Brevet FR2264790A1 — publié le 19751017

L'invention, due à Bruno KRISMER, a pour objet un procédé pour la fabrication en continu d'abrasifs à base d'oxydes, à cristaux de taille prédéterminée, par coulée de la masse fondue au moyen d'une machine à couler automatique dont chacun de ses éléments est constitué de coquilles en forme de coinrefroi- dies à l'eau Par le réglage de la vitesse de rotation de la machine à couler automatique en fonction de l'intensité du jet de coulée, on détermine la hauteur de remplissage dans les -co- quilles élémentaires, ce qui permet de faire variera structure de l'abrasif dans des limites les plus larges. Les exigences de qualité qu'imposent les fabricants de meules ou d'abrasifs sur -supports à leurs produits sont devenues, au cours des dernières années, nettement plus rigoureuses. La définition granulométrique, treks longtemps admise, d'un abrasif par analyse chimique, taille du grain, densité apparente et, à la rigueur, capillarité, est aujourd'hui, dans de nombreux cas, insuffisante, Des critères supplémentaires pour l'apprécia- tion d'un abrasif, à savoir la ténacité du grain et la taille ou la structure cristalline des cristallites, prennent une importance de plus en plus grande. Sans connaissance de ces critères, il n'est souvent plus possible de choisir judicieusement le grain d'abrasif assurant le meilleur résultat de meulage. Ainsi, par exemple, un corindon au zirconium, défini par l'analyse chimique, la taille des grains et la densité apparente, peut donner un excellent résultat sur des meules haute pression pour le meulage de brames d'acier de construction, et ne pays convenir pour la rectification d'aciers spéciaux. En outre1 un corindon au zirconium bien approprié pour certains types de meules peut se révéler absolu- ment impropre comme abrasif fixé sur un support. En analysant les causes de ces constatations, on s'est aperçu du rôle essentiel- de la structure et de la taille des cristallites du grain abrasif avec comme conséquence que l'adap- tation de ces paramètres granulométriques de I'abrasif aux exigences du processus d'abrasion devient d'une importance de plus en plus grande Lorsqu'on fabrique des abrasifs à base d'oxydes selon la technique de fusion en bloc, les cristaux formant l'abrasif sont relativement gros. Il appart-ient donc à ltétat actuel de la technique de réaliser des abrasifs à structure formée de cristaux plus fins par coulée de l'abrasif fondu.Cn peut couler la masse fondue, par exemple selon le- brevet E.U.A. N0 2 426 643, dans des wagonnets de coulée, lorsque les exigences relatives à la structure du grain abrasif ne sont pas très grandes. A mesure que ces exigences augmentent, il est nécessaire d'assurer un refroidissement plus rapide, par exemple par coulée dans de petits moules en graphite ou en acier (brevet britannique N" 993 894) ou, selon la demande de brevet allemand NO 1 259 762, entre des cylindres refroidis.Lorsqu'on coule la masse fondue sur des masses de la même nature (demande-de brevet allemand N" 1 918 759), sur des boules métalliques (demandes de brevet allemand NOs 2 205 436, 2 107 455, 2 209 429, 2 212 311) ou entre des plaques de métaux (demande de brevet allemand NO 2 227 642), on obtient, selon les conditions de refroidissement choisies, des structures cristallines allant de gros cristaux jusqu'aux cristaux d'une finesse extrême. Lorsqu'on a déterminé une fois pour toutes les conditions de coulée dans les procédés susindi quést la moindre modification (par exemple le refroidissement plus rapide par le choix de boules différentes) entraîne des frais supplémentaires considérables.En-outre, dans tous les procédés susindiqués, le fonctionnement est discontinu. Le procédé selon l'invention évite ces inconvénients.Il permet la fabrication d'abrasifs à base d'oxydes constitués de grains de taille prédéterminéepar réglage de la vitesse de refroidissement de la masse fondue et, en outre, d'effectuer la fabrication en continu. Ce résultat est obtenu, selon l'invention, par un procédé pour la fabrication d'un abrasif à base d'oxydes à cristaux de taille prédéterminée, caractérisé par le fait qu'on coule la masse fondue d'abrasif dans les coquilles en forme de coin et qu'on détermine la taille des cristaux par réglage du volume de remplissage. En effet, lorsqu'on fait couler, conformément à l'invention, la masse fondue d'un abrasif à base d'oxydes dans une coquille à section transversale en forme de coin, refroidie à l'eau, on peut déterminer la taille moyenne des cristaux dans l'abrasif solidifié par le choix du degré de remplissage, comme le montrent les résultats de mesure, obtenus dans l'exemple ciaprès. Selon un mode de réalisation de l'invention, on assemble sous forme de roue cellulaire ou circulaire plusieurs coquilles en