Brevet FR2005931A1 — publié le 19691219

î 2005931 Cette invention concerne un procédé perfectionné de fabrication d'abrasifs microcristallins fondus et des produits microcristallins obtenus à partir de ceux-ci; un abrasif microcristailin est dé fini comme étant un abrasif cristallin dont la dimension numérique 5 moyenne des cristaux est inférieure à 300 microns. La fabrication des abrasifs microcristallins fondus telle qu'elle est enseignée par la technique antérieure, se décompose fondamentalement en trois stades, à savoir, la fusion, la coulée et la pulvérisation. Dans le stade de fusion du procédé, des matériaux ré-10 fractaires contenant de l'alumine, de la zircone, ou des mélanges de ceux-ci, tels que la bauxite, le sable de zircone, les spinelles, l'émeri, l'argile ou l'équivalent sont chargés dans un four de fusion du type à mouler, seuls ou combinés les uns avec les autres, ou encore combinés des agents réducteurs tels que le carbone ou addi-15 tifs autres, et sont fondus; un type préféré de four de fusion est le type à arc électrique décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 2.426.643 à Ridgway, dans lequel est décrit le procédé de fusion et de coulée de compositions abrasives en procédé continu. La phase de coulée du procédé est également bien connue; à ce stade du 20 procédé, la composition abrasive fondue est versée dans des moules dont il existe divers types, par exemple des moules à plaques revêtus de jgagîjite dans lesquels est versée une couche de composition abrasive/ayant une épaisseur de 13 à 15 cm, les moules en fonte à lingots de dimensions diverses, pouvant recevoir une charge de ma-25 tière en fusion comprise entre 11,3 et 136 kilos. Cette phase du procédé permet de contrôler la grosseur des cristaux du produit abrasif final ; les cristaux du produit abrasif final seront d'autant plus fins que la masse de matière coulée et petite et que le refroidissement de celle-ci par le moule est efficace. Le brevet des 30 Etats-Unis d'Amérique n° 3.181.939 à Marshall et autres, décrit de façon complète l'effet du refroidissement rapide sur le caractère cristallin des abrasifs résultant de l'utilisation de moules de dimensions diverses, et le phénomène de l'augmentation de la résistance du grain en fonction de la diminution de la grosseur moyenne des 35 cristaux; cette référence met clairement en évidence le fait que les matériaux qui présentent une tendance à se cristalliser lors de leur solidification à partir de l'état fondu, feraient des cristaux progressivement plus petits à mesure qu'augmente la vitesse de refroidissement. Le troisième stade du procédé de fabrication d'abra-40 sifs industriels est celui de la pulvérisation ou broyage. Diverses 69 10676 2 2005931 machines sont utilisées à cet effet, et comprennent les concasseu^tr à mâchoires, les broyeurs à boulets, les broyeurs à marteaux, et 1 v. concasseurs à cylindres. Toutefois, le broyage par choc est la mé-ïfe de la plus souhaitable, particulièrement pour la fabrication d'abî/a 5 sifs finement cristallins et ayant une résistance aux chocs élevée? une méthode de ce type est décrite dans le brevet Allemand n° 506.517 en date du 1er décembre 1928. Le principe fondamental &£ concassage par choc, implique la soumission de la matière à broyer-un impact unique à forte puissance, dont il résulte des fractures 10 aiguës sur les faces des cristaux et des macro et mi~i.o fissurer dans la structure pleine; l'abrasif est soumis au nombre nécessaires d'impacts uniques répétés pour obtenir un grain d'abrasif ayant la forme et le calibre désirés. De plus, le grain d'abrasif obtenu p?" le broyage à choc est plus résistant par inhérence que les abrasifs 15 obtenus au moyen d'autres méthodes de broyage, parce que le broy-par choc détruit les phases faibles de la matière brute, les phase® les plus fortes de la matière étant les seules à résister au nomlbirs d'impacts uniques nécessaire pour réduire l'abrasif aux granulor&5° tries voulues, particulièrement lorsque les granulométries intérêt 20 santés sont les calibres grossiers tels que les calibres de 4 à 2ê mesh (nombre de mailles par pouce linéaire - 25,4 mm - d'un tamis}; par exemple, destinés au meulage grossier ou aux opérations d'éfces-bage. Un broyeur par chocs approprié est révélé dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3.103.317 à Patinson. Malgré la contribua 25 tion majeure qu'elles apportent à la technique, les innovations tls procédé précitées, comportent les inconvénients suivants : 1. Les meilleures techniques de coulée en petit moule sont incapables de donner des abrasifs dont la grosseur moysn ne des cristaux se situe au-dessous de 50 microns. 