Brevet FR2471827A1 — publié le 19810626

Dispositif pour la production de granules métalliques uniformes. La présente invention concerne un dispositif pour la pro- duction de gouttelettes métalliques uniformes d'un diamètre déterminé, permettant d'obtenir, à partir de métal en fu- sion, des granules solides de forme sphérique. La production de gouttelettes de liquides uniformes par application de vibrations sur un écoulement filiforme de liquides est connue depuis longtemps. Diverses applications en sont couramment utilisées dans l'industrie, notamment pour produire une granulation calibrée de produits pharma- ceutiques et de divers autres produits. Ces produits passent à l'état liquide à travers des orifices vibrants, et sont ensuite éventuellement solidifiés soit par refroidissement soit par cristallisation soit par évaporation de solvant. On réalise ainsi des billes sphériques calibrées, permettant de les conditionner sous la forme qui, au point de vue des caractéristiques d'écoulement, les rapproche le plus des li- quides. En métallurgie on emploie des métaux sous forme de gra- nulés, de façon à faciliter leur injection dans d'autres mé- taux. Ainsi, la désulfuration de la fonte nécessite l'in- jection de magnésium. Mais il est actuellement difficile de produire des granules de métaux qui aient des caractéris- tiques de granulométrie suffisamment uniformes. Les divers dispositifs utilisant l'influence de vibrations sur un écoulement filiforme de liquide ne sont pas appliqués à la métallurgie. En effet, les métaux en fusion nécessitent no- tamment de soumettre le dispositif à de hautes températures, incompatibles avec les moyens habituellement utilisés pour la granulation de matières organiques ou plastiques. Les métaux en fusion posent en particulier le problème de la ré- gulation et du contrôle du débit de liquide à travers les orifices vibrants, ce contrôle ne pouvant être effectué au moyen de vannes classiques. A cause de ces difficultés de mise en oeuvre, les méthodes actuellement utilisées sont le broyage, la pulvérisation, ou des réactions chimiques. Ces diverses méthodes produisent des granules dont le spectre granulométrique est très dispersé, dont la surface extérieure n'est pas très lisse, et qui-contiennent des particules très petites, ou fines. La mise en oeuvre de ces méthodes néces- site notamment un tamisage et un recyclage, et leur prix de revient est élevé. Les particules, qui ne sont pas lisses, tendent à s'agglomérer, produisant des paquets de matière préjudiciables à la bonne régularité des produits obtenus. La présente invention a notamment pour objet de pallier les inconvénients des méthodes connues, en proposant un dispositif à orifice vibrant, permettant la production de granules métalliques sphériques uniformes d'un diamètre déterminé dont la surface extérieure est lisse. Un autre objet de la présente invention est de proposer un tel dispositif qui soit à la fois simple et économique. Un autre objet de la présente invention est de proposer un tel dispositif permettant de traiter des métaux réac- tifs dont le traitement ne peut se faire qu'en atmosphère contrôlée et après séparation des inclusions solides en sus- pension: notamment des nitrures, carbures, oxydes. Un autre objet de la présente invention est de proposer un dispositif permettant un débit important de métal. Pour ce faire, et selon un aspect de la présente invention, le dispositif de formation de granules métalliques comprend une cellule de chauffe munie d'une enceinte étanche formant récipient et de moyens de chauffe, un organe d'introduction de matière première dans la cellule, une tour de refroidis- sement en communication avec la cellule par une canalisa- tion de communication comportant un siphon et une zone per- cée d'au moins un orifice vibrant, un premier moyen pneu- matique pour établir et commander la pression de l'atmos- phère dans l'enceinte, un vibrateur relié à la zone compor- tant l'orifice vibrant et agencé de manière à le faire vi- brer de façon continue, et un dispositif d'évacuation du -solide de la colonne de refroidissement. Selon un autre aspect de la présente invention, la tour de refroidissement est étanche et est en communication avec un second moyen pneumatique pour établir et commander la pression de l'atmosphère qu'elle contient. Selon un autre aspect de l'invention, l'enceinte comporte en outre un filtre à l'extrémité de la canalisation de com- 2471827 J munication et/ou un moyen de brassage du métal liquide. D'autres caractéristiques et avantages de la présente in- vention ressortiront de la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre illustratif-mais nullement li- mitatif, faite en relation avec le dessin annexé représen- tant schématiquement en coupe les divers organes du dispo- sitif selon la présente invention. Comme le représente schématiquement en coupe-la figure, le dispositif selon la présente invention comprend un or- gane obturable d'introduction de matière 1 pour amener le métal dans une cellule de chauffe 2 d'o le métal fondu est injecté dans une tour de refroidissement 3 à-travers une