Brevet FR2086085A1 — publié le 19711231

La présente invention concerne un procédé et un appareil permettant de produire des particules sensiblement uniformes d'un ferro-alliage de configuration sphéroïdale. Le procédé consiste à soumettre un métal fondu à une force centrifuge suffisante pour 5 diriger et disperser le métal fondu dans une zone définie radia-lement dans laquelle les particules métalliques dispersées entrent en contact avec la surface interne de cette zone et roulent sur cette surface de sorte que le contact par roulement, ajouté à l'action de tension superficielle du métal, est suffisant pour faire 10 prendre à chaque particule une forme allant d'à peu près sphéroïdale à sphérique. Les particules de ferro-alliage, allant de l'état fondu à l'état semi-fondu, sont ensuite déchargées de la zone radiale et se solidifient rapidement en conservant la forme qu'elles ont adoptée. Les particules ou grains de ferro-alliage ainsi pro-15 duits sont relativement uniformes quant à leur diamètre, mais ce dernier peut varier en fonction du degré de force centrifuge exercée sur le métal fondu et du contour de la zone définie radiale-ment. On utilise divers procédés pour produire des particules 20 de ferro-alliage de très petit diamètre destinées à être utilisées comme additifs dans la conduite de fours de production d'alliages métalliques. Une charge de ferro-alliage en particules de grosseur uniforme doit nécessairement être relativement exempte de fines et d'éléments amorphes, de manière que, lorsque la charge 2 5 atteint sa destination finale, elle puisse être introduite dans un four de production d'un métal sans qu'on ait à craindre que les fines explosent ou gênent d'une autre façon le mode de conduite du four. Un procédé de production de charges de ferro-alliage en 30 particules de petit diamètre consiste à couler ces charges à la grosseur désirée. Ce procédé est coûteux et produit encore finalement des alliages présentant des bavures dont l'élimination requiert une autre opération. De plus, il est difficile d'obtenir par coulée sur la base d'une échelle industrielle, des particules 35 de dimensions comprises entre 2,38 et 9,52 mm, et de diamètre de préférence égal à 6,35 mm. Un autre procédé utilisé à l'heure actuelle consiste à cou- 71 13185 2 2086085 1er des alliages dans des lingot1ères de grande s dimensions, puis à broyer l'alliage par des moyens classiques pour produire des éléments de diverses grosseurs. En raison de la nature friable de l'alliage, une quantité considérable de fines et de particules 5 s'écartant de la grosseur désirée est produite et réduit le rendement en éléments d'alliage de la grosseur choisie. Une autre opération est nécessaire pour séparer les éléments de grosseur choisie des éléments s'écartant de cette grosseur et cette opération augmente la durée et le coût de l'ensemble de la production. 10 L'inconvénient des procédés actuels de production d'éléments d'alliage de grosseur désirée dans une gamme assez étroite réside dans la grande quantité d'éléments s'écartant de la grosseur voulue, qui est produite en môme temps. La présente invention concerne un procédé dans lequel la quantité d'éléments de grosseur 15 s'écartant de la grosseur voulue est réduite dans une large mesure et les éléments d'alliage de la grosseur choisie ont une configuration allant d'à peu près sphéroïde à sphérique. En outre, aucune opération coûteuse de broyage, de coulée ou de mise en forme n'est requise. 20 Dans l'ensemble, le procédé et l'appareil de la présente invention impliquent une opération qui consiste à soumettre un courant liquide de métal fondu, dans une zone isolée, à une force centrifuge suffisante pour diriger et disperser le métal fondu dans un passage de type sinueux, délimité radialement, dans le-25 quel les particules du courant dispersé, dans un état allant de fondu à semi-fondu, entrent en contact avec au moins une surface curviligne du passage et roulent sujette surface. La masse liquide fondue peut être toute matière qui se solidifie à la température ambiante, par exemple un métal fondu. L'action de contact 30 par roulement, associée avec l'action de tension superficielle du liquide allant de fondu à semi-fondu, est suffisante pour amener les petites particules à adopter une configuration allant d'à peu près sphéroïdale à sphérique. De préférence, les particules à l'état fondu à semi-fondu doivent rouler sur un élément 35 rotatif ayant une surface curviligne inclinée, puis elles doivent être projetées t ange nt i elle me nt vers la surface opposée du passage ayant une surface curviligne déclive, de manière qu'on puisse 71 13185 3 2086085 obtenir un contact alrcoaférentiel maximal entre les particules adoptant une forme sphéroïdale et la surfaoe du passage du type sinueux. Pour accroître cette aotion de contact, les surfaces opposées du passage peuvent tourner en sens inverse, l'une par rap-5 port à l'autre, de manière à soumettre ainsi les particules allant de sphéroïdales à sphériques à un mouvement de rotation en spirale croissante, ce mouvement provenant de la combinaison du mouvement radial dû à la force centrifuge et du mouvement circulaire dû à la rotation en sens opposé des surfaces. C'est cette 10 combinaison d'une force de contact dirigée radialement et d'une force de contact imprimée par un mouvement circulaire, en plus de la force de tension superficielle relativement faible, qui fait prendre aux particules dispersées des configurations allant de sphéroïdales à sphériques. 