Pour les fonderies qui fondent de l'aluminium, il est nécessaire d'utiliser un flux d'élimination des oxydes constitue le moyen le plus rapide et le plus cohérent d'éliminer les oxydes en surface et en suspension, de réduire la formation d'écume, de protéger le revêtement réfractaire et d'améliorer la qualité de la coulée. Les fondants les plus efficaces sont des mélanges à base de sels dominés par des sels de chlorure et de fluorure (par exemple NaCl, KCl, NaF, Na3AlF6), formulés dans des catégories comprenant des produits de recouvrement, de nettoyage, d'écumage et de nettoyage des parois ; une sélection correcte, le contrôle de la température et la technique d'application déterminent les gains de rendement et réduisent les reprises.

1. Introduction et importance du contrôle de l'oxyde

L'aluminium en fusion forme instantanément une fine pellicule d'oxyde tenace (Al₂O₃) dès qu'il entre en contact avec l'oxygène. Ce film emprisonne l'hydrogène et les inclusions non métalliques, produit des porosités dans les pièces coulées, accélère l'usure des réfractaires et convertit le métal précieux en scories qui doivent être éliminées. Un flux d'élimination des oxydes correctement adapté recueille ou dissout les fragments d'oxyde, favorise leur flottaison et crée une peau protectrice qui ralentit la poursuite de l'oxydation. Résultat : une meilleure récupération du métal, moins de défauts et une meilleure stabilité du processus.

2. Comment l'oxyde se forme-t-il dans l'aluminium en fusion ?

Lorsque l'aluminium fond, l'oxygène présent dans l'atmosphère du four et dans les déchets entrants réagit pour former de l'oxyde d'aluminium. Le film d'oxyde se forme instantanément et est amphotère, très stable et adhérent. Parmi les autres sources d'oxydes, on peut citer la calamine entraînée par les déchets, les résidus de flux des cycles précédents et l'oxydation des éléments d'alliage (par exemple le magnésium). L'hydrogène se dissout dans l'aluminium liquide et forme des porosités pendant la solidification ; les oxydes peuvent piéger l'hydrogène et d'autres impuretés, ce qui aggrave les défauts internes de la coulée. Les approches techniques qui réduisent l'hydrogène dissous et éliminent les fragments d'oxyde permettent d'améliorer l'intégrité de la coulée.

3. Le rôle et le fonctionnement du flux d'élimination des oxydes

Le flux effectue une ou plusieurs des tâches physicochimiques suivantes :

• Forme une barrière sur la surface du bain pour empêcher une nouvelle oxydation (action couvrante).

• Réagit chimiquement avec les films d'oxyde et les transforme en composés à bas point de fusion ou fusibles qui peuvent être écrémés (adoucissement chimique).

• Rassemble chimiquement ou physiquement les particules d'oxyde et les inclusions en suspension en amas qui flottent à la surface (agglomération des crasses).

• Pénètre l'accumulation d'oxyde sur les parois du four et la ramollit, ce qui permet de l'enlever mécaniquement (nettoyage des parois).

La plupart des flux commerciaux utilisent des sels d'halogénure et des composés de fluorure pour assurer à la fois le mouillage et la réactivité chimique vis-à-vis de l'Al₂O₃. L'utilisation de flux complète souvent les traitements de dégazage (dégazeurs rotatifs, roues rotatives et rinçage au gaz) car le flux traite les oxydes tandis que le dégazage vise l'élimination de l'hydrogène.

4. Catégories de flux et rôles opérationnels

Les types de flux sont optimisés pour des besoins spécifiques. Le tableau ci-dessous présente une taxonomie opérationnelle.

Tableau 1. Catégories de flux et fonctions principales

Les sources qui classent les fonctions de flux correspondent aux pratiques des fournisseurs industriels et aux études techniques indépendantes.

