Brevet FR2026823A1 — publié le 19700925

La présente invention concerne un procédé de moulage en grande série de produits pulvérulents frittés. En général, pour obtenir un produit pulvérulent fritté, on sèche un produit moulé par pression» on le fritte et on le vi-5 trifie en le faisant passer dans un four de calcination. Les céramiques chimiques, les briques réfractaires, les poudres métalliques frittées et d'autres produits analogues sont généralement obtenus par un tel procédé. Dans certains procédés connus de vitrification par 10 frittage, on abaisse la pression pour effectuer le moulage, c1est-à-dire qu'on rétablit une pression normale pour effectuer l'opération de frittage. Cependant, lorsque l'opération de frittage est effectuée sous pression, le résultat obtenu est supérieur» et ce procédé, qui est également connu sous le terme de frittage à 15 chaud est particulièrement intéressant pour l'obtention de céramiques spéciales ou de métaux frittés. Il est de plus en plus utilisé pour le frittage de céramique d'alumine, de matériaux réfractaires au carbone, de carbures tels que le carbure de silicium, de sulfures, nitrures, borures, ainsi que de thermite ou de 20 poudres métalliques spéciales. La raison principale en est la qualité supérieure des produits obtenus. En outre, ce procédé convient à lia fabrication de produits qui doivent être protégés de l'oxydation, car l'opération peut être effectuée à une température inférieure du fait du frittage sous pression; de plus, il 25 permet d'obtenir des produits possédant des qualités mécaniques, électriques, optiques et magnétiques supérieures du fait qu'ils renferment des particules cristallines très fines obtenues par contrôle de la réaction solide dans la poudre frittée» En dépit de tous ces avantages, le" procédé de frittage 30 à chaud présente cependant l'inconvénient de ne pouvoir s'appliquer aux fabrications en grande série, ce qui ne permet" pas d'abaisser le prix de revient des produits frittés à chaud» Cependant, les récentes améliorations apportées à la qualité du tita-nate de baryum, de la ferrite et des matériaux analogues utilisés 35 dans l'industrie électrique, ont amené à chercher à réaliser le frittage à chaud à grande échelle, sans qu'on y soit parvenu jusqu'à présent» La présente invention a pour but un procédé de frittage à chaud pour production en grande série qui permet d'obtenir iles 69 09838 2 2026823 produits frittés de qualité élevée dpnt le prix de revient est sensiblement égal à celui des produits obtenus avec un procédé classique de frittage sous pression normale» Dans le procédé de 1'invention, on utilise en partie des 5 fours de calcination classiques qui servent habituellement à la fabrication des céramiques, des briques réfractaires ou de produits métalliques moulés dans la métallurgie des poudres. Le procédé de frittage à chaud en grande série suivant l'invention consiste à disposer dans un four tunnel ou tout autre 10 type de four industriel des moules de frittage, et à disposer sur ces moules des corps réfractaires ou analogues servant de charge statique, tout en contrSlant la chaleur du four pour la maintenir à la température voulue. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la des-15 cription détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés qui représentent à titre d*exemples non limitatifs un mode de réalisation de l'invention» La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un four tunnel pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. 