Présentation
Auteur(s)
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Jacqueline ETAY : Directrice de recherche au Centre national de la recherche scientifique - Laboratoire SIMAP, CNRS Grenoble INP UGA, St.-Martin-d’Hères, France
-
Yves FAUTRELLE : Professeur à l’institut national polytechnique de Grenoble - Laboratoire SIMAP, CNRS Grenoble INP UGA, St.-Martin-d’Hères, France
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Lire l’articleINTRODUCTION
En métallurgie, il est souvent nécessaire de maîtriser la forme, la stabilité d’une interface entre un métal liquide et un fluide de couverture ainsi que la cinétique des éventuels transferts de masse à cette interface. L’utilisation de forces électromagnétiques qui permettent d’agir sans contact matériel sur le métal est un moyen de contrôle souple et efficace. Dans cet article, les mécanismes fondamentaux de l’induction sont introduits. L’action de champs magnétiques sur le comportement des surfaces libres des métaux liquides est illustrée par des exemples expérimentaux.
In metallurgy, controlling shape and stability of an interface between a liquid metal and a covering fluid layers as well as possible mass transfers through this interface is needed. The use of electromagnetic forces which allows to operate without physical contact with the metal is a flexible and effective means of control. In this article, basic mechanisms of induction are introduced. Actions of magnetic fields on the behavior of liquid metals free surfaces are illustrated using experimental examples.
Interface libre, contrôle électromagnétique, force électromagnétique, lévitation, dôme, transfert de masse aux interfaces, champ magnétique, induction.
free interface, electromagnetic control, electromagnetic force, levitation, dome, mass transfer, magnetic field, induction
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VERSIONS
- Version archivée 1 de juil. 2005 par Jacqueline ETAY, Yves FAUTRELLE
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5. Transferts de masse aux interfaces
De nombreux procédés métallurgiques comportent une étape d’affinage du métal basée sur un processus d’extraction pyro-métallurgique. C’est le cas, par exemple, des réactions de désulfuration et de déphosphoration que l’on rencontre dans les procédés d’affinage et de purification des métaux liquides, tels que l’acier ou le silicium.
L’extraction pyrométallurgique, réalisée à haute température et en milieu non aqueux, met en jeu des réactions d’oxydoréduction pour transférer les éléments indésirables du métal liquide vers un laitier d’oxydes placé en couverture ou bien du sel de couverture vers une matrice métallique. Ces réactions hétérogènes sont caractérisées par la présence d’une interface entre les deux phases liquides non miscibles. Des études expérimentales et théoriques ont montré le rôle prépondérant de l’agitation interfaciale sur l’accélération des transferts de masse entre le métal liquide et le laitier.
Un procédé reposant sur l’emploi d’un four à induction de type creuset froid utilisant un champ magnétique alternatif possédant deux fréquences a été mis au point (voir le brevet de Fautrelle ). En fonction des valeurs de l’intensité et des deux fréquences du champ magnétique, on peut contrôler les trois effets électromagnétiques suivants : chauffage du métal, brassage à cœur du bain métallique et agitation de la surface du métal.
Les expériences dont le résultat est porté sur la figure 6 concernent le transfert du zirconium contenu dans un sel fluoré placé en couverture vers un alliage de cuivre et d’aluminium ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - MOREAU (R.) - Magnetohydrodynamics. - Kluwer Academic Pub., Dordrecht (1990).
-
(2) - DAVIDSON (P.) - An introduction to magnetohydrodynamics. - Cambridge University Press (2001).
-
(3) - ETAY (J.), FAUTRELLE (Y.), GAGNOUD (A.), DUTERRAIL (Y.), PERRIER (D.), BARDET (B.) - Lévitation électromagnétique de gouttes – présentation du projet MAGLEV. - Mécanique et Industrie - n° 5 (sept.-oct. 2004).
-
(4) - OKRESS (E.C.), WROUGHTON (D.M.), COMENETZ (C.), BRACE (P.N.), KELLY (J.C.K.) - Electromagnetic levitation of solid and molten metals. - J. Appl. Phys. vol. 23, p. 545 (1952).
-
(5) - FAUTRELLE (Y.) - Analytical and numerical aspects of the electromagnetic stirring induced by alternating magnetic fields. - Journal of Fluid Mechanic, vol. 102, p. 405-430 (1981).
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