5. Formulations chimiques typiques et performances

Les flux commerciaux varient, mais des groupes d'ingrédients récurrents apparaissent dans la littérature technique et les brevets : chlorures (NaCl, KCl), fluorures (NaF, AlF₃, Na₃AlF₆, cryolithe), sels de magnésium ou de calcium et additifs tels que les oxydants ou les agents mouillants. Les fluorures aident souvent à dissoudre ou à ramollir l'Al₂O₃ ; les chlorures contribuent à l'écoulement des flux et à l'agglomération des crasses. Certains mélanges pour le nettoyage des parois contiennent des oxydants pour générer une chaleur localisée et favoriser la pénétration du fluorure. Les recettes brevetées présentent de larges gammes de composition adaptées aux séries d'alliages et aux types de fours.

Tableau 2. Gammes d'ingrédients représentatives dans les types de flux courants

Remarque : les formules spécifiques sont exclusives. Les opérateurs doivent consulter la FDS du produit pour connaître la composition exacte.

6. Méthodes d'application, dosage et fenêtres de température

Techniques d'application courantes

1. Radiodiffusion - saupoudrer les granulés sur la surface du bain et ratisser ; faible capital mais pénétration variable.

2. Injection - injection pneumatique ou mécanique sous la surface pour un nettoyage en profondeur et une capture efficace des oxydes ; plus de capital, plus de performance.

3. Ajout d'une ligne de coulée - doser le flux aux points de transfert ou de coulée pour protéger le métal pendant le mouvement.

4. Canon/vaporisateur mural - les systèmes spécialisés qui appliquent un flux de nettoyage des murs sur les surfaces réfractaires.

Doses et températures typiques

• Conseils généraux pour le nettoyage ou le recouvrement des flux : 1-4 kg par tonne de la fonte pour l'entretien courant ; plus élevé pour le contrôle des crasses lourdes.

• Les frais de nettoyage des murs sont plus importants et sont appliqués pendant les cycles d'entretien des fours ; suivre les instructions du fournisseur.

• De nombreux flux sont efficaces entre 750°C et 950°C, Les températures de fusion et de décomposition varient selon les produits ; suivre les recommandations de la FDS et de la fiche technique. L'utilisation de flux à une température trop basse réduit la réactivité ; une température trop élevée peut produire des fumées de décomposition dangereuses.

Tableau 3. Référence rapide pour les applications

Toujours suivre les conseils du fournisseur et les réglementations locales pour le dosage.

7. Critères de sélection pour les environnements de production

Choisissez le flux en faisant correspondre ces variables :

• Famille d'alliages: Certains flux sont formulés pour les alliages à haute teneur en magnésium ou les applications de brasage ; la composition est importante.

• Type de four: Les fours à réverbère, à creuset, à bascule et à induction se comportent différemment avec les poudres ou les granulés.

• Intégration des processus: Si le dégazage et le fluxage doivent être effectués en même temps, choisir un flux ayant un comportement compatible avec les résidus et l'écumage.

• Préparation à l'automatisation: Les systèmes d'injection requièrent des granulés à écoulement libre dont la taille des particules est contrôlée.

• Contraintes environnementales: La teneur en halogènes, les fluorures et les exigences en matière d'émissions peuvent limiter les choix dans le cadre de la réglementation locale.
  Les données documentées des fournisseurs, l'examen des FDS et les essais à petite échelle sont essentiels avant l'adoption à l'échelle de l'usine.

8. Préoccupations en matière de santé, de sécurité et d'environnement

La chimie des fondants fait intervenir des halogénures et des fluorures. Certaines voies de décomposition produisent des gaz corrosifs et toxiques tels que le fluorure d'hydrogène et le chlorure d'hydrogène lorsque le flux est exposé à l'humidité ou à des températures élevées. Les principaux points de sécurité :

• Utiliser une ventilation locale par aspiration lors de l'ajout de flux ou lors d'opérations de fluxage importantes.

• EPI : gants résistant aux produits chimiques, écran facial, lunettes de protection et protection respiratoire appropriée pour les particules et les fumées en suspension dans l'air.

• Consulter la FDS du produit pour les premiers soins, l'intervention en cas de déversement et les mesures de lutte contre l'incendie.

• Éviter le contact du flux avec l'eau ou des produits chimiques incompatibles qui peuvent libérer des gaz dangereux.