forme de coin pour former un dispositif de coulée continu et on équipe ce dispositif d'un mécanisme de commande réglable par lequel on règle, à vitesse de coulée constante, le degré de remplissage des coquilles. On peut, selon l'invention, également régler le degré de remplissage des coquilles, à vitesse de rotation constante du dispositif à couler automatique continu, par modification delta vitesse de coulée, Il est avantageux de réaliser en continu aussi bien l'introduction de la masse fondue dans les coquilles que l'enlèvement de l'abrasif solidifié. En outre, l'invention est réalisée de façon appropriée lorsqu'on règle l'alimentation en minerai et l'apport d'énergie par les électrodes de telle façon que la masse fondue qui s'é- coule est remplacée en continu par de nouvelles quantités de charge. Selon l'invention, l'abrasif peut être constitué de corindon artificiel. Dans ce cas, il est avantageux d'ajouter au bain de cet abrasif, des additifs tels queCr203, Ti02, Fe203, Si02, Hf02 et v205. L'abrasif peut également être constitué de corindon au zirconium (A1203-Zr02), la proportion du zircon dans l'abrasif variant, de préférence, entre 10 et 60% en poids. L'abrasif peut, en outre, etre constitué d'oxyde d'aluminium-oxyde de zirconium et d'oxyde de magnésium. L'invention vise, de plus, les meules ainsi que les abrasifs sur supports comportant des abrasifs présentant les caractéristiques de celles décrites ci-dessus. On expose l'invention de façon plus détaillée dans les exemples illustratifs, mais nullement limitatifs, ci-après, dont le premier décrit un essai réalisé à l'aide de coquilles élémentaires et le second la fabrication en continu à l'aide d'un appareil à couler automatique. EXEMPLE 1. Dans cinq coquilles en forme de coinS coulissant perpendiculairement à la direction du jet de coulée et présentant les dimensions intérieures suivantes: longueur5CO mm; hauteur 500 mm; largeur supérieure: 50 mm; largeur inférieure:10 mm, on coule à la température de 19500C, une masse fondue constituée de 74 parties en poids d'Al203, de 25 parties en poids de Zr02 et de 1 partie en poids de TiO2. On effectue la coulée à la vitesse de 5 litres/minute en faisant varier les hauteurs de remplissage de 100 mm dans la coquille 1 jusqutà 500 mm dans la coquille 5. Après solidification du contenu, on vide les coquilles en les retournant simplement de 1800 et, après refroidissement de la masse solidifiée, on la concasse de façon habituelle. Le tableau 1 ci-dessous représente le résultat des examens micas copiques effectués sur les cinq coulées: -TABLEAU 1 Rèlation entre le degré de remplissage des coquilles et la taille moyenne des cristaux. Node coulée Hauteur de remplissage Taille moyenne des cris de la coquille en mm taux d'A1203en microns 1 100 7,5 2 200 20 3 300 50 4 400 120 5 500 300 Le tableau montre nettement l'importance de l'influence sur les tailles moyennes des cristaux dans des coquilles à angle de coin identique, par la seule modification du degré de remplissage des coquilles. Dans le mémé dispositif de 5 coquilles, on a également effectué, à titre d'essai, des- coulées de corirdon pur (fusion d'Al203 provenant d'alumine), de corindon courant (fusion d'Al203 provenant de bauxite) et de corindon au zirconium constitué de 46% en poids de Zr02 et de 54% en poids d'A1203. Les résultats dè ces essais ont confirmé la possibilité de réglage de la taille des cristaux en fonction du degré de remplissage. Dans le but de réaliser une coulée en continu, on a assemblé sous là forme d'une roue cellulaire de 1500 mm de diamètre total, tournant autour d'un axe horizontal, 60 coquilles individuelles dont la longueur supérieure est de 500 mm, la largeur supérieure, de 35 mm, la longueur inférieure, de 475 mm, la lar- geur inférieure, de 10 mm, et la hauteur de 320 mm. On a choisi cette disposition pour réduire autant que possible la distance de la rigole d'écoulement au bord des coquilles. (On aurait tout aussi bien pu réaliser la construction sous la forme d'un dispositif circulaire horizontal). On peut faire varier la vitesse de rotation de la roue cellulaire entre 1 tour/heure et 5 tours/ heure.Des tôles de guidage au bord supérieur des coquilles empêchent les éclaboussures et dirigent la masse fondue lors de la rotation de la roue dans la coquille suivante- Une tôle de refroidissement, refroidie à l'eau et disposée du côté de la roue cellulaire opposé au four, empêche le vidage prématuré des coquilles. Après rotation de la roue d'un angle de 180 -2300, la masse solidifiée et refroidie tombe des coquilles sur une courroie transporteuse qui l'amène vers un premier concasseur. La suite du concassage s'effectue de la façon habituelle. EXEMPLE 2. On mélange soigneusement 15.617 kg d'alumine Bayer avec 5.205 kg de baddeleyite