Brevet FR2353457A1 — publié le 19771230

L'invention concerne le domaine de la sécurité du travail et notamment les matériaux pour la fabrication des coffrets (enveloppes) antidéflagrants et les procédés de leur production à partir de ces matériaux. Les coffrets antidéflagrants trouvent un large emploi dans la production de houille, de pétrole, de gaz, dans l'industrie chimique, ainsi que dans d'autres branches dans lesquelles les procédés de fabrication sont caractérisés par la présence ou par la formation éventuelle de matières explosibles. L'invention peut être appliques en tant que moyen empêchant la transmission de l'explosion se produisant à l'intérieur de différente machiner appareils, dispositifs et autres équipements, de même qu'à l'intérieur de leurs éléments, leurs-ensembles et leurs organes, à un milieu explosible environnant ou à un milieu explosible qui en est proche. On connaît un matériau utilisé pour la fabrication des coffrets antidéflagrants perméables aux gaz. A titre de matériau de ce genre, on utilise très largement ïaocéranique, Ce matériau est d'une haute résistance et d'une bonne perméabilité aux gaz. Toutefois, sa haute conduetibilité élec- trique et thermique et sa faible resistance à la corrosion réduisent l'application de la métallocéramique pour la fabrication des coffrets antidéflagrants. La chambre pour les capteurs des analyseurs de gaz des milieux explosibles peut autre citée à titre d'exemple de coffret antidéflagrant en mAtallocëramique. A l'intérieur de la chambre il y a une thermistance sensible aux gaz et vapeurs combustibles. Grâce à la bonne perméabilité aux g*g de la métallocéra- mique, le milieu à analyser parvient facilement à la thermistance. En même temps, la forte tortuosité des pores de la métallocéramique empêche les courants d'air de parvenir à la thermistance. Lors de la formation d'un milieu explosible, ce dernier peut être enflammé par la thermistance incandescente. Mais la flamme ne se propage pas dans le milieu explosible ambiant parce qu'à l'entrée dans les pores elle se divise et, après être affaiblie, elle se refroidit e stéteint facilement pendant son mouvement dans les pores. Etant donné sa haute conductibilig Slectrique, on doit placer la métallocéramique à une certaine distance de- sécurité par rapport aux éléments mis sous tension (cela concerne surtout les capteurs d'ionisation des analyseurs de gaz fonctionnant sous de hautes tensions). D'une manière analogue, la métallocéramique ne peut pas entre disposée, en raison de sa haute conductibilité thermique, à proximité des thermistances des capteurs thermiques des analyseurs de gaz, puisque cela réduit fortement la sensibilité du capteur et augmente sa consommation électrique. Pour cette raison, il est difficile de créer des coffrets antidéflagrants d'un ancombrefflent réduit à partir de la mtalloc éramique. De plus, étant donné la pos8ibilité de corrosion de la mAtallocéramzque, surtour lors de la formation d'un couple électrolytique à la suite de son contact avec d'autres éléments métallioues, l'emploi des coffrets, antidéflagrants mentionnés dans des milieux agressifs est limité. Il convient aussi de noter que la réalisation du procédé de fabrication de coffrets antidéflagrants à partir de métallocéramique est compliquée, car le recuit de la métallo céramique doit être effectué en atmosphère d'hydrogène. On connaît également l'emploi de matériaux pulvérulents pour la fabrication des coffrets antidéflagrants perméables aux gaz. A titre de tels matériaux pulvérulents on utilise du sable quartzeux, des boules en acier ouen verre d'une fraction déterminée-. Ces matériaux sont bien perméables aux gaz, et les matériaux tels que le sable quartzeux et les boules en verre sont résistants aux milieux agressifs. Toutefois, le procédé de fabrication de coffrets antidéflagrants à partir de matériaux pulvérulents est assez compliqué en raison de la nZcessité de compacter et de retenir ces matériaux. De ce fait, les coffrets antidoflagrans fabriqués à partir de ces matériaux sont encombrents et d'un entretien mal aisé. On connaît la fabrication de coffrets antidéflagrants à partir de tamis ou grilles métalliques. Les tamis métalliques sont caractérisés eux-aussi par une haute perméabilité aux gaz, mais ont une résistance mécanique faible et, de plus, tous les défauts propres à la métallocéramique. En outre, les coffrets antidéflagrants fabriqués à- partir de tels tamis mAtalliques ne peuvent pas retenir la flamme pour qu'elle ne provoque pas l'explosion des milieux agressifs explosibles, et de ce fait, ces coffrets ne trouvent pas un large emploi et sont utilisés de préférence pour les mélanges air-méthane. Il faut noter aussi que le procédé de fabrication de coffrets à partir de tamis est compliqué dans une certaine mesure par la fixation difficile des tamis aux autres éléments de la construction des coffrets antidéflagrants. 