de scrap délaqué (14).

Les moyens d'alimentation de scrap délaqué (14) sont des trémies, de préférence comprenant un tamis permettant d'éliminer les particules fines de scrap, typiquement inférieures à 1 mm. Les fours à induction (8) comprennent un couvercle (81) qui est fermé lors de la fusion. Typiquement un pied de bain est maintenu lors du chargement du four à induction pour accélérer la fusion.

Si besoin, il est possible de préparer un pied de bain. Le pied de bain de métal liquide initial peut être obtenu à partir des scrap propres obtenus après l'étape de délaquage ou à partir de déchets massifs, tels que des chutes de découpe ou des squelettes de découpe de tôles minces ou épaisses, lesdits déchets massifs étant constitués d’un alliage de composition compatible avec le scrap propre, et de préférence plus pur, dont la composition ne nuira pas à la composition finale. Typiquement, les déchets massifs sont des alliages d'aluminium de la série 3XXX, typiquement un alliage du type AA3104. Le pied de bain de métal liquide peut également être obtenu par la fusion de lingots de refusion d’un alliage de type lxxx, 3xxx, 5xxx, 6xxx, 8xxx compatibles avec le scrap propre. Dans le cas de coulées successives, le pied de bain de métal liquide pourra avantageusement être constitué par le reliquat de la coulée précédente.

Le volume du pied de bain représente environ 30% à 60% du volume total du four à induction, typiquement la moitié de la capacité du four à induction. Si le volume de pied de bain est trop faible, le risque est que le pied de bain n'ait pas la capacité thermique suffisante pour se maintenir à l'état liquide et se solidifie dans le four. Le fonctionnement avec un pied de bain permet d'obtenir des taux de fusion avantageux de 2t/h à 4 t/h.

Chaque four à induction peut aussi être alimenté par des scrap massifs, notamment issus de la fabrication de l'usine ou d'autre déchets massifs, non représentés sur la Figure 1.

De manière avantageuse, Les fours à induction 8 sont des fours à induction cylindrique, préférentiellement des fours à induction cylindrique à creuset.

Le four à induction cylindrique à creuset (8) représenté par exemple en figure 12 se compose essentiellement d’une ou deux bobines inductrices 801 refroidies par circulation de fluide caloporteur, entourant un garnissage réfractaire en pisé damé ou une coque réfractaire précuite, formant le creuset 801 dans lequel est placée la masse métallique à fondre.

Avantageusement, représenté à la figure 11, le four à induction cylindrique à creuset 8 peut être alimenté sous forme de bol 105 de forme essentiellement cylindrique de hauteur h et de diamètre maximal d. Ledit bol peut être chargé dans le four à induction cylindrique de hauteur H et de diamètre intérieur maximal D dans lequel la direction de la hauteur dudit bol est sensiblement parallèle à la direction de la hauteur du four. Le diamètre maximal dimension d dudit bol est avantageusement compris dans la plage de 0,7 D à 0,97 D et de préférence dans la plage 0,84 D à 0,92 D.

Dans un mode de réalisation avantageux, le four à induction cylindrique à creuset est d'abord partiellement rempli par du scrap délaqué, puis le bol de forme essentiellement cylindrique de hauteur h et de diamètre maximal d est introduit puis à nouveau du scrap délaqué est introduit, notamment dans l'espace restant entre le bol et les parois du four, le chargement étant enfin complété par du scrap délaqué.

Il est avantageux pour que la fusion soit plus rapide et moins consommatrice d'énergie qu'au moins un bol soit positionné vers la mi-hauteur du four. Ainsi dans un mode de réalisation avantageux le diamètre positionné à mi-hauteur h/2 du bol de forme essentiellement cylindrique est localisé à une distance du fond du four, c'est-à-dire du fond du creuset, comprise entre H/2 - H/4 et H/2 + H/ 4 et de préférence entre H/2 - H/5et H/2 + H/ 5.

Quel que soit le type de charge (massive ou sous forme de scrap), on réalise la fusion de la charge par induction pour obtenir un bain de métal liquide de refusion. La fusion peut être réalisée sous atmosphère inerte ou à l'air ambiant, avec un couvercle ou sans. La puissance et la fréquence utilisées sont choisies en fonction du four utilisé et de la charge.