30 2. La combinaison des meilleures méthodes connues de fus". de coulée, et de broyage final, c'est-à-dire de broyage par chocs, donnent des rendements relativement faible? c abrasif microcristallin ayant la résistance élevée au:s chocs souhaitable, et 35 3. La cadence de production relativement faible découlant d la nécessité d'utiliser des moules à lingots ayant uns capacité maximale de 136 kilos afin d-obtenir un car re cristallin inférieur à 300 microns. Ces inconvénients sont diminués de façon appréciable jeis* 40 la mise en pratique de cette invention, décrite en détail ci-après» BAD ORIGINAL^ 69 10676 3 2005931 Selon l'invention, il est fourni un produit abrasif fondu et écrasé, alumine a ûu mélange d'alumine ce et de zircone par exemple, dans lequel la dimension numérique moyenne des cristaux est inférieure à 100 microns. 5 II est ainsi fourni une technique de coulée nouvelle, appelée coulée sur morceaux,consistant essentiellement en une coulée de compositions abrasives fondues, sur des morceaux préfabriqués de composition similaire, , lesdits morceaux jouant le rôle de milieu re-froidisseur. La technique de coulée sur morceaux est employée de 10 concert avec des méthodes connues de fusion et de broyage, pour donner des abrasifs microcristallins fondus nouveaux, en quantités supérieures aux quantités obtenues au moyen des méthodes de coulée de la technique antérieure, et avec une vitesse de production dépassant celle des Méthodes de fabrication connues. Cette technique de coulée 15 originale, comparée à la technique antérieure, procure une méthode permettant de refroidir plus rapidement et plus efficacement une composition abrasive fondue qui, de ce fait, produit une matière cristalline plus fine et par conséquent un abrasif ayant une résistance aux chocs plus élevée. De plus, les rendements accrus en abra-20 sif nicrocristallin connu résultent de la pratique de cette invention grâce à l'efficacité accrue du refroidissement procuré par la méthode de coulée sur morceaux, dont il résulte qu'un pourcentage total plus élevé de la masse fondue d'origine, est rendu microcristallin. De même, la vitesse de fabrication actuelle des abrasifs 25 microcristallins est sensiblement augmentée par le procédé de coulée sur morceaux, en raison du fait que de très grands moules ou réceptacles, remplis partiellement de morceaux solides peuvent être remplis sans interruption, en versant, pendant une période donnée, davantage de mélange abrasif fpndu. qu'il ne peut en être versé du-30 rant la même période dans les moules de 136 kilos. La pratique actuelle est limitée aux moules ayant une capacité maximale de 136 kilos, parce que les masses fondues plus importantes se refroidissent si lentement qu'il en résulte un abrasif brut qui n'est pas microcristallin, c'est-à-dire dont la dimension numérique moyenne des cris-35 taux est supérieure à 300 microns. Le procédé de cette invention augmente le rendement en phase microcristalline à résistance élevée des compositions abrasives connues. Un four de fusion à arc électrique est chargé d'un mélange ré-fractaire approprié quelconque, comprenant habituellement de la bau-40 xite, de l'alumine procédé Bayer, du zircon, de la zircone, et 69 10676 4 2005931 l'équivalent seuls ou combinés les uns aux autres, avec des additifs quelconques nécessaires ou souhaitables, tels que le soufre, l'oxyde de calcium, le carbone, l'oxyde de fer, l'oxyde de titane, etc; la charge du four est fondue et maintenue en cet état pendant une durée 5 suffisante pour permettre aux réactions physiques et chimiques voulues d'avoir lieu; à ce moment, la composition abrasive fondue est prête à être coulée. La matière fondue, est alors versée, tandis qu'elle est juste au-dessus de son point de solidification, sur un lit de morceaux solides préfabriqués, comme représenté à la figure 10 1, où les morceaux 6 et les interstices résultants 8 sont contenus dans le récipient 4, les morceaux ayant une composition au moins similaire à celle de la matière fondue, et ayant une grosseur comprise entre 6,35 mm et 50,8 mm, le rapport entre le mélange fondu et les morceaux étant compris entre 0,35 et 0,7, avec très peu ou 15 pas de produit fondu au-dessus du niveau des morceaux; il est nécessaire que la grosseur des morceaux soit comprise entre 6,35 mm et 50,8 mm pour que la grosseur des cristaux de la matière fabriquée en grandes