Brevet FR2383700A1 — publié le 19781013

La présente invention a essentiellement pour objet un dispositif de granulation de matières, telles par exemple que de la silice, du spath-fluor, de l'alumine, ou de la magnésie calcinée, etc... se présentant sous forme pulvérulente, du type comportant une cuve fixe munie intérieurement de moyens de brassage prévus pour entrainer en mouvement les particules desdites matières pulvérulentes de façon à les mélanger et de moyens d'agglomération pour obtenir des granulés formés d'un certain nombre desdites particules agglomérées. Les termes ratières pulvérulentes désignent des matières quelconques constituées par des particules ayant une dimension linéaire maximale de 2 mm. La granulation est une opération qui consiste à agglomérer, cest-à-dire à lier entre elles, ces particules de matières, généralement de natures différentes, pour obtenir des grains ou granulés composites de dimensions bien entendu plus importantes que les particules elles-oêmes. De tels granulés obtenus à partir de matières pulvérulentes sont utilisés dans de nombreux domaines de la technique pour obtenir certains produits industriels, en particulier dans l'usinage thermique (électrique ou à la flamme) des métaux, par exemple pour la fabrication d'électrodes enrobées ou de fils fourrés, ou encore pour l'obtention de poudres adjuventes appliquées à certaines techniques de soudage, d'oxycoupage, ou de décriquage. Les granulés sont également utilisés dans les industries de la céramique, de la fonderie, de la chimie, etc.. Les dispositifs de granulation du type précité actuellement connus présentent certains au moins des inconvénients suivants : les grains ou granulés obtenus par ces dispositifs ont une granulométrie qui varie dans des proportions importautes ; à mesure que se resserre la fourchette granulométrique des particules de matières servant à la fabrication desdits grains ou granulés, de plus leurs formes sont irrégulières. Il en résulte une porosité defectueuse des produits fabriqués à partir de ces granulés en particulier dans le cas des poudres destinées à entre parcourues par des gaz (poudres à souder).Ces dispositifs connus n'assurent qu'un brassage peu intense des particules de sorte que la durée de granulation, c'est-à-dire le tempos pendant lequel les matières pulvérulentes doivent être traitées pour obtenir un produit final ayant la granulométrie déterminée, est importante. Les cuves des dispositifs actuels sont d'un accès peu commode, ce qui rend difficile leur nettoyage. Ces cuves sont soumises à une usure rapide due à l'abrasion constituée par le frottement des particules des matières pulvérulentes sur leur paroi ; cette usure entraine des variations de la qualité des produits obtenus et oblige à renplacer fréquemment les cuves. La présente invention a essentiellement pour but un dispositif de granulation évitant les inconvénients sus-mentionnés et qui comporte, ê cet effet, une cuve cylindrique de section circulaire et d'axe vertical, des doyens de brassage constitués par une hélice de granulation rotative logée au fond de la cuve, cozzialenent à cette dernière et par des couteaux répartis sur la paroi interne de ladite cuve, et des moyens d'agglomération constitués par un dispositif de projection d'un liant liquide disposé au-dessus de l'hélice de granulation. L'hélice, en tournant, entraîne les particules de matières à grande vitesse et les maintient en suspension dans la cuve. L'action de cette hélice jointe à celle des couteaux périphériques qui se trouvent sur les trajectoires des particules et les dévient, assure un brassage intensif et un mélange homogène desdites particules. De plus, l'intensité du brassage est liée directement à la vi tesse de rotation de l'hélice laquelle peut entre choisie de façon à réduire la durée du traitement à une valeur minimale. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de projection précité comporte une hélice rotative au-dessus de laquelle débouche wn conduit d'amenée de liant1 de sorte que le liquide tombant sur l'hélice est pulvérisé par cette dernière à l'intérieur de la cuve. Cette disposition permet de pulvériser le liant directement dans la partie de la cuve où les particules sont en suspension, évitant ainsi la formation de grosses mottes ou de collages sur les parois de ladite cuve. Le dispositif selon l'invention apporte, par rapport aux dispositifs antérieurement connus, une amélioration de la qualité de produits obtenus et une augmentation du rendement. Selon une autre caractéristique de l'invention, les couteaux sont constitués par des lames de forme générale parallélépipédique ayant leurs grandes aretes parallèles aux génératrices de la cuve, avec l'une de ces arêtes en coincidence ou sensiblement en coincidence avec l'une desdites génératrices. Selon une autre caractéristique les couteaux font, avec le plan tangent à la cuve et passant par ladite génératrice, un angle aigu. L'orientation des couteaux est déterminée de façon à intercepter au maximum les particules qui sont soumises à des chocs violents, non seulement contre les couteaux eux-mêmes mais aussi les uns contre les autres, chocs qui favorisent leur agglomération mutuelle tout en brisant les mottes susceptibles de se former. Cette orientation est déterminée également pour faire retomber les particules à mi-cherin entre le centre de la cuve et sa paroi, ce qui assure une reprise optimale desdites particules pour l'hélice 10. D'autres caractéristiques de l'invention apparattront au cours de la description qui va suivre Dans les dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif - la figure 1 montre de façon schématique, un dispositif de granulation selon un mode de réalisation de l'invention - la figure 2 est une représentation correspondant à la figure 1, vue de dessus, et montrant la trajectoire des particules dans un plan horizon tal - la figure 3 est une vue correspondant à une coupe axiale de la figure 1 et montrant la trajectoire des particules dans un plan vertical - la figure 4 est une vue correspondant également à une coupe axiale de la figure i et montrant la projection en gouttelettes du liant par l'hélice de pulvérisation. In se référant aux dessins annexés, en particulier i la figure i, on voit que le dispositif selon le mode de réalisation représenté compor- te essentiellement une cuve cylindrique d'axe XX' vertical, ayant une section circulaire de rayon R et désignée d'une façon générale par la référence i. Cette cuve 1 comporte une paroi interne 2, une paroi de fond 3, et une paroi externe 4 formant un chemisage extérieur dans lequel circule un fluide réfrigérant 5, constitué par exemple par de l'eau. La cuve est fermée à sa partie supérieure par un couvercle amovible 6. Une hélice rotative lO est montée à l'intérieur de la cuve, au voisinage immédiat de sa paroi de fond 3. Cette hélice 10, dite hélice de granulation, est entraînée en rotation autour d'un axe coincidant A l'axe XX' grâce à un arbre il relié à un moteur d'entratnement (non représenté). L'hélice 10, dont le rayon est sensiblement égal au rayon R de la cuve, présente une arête inférieure 12 rectiligne, située au voisinage immédiat du fond 3 et une arête supérieure présentant une partie centrale 13 en déclivité du centre vers la périphérie et une partie d'ex trémité 14 sensiblement rectiligne. Sur la paroi interne de la cuve sont fixés deux couteaux identiques 16 de forme parallélépipédique et diamé- tracement opposés l'un à l'autre. Ces deux couteaux ont leurs deux grandes arêtes 17a et 17b verticales et leurs petites arêtes 18 horizontales, l'une des grandes arêtes, 17a, coincidant sensiblement avec une génératrice G de la cuve. Les deux couteaux sont inclinés, par rapport à un plan tangent P passant par G d'un angle &gamma; de 45e environ, leurs petites arêtes 18a et 18b ont une longueur 1 égal à environ B/5. Le dispositif est muni en outre de moyens de projection d'un liant liquide, désignés d'une façon générale par la référence 20, et comportant une hélice 21 montée à l'extrémité d'un arbre 22 relié à un moteur d'entratnement (non représenté) et un conduit 23 d'adduction du liant. L'hélice 21, dite hélice de pulvérisation, est disposée au-dessus de l'hélice de granulation 10, coaxialement à la cuve comme cette der nier. L'arbre 22 traverse une ouverture 7 du couvercle 6 munie d'un joint 'étanchéité 8. Le conduit 23 traverse également le couvercle 