15 Les particules d'alliage à l'état fondu à semi-fondu, cependant qu'elles sont encore soumises aux forces combinées, sont éjectées par la sortie périphérique du passage de type sinueux et refroidies rapidement ou solidifiées en gardant les formes sphéroïdales à sphériques qu'elles ont adoptées. Un récipient con-20 tenant un milieu de refroidissement peut être utilisé pour recueillir et solidifier les éléments d'alliage ayant adopté des formes, lesquelles vont d'à peu près sphéroïdales à sphériques à un degré qui dépend de la force centrifuge, de la configuration des surfaces curvilignes, du nombre de pics que présente le passage sinueux 25 et de la viscosité particulière du liquide à l'état fondu que l'on utilise. Un passage sinueux ayant au moins un pic est nécessaire pour assurer que les particules dispersées roulent sur au moins une surface curviligne inclinée en produisant ainsi une force de contact suffisante, qui peut être ajoutée à la force 30 de tension superficielle pour donner aux particules la configuration appropriée. Le diamètre d'entrée du passage sinueux peut être réalisé variable, de manière à régler au moins la grosseur maximale des particules dispersées qui doivent entrer dans ce passage. 35 D'autres caractéristiques et avantages de la présente in vention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés qui représentent, à titre 71 13185 4 2086085 non limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention. Sur ces dessins : la figure 1 est une vue en coupe en élévation passant par le centre de l'appareil de l'invention ; 5 la figure 2 est une vue isométrique de l'enclume rotative de l'appareil, montrant le trajet en spirale que suivent les particules dispersées. Sur la figure 1f le métal fondu chaud (M) est envoyé sur une enclume circulaire rotative 1 qui est réalisée en un matériau 10 capable de résister à la haute température du métal fondu, par exemple en graphite, aluminium, magnésie, fonte ou autre métal réfractaire inerte vis-à-vis du métal fondu. L'enclume a une saillie 2 de forme conique, à disposition centrale, s'étendant vers le haut. Une surface curviligne inclinée 3 s'étend radiale-15 ment vers l'extérieur par rapport à la saillie 2 et, avant d'atteindre la région périphérique, la surface adopte une pente nulle, puis la pente descend légèrement. Un tambour rotatif 4 présente une ouverture axiale 5 dans laquelle le métal fondu est dirigé pour entrer en contact avec la saillie 2. La surface inférieure 20 12 du tambour 4 a un profil curviligne adapté à celui de la surface 3, mais s'étend radialement plus loin vers l'extérieur, pour définir un passage 13 dë type sinueux après disposition axiale au-dessus de l'enclume 1. Il est également possible que l'enclume 1 s'étende davantage vers l'extérieur, comparativement au tambour, 25 de manière à définir le passage sinueux dans une direction montante. Le tambour, tout comme l'enclume, peut être réalisé en tout matériau capable de résister à un milieu à haute température sans réagir avec le métal fondu en cours de désintégration en particules de plus petite grosseur. 30 On utilise un moteur 6 pour faire tourner l'enclume, tandis qu'un moteur 7 fait tourner le tambour 4 dans le sens opposé. On utilise une jupe 8 de forme conique pour protéger le dispositif de rotation de l'enclume de toutes particules métalliques s'écartant de la direction prescrite. 35 Le récipient 9 peut être un simple récipient de type annu laire, ou bien il peut consister en au moins deux récipients de forme arquée, qui constituent un récipient de forme générale 71 13185 5 2086085 annulaire lorsqu'ils sont juxtaposés. Ce récipient, contenant un milieu 14 de refroidissement ou de solidification, est placé au-dessous de la sortie périphérique 15 du passage sinueux et radia-lement vers l'extérieur de cette sortie, de manière à être à 5 même de recueillir les sphéroïdes 11 qui sortent. Une enveloppe cylindrique 10 supporte non seulement le tambour 4, mais constitue une barrière de protection eontre les particules d'alliage sortant du passage sinueux dans une mauvaise direction. 