quantités soit aux alentours de 50 microns ou moins. Le produit fondu se solidifie rapidement dans les interstices du lit 20 de morceaux, le diamètre desdits interstices allant de 6,35 mm à 19 mm, la masse finale ayant alors l'apparence représentée par la figure 2, sur laquelle on peut voir le produit fondu solidifé 10 dans les interstices formés par les morceaux 6, le tout étant contenu dans le moule ou récipient 4. La masse complète est ensuite reti-25 rée du moule et laissée refroidir suffisamment pour être manipulée. La matière refroidie est ensuite fragmentée en gros morceaux, broyée grossièrement dans un concasseur à mâchoires,et broyée plus finement par un broyeur à cylindres,et finalement soumise à un traitement de broyage par chocs pour obtenir une matière abrasive ayant une 30 granulométrie commercialement utilisable. Lorsqu'un abrasif typique fondu à 95% d'alumine est coulé sur morceaux de la manière qui vient d'être décrite, la proportion d'abrasif microcristallin à haute résistance échappant à la phase de broyage du procédé, est d'environ 65%, comparée à seulement 45% environ lorsque le même abrasif fondu 35 à 95% d'alumine est coulé en lingots pleins selon la technique antérieure; cela représente un accroissement de la proportion d'abrasif microcristallin ayant la résistance élevée voulue, d'environ 44,5%e Lorsque la méthode de coulée sur morceaux de cette invention est appliquée à la composition abrasive connue d'essentiellement 2Q 40 à 25% de zircone et de 75 à 80% d'alumine, on obtient après broyage, i 69 10676 5 2005931 un abrasif inconnu jusqu'alors, se distinguant par un caractère, microcristallin ultrafin de 10 à 30 microns, et par sa résÊtance supérieure aux chocs ainsi que par un pouvoir abrasif amélioré, par rapport à une composition abrasive similaire préparée selon la méthode 5 de la technique antérieure de coulée en lingots. Un autre avantage du procédé de coulée sur morceaux est révélé par la découverte que lorsque la technique de coulée sur morceaux est utilisée pour la coulée d'un abrasif microcristallin brut, lorsque la granulométrie désirée est aux alentours de 150 à 300 microns, 10 la limitation existant, dans la technique antérieure concernant la dimension des lingots coulés à un maximum d'environ 136 kilos pour l'obtention d'une granulométrie inférieure à 300 microns, n'existe plus ; cette limitation de la dimension des lingots nuit à la cadence de production. La technique antérieure de coulée en petits lingots 15 exige que l'orifice de coulée du four de fusion soit relativement petit afin de faciliter la coulée dans les petits moules, ce qui limite le débit de coulée; de plus, il existe des temps morts importants dans le fonctionnement du four, l'interruption de la coulée après avoir versé seulement environ 136 kilos de matière fondue afin 20 de redresser le four ou d'obturer l'orifice de coulée, ainsi que pour retirer le moule rempli et le remplacer par un moule vide. Désormais, par l'application du principe de cette invention, on peut utiliser des moules de capacités relativement importantes, de l'ordre de 4.500 kilos ou plus ; de tels moules sont remplis partielle-25 ment de morceaux dont le calibre va de 50,8 mm à 610 mm, mais de préférence entre 305 mm et 610 mm, d'une matière de composition au moins similaire à la matière fondue à couler; le four peut alors être basculé en position de coulée ou le trou de coulée peut être ouvert et une grande quantité de matière fondue versée sans interruption; 30 un moule ayant une capacité de 4.500 kilos recevra sans interruption de 1180 kilos à 1860 kilos environ de matière fondue, selon le rapport entre la masse de matière fondue et la masse de morceaux. Afin d'obtenir un abrasif brut au-dessous de la limite microcristalline supérieure déterminée à 300 microns, le rapport entre la masse de 35 matière fondue et la masse de morceaux doit être maintenu entre 0,35 et 2,0 et de préférence aux alentours de l'unité. De ce qui précède, on peut facilement constater que la cadencn de production de l'abrasif microcristallin brut est très sensiblement augmentée et que le temps nécessaire pour terminer une passe du four est ré-40 duit, ce qui réduit ainsi le coût de la phase de fusion au four du BAD ORIGINAL* 69 10676 6 2005931 procédé en augmentant le rendement. La taille du moule, ou réceptacle, contenant à l'origine les morceaux sur lesquels doit être versée la matière fondue, et con. nant finalement le mélange de matière coulée solidifiée et de mor= 5 ceaux, est relativement sans