Mise en oeuvre et caractérisation d'un nouveau procédé électromagnétique destiné à favoriser les transferts de masse aux interfaces entre un métal liquide et un sel fondu

par Damien Perrier

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides et transferts

Sous la direction de Jacqueline Etay.

Soutenue en 2002

à Grenoble, INPG .

    mots clés mots clés


  • Résumé

    Un nouveau procédé électromagnétique est mis en œuvre afin d'améliorer les transferts de masse entre un métal liquide et un laitier placé en couverture. Le principe du procédé consiste à fondre et brasser le métal dans un four à induction à creuset froid alimenté par un courant alternatif bifréquence. Ce courant inducteur est constitué d'une moyenne fréquence pour chauffer et assurer un brassage électromagnétique au sein du métal ainsi que d'une basse fréquence de modulation destinée à agiter l'interface métal - laitier. Un tel courant inducteur est obtenu en modulant la consigne d'entrée d'un générateur à induction standard à l'aide d'un signal sinusoïdal délivré par un générateur de fonctions. Une étude du comportement hydrodynamique de la surface libre de gallium dans un tel système d'induction bifréquence a montré qu'il est possible d'exciter des modes de surface axisymétriques (0,n) lorsque la fréquence de modulation du courant inducteur correspond à la fréquence propre d'un des modes de surface. Les amplitudes maximales et la fréquence des déformations de la surface libre ont été mesurées en fonction des paramètres de consigne d'entrée imposés au générateur. Il ressort une assez bonne corrélation entre les caractéristiques expérimentales des déformations et les valeurs issues d'un modèle analytique. Un système de détection de résonance, sans contact avec la surface libre, a été mise en place afin de détecter les déformations de la surface libre engendrées par l'excitation des modes de surface. L'aptitude du procédé à améliorer la cinétique du transfert de zirconium d'un sel fluoré vers un métal liquide contenant l'aluminium comme métal réducteur a été étudiée. Des expériences de transferts ont été réalisées sans et avec modulation du courant inducteur. Elles montrent que pour une valeur d'intensité du courant donnée, le transfert peut être accéléré sous l'effet de l'agitation interfaciale engendrée par la modulation du courant inducteur.


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  • Titre traduit

    Implementation and characterisation of a new electromagnetic process intended to improve the mass transfers at the interfaces between a liquid metal and a molten salt


  • Résumé

    A new electromagnetic process is set up in order to improve the mass transfers between a molten metal and a slag. The principle of the process consists to melt and stir the metal in an cold-crucible induction furnace supplied with a two-frequency alternating current. This inductive current contains a basic frequency to heat and ensure an electromagnetic stirring of the bulk metal as well as a low modulation frequency in order to destabilize the interface metal - slag. Such an inductive current is obtained by modulating the input instruction of a standard induction generator using a sinusoidal signal delivered by a function generator. A study of the hydrodynamic behaviour of the free surface of gallium in such a two-frequency induction system showed that it is possible to excite axisymetric oscillation modes when the modulation frequency of the inductive current corresponds to the eigenfrequency of the oscillation modes. The maximum amplitudes and the frequency of the deformations of the free surface were measured according to the modulation parameters imposed on the induction generator. The experimental features of the free surface oscillations agree qualitatively with those predicted by the analytical model. A system of detection of resonance, without contact with the free surface, was set up in order to detect the deformations of the free surface generated by the excitation of the oscillation modes. The aptitude of the process to improve the kinetics of transfer of zirconium from a fluorinated salt to a molten metal containing aluminium as reducing agent was studied. Experiments of transfer were carried out without and with modulation of the inductive current. They showed that, for a fixed value of the current, the transfer can be accelerated thanks to the interfacial agitation generated by the modulation of the inductive current.

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Informations

  • Détails : 174 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 135-138

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  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TS02/INPG/0124
  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS02/INPG/0124/D
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