Étude par spectrométrie de masse à détente supersonique du dégazage des bains d'aluminium liquide

par Marc Bertherat

Thèse de doctorat en Science et génie des matériaux

Sous la direction de Michel Allibert et de Elisabeth Blanquet.


  • Résumé

    La présence d'inclusions et d'impuretés (hydrogène, alcalins et alcalino-terreux) dans l'aluminium liquide après les différentes étapes de fonderie est très préjudiciable pour les propriétés mécaniques des produits finis. Un traitement de purification par dispersion de gaz dans le métal liquide est donc mis en œuvre (procédé ALPUR). L'hydrogène dissous est alors éliminé par échanges bain/bulles. Cette étude est consacrée d'une part à la maîtrise de la formation et du comportement des bulles de gaz dans le métal liquide et d'autre part à l'analyse in situ du gaz issu du traitement pour déterminer la cinétique d'échange. La maximisation de la surface d'échange nécessite une maîtrise de la croissance et de la dispersion de bulles. Pour cela, un dispositif pilote de radioscopie X a été mis au point pour visualiser in situ les écoulements métal liquide/bulles de gaz. Avec des diffuseurs statiques, il est possible d'obtenir des bulles de taille et de forme contrôlée tandis que des rotors de type industriel donnent lieu à des modes de fonctionnement plus complexes. La mouillabilité de l'aluminium sur le diffuseur et le débit de gaz injecté sont les deux paramètres influençant prioritairement la taille des bulles. L'étude de la cinétique de dégazage de l'hydrogène est envisagée par l'analyse de la phase gazeuse issue du procédé. Un appareillage spécifique permet la collecte et le dosage in situ en temps réel des bulles de gaz par spectrométrie de masse à détente supersonique. Cette technique innovante utilise un protocole expérimental particulier adapté au dosage de l'hydrogène. Un modèle de transfert entre l'évolution des teneurs en hydrogène dans les bulles et dans le métal liquide est décrit. L'interprétation des cinétiques réalisées montre que l'élimination de l'hydrogène ne semble pas limitée par la diffusion de celui-ci vers l'interface des bulles et est essentiellement liée à la surface d'échange. Une contribution extérieure par la surface du bain et le creuset réfractaire est par ailleurs mise en évidence. Il apparaît que la réaction de dégazage est complexe au vu des ordres élevés déduits du modèle de transfert.


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Informations

  • Détails : 1 vol. (213 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 162-167 (91 ref.)

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