importance pour une mise en oeuvre réussie de cette invention. Le point le plus important ici est le rapport entre la grosseur des morceaux utilisés et l'épaisseur du lit de ceau? pour une utilisation optimale d'un lit de morceaux de calilh se donnés, l'épaisseur du lit doit être telle que la matière fondue r® 10 se solidifie pas avant d'avoir pénétré sur toute la pro^n-Seur dr lit. Par conséquent, la forme du moule ou réceptacle pimente une certaine importance, malgré le fait que la taille, en soi , deme:. sans importance. La forme de moule préférée est identique à celle représentée par les dessins annexés, figures 1 et 2, dans laquelle 15 le rapport entre la dimension horizontale et la dimension verticals est approximativement égal ou supérieur à 2. Toutefois, lorsque fes morceaux suffisamment gros sont utilisés, la forme du moule elle-même est sans importance. Des exemples détaillés de la mise en oeuvre de modes de rép." ;• • -20 sation préférés de cette invention sont donnés ci^après» Lss détails de la méthode de fusion utilisée ne sont pas donnés du fait qu'ils» ne concernent pas l'idée ou l'esprit de l'invention révélée ici; il suffit de mentionner que tout ce que l'on demande ici de l'opérât!:;^ de fusion est qu'elle se fasse dans un four de fusion de préférenes 25 du type décrit par Ridgway dans son brevet des Etats-Unis a*Ameriras n° 2.426.643. De même, des descriptions détaillées de diverses métlïG— des de broyage ne sont pas données ? toutefois, la méthode de broyage pair chocs est préférée pour la pulvérisation de l'abrasif micr~-cristallin que cette invention concerne principalement. 30 De plus, il est bien connu de ceux compétents da«» Lté ti :h- nique, que pour certaines applications de meulage gros»!^, comme par exemple l'ébarbage à haute pression des billettes d'aci-, inoxydable, un broyage à sec des abrasifs, (après concassage), peut être avantageux. Le broyage à sec des abrasifs use ou brise les 35 arêtes relativement faibles des particules d'abrasifs, en, donnant ainsi, (1) une forme plus compacte caractérisée par une augmentât:' : :, du poids spécifique de l'abrasif et, (2) un abrasxf plus résistant* caractérisé par l'augmentation résultante de sa résistance auy d:.os3. Il s'ensuit donc que la résistance aux chocs des abrasifs de cebie 40 invention peut être encore améliorée par le broyage, qui fut BAD ORIGINAL* 4 69 10676 7 2005931 effectué en fait dans le cas de l'abrasif utilisé dans l'essai de meulage d'une billette, décrit plus loin à l'exemple B. EXEMPLE A Un four de fusion à arc électrique ayant une capacité de 907 5 kilos fut chargé de s 875 kilos de bauxite, 2,25 kilos d'Ilmenite et de 30 kilos de chair bon ; le mélange fut amené à l'état fondu, c'est-à-dire aux environs de 2000°C, et maintenu dans cette condition pendant une durée suffisante pour permettre aux réactions chimiques et physiques normales de se produire. Lorsque la réaction 10 dans la masse fondue eut cessé, environ 453 kilos de matière fondue furent versés dans des moules tronconiques courants en fonte, chaque moule ayant une capacité d'environ 136 kilos, une largeur de 61 cm, une longueur de 61 cm et une profondeur de 53,3 cm. La matière fondue restant dans le four fut versée dans des moules identiques aux 15 moules de 136 kilos précités, mais ces moules furent remplis approximativement de morceaux de matière d'une grosseur comprise entre 25,4 mm et 50,8 mm et de composition identique à celle de la matière fondue; la matière fondue versée s'écoula à travers les interstices formés par les morceaux, et la coulée dans un moule donné était 20 stoppée lorsque le niveau de la matière fondue atteignait environ le niveau des morceaux, avec un rapport entre la matière fondue et les morceaux d'environ 0,5. On remarqua que la matière fondue coulée sur les morceaux se solidifiait presque instantanément. Les deux coulées furent ensuite 25 laissées refroidir suffisamment pour être manipulées. Les deux coulées furent alors retirées de leuis moulesrespectifs . La matière ayant été coulée sur les morceaux fut broyée grossièrement en utilisant une combinaison de broyeuis à mâchoires et de broyeurs à cylindre?, jusqu'à ce que la totalité de la matière traverse un 30 tamis ayant des orifices de 9,52 mm mais soit refusée par un tamis de 18 mesh (18 mailles par pouce linéaire-25,4 mm - d'un tamis). Cette matière broyée grossièrement fut ensuite soumise à 6 passe/ de broyage et à 6 passes de mise en forme dans un broyeur à chocs. L'abrasif recueilli traversait un tamis de 4 