Brevet FR2001501A1 — publié le 19690926

i 2001501 La présente Invention concerne un procédé et un appareil de construction, ainsi qu'un procédé d'obtention d'un débit continu de céramique. Selon l'un des modes de mise en oeuvre de l'invention, 5 le procédé de construction consiste à faire passer un débit continu de particules de matière première dans une chambre et dans la zone chaude d'une source de chaleur, ce qui permet de transformer les particules à l'état de fusion partielle ou totale et à déposer les particules fondues en couches successives super-10 posées3 chaque couche, sauf la première, adhérant à la couche adjacente suivante, du fait de son état de fusion, et à laisser refroidir ensuite lesdltes couches. Un autre mode de mise en oeuvre de l'invention vise un procédé d'obtention d'un débit continu de céramique, qui consiste 15 à faire passer un débit continu de particules de matière première dans la zone chaude d'une source de chaleur dans une chambre, ce qui permet de transformer les particules à l'état de fusion partielle ou totale et à envoyer un courant d'air sur les partirai] es en fusion partielle ou totale dans la chambre, de manière - u les centrifuger contre les parois de la chambre, ce qui permet de former une masse de particules en fusion partielle ou totale sur les parois de la chambre ; après quoi, on laisse les particules en fusion partielle ou totale s'échapper hors de la chambre; ou encore, on peut les extraire de cette chambre. 25 Un autre mode de mise en oeuvre de l'invention vise un appareil pour faire fondre la matière première comprenant une enceinte délimitant une chambre, une source de chaleur permettant d'obtenir une zone chaude dans la chambre, un conduit d'allmen~ tation de la matière première conçu de manière à envoyer cette 30 dernière dans la zone chaude pour transformer les particules de matière première à l'état de fusion partielle ou totale, et un orifice de sortie de l'enceinte, par lequel on évacue les particules fondues, l'enceinte étant conçue de manière à maintenir les particules à l'état de fusion jusqu'à la fin de leur trajec-35 toire' dans la chambre. Pour pouvoir comprendre plus clairement l'invention, on décrit à titre d'exemples, deux modes de mise en oeuvre corres-pontant aux dessins annexés, dans lesquels : 1 UAD ORfGÏN'Âl u?02963 2 - la figure 1 représente une vue en élévation en coupe partielle d'un mode de mise en oeuvre, dans lequel on utilise pour créer la zone chaude un brûleur au mazout ; » la figure 2 représente une coupe en vue en plan, prise le long de la ligne A-A de la figure 1 ; - la figure j5 représente un mode de mise en oeuvre, dans lequel on utilise un arc électrique pour créer la zone chaude. Dans les figures 1 et 2, l'appareil comprend une enceinte 1 ayant une partie supérieure métallique de forme cylindrique 2 réunie à une partie Inférieure métallique , en forme de cône lnversés par l'intermédiaire des brides 5,6 fixées entre elles à l'aide d'un certain nombre de boulons 4. On dispose tout autour de la surface de la paroi interne de l'enceinte 1 une couche Isolante de fibre de verre et on dispose également sur cette couche isolante J un revêtement de ciment réfractaire 8. Le revêtement de ciment réfractalre 8 comporte un évldement en spirale 9 et on place un brûleur à mazout 10 à l'entrée de l'évldement 9, de manière à diriger la flamme du brûleur vers l'évldement 9. Le brûleur à mazout 10 comprend un régulateur de combustible 11, Un ventilateur centrifuge 12 entraîné par un moteur 13 esv placé au sommet de l'enceinte 1. Le ventilateur 12 envole de l'air sous pression dans le brûleur 10 par l'intermédiaire d'une conduite 14, comprenant un régulateur de débit d'air 15. Une conduite d'alimentation de matière première 16 débouche dans l'enceinte du ventilateur 12. Ainsi, le courant d'air produit par le ventilateur 12 transporte les particules de matière première dans la conduite 14 vers le brûleur 10 et de là dans la chambre délimitée par l'enceinte 1. On peut également envoyer directement la matière première dans la chambre délimitée par l'enceinte 1 par l'intermédiaire d'une conduite 17 (représentée en pointillés sur la figure l) ; les particules de matière première dans ce cas pénètrent dans la chambre directement dans la trajectoire de la flamme qui sort du brûleur 10. La partie supérieure 2 de l'enceinte 1 est munie de-nervures de renforcement 18 et la base de la partie inférieure 3 forme un orifice de sortie 19* conçu de manière à guider la matière-fondue obtenue dans la chambre. bad original o?02963 3 2CC1501 Au cours