Les inventeurs ont constaté qu'il est avantageux que le bain soit couvert par un lit de scrap délaqué flottant 1020 tel que représenté en figure 12 à la surface du bain liquide 110 pendant l'essentiel de la durée l'étape de refusion. La présence d'un lit de de scrap délaqué flottant 1020 permet de protéger la surface du bain de métal liquide de l'oxydation. L'essentiel de la durée de l'étape de refusion correspond à une durée d'au moins 70% ou 80% ou 90% de la durée de l'étape de refusion. La durée de l'étape de refusion est définie par le moment où on commence le chargement des scrap et la fin du chargement. La fin du chargement étant définie par le moment où la quantité de métal fondu dans le four à induction atteint son niveau de remplissage maximum.

Avantageusement, l'épaisseur t du lit de scrap délaqué flottant 1020 est d'au moins 300 mm, avantageusement d'au moins 1000 mm. Le lit de scrap délaqué flottant permet l'alimentation en continu du bain de métal liquide jusqu'à sa complète dissolution.

Les inventeurs ont constaté que la submergence des scrap est facilitée dans le bain de métal liquide quand on utilise du scrap broyé selon l'invention. Par la granulométrie et la planéité (définie ici par la hauteur) des entités individuelles utilisées, celles-ci s'organisent sous forme de strates empilées, comme des cartes empilées arrangées parallèlement selon leur plus grande face. Cela protège efficacement le bain de métal liquide et facilite l'introduction des entités individuelles dans le bain de métal liquide. Celles-ci glissent les unes sur les autres et plongent le long de la paroi du creuset.

Il est avantageux qu'une entité individuelle de scrap délaqué soit maintenue à la surface du bain de métal liquide pendant une durée d'au plus 2 min, de préférence entre 30 s et 90 s, ceci pour éviter son oxydation. Il est donc important de favoriser leur submergence dans le bain de métal liquide. Avantageusement, la submergence des scrap est améliorée en agissant sur le champ de vitesse de circulation du bain de métal de liquide de telle sorte à obtenir un champ de vitesse descendant le long des parois du creuset 810. Ce champ de vitesse descendant crée un vortex qui facilite l'immersion des scrap. Ce champ de vitesse de circulation descendant résulte des forces électromagnétiques, dites forces de Laplace, bien connues dans la conception des fours à induction à creuset. Le champ de vitesse descendant le long des parois du creuset facilite la submergence des entités individuelles de scrap délaqué présentes dans le lit de scrap délaqué flottant.

La création d'un vortex à la surface du bain en utilisant les forces électromagnétiques n'est pas possible si on utilise un four à induction à canal. Selon les inventeurs, un four à induction à canal ne permet pas d'obtenir les conditions favorables pour refondre des scrap selon l'invention : l'absence de vortex à la surface du bain fait que si on introduit les scrap selon l'invention, ceux- ci vont s'empiler les uns sur les autres, faire un matelas isolant et ne vont pas être immergés dans le bain de métal liquide. Si les scrap sont maintenus longtemps au-dessus du bain de métal liquide, les scrap peuvent s'oxyder et diminuer le rendement métal.

Le champ de vitesse descendant le long des parois du creuset est obtenu en sélection la fréquence du four à induction. La sélection d'une fréquence entre 50 Hz et 150 Hz, préférentiellement à environ 60 Hz permet d'obtenir un champ de vitesse descendant. Les inventeurs ont constaté que ce champ de vitesse descendant induit la formation d'un dôme 805 à la surface supérieure de bain de métal liquide. Cette forme en dôme permet d'accélérer la submergence du scrap dans le liquide. Il est aussi possible d'agir sur la puissance du four pour modifier le champ de vitesse descendant. Il est possible d'adapter la fréquence et/ou la puissance du four en fonction du niveau de remplissage du four comme des calculs magnéto- hydrodynamiques peuvent le montrer. L'empilement des entités individuelles du scrap délaqué associé à un champ de vitesse descendant est particulièrement avantageux pour la submergence des scrap dans le métal liquide. Avantageusement, les paramètres de puissance et de fréquence du four sont adaptés en fonction de l'épaisseur du lit de scrap délaqué et de la phase du cycle (début, fin refusion, montée en température et maintien).