mesh mais était refusé 35 par un tamis de 18 mesh. La matière fondue coulée de la façon classique, c'est-à-dire dans les moules vides en fonte de 136 kilos, fut soumise aux mêmes étapes de traitement que la matière coulée sur morceaux, afin d'obtenir l'abrasif entre 4 et 18 mesh. 40 Les quantités d'abrasifs produites au moyen des deux méthodes ORIGINAL]1 i 69 10676 8 2005931 furent ensuite analysées pour déterminer le rendement et la grosseur moyenne des cristaux? les résultats des analyses furent ceux donnés par le tableau I. TABLEAU I 5 Méthode de coulée Rendement Grosseur moyenne des cristaux Coulée conventionnelle en lingot 45% 350 microns Coulée sur morceaux 65% 53 microns 10 Les principaux avantages obtenus du refroidissement rapide de la matière fondue, facilité par la coulée sur morceaux,sont une diminution très prononcée de la grosseur moyenne des cristaux de l'abrasif obtenu et l'augmentation importante du rendement. EXEMPLE B 15 On a préparé un abrasif au zircone-alumine microcristallin ultrafin, à résistance aux chocs élevée, en chargeant un four de fusion à arc électrique d'une capacité de 907 kilos avec 388 kilos de bauxite, 155 kilos de sable de zircon, 233 kilos d'abrasif fondu fin composé essentiellement de 75% d'alumine a et de 25% de zir-20 cone, 2,25 kilos d'oxyde de magnésium, 68,5 kilos de grenaille de fer et 60 kilos de charbon. Le mélange fut fondu et maintenu en cet état jusqu'à ce que la réaction ait cessé. Le mélange fondu fut ensuite coulé dans des moules tronconiques en fonte dont les dimensions extérieures étaient d'environ 305 mm 25 de large, 610 mm de long et 254 mm de profondeur, essentiellement remplis de morceaux dont la grosseur est comprise entre 12,7 mm et 50,8 mm, lesdits morceaux ayant une composition identique à celle de la matière fondue, avec un rapport,matière fondue/morceaux résultant, aux alentours de l'unité ; ces moules avaient une capacité d'en-30 viron 36 kilos de matière solide. La matière fondue pénétra complètement dans le lit de morceaux en remplissant les interstices formés par ceux-ci; la matière fondue se solidifia presque instantanément. Lorsque le mélange de morceaux et de matière fondue solidifiée se fut refroidi suffisamment pour être manipulé, il fut retiré du 3-5 moule et envoyé à un broyeur à mâchoires, où l'abrasif microcristallin alors brut fut réduit en fragments ayant un diamètre dé 50,3 mm ou moins. La partie de l'abrasif brut dont le calibre était compris entre 12,7 mm et 50,8 mm fut séparée de la partie ayant un calibre inférieur à 12,7 mm, pour servir ultérieurement à la coulée sur mor-40 ceaux; la partie dont le calibre était inférieur à 12,7 mm fut aloirs BAD ORIGINAL* i 69 10676 9 2005931 soumise à 6 passes à travers un broyeur par chocs pour réduire la grosseur des particules au point de traverser un tamis de 4 mesh, ce traitement étant suivi de 8 passes supplémentaires dans le broyeur à chocs pour donner à l'abrasif une forme plus compacte et plus ré-5 sistante. L'abrasif mis en forme fut ensuite tamisé pour recueillir le produit fini ayant un calibre compris entre 4 et 18 mesh. Cet abrasif fut ensuite analysé en termesde,grosseur moyenne des cristaux, résistance aux chocs, et pouvoir abrasif, dans une meule agglomérée à la résine phénolique, par ébarbage de lingots d'a-10 cier ; les propriétés résultantes de cet abrasif nouveau furent comparées à celles de l'abrasif broyé à 60% d'alumine et 40% de ziroone du type hautement considéré révélé dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3.181.939 à Marshall et Roschùk. Les résultats de cette comparaison sont donnés au tableau II. Les valeurs données dans 15 la colonne Résistance aux chocs,pour un abrasif donné,représentent le pourcentage d'une quantité donnée d'abrasif à 12 mesh, dont la grosseur restait relativement inchangée après soumission de l'échantillon d'abrasif à des chocs de grande puissance pendant une période déterminée; par conséquent, la valeur de la résistance aux chocs 20 d'un abrasif donné est directement proportionnelle à la résistance inhérente de cet abrasif. La vitesse d'usure de la meule (Ww) et la vitesse d'enlèvement de la matière (MR) sont exprimées en centimètre cubes par heure et en kilo par heure, respectivement, la qualité de meulage finale de la meule (et de l'abrasif qu'elle contient) étant 25 représentée par la relation suivante entre la vitesse d'enlèvement de la matière et la vitesse d'usure de la meule : 2 7 Qualité de meulage = (MR) = (Quantité de matière, enlevée. )" (Ww) TABLEAU II