4insi, tous les matériaux connus énumérés, utilisés pour la fabrication de coffrets antidéflagrants perméables aux gaz, sont d'un emploi limité à cause de la fabrication compliquée de coffrets d'un encombrement réduit, de l'impossibilité de leur contact direct avec les éléments se trouvant sous tension, ainsi que de la courte durée de vie des coffrets lors de leur fonctionnement dans les milieux agressifs. Tout cela rend difficile la création de capteurs légers et d'un encombrement réduit pour les analyseurs de gaz, par exemple celle des capteurs des indicateurs de méthane associés aux lampes électriques à chapeau de mineur. Le capteur en question doit outre placé dans le phare de la lampe électrique et doit avoir évidement un encombrement et un poids réduits. Pour la mssme raison, pour ces lampes électriques on n'a pas créé jusqu'à l'heure actuelle un coupe-circuit à fusible anti-explosif. De plus, il est compliqué de fabriquer, à partir des matériaux connus, des coffrets antidéflagrants destinés à fonctionner dans des milieux agressifs (acides ou alcalins), par exemple pour les compartiments à batteries d'accumulateurs des locomotives électriques de mine. On s'est donc proposé de créer un matériau pour la fabrication de coffrets antidéflagrants d'un encombrement- réduit, dont l'emploi permettrait d'obtenir des coffrets (enveloppes) d'un encombrement réduit, possédant une tenue élevée au travail avec des agents agressifs et ayant, au besoin, la possibilité d'entrer au contact direct avec des éléments se trouvant sous tension, ainsi que d'élaborer un procédé d'obtention de coffrets antidéflagrants à partir de ce matériau, caractérisé par une mise en oeuvre simple en comparaison avec d'autres procédés d'obtention de tels coffrets à partir des matériaux connus. Ce problme est résolu du fait qu'à titre du matériau pour la fabrication de coffrets antidéflagrants, se présentant sous forme d'un corps poreux possédant des propriétés de perméabilité aux gaz, suivant l'invention on utilise un matériau abrasif ayant une dureté d'au moins 6 unités d'après l'échelle de Mohs. On connaSt trs bien les propriétés des matériaux abrasifs (corindon, corindon artificiel, carborundum, carbure de bore, etc.) : haute résistance, basse eonductibilité thermique, hautes propriétés diélectriques, passivité chimique, bonne perméabilité aux gaz. Ces propriétés permettent d'employer les matériaux indiqués pour la fabrication des coffrets antidéflagrants de différents organes et équipements, conçus pour le travail dans les milieux explosibles. Leur haute résistance mécanique permet à ces coffrets de supporter la pression qui se produit à la suite de ltexplosion du mélange combustible à l'intérieur de ce matériel. Ta bonne perméabilité aux gaz donne la possibilité de diminuer rapidement ladite pression.Il est à noter que la flamme ne se transmet pas au milieu explosible extérieur, puisqu'elle s'éteint dans les - pores du matériau abrasif de la mEme manière que dans les pores de la métallocéramique. Les hautes propriétés diélectriques des matériaux abrasifs rendent possible le contact direct des coffrets avec les éléments se trouvant sous tension, tandis que leur basse-conductibilité thermique permet d'installer le coffret à faible distance des thermistances des capteurs des analyseurs de gat des milieux explosibles. Tout cela permet de fabriauer des coffrets antidéflagrants ayant un usosut eib rXe masse réduits.Enfin, la passivite chimicue des matériaux abrasifs donne la possibilité d'utiliser les coffrets fabriqués à partir de ces matériaux pour le travail dans les milieux agressifs. En tant que matériaux abrasifs pour la fabrication de coffrets antidéflagrants il est-surtout conseillé d'utiliser le corindon artificiel et/ou le carborundum et/ou le carbure de bore et/ou le corindon. Les trois premiers matériaux sont obtenus par voie industrielle dtune façon assez simple ; quant au dernier d'entre d'eux, on le trouve souvent dans la nature. Suivant l'invention, le matériau abrasif peut entre utilisé pour la fabrication d'un corps