6 par une ouverture 9 et débouche juste au-dessus de l'hélice 21.L'hélice 21 projette les gouttelettes du liant selon un angle ss qui est fonction de sa vitesse de rotation. L'expérience a montré que la vitesse circonférentielle de rotation de l'hélice 21 doit être supérieure à 0,5 s/ee- conde, son rayon inférieur à R/2 et l'angle de pulvérisation ss sous lequel elle projette les gouttelettes de liant doit être inférieur à 4Q . Lorsque la cuve est chargée de matières pnlvérulentei et que l'hélice 10 est entrainée en rotation, par exemple dans le sens de la flèche F1, les particules desdites matières sont entrainées selon des directions représentées par les flèches F'1 et F"1 des figures 2 et 3. En se référant à la figure 2, on voit que les particules suivent dans le plan horizontal une trajectoire centrifuge, sensiblement selon une spirale jusqu'à ce qa'elles heurtent les couteaux 16 qui les ramènent vers le centre. En regardant la figure 3, on voit que les particules suivent, dans le plan vertical, une trajectoire ascendante pour retomber sur la partie centrale de l'hélice, c'est-à-dire sur ces arêtes supérieures inclinées 13 qui les renvoient à nouveau vers le haut et vers l'extérieur. Les particules sont donc maintenues en suspension dans la cuve et les différents chocs auxquels elles sont soumises avec les couteaux, avec les parois de la cuve, avec l'hélice et entre elles, assurent un brassage qui entrasse un mélange homogène desdites particules. Le fluide réfrigérant 5 qui circule dans le chemisage élimine au fur et à mesure de leur formation, les calories egagées par les chocs et maintient la température de la cuve à une température constante de 200 C environ. Lorsque le mélange des particules sèches est suffisamment homogène, on entrain en rotation l'hélice 21 dans le sens indiqué par la flèche F2, ctest-à-dire dans le sens inverse à l'hélice 10 et on fait arriver par le conduit 23 un liant liquide approprié qui tombe sur l'hé- lice 21 et projette ces dernières dans le nuage de particules solides selon les flèches F2 de la figure 4. On obtient ainsi un mélange intime entre les particules solides et les gouttelettes de liant, ce qui entraîne la formation de granulés aux formes arrondies et régulières, inscrits dans une fourchette granulométrique très serrée. On donnera ci-après, à titre d'exemple, les données relatives à la fabrication d'une poudre à souder au moyen d'un dispositif selon l'invention. La cuve utilisée est munie de deux couteaux parallélépipédique diamétralement opposés ayant les paramètres suivants 1 = R/5 T = 450 Les vitesses circonférentielles de rotation des hélices 10 et 21 sont - hélice 10 = 7 m/s - hélice 21 = 5 m/s (entraînant un angle ss de projection du liant de 150 C). Les matières sèches pulvérulentes formant le mélange étaient les suivantes, avec des proportions en poids suivantes - silice séchée 20 % - spath-fluor séché 20 % - magnésie calcinée 27 % - alumine calcinée 33 % La granulométrie des particules desdites matières, pour 95 % en poids du mélange, était comprise entre 10 et 100 p. Le liant utilisé pour agglomérer les particules du mélange précité était constitué par du silicate de soude 39 - 410 beaumé de module 3,2 à raison de 30 % du poids des matières sèches. La durée du traitement à partir de l'introduction du liant a été de 4 minutes environ. Pendant le traitement de granulation, la température de la cuve était maintenue à 200 C environ. Le tableau ci-après montre comparativement les granulométries du produit granulé obtenu avec le dispositif selon l'invention (I) et avec un dispositif connu (II) comportant une cuve cylindrique horizontale fixe munie intérieurement d'un système à sabots rotatifs à axe horizontal. Befus sur tamis d'ouverture de maille 1,25 mm - 12,4 % " " " " " " " 1,00 mm 3,4 % 27,5 % " " " " " " " 0,800 mm 10,9 % 15,9 % " " " " " " " 0,630 mm 25,8 % 9,6 % n n t, t, n n It 0,500 mm 23,0 % 3,8 % " " " " " " " 0,400 mm 20,2 % 3,0 % " " " " " " " 0,315 mm 11,3 % 3,4 % " " " " " " " 0,250 mm 5,4 % 5,6 % n n tr " " 0,200 mm - 2,4 X " " " " " " " 0,160 mm - 2,4 % " " " " " " " 0,125 mm - 2,9 % " " " " " " " 0,100 mm - 2,9 % " " " " " " " 0,080 mm - 3,1 % Passe au n n n n " 0,080 mi