de l'opération, on envole des particules de matière première dans la chambre par la conduite d'alimentation 16 ou par la conduite d'alimentation 17. Dans le cas de l'alimentation par la conduite 16, on fait passer les particules de 5 matière première dans la chambre avec les gaz de combustion sortant du brûleur 10. Dans le cas de l'alimentation par la conduite 17, on introduit les particules de matière première dans la trajectoire de ces gaz de combustion. Dans les deux cas, les particules de matière première sont animées d'un mouvement de rotation 10 dans l'évldement en spirale 9. La force centrifuge résultante agissant sur les particules tend à maintenir ces dernières sur la paroi de l'évldement 9» Comme les particules fondent par suite de la chaleur fournie par le brûleur 10, la surface externe des particules devient collante et ces dernières collent aux parois de l'évldement. La fluidité des particules augmente jusqu'à ce qu'elles se fondent les unes aux autres et s'écoulent par gravité le long du garnissage réfractalre 8. On évacue de la chambre par l'orifice de sortie 19, un débit continu de matière fondue à la base de la partie Inférieure 20 2. Les gaz d'échappement du brûleur 10 sont également évacués par l'orifice de sortie 19* Au cours dé l'évacuation de la matière fondue, on déplace l1appareil le long de la surface d'application de manière à déposer sur cette surface une couche de la matière. Cette couche 25 durcit immédiatement et adhère à la surface. On peut, ainsi accumuler un certain nombre de couches superposées en faisant passer l'appareil un certain nombre de fols sur la surface d'application. On peut utiliser pour faire, par exemple, des bouteilles en verre, l'appareil cl-dessus qui, comme on le voit, permet 50 d'obtenir un débit continu de verre ou de toute autre matière céramique ; ce débit dépend des matières premières utilisées. Dans ce procédé, on envoie dans un certain nombre de moules à bouteilles le débit de verre au lieu d'effectuer des dépôts en couches superposées. On peut ensuite souffler le verre contre les 35 parois du moule, comme dans un procédé normal de fabrication de bouteilles, et on laisse refroidir. On enlève ensuite les moules et on obtient les bouteilles terminées. 6902963 4 >- La figure 3 représente l'appareil de ce mode de mise en oeuvre qui consiste en un revêtement réfractalre de forme rectangulaire 2 0 délimitant une enceinte remplie d'amiante 21. Un évldement de forme généralement conique traverse cette enceinte 5 de part en part entre deux faces opposées, revêtement réfractalre compris,en délimitant une chambre 22 et une conduite d'alimentation de sable 23 comprenant un flexible 24 est reliée à l'évldement conique à son extrémité la plus réduite. De même deux évidements sont percés à travers deux autres faces opposées du revêtement 10 réfractalre et l'enceinte d'amiante, ces évidements étant coaxlaux et leur axe commun étant perpendiculaire à l'axe de l'évldement conique. On introduit dans ces évidements deux électrodes de char-bon 25 et 26 en forme de tige ; ces électrodes sont en saillie dans la chambre 22 et délimitent entre elles un espace. Le diamètre 15 des tiges de charbon 25 et 26 est approximativement la moitié du diamètre moyen de la chambre 22. Un bâti comprenant un élément en U 27 et quatre rails de guidage 28 (deux de ces rails étant reliés à un pied de l'élément en U et les deux autres étant reliés à l'autre pied de 20 ce même élément) est raccordé au revêtement réfractalre 20 de manière que l'élément en U entoure en partie le revêtement réfrac Deux mâchoires 32 et 33 sont serrées respectivement sur les dfeux tiges de charbon 25 et 26. Les mâchoires 32 et 33 sont reliées respectivement aux deux bras isolés 34 et 35 qui possèdent respectivement deux évidements à leurs extrémités opposées au 35 mâchoires. Les évidements sont filetés et se fixent par leur filetage sur les portions filetées de l'arbre 29 ; l'un des évidements a un pas à droite et est fixé sur la portion de l'arbre 29 qui a O902963 5 2001501 un pas à droite et l'autre portion a un pas à gauche et est fixée sur la portion de l'arbre 29 Qui a un pas à gauche. Les bras isolés sont placés respectivement entre les deux paires de rails de guidage 28, de manière que, lorsque l'on fait tourner l'arbre fileté 29, les bras et par conséquent les tiges de charbon 25 et 26 se déplacent suivant l'arbre 29 et ne tournent pas avec lui. Une manivelle 36 est reliée à une extrémité de l'arbre 29> ce qui permet de faire tourner manuellement l'arbre 29 pour régler l'espace entre les tiges de