• Les résidus de flux et les crasses peuvent contenir des sels de fluorure réactifs ; leur élimination doit se faire conformément aux règles relatives aux déchets dangereux.

Tableau 4. Référence rapide en matière de sécurité

9. Contrôle de la qualité, essais et mesure de l'efficacité

Établir des mesures :

• Masse de crasse par fusionLes résultats de l'étude sont les suivants : suivi des kilogrammes de crasses produites par tonne avant et après le changement de flux.

• Taux d'hydrogèneMesure de l'hydrogène dissous : mesure de l'hydrogène dissous par extraction à chaud du gaz vecteur ou par des techniques similaires ; noter que le flux seul n'élimine pas l'hydrogène.

• Nombre d'inclusionsLes inclusions d'oxyde sont quantifiées à l'aide d'échantillons métallographiques.

• Analyse chimique du résidu de fluxVérifier que l'entraînement de fluorure ou de chlorure dans le métal respecte les limites acceptables.

• Journaux des processusLe système de gestion de l'eau est composé de plusieurs éléments : température, temps d'ajout et intervalles d'écrémage.

Les fabricants fournissent souvent une assistance en laboratoire ou des essais sur le terrain pour aider à établir des mesures de référence. Des recherches indépendantes démontrent que les mélanges de flux contenant des sels de fluorure améliorent la dissolution des oxydes et l'élimination des inclusions lorsqu'ils sont associés à un écrémage mécanique approprié.

10. Meilleures pratiques en matière de stockage, de manutention et d'inventaire

• Conserver les flux dans des récipients hermétiques et secs afin d'éviter l'absorption d'humidité et l'agglomération.

• Effectuer une rotation des stocks selon la méthode FIFO ; les flux exposés à l'humidité peuvent réagir violemment ou perdre de leur performance.

• Stocker à l'écart des acides, des zones humides et des produits chimiques incompatibles.

• Conserver des copies des FDS accessibles dans la zone de fusion et former le personnel aux mesures d'urgence.

• Utiliser des systèmes de transfert sûrs pour minimiser la production de poussières lors de la manipulation des sacs.

11. Notes de marché et fournisseurs réputés

Les fournisseurs mondiaux de fonderie et de traitement des métaux proposent des marques de flux industriels répondant à divers besoins. Les leaders techniques et les gammes de produits souvent cités par les ingénieurs de fonderie comprennent la série COVERAL de Foseco et les gammes de flux Pyrotek. De nombreux fournisseurs publient des FDS et des notes d'application techniques ; consultez-les avant de procéder à un essai. La sélection des produits dépend souvent du soutien local, de la conformité réglementaire et des essais en raffinerie.

12. Problèmes courants et remèdes

Problème: Fumée de flux ou fortes émanations pendant l'addition.
Remède: Réduire le taux d'ajout, améliorer la ventilation, vérifier la siccité du flux. Se référer à la FDS pour le comportement de décomposition.

Problème: Entraînement d'un excès de métal dans les écumes (surcouche).
Remède: Diminuer la dose, modifier le moment de l'ajout, ajuster la technique d'écrémage.

Problème: Inclusions persistantes malgré le fluxage.
Remède: Combiner le fluxage avec le dégazage rotatif ou améliorer la profondeur d'injection et l'agitation mécanique.

13. Exemple de cas pratique (chiffres opérationnels)

Une fonderie de taille moyenne fond 2 tonnes par lot selon un programme quotidien. L'écume de référence est de 80 kg par tonne, avec des mélanges à base de sel uniquement. Le passage à un flux de nettoyage commercial avec 10% Na₃AlF₆ et une base KCl/NaCl, appliqué à raison de 3 kg/tonne avec ajout assisté par injecteur, a permis de réduire l'écume à 55 kg par tonne et de diminuer le taux de reprise de 18 % au cours d'un essai de 4 semaines. Les niveaux d'hydrogène ont nécessité un dégazage complémentaire pour atteindre l'objectif de contrôle de la porosité. Les résultats dépendent du mélange de ferraille, de l'alliage et de la discipline de l'opérateur ; des données d'essai doivent être collectées et analysées avant l'adoption complète de cette méthode.