10 En service, le métal fondu, par exemple un ferro-alliage, est chargé par l'ouverture 5 du tambour 4 et dirigé de manière à entrer en contact avec la saillie 2. La vitesse de charge du métal est variable, mais doit être assez faible pour permettre un contact suffisant avec la saillie 2 en rotation pour que le métal 15 puisse être projeté par la force centrifuge et dispersé dans le passage 13 de type sinueux entre le tambour 4 et l'enclume 1. L'enclume étant en rotation, les particules métalliques dispersées sont contraintes de rouler et de glisser sur la surface curviligne 3, sur laquelle chaque particule décrit une trajectoire 20 en spirale comme illustré sur la figure 2. Chaque particule décrivant cette trajectoire en spirale est soumise à une force centrifuge A appliquée radialement et à une force circulaire ou de rotation B qui est perpendiculaire à la force A et ces deux forces soumettent la particule à un contact circonférentiel ma-25 ximal avec la surface 3 de l'enclume 1 en rotation. Les particules fondues adoptant une forme sphéroïdale sont ensuite projetées tangentiellement sur la surface inférieure curviligne 12 du tambour ofo. elles continuent de rouler en augmentant ainsi le contact de roulement qui agit sur elles. Un plus grand con-30 tact de roulement entre les particules de forme sphéroïdale et le tambour peut être obtenu par rotation du tambour 4 dans un sens opposé au sens de rotation de l'enclume 1. Les particules 11 allant d'à peu près sphéroïdales à sphériques sont ensuite éjeotées au niveau de la sortie périphérique 35 15 dans une direction qui les fait descendre dans un récipient collecteur 9. Un milieu de refroidissement formé de tout gaz ou liquide non réactif, par exemple de l'eau, de l'huile, un sel fondu, du verre fondu ou toute combinaison de ces milieux, provoque la 71 13185 e 2086085 solidification rapide des particules dans las formas qu'elles ont adoptées. Un jet d'air froid disposé dans la zone située entre la sortie du passage et le récipient peut aussi être utilisé pour provoquer la solidification des particules. Un filet ou une gar-5 niture à mailles, installé dans le récipient, peut être utilisé pour faciliter l'enlèvement des particules. Il est également possible d'utiliser une garniture à Bailles de type rotatif, qui pourrait permettre de diriger les particules dans une partie prédéterminée du récipient où un transporteur, incliné radialement 10 vers 1*extérieur à travers une ouverture prévue dans la portion inférieure de l'enveloppe cylindrique, enlèverait les particules en continu et les dirigerait dans un récipient collecteur. Bu fait que la saillie conique 2 est continuellement au contact de la charge de métal fondu, et qu'elle est donc soumise à 15 une usure, on peut prévoir son remplacement en prévoyant une partie inférieure filetée ou de forme géométrique définie, qui peut être vissée ou insérée dans un évidement d'adaptation prévu au centre de l'enclume. Le profil du passage curviligne, en ce qui concerne la 20 pente et le nombre de pics, est variable et dépend du degré de sphéricité que l'on désire conférer à l'alliage solidifié. La sortie périphérique du passage peut se terminer par une pente positive, de manière à diriger les particules d'alliage, à leur sortie) dans une direction montante. 25 Les ferro-alliages fondus qu'il convient d'utiliser avec l'appareil de l'invention comprennent le ferro-silicium, le ferro-manganèse, le ferro-chrome, le ferro-chrome au silicium, le ferro-silicium au magnésium, le silico-manganèse, etc. L1invention est illustrée par l'exemple suivant. 30 Exemple En utilisant un appareil similaire à celui qui est représenté sur les dessins, on verse plusieurs coulées de ferro-silicium à 50 fondu, pesant chacune environ 13,6 kg, dans l'ouverture centrale d'un tambour de graphite, de manière qu'elles entrent 35 an contact avec une saillie conique rotative d'una/enclume de graphite. La saillie conique divise le courant de ferro-silieia* en petites particules et les décharge dans un passage sinueux BAD ORIGINAL, 71 13185 7 2086085 analogue à celui qui est représenté sur les dessins. Les particules de ferro-silicium sont amenées à rouler et glisser en spirale sur l'enclume en rotation, puis elles sont projetées tangentielle-ment pour entrer en contact avec la surface inférieure curviligne 5 du tambour et pour rouler sur cette Burface. Les particules, sous la force de tension superficielle et l'action de contact par roulement, sont amenées à adopter une forme allant d'à peu près sphéroïdale à sphérique le temps qu'elles atteignent la sortie périphérique du passage. Elles sont ensuite déchargées du passage 10 sinueux et recueillies dans plusieurs récipients circulaires disposés au-dessous de la sortie du passage et concentriquement vers l'extérieur par rapport à cette sortie. Les récipients sont remplis d'eau qui refroidit immédiatement les particules recueillies de ferro-silicium dans les formes qu'elles ont adoptées, ces formes 