charbon 10 25 et 26 pour faire jaillir un arc. Deux câbles électriques 37 et 38 sont reliés respectivement aux deux bras isolés 34 et 35 et à l'enroulement secondaire d'un transformateur. Les câbles 37 et 38 sont attachés sur un tube 39 fixé à l'extrémité du flexible d'alimentation de 15 sable 2b opposée au revêtement réfractalre 20. Le flexible d'alimentation de sable 24 est muni d'une grille d'échappement d'air 40, et une chicane ^1 est disposée en face de cette grille 40 pour éviter que le sable ne sorte pas la grille 40 avec l'air qui transporte le sable dans la chambre à arc 22. Le tube 39 Qui est 20 lui-même rigide est solidaire du revêtement réfractalre 20. Au cours de l'opération, la manivelle 36 permet de déplacer l'une vers l'autre les tiges de charbon 25 et 26 jusqu'à ce que l'espace soit suffisamment petit pour obtenir l'étincelle. Quand on a obtenu l'étincelle on augmente l'espace 25 à sa valeur optimum pour alimenter le courant à l'arc. On règle la vitesse d'alimentation du moteur 30 avec le rhéostat 31 Par rapport à l'alimentation du courant à l'arc. On envole un débit de particules de sable dans un courant d'air dans le tube 39 et le flexible d'alimentation 24. L'air s'échappe par la grille d'é-30 chappement d'air 40, et les particules de sable passent dans la chambre à arc 22 qui a une forme verticale allongée. Les particules de sable tombent dans l'arc par gravité et elles subissent une transformation totale ou partielle à l'état fondu. On dépose ensuite les particules fondues sur la surface d'application 35 située en dessous et les particules adhèrent à cette surface en raison de leur état de fusion. Pendant le dépôt des particules de sable fondues, la chambre à arc 22 se déplace le long de la surface d'application et 11 se forme ainsi une couche de particules 6902963 6 2001501 de sable. On répète le procédé, et l'élément de construction s'accumule en couches successives. L'appareil des deux modes de mise en oeuvre est mobile dans les trois dimensions. Pour une construction circulaire, l'appareil peut par exemple être monté sur un piller par l'intermédiaire d'un bras. Le piller est fileté, ce qui permet de soulever ou d'abaisser l'appareil, et le bras porte un contrepoids, ce qui permet d'éloigner l'appareil du piller au rayon voulu. Ainsi, quand l'appareil exécute un mouvement circulaire de rayon donné, 11 est soulevé d'une hauteur déterminée à l'avance au cours de chaque cycle opératoire au fur et à mesure de la construction du mur à bâtir. Par exemple, à chaque passage de l'appareil, on applique sur le mur une couche de matière fondue de 3,17 à 6,35 Par conséquent, on soulève l'appareil de cette valeur au cours d'un cycle opératoire. S'il est nécessaire de former un dôme ou une spire, on peut réduire progressivement le rayon de travail de l'appareil. Il n'est pas nécessaire d'utiliser de moules ni de supports, étant donné que la matière durcit en quelques secondes. On contrôle la quantité de sable envoyée dans l'arc ou dans le brûleur à mazout ainsi que le courant consommé par l'arc ou le mazout consommé par le brûleur par rapport à la vitesse d'application et la qualité de la matière finie recherchée. Si l'on transforme totalement les particules de sable à l'état fondu, les éléments du sable au moment de la resolidification, donnent une nouvelle structure moléculaire et on obtient une substance vitreuse. Si cependant on fait fondre seulement la surface externe des particules, ces dernières adhèrent les unes aux autres et on obtient une substance voisine du grès. La quantité de sable que l'on peut envoyer dans l'arc ou dans le brûleur à mazout est bien entendu plus importante dans le cas où l'es particules sont seulement à l'état de fusion partielle que dans le cas où les particules sont totalement fondues pour un courant d'alimentation donné ou'pour une quantité de mazout donnée dans le brûleur à mazout. Par exemple, on peut faire fondre 15g de sable de silice par seconde dans un arc consommant un courant de 250 ampères sous 100 volts. Cependant, si le sable n'est qu'en partie fondu, on peut traiter 3 à 4 fois cette quantité avec le même arc et dans le même temps. On peut accroître bad original o902963 7 2001501 les dimensions de l'appareil-pour pouvoir traiter un volume plus Important de sable de silice. La vitesse à laquelle l'appareil se déplace au-dessus de la surface d'application dépend du courant d'alimentation à l'arc ou du débit d'alimentation du mazout au brûleur. Il est Important de ne pas laisser durcir le verre fondu avant qu'il n'atteigne la surface d'application, puisque