14. Résumé et liste de contrôle recommandée

Liste de contrôle opérationnelle avant l'adoption du flux

• Examiner la compatibilité des alliages et la fiche technique du fournisseur.

• Obtenir et étudier les FDS, les procédures d'urgence et les besoins en matière de ventilation.

• Essai de flux dans des conditions contrôlées, enregistrement des crasses, des inclusions et de l'hydrogène.

• Choisir la méthode d'application : à la volée pour un faible capital, par injection pour des résultats reproductibles.

• Former les opérateurs, documenter le dosage et programmer les cycles de nettoyage des murs.

• Contrôler les émissions et éliminer les résidus conformément à la réglementation.

15. Questions fréquemment posées

1. Quelle est la famille d'ingrédients principale dans le flux d'élimination de l'oxyde pour l'aluminium ?
La plupart des flux industriels sont des mélanges d'halogénures alcalins et de sels fluorés, généralement du chlorure de sodium, du chlorure de potassium, du fluorure de sodium et de l'aluminofluorure de sodium (cryolite). Les fluorures améliorent l'adoucissement de l'oxyde tandis que les chlorures améliorent l'écoulement.

2. Le fluxage permet-il d'éliminer l'hydrogène dissous ?
Non. Le fluxage rassemble les oxydes et les inclusions. L'élimination de l'hydrogène nécessite une étape de dégazage telle que le dégazage rotatif avec un gaz inerte. Le fluxage et le dégazage combinés donnent les meilleurs résultats.

3. Puis-je utiliser le même flux pour tous les alliages d'aluminium ?
Pas toujours. Les alliages à forte teneur en magnésium, les opérations de brasage et les alliages spéciaux nécessitent souvent des formules de flux adaptées. Vérifiez toujours les recommandations du fournisseur.

4. Quelle quantité de flux dois-je ajouter par fusion ?
Les doses habituelles sont généralement de 1 à 4 kg par tonne pour le nettoyage ou le recouvrement des fondants. Les épisodes de crasse lourde nécessitent un dosage plus élevé et des ajustements de procédure.

5. Quelle protection respiratoire est nécessaire ?
Utiliser des respirateurs adaptés aux particules et aux gaz acides en cas de formation de fumées. La ventilation locale et l'extraction des fumées sont obligatoires pour assurer la sécurité des opérations.

6. Les flux contenant du fluorure sont-ils dangereux pour l'équipement ?
Si les résidus ne sont pas éliminés, les sels contenant du fluorure peuvent être corrosifs pour certains métaux et peuvent endommager l'équipement. Respecter les programmes de nettoyage et utiliser des procédures d'écrémage compatibles.

7. L'injection est-elle préférable à la diffusion ?
L'injection permet une pénétration plus profonde, une capture plus rapide de l'oxyde et des pertes moindres de métal utilisable lorsqu'elle est effectuée correctement. La diffusion reste utile pour les petits ateliers ou pour une protection rapide de la surface.

8. Comment les déchets de flux et les écumes doivent-ils être éliminés ?
Traiter les écumes et les résidus comme des déchets industriels. Ils contiennent souvent des sels d'halogénure réactifs et doivent être traités conformément à la réglementation sur les déchets dangereux ; consulter les autorités locales et les conseils du fournisseur en matière d'élimination.

9. Les flux peuvent-ils réduire l'usure des réfractaires ?
Les flux de nettoyage des parois éliminent le tartre adhérent des revêtements, ce qui prolonge souvent la durée de vie des réfractaires en empêchant l'accumulation d'une couche épaisse qui endommage le revêtement. Il est important de suivre une procédure appropriée pour éviter une abrasion excessive.

10. Existe-t-il des tendances vers des flux à plus faibles émissions ?
Oui. Les fournisseurs et les chercheurs recherchent des formulations à faible teneur en halogènes, en COV et en halogènes afin de respecter les règles environnementales et de réduire les émissions dangereuses tout en conservant les performances. Des recherches récentes sur les mélanges sur mesure et les produits chimiques alternatifs sont en cours.