usure de la meule 30 Type d'abrasif Coviêe en lingots 35 40% Zr02 + broyé Coulée sur morceaux 25% Zr0_ Grosseur moyenne des cristaux 130 microns Résistance aux chocs Usure de la meule Quantité de métal enlevée Qualité de meulage 38,7% 945,7cm3/h 11,2 kg/h 0,132 40 non broyé 22 microns 46,3% 1016 cm3/h 26,0 kg/h 0,669 69 10676 10 2005931 * meules identiques sauf pour l'abrasif Les dimensions des meules utilisées pour l'essai de meulag? étaient 61 x 5,08 x 30,5 cm et les meules étaient du type ûi-c pi à froid de dureté moyenne, caractéristique des meules utilisées t. 5 fonderie pour l'ébarbage. Les conditions de meulage étaient les suivantes s vitesse périphérique de la meule = 3.353 m à la minute, pression de meulage =21 kg/cm2, durée du meulage s. une heure, m tière meulée - acier moulé. Le nouvel abrasif coulé sur morceaux avec sa grosseur moyenne 10 de cristaux plus fine s'avéra sensiblement supérieur c* résis*" ce aux chocs, et manifestement supérieure en qualité de meulage ë l'abrasif moulé en lingots à 40% de Zr02, malgré le fait que ce nier ait été pulvérisé après broyage, et, comme indiqué dans le brevet n° 3.181.939 à Marshall et autres,l'abrasif ayant la qualité as 15 meulage la plus élevée parmis les abrasifs au Zr02-Al203 coulée lingots,est habituellement celui contenant environ 40% de ZrO2, -a qualité de meulage diminuant à mesure que la teneur en Zr02 dimir s, Les meules pressées à froid utilisées pour cet essai furent fabriquées par le procédé conventionnel en mélangeant des poids cïe % en volume Abrasif 54 Liant 24 30 Porosité 22 Les meules fabriquées selon ce procédé furent ensuite traitées thermiquement dans un four à circulation d'air suivant le processus classique, afin de sécher le liant à la résine phénol-formaldéhy. Cette structure volumétrique donnait* aajis le cas de l'abrasif specifi-que 35 à 40% de Zr0„, une meule ayant une masse/, de 2,87 grammes/cm3, du z spécifique fait que cet abrasif avait une mssse/ de 4,56 grantmes/cm3 ; la meuie contenant l'abrasif coulé sur morceaux à 25% de ZrO^ avait une ae^^Se^î'?y§ grammes/cm3 en raison de la ï&assi]?^Câe 2^!?4 gr anvmes/siiiS de cet abrasif. 40 La composition de la structure volumétrique d'une meule dite BAD ORIGINAL* 69 10676 u 2005931 pressée à froid, commande la dureté et la résistance de la meule. Il est évident qu'il existe un nombre presque infini de combinaisons de pourcentages volumétriques d'abrasif, de liant et de porosité. Toutefois, il existe certaines limites très précises. Lorsque le 5 pourcentage en volume du liant tombe au-dessous de 2%, les meules obtenues sont trop faibles pour être utilisées même à des vitesses de rotation très basses ; à l'autre extrémité de la plage, le pourcentage d'abrasif en volume ne doit pas dépasser sensiblement 68% du fait que les caractéristiques de compacité de l'abrasif sont 10 telles qu'un pourcentage d'environ 68%, en volume, est la quantité maximale d'abrasif pouvant être contenue dans un volume donné. La gamme de structures volumétriques la plus utile pour les meules du type pressé à froid va de : % en volume 15 Abrasif 54 Liant 8 Porosité 38 à environ : % en volume 20 Abrasif 46 Liant 42 Porosité 12 Les compositions se trouvant au-dessous et au-dessus de cette gamme sont extrêmement faibles ou très difficiles à fabriquer. 25 EXEMPLE C Une nouvelle quantité d'abrasif microcristallin ultra fin, à résistance aux chocs élevée tel que celui de l'Exemple B fut préparé exactement de la manière décrite dans ledit Exemple. Toutefois, après que cette charge d'abrasif ait été calibrée par chocs et que 30 l'abrasif ayant un calibre compris entre 4 et 18 mesh ait été séparé, il fut broyé pendant 15 minutes, pour rendre ainsi la forme quelque peu plus compacte et augmenter la résistance aux chocs. Cet abrasif broyé et coulé sur morceaux fut ensuite analysé parallèlement à un abrasif coulé en lingot à 40% de 'ZxO^, identique 35 à celui de l'Exemple B, du point de vue de la grosseur moyenne des cristaux, de la résistance aux chocs, et du pouvoir abrasif dans des meules extra dures liées à la résine phénolique, lors d'une opération d'ébarbage de billettes d'acier sur châssis oscillant. Les résultats sont donnés au Tableau III. m o* m o o CN o* TABLEAU III «M Type d'abrasif Grosseur moyenne des cristaux Résistance aux chocs Usure de Métal enlevé la meules (mr) Coulé en lingot broyé + 40% Zr02 Coulé sur morceaux * broyé 25% Zr0~ 130 microns 24 microns 38,7% 54/4% 613 cm3/h 438 cm3/h 65,8 kg/h 77,6 kg/h Qualité de meulage 7,03 13,75 r-. hO o