La fusion peut être réalisée sous atmosphère inerte ou à l'air ambiant, avec un couvercle ou sans. La puissance et la fréquence utilisées sont choisies en fonction du four utilisé et de la charge. La fréquence est notamment adaptée à la dimension du four à induction.

Il est à noter que dans un mode de réalisation la fusion peut être débutée avant l'introduction complète de la charge : une fois la charge partiellement fondue, on peut dans certains cas reprendre le cycle de chargement à l'aide du moyen d'alimentation (14). Optionnellement ; les éléments d'alliages pour la mise au titre sont ensuite enfournés pour atteindre une composition visée. Les éléments d’alliages sont généralement ajoutés sous forme d’alliages d’aluminium fortement alliés en un seul élément ou contenant ces éléments ou sous forme de métaux purs d’addition. Les différentes formes utilisées pour ajouter des éléments d’alliage sont connues sous le sigle "AMMA" qui signifie "alliages mères et métaux d’addition". Les inventeurs ont constaté que pour une masse volumique comprise entre 0.2 et 0.4 t/m3, le scrap est rapidement submergé dans le bain de métal liquide. Cela évite ainsi l'oxydation du scrap et permet de maximiser le rendement métal lors de la fusion.

Les fours à induction permettent d'obtenir du métal liquide de refusion 110. Des moyens de transport du métal liquide de refusion 5, 15 sont disponibles pour vidanger les fours à induction lorsque le scrap est fondu. Il est avantageux de disposer de fours à induction pouvant basculer dans une ou deux directions afin de pouvoir faire soit du transport liquide en poche ou soit vers un chenal via la goulotte de transfert 5.

La goulotte de transfert 5 permet d'alimenter le four receveur de métal liquide de refusion 6. Cette goulotte est préférentiellement optimisée en section, isolation, préchauffage pour permettre un transfert rapide compris entre 100-150 tonnes/h.

Le four receveur peut aussi être alimenté par des poches 15. Elles sont remplies, soit par siphonnage du four à induction, soit par versement. On les utilise préférentiellement si le four receveur de métal liquide de refusion 6 est plein ou si le métal liquide de refusion a une composition incompatible avec celle du métal liquide présent dans le four receveur de métal liquide de refusion. Les poches 15 peuvent être préchauffées dans des préchauffeurs de poche (non représentés). Les poches 15 peuvent être fermées à l'aide d'un couvercle 151. Elles peuvent être déplacées comme indiqué par la flèche, par exemple à l'aide d'un camion transporteur de poche ou par des chariots filo-guidés (non représentés), soit vers le four receveur 6 soit vers un autre four.

Il est avantageux que les étapes d'écrémage, de prise température, de prise échantillon et de nettoyage des fours à induction ou toute autre étape nécessaire au fonctionnement des fours à induction soient entièrement automatisées. Pour chaque four à induction, un robot manipulateur d'outils 10, peut saisir les outils disponibles 12 pour réaliser ces opérations de façon automatisées. La liste des outils 12 peut être une pelle d'écrémage, et/ou une louche à pions, et/ou un racloir nettoyage parois, et/ou un thermocouple de prise de température ou tout autre outil pouvant être adapté au fonctionnement d'un four à induction. Les crasses récupérées par le racloir de nettoyage sont déversées dans le bac à crasses 11 disposé à proximité.

De manière préférée, l'étape de fusion se fait en au moins deux étapes : Une première étape est réalisée à une fréquence comprise de 40 à 150 Hz, préférentiellement de 50 Hz à 70 Hz. Pendant cette première étape, les scrap délaqués sont introduits dans le four à induction. Il est important d'assurer leur submergence en créant un dôme à la surface du métal liquide et un champ descendant le long des parois du creuset. Cela peut être obtenu en particulier en travaillant à une fréquence comprise de 40 à 150 Hz, préférentiellement de 50 Hz à 70 Hz. La puissance de four est typiquement supérieure à 40% de la puissance nominale.