destiné à contenir un élément capable d'amorcer une explosion dans le milieu environnant. En cas d'utilisation d'un tel matériau, comme il a été dit ci-dessus, lesdits corps peuvent avoir un encombrement et un poids réduits et être utilisés pour le travail avec des agents agressifs. Selon l'une des versions de réalisation de l'invention, le corps fabriqué à partir du matériau abrasif pour contenir ledit léent peut titre un bottier pour une résistance de limitation de courant. Selon une autre version, ce corps peut être une chambre pour la thermistance d'un capteur pour analyseur des gaz d'un milieu explesible. Selon encore une autre version, le corps indiqué peut être un porte-fusible de coupe-circuit à fusible. Le problème posé est résolu aussi grRee à un procédé de fabrication de coffrets antidéflagrants à partir d'un matériau abrasif, qui consiste à préparer un mélange composé d'une charge de matériau abrasif ayant une dureté d'au moins 6 unités d'après l'échelle de Mohs et se présentant sous forme de grains fins, et d'un matériau liant dont la température de combustion est inférieure à la température de fusion du matériau abrasif, à verser le mélange ainsi préparé dans un moule dont la configuration correspond à la forme de l'article à obtenir, à mouler ledit mélange par compression et à le soumei::tr el-slite tm tLn traitement thermique à une température supérieure à la température de combustion du matériau liant et inférieure à la température de fusion du matériau abrasif, à la suite de quoi le matériau liant brOie tandis que les grains abrasifs fondus'agglomèrent en formant un coffret antidéflagrant poreux. le procédé proposé d'obtention de coffrets antidéflagrants à partir de matériaux abrasifs est plus simple que le procédé d'obtention de tels coffrets à partir de métallocéramique, puisque cela n'exige pas leur recuit en atmosphère d'hydrogène. A titre de matériau liant il est avantageux d'utiliser un mélange constitué par une matière organique à base d'amidon et par un agglomérant vitrifié à base de feldspath et d'argile. Un tel matériau liant trouve un large emploi dans la fabrication d'outils abrasifs, et il est aussi avantageux de l'utiliser pour la fabrication de coffrets antidéflagrants à partir de matériaux abrasifs. Ci-après, l'invention est expliquée par la description d'exemples concrets mais non limitatifs de réalisation, illustrés par les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un capteur d'analyseur de gaz, dont la chambre est en matériau abrasif conf-ormeent à l'invention ; - la figure 2 illustre une autre version du méme capteur présentant une perméabilité aux gaz de tous les cotés, eonformément à l'invention ; - la figure 3 illustre d'une façon schématique un coupe-circuit à fusible, dont le porte-fusible est réalisé en matériau abrasif conformément à l'invention ; ; - la figure 4 représente une résistance de limitation de courant pour circuits électriques de sécurité à coffret antidéflagrant en matériau abrasif conformément à l'invention ; - la figure 5 représente d'une façon schématique un coffret antidéflagrant pour conduit à gaz, conformément à l'invention ; - la figure 6*montre une partie de l'appareil avec coffret antidéflagrant fabriqué en matériau abrasif, conformément à l'insention. Le matériau proposé pour la fabrication de coffrets antidéflagrants pour aifférsnti machines, appareils, dispositifs et autres équipements, ou bien pour leur éléments, leurs ensembles et leurs organes, se présente sous forme d'un corps poreux perméable aux gaz, constitué, conformément à l'invention, par un matériau abrasif doué de propriétés diélectriques et ayant une dureté d'au moins 6 unités d'après l'échelle de Mohs. Un tel matériau est utilisé pour la fabrication de bottiers destinés à renfermer des éléments capables d'amorcer une explosion dans un miliau ambiant explosible. En - tant que matériau abrasif pour la fabrication de coffrets antidéflagrants, on utilise le corindon artificiel, le Carborundum, le carbure de bore, le corindon et d'autres matériaux abrasifs ayant une dureté d'au moins 6 unités d'après l'échelle de Mohs et une dimension de grains de jO à 50 migrons. L'un des exemple de réalisation du coffret antidéflagrant à partir du matériau abrasif consiste en une chambre pour le capteur d'un analyseur des gaz d'un milieu explosible. Un tel capteur (figure 1) est exécuté en forme d'une chambre 1 perméable au gaz, fabriquée en matériau abrasif, par exemple en corindon