Meules identiques sauf pour l'abrasif 69 10676 13 2005931 Les meules utilisées pour les essais de meulage faisaient 40,64 x 5,08 x 15,24 cm et étaient du type extra dur pressé à chaud, caractéristique du type utilisé dans les aciéries pour l'ébavurage à grande vitesse et à haute pression des billettes d'acier sur châs-5 sis oscillant. Les conditions de meulage étaient les suivantes : vitesse périphérique de la meule = 2.895,6 m à la minute, force de meulage = 181,4 kilos, durée du meulage = une heure, matière meulée = acier inoxydable 18-8. Après broyage, le nouvel abrasif coulé sur morceaux à 25% de 10 Zr02 s'avéra supérieur à l'abrasif broyé à 40% de Zr02, en résistance aux chocs, et en qualité de meulage, ces deux caractéristiques étant déterminées comme à l'Exemple B. On constate d'après les enseignements du brevet n° 3.181.939 à Marshall et autres et d'après cette invention que la méthode de 15 coulée sur morceaux lorsqu'elle est appliquée à la fabrication d'un abrasif fondu Zr02-Al203 ayant une teneur en Zr02 quelconque, comprise entre 10 et 60%, permet d'obtenir un abrasif plus finement cristallin et par conséquent supérieur à l'abrasif ayant la même composition mais obtenu par le procédé de coulée en lingots. 20 Les meules de cet essai furent fabriquées par le procédé de pressage à chaud, couramment utilisé dans la fabrication des meules extra dures sensiblement non poreuses. Malgré l'efficacité de cette technique de pressage et l'usage fréquent du terme "porosité zéro", pour désigner les produits de ce type, ils sont rarement dépourvus 25 de porosité à 100%; en fait, ces produits ont habituellement une porosité d'environ 1 à 2%. Des quantités déterminées d'abrasif et de liant(composé de 26,9%, en poids, de BRP-5417 et de 73,1%, en poids, de substances de charge mélangées) furent mélangées, une quantité donnée de ce 30 mélange fut placé dans un moule en acier de 40,6 cm comportant des plaques de fond et de couverture, et le mélange fut ensuite comprimé par une presse dont les plateaux étaient chauffés à 160°C environ; ce pressage à chaud sous 562 kg-844 kg/cm2, fut poursuivi pendant une heure environ, après quoi la meule partiellement traitée thermi-35 quement fut retirée de la presse et placée dans un four à circulation d'air où elle subit un traitement thermique classique pour achever le traitement du liant à la résine phénolique. Ces meules avaient une structure volumétrique théorique de : BAD ORIGINAL T 69 10676 14 2005931 % en volume Abrasif 60 Liant 40 Porosité 0 5 La porosité effective était cependant de 1,5% environ. La meule fabriquée de cette.manière, à partir de 1*abrasif à 40% de Zr0„ spécifique * avait une masse/ de 3,63 grammes/cm3 et la meule fabriquée à partir de l^abr|s4-f coulé sur morceaux et broyé à 25% de Zr02 avait une masseF de 3^*50 grammes/cm3, de nouveau par suite des différences 10 dans les masses spécifiques des abrasifs. Les meules du type pressé à chaud, appelées à"porosité zéro", peuvent être fabriquées dans une gamme de structures volumétriques passablement étendue, toutefois, la gamme la plus utile des produits de ce type est comprise entre î 15 % en volume Abrasif 60 Liant 40 Porosité O et environ : 20 % en volume Abrasif 50 Liant 50 Porosité O EXEMPLE D 25 Le procédé de coulée sur morceaux fut également utilisé pour couler une matière fondue essentiellement alumineuse dans de très grands moules, dont les dimensions extérieures étaient de : 1,83 m de diamètre et 1,83 m de profondeur, pour une capacité d'environ 4.536 kilos ; on obtint ainsi un abrasif microcristallin dans la 30 gamme comprise entre 200 et 300 microns tandis que la coulée dans un moule de cette taille sans les morceaux ou en utilisant un four du type discontinu tel que celui décrit par J.A. Upper dans "The Manufacture of Abrasives", Journal of Chemical Education, Décembre 1949, n° 12 p. 676 à 680, donne un abrasif dont les cristaux ont une 35 grosseur moyenne largement supérieure à 400 microns ; le temps nécessaire pour vider un plein four contenant 4.536 kilos de matière en fusion, fut réduit d'environ 50% par rapport au temps nécessaire pour une coulée dans un grand nombre de petits moules de 136 kilos, le temps passé à la manutention fut également diminué du fait qu'il 40 n'y avait plus que deux gros lingots au lieu d'une quantité de petits. BAD original 69 10676 15 2005931 L'adaptation aucmoules de grandes dimensions du procédé de coulée sur morceaux fut réalisée en chargeant un four de fusion à arc électrique, d'une capacité de 4.536 kilos, de 