La deuxième étape est destinée à écrémer le four. Lorsque tous les scrap introduits sont fondus, il est préférable d'écrémer le métal liquide pour ôter les oxydes et/ou crasses formées. Pour permettre un écrémage efficace, il est important de faire sédimenter le bain. On arrête alors le brassage du bain en réglant la fréquence du four à une fréquence supérieure à 150 Hz, typiquement comprise de 160 Hz à 400 Hz. La puissance de four peut être aussi réduite, typiquement à une puissance inférieure ou égale à 20% de la puissance nominale du four. Il est important toutefois de veiller à maintenir une température du métal liquide comprise de 680°C à 750°C, préférentiellement de 680°C à 730°C pour éviter tout figeage du bain. L'écrémage est réalisé après une phase d'attente typiquement comprise de 2 minutes à 20 min, préférentiellement de 2 min 15 min, encore plus préférentiellement de 5 min à 10 min après le début de la deuxième étape.

Le four receveur 6 peut être alimenté par le métal liquide de refusion obtenus dans les fours à induction, mais peut aussi être alimenté par des scrap massifs, notamment issus de la fabrication de l'usine ou d'autre déchets massifs.

Le four receveur (6) peut être mis au titre. Optionnellement ; les éléments d'alliages pour la mise au titre sont enfournés pour atteindre une composition visée. Les éléments d’alliages sont généralement ajoutés sous forme d’alliages d’aluminium fortement alliés en un seul élément ou contenant ces éléments ou sous forme de métaux purs d’addition. Les différentes formes utilisées pour ajouter des éléments d’alliage sont connues sous le sigle "AMMA" qui signifie "alliages mères et métaux d’addition".

Le four receveur (6) peut alimenter une ligne de coulée 7.

Il est en effet avantageux de connecter le four receveur 6 à une ligne de coulée 7 à l'aide d'une goulotte 5 ou tout autre moyen adapté. Une ligne de coulée comprend un dispositif de coulée semi-continue verticale à refroidissement direct de plaques ou billettes comportant un moule de coulée semi-continue verticale tubulaire cylindrique ou rectangulaire, à extrémités ouvertes, à l'exception de l'extrémité inférieure fermée en début de coulée par un faux fond qui se déplace en descendant grâce à un descenseur au cours de la coulée de la plaque ou billette, l'extrémité supérieure étant destinée à l'alimentation en métal, l'extrémité inférieure à la sortie de la plaque ou billette, ladite extrémité supérieure étant munie d'un moyen d'alimentation en métal liquide de coulée, typiquement des busettes ou goulottes, et optionnellement d'un distributeur apte à être introduit dans le moule, dans le marais de métal liquide au contact du front de solidification. Selon l'invention, le moyen d'alimentation en métal liquide de coulée du dispositif de coulée est connecté au four receveur 6.

La Figure 3 Illustre une variante du premier mode de réalisation dans lequel les fours à induction (8) sont disposés autour d'un silo de stockage unique (4) qui les alimente en scrap. Le silo dans cette variante comprend au moins deux compartiments (41, 42) qui alimente chacun des deux fours à induction.

La Figure 4 (vue de dessus) et la figure 5 (vue de côté) illustrent un deuxième mode de réalisation dans lequel les fours à induction (8) sont chacun alimentés par un silo de stockage séparé (4). Cette configuration permet d'alimenter chacun des silos avec des scrap différents. Par différent, on entend des scrap en alliage d'aluminium de composition chimique différent. Cela peut présenter un avantage quand dans une usine, on dispose de différentes sources de scrap bien identifiées en terme de composition chimique. Ce type de configuration avec silo séparé peut être utilisé quel que soit le nombre de fours à induction utilisés.

La Figure 6 illustre un troisième mode de réalisation dans lequel trois fours à induction (8) sont alimentés par un silo (4) comprenant trois compartiments (41, 42, 43). Un distributeur (31) permet d'alimenter les trois silos. Dans ce mode de réalisation le four receveur de métal liquide n'est pas alimenté par une goulotte mais uniquement par les poches (15) transportées des chariots filo-guidés (16) symbolisés par des flèches.

La Figure 7 illustre un quatrième mode de réalisation dans lequel quatre fours à induction (8) sont alimentés par deux silos (4) comprenant chacun deux compartiments (41, 42). Le four receveur (6) est en position centrale ce qui permet d'optimiser la mise au titre du métal en fonction de la composition du métal liquide de refusion contenu dans chacun des fours à induction.

La Figure 8 illustre un cinquième mode de réalisation dans lequel quatre fours à induction (8) sont alimentés par quatre silos (4) et dans lequel les robots manipulateurs d'outils (10), les bacs à crasse (11) et les outils (12) sont mutualisés pour deux fours.