mm - 5,1 % L'expérience a montré que la poudre obtenue avec le dispositif antérieurement connu ne permettait pas de souder de façon correcte en raison des fines,(c'est-à-dire de la fraction du produit granulé inférieur à 0,160 mm) qui empêchent le dégazage, alors que la poudre obtenue avec le dispositif selon l'invention a donné toute satisfaction. On pourrait apporter au dispositif décrit de nombreuses variantes de réalisation sans pour autant sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi par exemple, que les couteaux 16, au lieu d'être au nombre de deux comme représenté, pourraient être en nombre beaucoup plus grand, (quatre, six, huit, etc...) et répartis régulièrement sur le pourtour de la cuve. Ces couteaux, au lieu d'entre fixes, pourraient être montés eux-mêmes rotativement, par exemple être montés sur un support solidaire d'un axe entraîné en rotation par un moteur approprié. Le sens de rotation de ces couteaux est de préférence inverse au sens de rotation de l'hélice de granulation 10. On peut également faire varier les dimensions des couteaux ainsi que leurs orientations. C'est ainsi que l'angle &alpha; peut être choisi entre 30 et 700 et la largeur 1 des couteaux peut être choisie entre R/10 et R/2. Il a été constaté que la profondeur d'immersion Je couteaux dans la poudre en suspension peut être supérieure à 20 % de la hauteur de celle-ci. Enfin, bien qu'il soit avantageux que l'hélice 21 soit coaxiale à l'hélice 10, il est evident qu'elle pourrait être cependant déportée par rapport à cette demiers. -REVNDICATIONS- 1 - Dispositif de granulation de matières, par exemple de silice, de spath-fluor, d'alumine ou de magnésie calcinée se présentant sous forme pulvérulente, du type comportant une cuve fixe munie intérieu rement de moyens de brassage prévus pour entraîner on mouvement les particules desdites matières pulvérulentes, de façon à mélanger et des moyens d'agglomération pour obtenir des granulés formés d'un cer- tain nombre desdites particules agglomérées, ledit dispositif étant caractérisé on ce que la cuve est une cuve cylindrique de section circulaire et d'axe vertical, on ce que les moyens de brassage comportent une hélice de granulation rotative logée au fond do la cuve coaxialement à cette dernière et des couteaux répartis sur la paroi interne de la cuve, et on ce que les moyens d'agglomération comportent un dispositif de projection d'un liant liquide disposé au-dessus de ladite hélice de granulation. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé on ce que le dispo sitif de projection précitez comporte une hélice rotative au-dessus de laquelle débouche un conduit d'amenée dudit liant do sorte que le liquide tombant sur ladite hélice est pulvérisé par cette derniers à l'intérieur de la cuve. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé on ce que les cou teaux sont constitués par des lames de forme générale parallUlépip*- disque ayant leurs grandes arêtes parallèles aux génératrices de la cuve, avec l'une de ces arêtes on coincidence ou sensiblement on coïncidence avec l'une desdites génératrices. 4 - Dispositif selon la revendication 3. caractérisé on ce que chaque couteau fait, avec le plan tangent à la cuve et passant par la géné ratrice de la cuve qui coïncide avec son arête, un angle o aigu. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé on ce que les cou teaux précités sont au nombre de deux et diamétralement opposés. 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé on ce que les cou teaux précités sont fixes par rapport à la cuve. 7 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé on ce que les cou teaux précités sont montés rotativement par rapport à la cuve et sont entraînés on rotation on sens contraire à celui de l'hélice do gra nulation. 8 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé on ce que l'axe do rotation de l'hélice de pulvérisation précitée cotncide avec lsaxe de la cuve. 9 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de refroidissement de la cuve. 10- Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement précités sont constitués par un chemisage exte- rieur à la cuve et dans lequel circule un fluide réfrigérant, par exemple de l'eau.