20 La figure 2 est une vuede c6té d'un wagonnet qui peut se déplacer dans le four tunnel de la figure 1 » La figure 3 est une vue partielle à plus grande échelle montrant lés parties essentielles du wagonnet de la figure 2» La figure 4 représente un graphique illustrant la supé-25 riorité de la densité de frittage d'alumine frittée suivant le procédé de l'invention. Les figures 4 et 5 sont des vues an coupe de fours industriels utilisés pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention» Des produits à calciner 1î sont placés sur les étagères 30 18 de wagonnets 12 qui pénètrent par la gauche dans un faur tunnel 13 dans leqtiel ils progressent vers la droite» Une chambre de combustion 14 est disposée de chaque cffté du tunnel, entre ses deux extrémités» Les flammes de la chambre de combustion f4 sont soufflées vers la gauche, en sens inverse du sens de circulation: des 35 wagonnets, et elles sont évacuées par une cheminée 15. Dans la zone des chambres de combustion 14, les wagonnets sont portés à une température, de brûlage très élevée, (généralement de l'ordre de 1000 à 2000*C, bien qu'elle puisse varier en fonction du produit à calciner) puis ils sont progressivement refroidis par rayonnement jus-40 qu'à 1Q0*C environ à leur sortie du four» La durée du passage das 09838 3 2026823 wagonnets dans le four varie approximativement entre 10 et 150 heures, en fonction du produit traité. L'étagère 18 qui supporte les produits à calciner est montée sur des piBds 16 en briques réfractaires qui l'isolent de 5 à 25 cm d'un lit de brique adiabatique 17 5 (figure 2). Cet espace constitue un premier passage pour les flam-mes, si bien que les flammes qui sortent de la chambre de combustion sont réparties très régulièrement dans le four» Les pieds 16 en brique réfractaire subissent à l'intérieur du four tunnel la pression du poids total des produits 11 10 plus celle de l'étagère réfractaire 1.8» Ces pieds 1.6 sont soumis à un pré-chauffage, à un brûlage superficiel et à un refroidissement au cours de leur progression à l'intérieur du four tunnel. La charge supportée par les pieds en brique réfractaire 16 varie entre Qt5 et 1 tonne par wagonnet, même dans le cas des fours de petite 15 capacité et entre 4 et 20 tonnes par wagonnet dans les fours à grande capacité. Comme indiqué précédemment, la température de brûlage maximale est comprise entre 1QQ0 et 2000*, et le temps de passage dans la zone de brûlage, c'est-à-dire dans la zone où le frittage est effectué, est de 2 heures au minimum et de 20 heures au 20 aaxiBUB« Il en résulte que si on remplace les pieds de brique ré— fzactai£,e 16 par des moules de frittage à chaud A, le frittage s'effectue parallèlement è la calcination des produits au fur et à mesure que les wagonnets 12 progressent dans le four tunnel. 25 Sur la figure 3 on a représenté un wagonnet dans lequel les pieds 16 sont remplacés par des châssis de moulage 19, 20, 21 en ■atériau réfractaire. Les châssis 20 et 21 constituent respectivement un piston supérieur et un piston inférieur de moulage qui s'emboîtent dans le châssis externe 19. Un bloc de matériau à frit-30 ter 22 (tel que de la poudre ayant subi un moulage préalable) est introduit entre les pistons 20, 21» Entre le bloc 22 et les parois 19, 20, 2t du moule, on intercale une substance pulvérulente 23 qui sert è transmettre la pression au bloc. La charge supérieure peut être supportée par qua-35 tre moules A. au minimum par wagonnet. Si nécéssaire, on peut utiliser un seul moule A, les autres étant remplacés par des pieds en brique, réfractaire. Le nombre des moules A peut être augmenté en fonction des besoins. A titre d'exemple non limitatif, un essai a été effec-40 tué avec de la poudre d'alumine. La poudre d'alumine utilisée est 69 09838 4 2026823 une poudre fine, tamisée dans un tamis à mailles de 0,14mm d'ouverture environ et sa pureté est de 99,5%. A 100 parties en poids de cette paudre sèche on ajoute 12,5 parties en poids d'eau, dans laquelle on a fait préalablement dissoudre 0,5$ d'alcool de polyviny-5 le» On introduit le mélange dans un châssis de moulage ayant un diamètre interne de 65mm. La quantité de mélange introduite est calculée de manière qu'après compression sous une pression de 50kg/cm^ on obtienne un corps brut de 10,0 - 0,5mm d'épaisseur. On dispose ensuite chacun de ces corps dans un moule de frittage A, 10 comme représenté sur la figure 3. Le piston 20 du moule A a un diamètre externe de 70nnn et le châssis externe 19 a un diamètre interne de 70 + 0,01mm et un diamètre externe de 170mm. Comme milieu pulvérulent intermédiaire 23, on utilise de la poudre d'alumine tamisée dans un tamis à mailles de 0,24 à 0,17mm d'ouverture environ. 