autrement 11 n'y aurait aucune adhérence et pour cette raison 11 est nécessaire de ménager un espace aussi petit que possible entre l'arc et la surface d'application ou entre le brûleur à mazout et la surface. Il est également- nécessaire de maintenir la température de la surface aussi élevée que possible pour assurer l'adhérence. Il importe par conséquent que l'intervalle de temps entre les passages de l'appareil soit court, ou encore, on peut être obligé d'isoler la surface entre les passages. Dans les deux modes de mise en oeuvre, la chaleur de la source doit être limitée à un volume réduit, et les pertes calorifiques doivent être maintenues à une valeur minimum. Le déplacement d'air dans la chambre de l'arc doit être maintenu à un minimum pour limiter la vitesse d'oxydation des tiges de charbon et également pour éviter les pertes par convexlon. Pendant le passage du sable dans l5arc, 11 importe que la flamme ne soit pas éteinte par une trop grande quantité de sable arrivant à un moment donné. Dans le cas où. une telle éventualité se produit, 11 faut faire jaillir une autre étincelle et déplacer les tiges à leur position optimum correspondant à ce courant. La matière première utilisée peut être du sable de silice, comme décrit ci-dessus, ou des particules de verre ou un mélange des matières premières du verre, par exemple chaux, carbonate de sodium anhydre et sable de silice, ou toute autre matière fusible convenable. La matière première utilisée peut être également du laitier de haut fourneau mélangé en proportion convenable avec d'autres produits appropriés. Comme on le verra, la matière première utilisée détermine en partie le produit céramique fini. Un autre facteur qui affecte le produit céramique est la température à laquelle on met en oeuvre le procédé, qui à son tour ■V902963 8 2001501 dépend de la vitesse d'alimentation du combustible. De même, l'épaisseur des couches déposées affecte les propriétés de structure de la construction. La température de mise en oeuvre de l'appareil envisagé 5 est comprise entre 1100°C et 1400°C3 la limite Inférieure étant déterminée par le point de fusion de la matière première et la vitesse d'alimentation de la matière première alors que la limite supérieure est déterminée par l'appareil lui-même. En résumé, par conséquent, on peut faire varier ces limites, si nécessaire, en 10 fonction de l'appareil et de la matière première utilisée. On peut envoyer dans l'appareil de la poussière de charbon ou des résidus de mine de charbon afin d'augmenter la température pour une alimentation en combustible donnée. Il est possible, une fois que le procédé se déroule à la température correcte, d'arrêter 15 l'alimentation primaire en combustible comme le mazout ou le courant -électrique et d'entretenir la combustion avec la poussière de charbon elle-même, ce qui permet ainsi de faire des économies sur le combustible. On peut obtenir un certain nombre de matières céramiques colorées en choisissant convenablement la matière 20 première. Ce procédé de construction permet au constructeur d'opérer sans utiliser de moule ou de mettre en oeuvre des dispositifs que l'on utilise à l'heure actuelle dans la fabrication du béton de ciment. Le produit durcit en quelques secondes après 25 chaque passage de l'appareil, ce qui permet ainsi de faire des économies de temps en ce sens qu'aucun délai n'est nécessaire comme dans la prise du béton. On peut modifier l'appareil simple que l'on vient de décrire pour construire des arches de pont; centrifuger des tuyau:*: 30 de grand diamètre„ construire des bâtiments rectangulaires ou ayant une autre forme ou encore faire des routes. Enfin, bien que l'on ait décrit l'invention en utilisant un arc électrique ou un brûleur à mazout comme source de chaleur, on peut opérer avec d'autres sources calorifiques, pourvu 35 qu'elles aient une Intensité suffisante pour fondre les particules au moment de leur passage. A cet égard par exemple, on peut utiliser une flamme oxyacétylénlque au lieu de l'arc électrique. 6902963 9 2001501 REVENDICATIONS 1 - Procédé de construction consistant à faire passer un débit continu de particules de matière première dans une 5 chambre et dans la zone chaude d'une source de chaleur, ce qui permet de transformer les particules à l'état de fusion partielle ou totale, à appliquer les particules fondues en couches successives superposées, chaque couche sauf la première adhérant à la couche adjacente suivante en raison de son état de fusion, 10 et à laisser refroidir ensuite lesdites couches. 