15 ayant une configuration allant d'à peu près sphéroïdale à sphérique. Les particules solidifiées sont ensuite soumises à une analyse granulométrique et on constate qu'elles contiennent 92 $ en poids d'éléments compris entre 2,38 et 6,35 mm. 20 L'expression "à peu près sphéroïdale" est utilisée pour dé signer la forme de particules discrètes telles que des grains ou des pastilles qui peuvent présenter des saillies et s'écarter ainsi d'une forme sphéroïdale vraie. Ces saillies résultent de la solidification des particules avant que ces dernières n'aient 25 adopté une forme vraiment sphéroïdale à sphérique. Bien que les particules s'écartent d'une forme vraiment sphéroïdale à sphérique, elles sont encore utilisables dans l'industrie,pour autant qu'elles se situent dans une gamme particulière de grosseurs. Il y a lieu de remarquer qu'on peut obtenir un plus grand 30 pourcentage de particules uniformes en faisant tourner le tambour de l'appareil de l'invention et l'enclume rotative qui lui est adaptée dans des sens opposés, et/ou en prolongeant la longueur radiale du passage sinueux ainsi formé par le tambour et l'enclume, parce que l'une et/ou l'autre de ces modifications augmente 35 la trajectoire spirale sur laquelle les particules doivent rouler, en soumettant ainsi les particules à un plus grand contact cir-conférentiel avec les surfaces du passage. Cette augmentation du 71 13185 8 2086085 contact circonférentiel, par suite du plus grand mouvement de roulement radial et circulaire imprimé aux particules, contribue à faire adopter aux particules une configuration de forme plue sphéroïdale. 71 13185 9 2086085 REVEHDIOATIOHS 1. Procédé de désintégration d'un courant liquide à l'étatyfon-du en éléments de formes allant d'à peu près sphéroïdales "à sphériques, caractérisé par le fait qu'il consiste (a) à diriger le courant 5 de liquide dans une zone isolée ; (b) à soumettre ce courant à une force centrifuge suffisante pour projeter radialement et disperser le courant dans une zone à profil sinueux dans laquelle les particules fondues dispersées entrent en contact avec au moins une surface curviligne inclinée et roulent sur cette surface en 10 étant ainsi amenées à adopter une configuration à peu près sphéroïdale à sphérique sous l'action combinée du contact de roulement et de la tension superficielle ; et (c) à recueillir ces particules de forme déterminée dans une zone délimitée circon-férentiellement, qui est concentrique à la zone isolée et qui 15 contient un milieu de refroidissement destiné à solidifier les particules fondues dans la configuration à peu près sphéroïdale à sphérique qu'elles ont adoptée. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on obtient un plus grand contact de roulement en formant 20 la zone à profil sinueux avec deux éléments circulaires tournant en sens inverse, chacun présentant des surfaces curvilignes d'adaptation qui forment ensemble au moins un passage sinueux présentant un pic. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 25 2, oaractérisé par le fait que le métal fondu est choisi dans le groupe comprenant le ferro-silicium, le ferro-manganèse, le ferro-chrome, le ferro-chrome au silicium, le ferro-silicium au magnésium ou le silico-manganèse. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 30 et 3, caractérisé par le fait que le milieu de refroidissement est choisi dans le groupe comprenant l'eau, une huile, l'air, un sel liquide, du silicium liquide, du verre liquide ou toute combinaison de ces substances en toutes proportions. 5. Appareil destiné à la désintégration de masses liquides 35 fondues en éléments de configuration à peu près sphéroïdale à sphérique, caractérisé par le fait qu'il comprend un tambour circulaire présentant une ouverture centrale â travers laquelle 71 13185 10 2086085 le liquide peut s*écouler ; une enclume circulaire rotative mue par un moteur, concentrique audit tambour et disposée au-dessous de lui î l'enclume présentant une saillie centrale de forme conique dirigée sous l'ouverture du tambour et une surface supérieure 5 curviligne s*étendant radialement vers l'extérieur depuis cette saillie, qui s'adapte à une surface inférieure curviligne semblable à distance de cette surface prévue sur le tambour ; lesdites surfaces curvilignes formant un passage sinueux ayant au moins un pic que le liquide peut franchir par la force centrifuge ; et un 10 récipient collecteur circonférentiel contenant un milieu de refroidissement, disposé radialement vers l'extérieur de la sortie périphérique du passage sinueux, concentriquement à cette sortie et au-dessous d'elle, de manière à être à môme de recueillir les éléments sphéroïdaux éjectés par ladite sortie. 15 6. Appareil suivant la revendication 5, caractérisé par le fait que le tambour circulaire peut tourner dans un sens opposé au sens de rotation de l'enclume.