15 Le frittage est effectué dans un four tunnel servant è la calcination de substances réfractaires, de 120m de long, dans lequel des wagonnets progressent à la vitesse de 1 mètre à l'heure. La température maximale est de 175Q"C et elle est atteinte en 70 heures pour revenir à la normale en 50 heures. Sur le lit de brique 20 réfractaire adiabatique 17 de chaque wagonnet, on dispose quatre jeux de moules A qu'on charge avec un plateau de 6,2 tonnes et 3,0 tonnes de briques brutes à calciner, ce qui fait an total de 9,2 tonnes. Il en résulte que chaque moule supporte une charge approximative de 2,3T (69,5kq/cm2) et est exposé à une température su-25 périeure è 1650°C pendant 15 heures environ, la température maximale étant de 1750°C. Chacun des wagonnets circule dans le four de prédhauffage pendant 60 heures avant d'atteindre la zone de température maximale, de sorte que les produits bruts sont déjà frittés en partie avant d'être soumis au frittage, à température maximale, 30 ce qui est préférable au fait de les admettre brusquement dans une atmosphère chauffée à 1650°C. Après avoir traversé la zone de température maximale les produits frittés sont refroidis en 40 heures à température normale, ce qui permet non seulement d'éliminer les contraintes thermiques mais,aussi de contrôler plus efficacement 35 les dimensions des grains cristallins qui se forment à l'intérieur de la substance frittée. Sur le graphique de la figure 4, l'axe des abscisses représente la température en degrés C, et l'axe des ordonnées la densité apparente du matériau fxittê. Ce graphique illustre l'a-40 raélioration de la densité de calcination d'alumine frittés par BAO ORIGINAL 09838 s 2026823 mise en oeuvre du procédé suivant l'invention* Dans ce graphique, le point correspondant à une température de 1750°C est une valeur obtenue par frittage dans les conditions indiquées précédemment, alors que les points correspondants aux températures dB 17DD°C, 5 16008C et 1500°C sont des valeurs obtenues par abaissement de la température maximale dans un four dont on a modifié la température de fonctionnement. La courbe I illustre un cas dans lequel de la poudre d*alumine est frittée selon le procédé de l'invention. La courbe II illustre un cas dans lequel on dispose la même 10 poudre dans le même moule après un prémoulage pour lui donner la forme voulus, et on la soumet à la même température mais sans la charger, c'est-à-dire en la plaçant sur l'étagère à cfité du produit à calciner, et non sous l'étagère comme représenté sur la figure 3. 15 Une comparaison des deux courbes indique une nette su périorité de la densité dans le cas du frittage sous pression suivant l'invention» Les points (a) indiquent les résultats obtenus par un procédé de frittage sous pression classique et non par le procédé à grand rendement de la présente invention» On voit que le 20 procédé en continu de l'invention permet d'obtenir des produits d'une qualité analogue à ceux des procédés classiques» Il est à noter que le procédé de l'invention permet d'obtenir quatre blocs frittés par wagonnet. Le nombre des wagonnets qu'on peut traiter dans une journée étant de 24, la production 25 quotidienne s'élève à 9,6kg. Ceci dans le cas oâ le matériau brut a une graisseur de 1,Q|js..Mais du fait que cette épaisseur peut atteindre jusqu'à 10,Ocm, la production quotidienne peut être de 96kg. En outre, lorsquîune pression inférieure est suffisante, on peut disposer des moules de frittage entre les plateaux, ce qui augmen-30 te le rendement. Pour construire un four suivant l'invention, il n'est pas nécessaire de modifier le système des fours habituels, la seule différence résidant dans la construction de moules de frittage sous pression. Le prix de revient du procédé suivant l'invention 35 est donc sensiblement le même que celui des procédés classiques, de sorte que l'invention a résolu le problème du frittage en grande série qui, jusqu'à présent, était beaucoup trop onéreux. Les produits frittés obtenus au moyen du procédé de l'invention sont d'aussi bonne qualité que les produits frittés un par un 40 suivant les procédés classiques. 