2 - Procédé d'obtention d'un débit continu de céra-mique^, consistant à faire passer un débit continu de particules de matière première dans la zone chaude d'une source de chaleur dans une chambre, ce qui permet de transformer les particules 15 à l'état de fusion partielle ou totale et à envoyer un débit d'air sur les particules partiellement ou totalement fondues dans la chambre, de manière à les centrifuger contre les parois de la chambre, ce qui permet ainsi d'obtenir une masse de particules partiellement ou totalement fondues sur les parois de la 20 chambre, après quoi on laisse s'écouler hors de la chambre les particules partiellement ou totalement fondues ou encore on les extrait de la chambre. 3 - Procédé selon les revendications 1 et 2, dans lequel la zone chaude est munie d'un brûleur à mazout. 25 4 - Procédé selon la revendication 3* dans lequel l'ali mentation de l'air s'effectue sous pression dans le brûleur à mazout et le brûleur libère des gaz de combustion qui se déplacent obligatoirement le long d'une trajectoire circulaire sur le mur de la chambre. 30 5 - Procédé selon la revendication 4, dans lequel on Introduit les particules dans l'air d'alimentation sous pression du brûleur et on les envoie dans la chambre dans les gaz de combustion. 6 - Procédé selon les revendications 4 ou 5, dans lequel 35 on envoie directement les particules de matière première dans le courant de gaz de combustion émis par le brûleur à mazout. 6902963 10 2001501 7 - Procédé selon les revendications 4, 5 ou 6, dans lequel, à la fin de leur trajectoire circulaire, les particules partiellement fondues adhèrent à la paroi de la chambre jusqu'à ce qu'elles soient suffisamment fluides pour qu'elles s'écoulent 5 par gravité contre la paroi de la chambre. 8 - Procédé de construction selon la revendication 1, dans lequel on obtient la zone chaude avec un arc électrique produit entre deux électrodes, les particules tombant dans l'arc par gravité. 10 9 - Procédé de construction selon la revendication 8, dans lequel on envoie les particules de matière première dans la chambre dans un courant d'air par une conduite d'alimentation, les particules étant déviées dans la chambre par une plaque, alors que l'air s'échappe de la conduite par une grille. 15 10 - Appareil pour faire fondre la matière première, comprenant une enceinte délimitant une chambre, une source de chaleur permettant d'obtenir une zone chaude dans la chambre, une conduite d'alimentation permettant d'envoyer la matière première dans la zone chaude pour transformer les particules 20 de matière première à l'état de fusion partielle ou totale, et un orifice de sortie de l'enceinte par lequel on peut évacuer les particules fondues, l'enceinte étant conçue de manière à maintenir les particules à l'état de fusion jusqu'à ce qu'elles atteignent l'extrémité de leur trajectoire dans la chambre. 25 11 - Appareil selon la revendication 10, dans lequel la source de chaleur comprend un brûleur à mazout. 12 - Appareil selon la revendication 11, dans lequel le brûleur à mazout est muni d'un ventilateur centrifuge permettant d'envoyer de l'air sous pression dans le brûleur à 30 mazout et l'enceinte consiste en une portion cylindrique supérieure possédant un évidement intérieur en spirale obligeant le courant de gaz de combustion émis par le brûleur au cours de l'opération à se déplacer suivant une trajectoire circulaire. 13 - Appareil selon la revendication 12, dans lequel 35 la conduite d'alimentation de matière première aboutit à un ventilateur centrifuge, de manière à envoyer au cours de l'opération les particules de matière première dans le courant d'air vers le brûleur, ces particules pénétrant dans la chambre dans bad original O902963 ii 2001501 le courant de gaz de combustion émis par le brûleur» 14 - Appareil selon la revendication 1J, dans lequel la conduite d'alimentation de matière première aboutit directement dans la chambre. 5 15 - Appareil selon la revendication 10* dans lequel la source de chaleur comprend une paire d'électrodes, entre lesquelles on Deur faire jaillir une étincelle électrique lorsqu'on l'alimente en courant électrique pour créer la zone chaude. 10 16 - Appareil selon la revendication 15* dans lequel la conduite d'alimentation de matière première comprend un flexible aboutissant à la chambre, une ouverture grillagée étant pratiquée dans le flexible qui permet à l'air de s'échapper et une plaque étant disposée à l'intérieur du flexible en face 15 de l'ouverture grillagée pour dévier les particules de matière première envoyées dans la chambre dans un courant d'air (flexible).