et 416 kg de rutile, et on introduit le mélange dans le silo du four. On met en marche le four à arc de façon habituelle, et on complète la charge par introduction de minerai par portions successives, jusqu'à ce que la masse fondue remplisse le creuset du four jusqu'à 150 mm en dessous du bord supérieur. On chauffe ensuite, par mise sous courant, le conduit en carbone du trou de percée jusqu'à ce que la masse fondue commence à s'écouler. Le trou de percée se trouve à 230 mm en dessous de la surface du bain de fusion. La vitesse d'écoulement est de 3,5 litres/minute. Le temps de remplissage est de 1 minute par coquille.Dès le commencement de la coulée, on met en marche, avec une vitesse de rotation de 1 tour/heure, l'appareil à couler automatique, constitué de 60 coquilles élémentaires, décrit plus haut. Durant la coulée, on continue à chauffer le four avec une puissance de 2650 kW en adaptant l'enfournement automatique a la vitesse de l'écoulement. Après 35 minutes, on commence à vider les coquilles. On fait passer l'abrasif, refroidi jusqu'à une température d'environ 1800C à l'aide de la courroie transporteuse dans le premier concasseur, à partir duquel il traverse toute l'installation de traitement ultérieur. Après 12 heures, quand la moitié du minerai est fondue, on réduit la vitesse de l'appareil à couler automatique à 2 tours/heure, tout en maintenant la vitesse d'écoulement du jet d'abrasif fondu. A partir de ce moment les coquilles ne contiennent plus que la moitié de la quantité de remplissage antérieure. Lors du vidage des coquilles, l'abrasif solidifié présente une température de 235"C. On concasse et tamise immédiatement le produit obtenu dans cette seconde étape.Sur les produits obtenus dans les deux étapes de l'essai, on a prélevé des échantillons selon la norme 14 (FEPA), et on en a déterminé la densité apparente, la ténacité du grain selon le test de Battelle ainsi que la taille moyenne des cristallites formées par les cristaux d'Al203. Le tableau 2 ci-dessous représente les résultats de ces essais. -TABtEAU 2 Résultats des essais sur les produits de l'exemple 2. Grain examiné Vitesse de rotation de la roue à coquilla Tamis Norme 14 selon FEPA (grain rond) 1 tour/heure 2 tours/heure Couleur des grains gris clair gris clair Densité apparente en kg/litre 2,248 2,320 Ténacité du grain (Test selon Battelle, tours du moulin à boulets jusqu'à broyage de 1/3) 37113 60256 Taille moyenne des cristallites d'Al203 en microns 56 22 Le tableau fait nettement apparaître l'influence de la vitesse de rotation de l'appareil automatique à coquilles sur les propriétés techniques de l'abrasif et l'étendue des possibilités de réglage dans des coquilles à dimensions identiques. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication d'un abrasif à base d'oxy- des à cristaux de taille prédéterminée, caractérisé par le fait qu'on coule la masse fondue d'abrasif dans des coquilles en forme de coin et qu'an détermine la taille des cristaux par réglage du volume de remplissage. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on assemble, sous forme de roue cellulaire ou circulaire, plusieurs coquilles en forme de coin pour former un dispositif de coulée en continu et qu'on pourvoit ce dispositif d'un mécanisme de commande réglable par lequel on règle, à vitesse de coulée constante, le degré de remplissage des coquilles. 3. Procédé selon l'une quelconque-des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'on règle, à vitesse de rotation constante du dispositif à couler automatique continu, le degré de remplissage des coquilles par modification de la vitesse de coulée. 4. Procédé selon la revendication %, caractérisé par le fait qu'on règle l'alimentation en minerai et l'apport d'énergie par les électrodes de telle façon que la masse fondue qui s'écoule est remplacée en continu par de nouvelles quantités de charge. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que ltabrasif consiste en corindon artificiel. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'abrasif consiste en corindon au zirconium (A1203-Zr02Y, la proportion du zircon dans l'abrasif variant, de préférence, entre 10 et 60 % en poids. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'abrasif est constitué d'oxyde d'aluminium-oxyde de zirconium et d'oxyde de magnésium. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu'on ajoute au bain de l'abrasif constitué de corindon artificiel des additifs tels que Cr203, Tir,, Fe203, Si02, Hf02 et V205. 9. Meules comportant des abrasifs présentant les caractéristiques de celles définies selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10, Abrasifs sur supports dont les abrasifs présentent les caractéristiques de celles définies selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 .