69 09838 6 , 2026823 Le fait d'utiliser comme charge statique le poids des objets placés sur le wagonnet ainsi que le fait d'utiliser une température progressive à l'intérieur d'un four classique rendent très facile la mise en oeuvre du procédé de l'invention# Bien entendu, 5 son application n'est pas limitée aux fours tunnel. Lorsqu'une force statique plus grande est nécessaire, on peut utiliser la force statique d'objets 25, placés sur la sole du four dans un four^non continu 24, comme matériau de chargé. On utilise également la température progressive du four. Dans ce cas, 10 il est possible d'appliquer aux châssis de moulage A une charge statique comprise entre IQkg/cm^ au minimum et It/cm^ au maximuâ. Sur la figure 5, on a représenté un autel de foyer 26 et une chambre de combustion 27. Lorsqu'une pression encore plus élevée est nécessaire, du fait qu'il n'y a pas de déplacement de la sole du 15 four contrairement au cas des fours tunnels, on peut appliquer une pression de l'extérieur ( une charge statique 30 ou une pression exercée par une machine dans le sens des flèches G ou G1). A cet effet on pratique dans la voûte du four de la figure 6 une pluralité d'ouvertures 26 que traversent des tiges réfractaires 29 qui 20 transmettent la pression. On peut ainsi élever la charge de près» sion à des milliers de fois la pression atmosphérique par unité de surface et la température peut être portée à 2500DC ou même davantage, suivant la nature des produits à calciner 25 qui sont placés sur la sole comme représenté sur la figure 6. On peut de 25 cette façon effectuer un frittage sous des pressions très élevées pour fabriquer par exemple des pierres synthétiques. La présente invention apporte donc une grande contribution à l'industrie car elle permet de réaliser de façon économique un frittage sous pression en continu, ce qui était pratiquement 30 impossible jusqu'à présent. En outre, les produits obtenus sont d'aussi bonne qualité que ceux obtenus par un procédé classique. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux exemples décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, sans qu'on s'écarte pour 35 cela de l'esprit de l'invention . 69 09838 7 2026823 REVENDICATIONS 1• Procédé de frittage à chaud en grande série qui consiste à disposer dans un four tunnel ou tout autre type de four industriel des moules de frittage, et à disposer sur ces moules 5 des corps réfractaires ou analogues servant de charge statique» tout en contrôlant la chaleur du four pour la maintenir à la température voulue. 2. Procédé suivant 1. dans lequel les moules de frittage sont disposés sur chacun des wagonnets circulant dans un four 10 tunnel» tout ou partie du poids des étagères du wagonnet et des produits à calciner chargés sur lesdites étagères étant appliqué auxdits moules en tant que charge statique et la courbe de température du four tunnel étant utilisée pour effectuer le frittage. 3. Procédé suivant 1 dans lequel les moules de fritta-15 ge sont disposés sur la sole d'un four industriel autre qu'un four tunnel, tout ou partie du poids des étagères du four ainsi que des produits à traiter servant de charge statique, la courbe de température du four étant utilisée pour effectuer le frittage. 4. Procédé suivant 3.dans lequel une charge statique 20 ou mécanique supplémentaire est appliquée de l'extérieur du four sur les moules de frittage. 5. Produit fritté à chaud suivant le procédé défini en l'une quelconque des revendications 1 à 4. BAD ORIGiNAl