canalisation de communication 4. Un dispositif d'évacuation obturable 5 permet d'évacuer les granules de métal solide formés dans la tour de refroidissement 3. La cellule de chauffe 2 comprend une enceinte étanche 6 formant récipient pour contenir le métal e-n fusion. Cette enceinte 6 est chauffée par des moyens de chauffe 7 entou- rant ses parois latérales et maintenant à l'intérieur de l'enceinte une température supérieure à la température de fusion du métal* Le métal en fusion 8 occupe la partie in- férieure de l'enceinte 6 et est surmonté par une atmosphère gazeuse 9 dont la pression est commandée par un premier moyen pneumatique 10 auquel elle est reliée par une canali- sation 23e Cette pression dans l'atmosphère 9 peut être augmentée ou diminuée, provoquant l'injection plus ou moins rapide du métal fondu 8 à travers là canalisation de com- munication 4. Cette canalisation de communication comprend un tube re- courbé 11 dont une extrémité 12 est immergée dans le métal fondu 8 et dont l'autre extrémité 13 pénètre dans la partie supérieure de la tour de refroidissement 3. La partie supé- rieure du tube, voisine de l'extrémité 12 est recourbée pour former siphon, le coude dépassant du niveau du métal fondu. L'extrémité 12, dont l'embouchure est tournée vers le fond 14 de l'enceinte 6, est munie d'un filtre 15 destiné à re- tenir les impuretés contenues dans le-métal fondu. La zone de l'enceinte 6 au voisinage du fond 14 est une zone de dé- cantation o s'accumulent les impuretés de densité supérieure 2471822 J au reste du liquide. Le filtre pourra être placé juste au dessus de cette zone de décantation du métal fondu pour em- pêcher les inclusions solides en suspension de colmater rapi- dement le filtre. L'extrémité 13 du tube 1i comprend au moins un orifice pour l'injection du métal fondu dans la tour de refroidissement 3. Sur l'écoulement filiforme de métal fon- du ainsi obtenu, on applique des vibrations pour produire des gouttelettes de liquide uniformes. Selon un mode de ré- alisation, l'extrémité 13 du tube est animée de vibrations par un vibrateur 16 et un dispositif de liaison schématique- ment représenté par la tige 17. La cellule de chauffe 2 comprend en outre un moyen méca- nique de brassage schématiquement représenté par l'hélice 18, assurant le brassage et l'homogénéisation du liquide. Les gouttelettes de métal fondu formées à l'extrémité 13 de l'organe de communication 4 sont dispersées dans la tour de refroidissement par un moyen de dispersion 19. Ce moyen peut être par exemple un dispositif utilisé dans la tech- nique tel que une électrode chargée électriquement par rap- port à l'extrémité 13 du tube 11 et provoquant sur les gout- telettes l'apparition de charges électriques de même signe. Les gouttelettes se dispersent dans la tour de refroidisse- ment et se solidifient avant de retomber au fond 20 de la tour. La tour 3 contient une atmosphère gazeuse permettant le refroidissement rapide du métal. Elle peut comprendre dif- férents moyens pour accélérer le refroidissement du métal tels que circulation gazeuse, ou autres moyens de refroidis- sement. La vitesse de refroidissement des gouttelettes peut conditionner la nature de la phase du matériau-formant les gouttelettes, et ainsi la qualité du produit obtenu. La pré- sente invention prévoit une tour de refroidissement étanche pour empêcher la communication de son atmosphère interne avec l'air ambiant. La pression de l'atmosphère gazeuse de la tour peut être commandée par un second moyen pneumatique 25 auquel elle est raccordée par une-canalisation 24. Selon un mode de réalisation, l'organe d'introduction de métal 1 comporte un sas de communication 21 et le dispositif d'évacuation 5 comporte un sas 22 pour permettre le fonc- tionnement en continu de l'installation. 2471827 J Le dispositif d'alimentation en matière première 1 permet d'amener dans la cellule de chauffe soit du métal fondu soit du métal à l'état solide. Dans ce dernier cas, la fu- sion se fait dans la cellule de chauffe, et le métal n'est injecté dans la tour de refroidissement que lorsqu'il est entièrement fondu et homogène. Le dispositif selon la présente invention permet de trai- ter avantageusement des métaux qui réagissent violemment avec différents gaz notamment l'oxygène. Dans ce cas, l'en-_ semble hermétique comprenant la cellule de chauffe 6, les moyens de commande en pression 10 et 25, l'organe de com- munication et la tour de refroidissement est soumis à une atmosphère contrôlée de gaz ne réagissant pas avec le métal. La mise en oeuvre du dispositif selon la présente inven- tion consiste à introduire le métal dans l'enceinte chauf- fante 6 soit sous forme solide soit sous forme liquide au moyen du sas 21, à maintenir sa température légèrement aux dessus de sa température de fusion par les moyens de chauf- fe 7, et à homogénéiser la masse en fusion par brassage ou par bullage par les moyens de brassage 186 Lorsque la masse en fusion est homogène, on l'injecte dans la tour de re- froidissement 3 à travers le tube 11 Le siphon est amorcé par exemple par une surpression dans l'enceinte 6 produite