artificiel, à l'intérieur de laquelle est montée, sur des supports 2 d'alimentation en courant électrique et une embase isolante 3, une thermistance 4 sensible aux gaz combustibles. Un capteur similaire (figure 2) mais doué de perméabilité de tous les côtés, n'a pas d'embase isolante. Sa fonction est remplie par une chambre 5 constituée par le même matériau abrasif et à travers laquelle, gracie aux propriétés diélectriques du matériau en question, passent directement les supports 6 d'alimentation en courant électrique. Sur ces supports est fixée une thermistance 7 sensible aux gaz combustibles. Selon un autre exemple de réalisation, le coffret antidéflagrant en matériau abrasif se présente sous forme d'un porte-fusible pour coupe-circuits antrVexplosifs à fusible. Un tel coupe-circuit (figure 3) est formé par un portefusible 8 perméable aux gaz, fabriqué en un matériau abrasif, par exemple en corindon, et fermé des deux cotés par des couvercles 9 métalliques sur lesquels est fixé le fusible 10 qui passe à l'intérieur du porte-fusible 8. Evidement, il est impossible de créer un coupe-circuit antiexplosif à porte-fusible en métallocéramique. Selon l'exemple suivant de réalisation, le coffret antidéflagrant en matériau abrasif se présente sous forme d'une résistance (figure 4) de limitation de courant pour circuits de sécurité électriques. Dans ce cas, le coffret est exécute, en forme de boiter i1 en matériau abrasif, par exemple en corindon artificiel, à l'intérieur duquel est montée, sur des supports 12 d'alimentation en courant et une embase 13, une résistance 14 de limitation de courant Suivant encore un exemple de réalisation, le coffret antidéflagrant fabriqué à partir du matériau proposé, par exemple en corindon, est un coffret pour conduit à gaz. Dans ce cas, il est en forme d'un disque 15~(figure 5) perméable aux gaz, monté transversalement dans le conduit à gaz 16. Enfin, selon encore un exemple de réalisation de l'invention, le coffret antidéflagrant utilisé le plus souvent est un coffret pour différents équipements. Ce coffret (figure 6) en matériau abrasif, par exemple en carbure de bore, est enforme d'un carter 17 ayant un orifice 18 de décharge et dut échange de gaz, fermé par une enveloppe antidéflagrante 19 en matériau abrasif, Le fonctionnement de tous ces dispositifs antidéflagrants est le même et se déroule comme suit. Lors de l'inflammation du milieu explosible par l'élément d'amorçage considéré (c'est-à-dire par la thermistance 4 eu 7 des figures 1 ou 2 respectivement, incandescente et sensible aux gaz combustibles, ou par le fusible 10 brayant du coupecircuit de la figure 3, ou par là résistance 14 de limitation de courant de la figure 4, ou par les autres- sources d'inflammation à l'intérieur du conduit à gaz 16 de la figure 5 et à l'intérieur du carter 17 d'un équipement ,uslconnae représenté sur la Ligure o), ia flamme s'engageant dans les pores du coffret antidéflagrant 1, 5, 8, 11, 15, 19 (figures 1 à 6), respectivément, fait en matériau abrasif proposé, se divise et, après entre affaiblie, se refroidit facilement pendant son mouvement dans les pores et s' éteint ainsi sans se propager plus loin dans le milieu explosible. Le procédé de fabrication des coffrets antidéflagrants à-partir du matériau abrasif consiste en ce qui suit. On prépare un mélange comprenant une charge sous forme de grains fins d'un matériau abrasif et un matériau liant dont la tempSrature de combustion est inférieure à la température de fusion du matériau abrasif. On verse ensuite - le mélange dans un moule dont la configuration correspond à la forme de l'article à obtenir. On soumet ensuite le mélange à la compression et au traitement thermique à une température inférieure à la température de fusion du matériau abrasif et supérieure à la température de combustion du matériau liant, à la suite de quoi le matériau liant brOie tandis que les grains abrasifs fondus s'agglomèrent en formant un coffret antidéflagrant poreux. A titre d'exemple de réalisation du procédé de fabrication de coffrets antidéflagrants à partir du matériau abrasif on va décrire maintenant le procédé de fabrication d'une chambre pour le capteur d'un analyseur des gaz d'un milieu explosible, Pour fabriquer ces chambres on utilise du corindon artificiel dont la dimension des grains est de 10 à 35 microns. Outre le corindon artificiel on peut utiliser d'autres matériaux abrasifs tels que : corindon, carborundum, carbure-de bore, ayant les mimes dimensions