4.375 kilos de bauxite, 11 kilos d'Ilménite, et de 150 kilos de charbon ; le mélange fut fon-5 du et maintenu dans cet état pendant une durée suffisante pour permettre aux réactions physiques et chimiques normales d'avoir lieu. La charge fondue du four fut ensuite rapidement versée dans deux moules tronconiques à coquille d'acier et à revêtement en briques réfractaires, d'une capacité de 4.536 kilos, qui étaient remplis de 10 morceaux dont le diamètre était compris entre 20,3 cm et 45,7 cm, et qui avaient la même composition que la matière fondue. Le rapport entre la matière fondue et les morceaux était aux alentours de l'unité. Une passe de coulée consécutive du four de fusion à arc élec-15 trique, chargé complètement à 4.536 kilos, dans laquelle la matière fondue fut coulée dans des moules relativement petits d'une capacité de 136 kilos, nécessita l'emploi de 35 moules pour vider le four. Ces abrasifs bruts furent ensuite pulvérisés par les procédés bien connus de broyage par broyeurs à mâchoires et par broyeurs à 20 cylindres. Il n'est pas nécessaire que la totalité de l'abrasif brut soit broyé en particules d'un calibre de 8 mesh et moins, pour une utilisation dans la fabrication des meules ou en tant que produit pour le décapage, une certaine partie de l'abrasif brut, ou même la tota-25 lité, peut être réduite à une grosseur comprise entre environ 2,54 mm et 50,8 mm pour être utilisée en tant- que produit pour tambours de désablage. 69 10676 16 2005931 REVENDICATIONS 1. Un produit abrasif fondu écrasé, une alumine a ou un mélange d'alumine a et de zircone par exemple, caractérisé par le fait que la dimension numérique moyenne des cristaux est inférieure à 100 microns. 5 2. Un produit abrasif fondu selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend de l'alumine oc et de la zircone, ladite zircone étant présente dans la proportion de 10 à 60%, en poids, la dimension numérique moyenne des cristaux dudit abrasif étant inférieure à 50 microns. 10 3. Un abrasif fondu selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit abrasif est moulu après broyage à un calibre de tamis commercialement disponible. 4. Un abrasif fondu suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait qu'il comprend de 20 à 30% de zircone et de 70 à 80% 15 d'alumine a, en poids, la dimension numérique moyenne des cristaux dudit abrasif étant comprise entre 10 et 50 microns. 5. Un abrasif fondu suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que la dimension numérique moyenne des cristaux est comprise entre 10 et 30 microns. 20 6. Un abrasif fondu caractérisé par le fait qu'il se compose d'alumine a, la dimension numérique moyenne des cristaux dudit abrasif éteint comprise entre 50 et 100 microns. 7. Un abrasif fondu selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la dimension numérique moyenne des cristaux est comprise 25 entre 50 et 60 microns. 8. Une meule constituée d'un abrasif fondu et d'un liant résinoî-de, et ayant une porosité de O à 52%, en volume, caractérisée pair le fait que l'abrasif est un produit selon la revendication 1, 2, 3, 4, 5, 6 ou 7. 30 9. Une méthode de fabrication de grains d'abrasif fondu , comprenant la solidification d'une composition fondue et son broyage, caractérisée par le fait que la composition fondue est versée, à une température proche de son point de solidification, sur une masse de morceaux solidifiés dont la taille va de 6,35 mm à 610 mm et dont la composition est similaire, le rapport entre la masse de la composition fondue et la masse des morceaux se situant entre 0,35 et 2,0? et dans laquelle on laisse ladite composition fondue se solidifier en mélange avec lesdits morceaux. ÎO. Une méthode selon la revendication 9, caractérisée pair le fait 69 10676 17 2t)05931 que ledit mélange de composition fondue et solidifiée et de morceaux est broyé grossièrement, puis tamisé pour l'élimination d'une certaine quantité de morceaux dont la dimension varie entre 6,35 mm et 610 mm et qui sont destinés à servir de substrat pour une coulée 5 ultérieure. 11. Une méthode selon la revendication 9 ou 10, caractérisée par le fait que la dimension des morceaux utilisés est comprise entre 50,8 mm et 610 mm. 12. Une méthode selon la reve irlication 9 ou 10, caractérisée par 10 le fait que la dimension des morceaux utilisés est comprise entre 6,35 mm et 50,8 mm. 13. Une méthode selon la revendication 9, 10, 11 ou 12, caractérisée par le fait que la pulvérisation dudit abrasif micro-cristallin fondu se fait par broyage par choc.