par le dispositif pneumatique 10. Les gouttelettes ainsi formées sont ensuite dispersées par le moyen de dispersion 19 et refroidies dans la tour de refroidissement pour former des granules sphériques solides. La vitesse d'injection du métal fondu à travers les orifices vibrants est réglée par la différence de pression de gaz entre l'atmosphère 9 qui surmonte ce métal en fusion dans l'enceinte chauffante et l'atmosphère de la tour 3. Cette vitesse d'injection contrô- lée et réglée permet de tenir compte de la nature du métal, de la fréquence de vibration des orifices vibrants, et de divers paramètres physiques du métal fondu tels que sa tem- pérature. Les moyens pneumatiques 10 et-25 permettent ainsi d'établir, de régler, et d'arrêter le débit de métal liquide injecté. La présence du filtre 15 permet d'éviter l'introduction d'impuretés à l'intérieur du tube 11 et notamment sur les 2471827j J orifices de l'extrémité 13, ce qui aurait pour conséquence de provoquer une irrégularité de la formation des goutte- lettes et éventuellement l'obstruction des orifices. Le fil- trage du métal par le filtre se fait sous pression, la pres- sion de l'atmosphère 9 pouvant être supérieure à la pression de l'atmosphère régnant à l'intérieur de la tour de refroi- dissement 3. La'différence de pression entre les deux en- ceintes 6 et 3 peut être inversée, par les dispositifs pneu- matiques 10 et 25, ce qui permet de nettoyer le filtre sans avoir à ouvrir l'enceinte et à mettre celle-ci en contact avec l'oxygène. L'homogénéité de la masse en fusion peut être réalisée de différentes façons:- Si les inclusions sont suffisamment fines, on peut réaliser une suspension homogène de ces particules grâce à un brassage efficace par le moyen 18. Si au contraire les inclusions sont grosses et risquent de colmater trop rapidement le filtre et/ou le ou les orifices d'injection, on procède à une décantation qui est effectuée dans la partie inférieure de l'enceinte 6. Pour faciliter notamment le nettoyage de l'enceinte après décantation, on pourra prévoir un fond 14 sensiblement et/ou partiellement conique, le sommet du cône étant dirigé vers le bas, pour provoquer l'accumulation des produits de décan- tation dans un panier-amovible, non représenté sur la figure, placé à la partie inférieure du cône, le panier pouvant être retiré pour l'évacuation de ces produits de décantation. Le passage du panier pourra être facilité par une disposition décalée, asymétrique, du fond conique 14 et/ou de la canali- sation de communication 4 par rapport à l'enceinte 6 pour permettre le dégagement vertical du panier sans buter contre le siphon ou le filtre 15. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réa- lisation qui ont été explicitement décrits mais elle com - prend diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. t471827 1 REVENDICATIONS 1 Dispositif pour la fabrication de granules métalliques comportant une cellule de chauffe avec une enceinte étanche formant récipient et des moyens de chauffe entourant l'en- ceinte; un organe obturable d'introduction de matière pre- mière dans la cellule de chauffe; une tour de refroidisse- ment contenant une atmosphère gazeuse; une canalisation de communication entre l'enceinte et la tour de refroidis- sement comportant une extrémité percée d'au moins un orifice vibrant; un vibrateur relié à l'extrémité comportant l'ori- fice vibrant et agencé de manière à le faire vibrer de fa- çon continue; un dispositif obturable d'évacuation du so- lide de la tour de refroidissement, caractérisé en ce qu'il comprend un premier moyen pneumatique pour établir et com- mander la pression de 19atmosphère dans l'enceinte étanche et en ce que la canalisation de communication comprend un siphons 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tour de refroidissement est étanche et est en commu- nication avec un second moyen pneumatique pour commander et établir la pression de l'atmosphère qu'elle renferme. 3 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la canalisation de communica- tion est un tube dont une première partie, insérée à l'in- térieur de la cellule de fusion, est coudée pour former le siphon, et dont une seconde partie, insérée à l'intérieur de la colonne de refroidissement, comporte à son extrémité au moins un orifice vibrante 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de filtre à l'extrémité du tube située dans l'enceinte étanche et immergé dans le liquide en fusion. - Dispositif-selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de brassage du liquide en fusion dans l'enceinte étanche. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'enceinte comprend un fond sensiblement et/ou partiellement conique, un panier amovible 2471827 i étant disposé au fond du cône pour recueillir les produits de décantation. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'organe obturable d'introduc- tion de matière et le dispositif d'évacuation comportent des sas. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'atmosphère de la cellule de fusion et de la colonne de refroidissement est constituée d'un gaz inerte.