de grains. Comme matériau liant on emploie un agglomérant vitrifié ou céramique comprenant 70% en poids du feldspath et 30ç0 en poids d'argile. Pour les chambres considérées-on utilise, de préférence, un mélange de 78% d'abrasif et 22* d'agglomérant. Un kilogramme de ce mélange nécessite 20 g de dextrine et 40 à 45 g d'eau. A la partie pesée des grains abrasifs on ajoute de la dextrine sèche et on malaxe énergiquement durant 10 à 15 minutes @@@@@@ de ensuite de l'eau en euan'bibé nécessaire et on malaxe de nouveau la masse durant 10 à 15 minutes. On verse le mélange pesé dans un moule dont la configuration correspond à la forme du capteur de l'analyseur des gaz du milieu explosible et on le soumet à une compression jusqu'à une pression de la matière de 14 + 5 kg. On retire ensuite du moule la pièce ainsi obtenue et on la, sèche à une température de 80 à 1000G durant 1 heure. les pinces moulées et séchées sont mises dans le four et traitées thermiquement à une température de 1280 à 12900C durant 3 heures.Pendant cette opération, le matériau liant brOie tandis que les grains abrasifs fondus s'agglomèrent en formant un coffret antidéflagrant poreux. Ceci fait, les artidles sont refroidis jusqu'à la température ambiante, après quoi ils sont prCts à servir en tant que coffrets antidéflagrants Grâce à leur haute résistance mécanique, leurs hautes propriétés diélectriques, leur stabilité chimique et leur basse conductibilité thermique, les matériaux abrasifs employés en tant que matériaux pour la fabrication de coffrets antidéflagrants permettent de créer de nouvelles constructions de matériel et d'équipements antidéflagrants qui sont plus efficaces que les constructions connues et qui peuvent avoir n'importe quelle forme, Autre compactes et ne craignant pas les agents corrosifs. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprits et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. > s REVENDICATIONS 1. Matériau pour la fabrication de coffrets antidéflagrants, du type constituant un corps poreux perméable aux gaz, caractérisé en ce que le matériau dudit corps poreux le matériau abrasif ayant une dureté d'au moins 6 unités d'après ltéchelle de Mohs. 2. Matériau conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau abrasif est constitué de corindon artificiel et/ou de carbure de bore et/ou de carborundum et/ou de corindon. 3. Matériau conforme a' l'une des revendications i et 2, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour la fabrication d'un bottier destiné à renfermer un élément capable d'amorcer une explosion dans le milieu environnant. 4. Matériau conforme à la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour la fabrication d'un toRtier pour une résistance de limitation de courant. 5. Matériau conforme à la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour la fabrication d'une chambre pour la thermistance du capteur d'un analyseur des gaz d'un milieu explosible. 6. Matériau conforme à la revendication 3, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour la fabrication du porte-fusible d'un coupe-circuit à fusible. 7. Procédé de fabrication de coffrets antidéflagrants à partir du matériau conforme à l'une des revendications I à 6, caractérisé en ce qu'on prépare un mélange constitué par une charge de matériau abrasif ayant une dureté d'au moins 6 unités d'après ltéchelle de Mohs et se présentant sous forme de grains fins, et par un matériau liant dont la température de combustion est inférieure à la température- de fusion du matériau abrasif, on verse ce mélange dans un moule dont la configuration correspond à la forme de 11 article à obtenir et où on soumet ledit mélange à une compression, apr?s quoi on soumet le mélange ainsi comprimé à un traitement thermique que l'on effectue à une température supérieure à la température de combustion du matériau liant et inférieure à la température de fusion du matériau abrasif, et au cours duquel le matériau liant brille tandis que les grains abrasifs fondus s'agglomèrent en formant le coffret antidéflagrant poreux désire. 8. Procédé conformément à la revendication 7, caractérisé en ce qu'à titre de matériau liant on utilise un mélange constitué par une matière organique à base d'amidon etpar un agglomérant vitrifié à base de feldspath et d'argile. 9. les coffrets, boîtiers, chambres et autres enveloppes -analogues, caractérisés encre qu'ils sont fabriqués conformément au procédé faisant l'objet de l'une des reveraications 7 et 8.