Brevet FR2485733A1 — publié le 19811231

La présente invention a pour objet un dispositif réalisant de façon automatique la fabrication d'échantillons à-- destinés à être ensuite analysés afin de déterminer la composition exacte des éléments constitutifs de l'échantil- lon, ces échantillons étant constitués par un dosage précis au milligramme près d'un mélange de fondant et de poudre à analyse, ce mélange pouvant être ensuite fondu et refroidi de façon à réaliser une perle qui est introduite dans l'appareil d'analyse. Ce dispositif est plus particulièrement destiné aux cimenteries pour l'analyse de la composition des mélanges de com- posants après leur broyage et avant leur cuisson au four, ces produits étant usuellement appelés "crus". Ces crus sont constitués par des produits de carrière et la proportion des divers composants (argile, silice, etc.) doit être constante pour que le produit-final, appelé "clinker", obtenu après cuisson, soit de qualité constante bien déterminée. Afin d'obtenir cette régularité de la composition des crus, on procède de façon régulière à des analyses, en général au moyen de spectromètres à rayons X, ces appareils exig nt que les échantillons soient d'une granulométrie très fine et présentent une surface parfaitement plane. Selon une première méthode, un volume déterminé de poudre de cru est broyé en particules de l'ordre de quelques mi- crons, par un broyeur à anneaux après avoir été mis en pâte par addition d'alcool, l'alcool est ensuite évaporé, ce qui donne un produit en croûte, qui est réduit en poussière et comprimé à------- à très haute pression, ce qui donne une pastille, mainte- nue dans une bague métallique ou une capsule, cette galette étant introduite dans le spectromètre à rayons X. On peut ainsi obtenir une mesure environ toutes les 15 minutes, ce qui permet un contr8- le des unités alimentant les silos de cru. Cependant, ces mesures ne sont pas assez précises et même sujettes à erreur parce que les grains de silice se brisent de façon différente suivant leur com- position minéralogique, ce qui fausse la mesure aux rayons X, d'autre part, il arrive que l'état de surface de la pastille ne soit pas parfaitement plan, ce qui, également, fausse la mesure. Selon une deuxième méthode, on vitrifie l'échantillon à analyser, c'est-àdire que l'on réalise un mélange poudre de cru + fondant dans une proportion très exactement déterminée et ce mélange est fondu à - -- haute température (environ 12000) de façon à obtenir un verre homogène des deux produits fondus. Après refroidissement, on obtient une perle ayant l'apparence d'un verre plus ou moins teinté. Cette perle est alors introduite dans le spectromètre à rayons X. On obtient ainsi des mesures beaucoup plus fiables. Cependant, la fabrication des perles demande une manutention très minutieuse pour la pesée des deux composants, qui doit être très précise, car la précision de la mesure est fonction du rap- port des quantités des deux composants du verre, et pour les opé- rations subséquentes de cuisson et d'analyse, de sorte que ces analyses ne peuvent pas se faire en continu et à une cadence suf- fisante pour permettre le pilotage et la régulation des installa- tions d'alimentation des silos de produits crus. La présente invention a pour objet un dispositif réa- lisant de façon automatique la fabrication des perles et leur in- troduction dans un spectromètre à rayons X. A titre d'exemple non limitatif et pour faciliter la description de l'invention, on a représenté aux dessins annexés Figure 1, une vue schématique en plan d'une installa- tion réalisant la fabrication des perles. Figure 2, une vue de détail en plan à échelle agran- die illustrant la pince du bras tournant de l'instafation repré- sentée à la figure 1. Figure 3, une vue de dessous de la pince de la figure 2. Figure 4, une vue de détail à grande échelle de la goulotte de retournement du dispositif de la figure 1. Figure 5, une vue de détail illustrant l'appareil de chargement de la perle dans le porte-échantillon. En se reportant à la figure 1, on voit que le dispo- sitif comporte une bascule 1, posée sur un ensemble antivibra- toire indépendant du plateau A, qui est de préférence une bascule électronique dont la précision est de l'ordre du milligramme. Le plateau 2 de cette balance est de préférence recouvert d'une clo- che 3, qui est, dans l'exemple représenté, un cube en verre com- portant une fenêtre 3a sur une face latérale et une fenêtre 3b sur une autre face. Cette cloche 3 est portée par un bras 4, relié à un cadre 5, porté par un vérin, non représenté. Le plateau A porte également deux chariots 6 et 7, mobiles sur des rails 8 et 9. Chaque chariot comporte une gou- lotte 10 et 11, montée sur un socle vibrant 12 et 13 et une deu- xième gouttière 14 et 15, alimentée à partir d'une trémie 16 et 17, le tout monté sur un socle vibrant 18 et 19. La trémie 17 est de surcroît alimentée par une goulotte 20, reliée à un ré- servoir 21, de volume important. Chaque chariot est mû par un moteur électrique, non représenté, dont le fonctionnement est commandé, de façon connue, par des micro-rupteurs de position de façon à pouvoir occuper soit une position d'attente, qui est celle qui est représentée à la figure 1, soit une position avancée, à proximité immédiate de la bascule 1. Lorsque les chariots 6 ou 7 sont dans la posi- tion avancée, les extrémités des goulottes 10 et 11 sont à l'a- plomb du centre du plateau 2 de la balance en ayant pénétré à l'intérieur de la cloche 3 par l'une ou l'autre des fenêtres 3a ou 3b. Lorsque le chariot 6 se trouve dans la position d'atten- te, représentée à la figure 1, l'extrémité de la goulotte 10 se trouve à l'aplomb d'un orifice 22 d'évacuation. La trémie 16 reçoit le produit à analyser, tandis que la trémie 17 reçoit le fondant. Le plateau A porte, de l'autre côté de la bascule 1, une tige verticale 23, portée par un piston, non représenté, de façon à pouvoir, d'une part, tourner sur elle-même et, d'autre part, coulisser longitudinalement. Cette tige 23 porte un bras 24, muni à son extrémité d'une pince 25. Le pivotement de la tige 23 et du bras 24 est contrôlé, d'une façon en ellemême connue, par un mécanisme coopérant avec un disque 26 muni, dans l'exem- ple représenté, de 8 échancrures à 450 les unes des autres. A côté du plateau A est disposé le four à induction B, qui est en luimême connu. Ce four de cuisson comporte un piston 27, destiné à recevoir un creuset D --- manipulé par la pince 25, ce piston, une fois muni de son creuset, venant présenter ledit creuset à l'intérieur d'un enroulement qui chauffe le creu- set par induction; après fusion, le creuset est manipulé par une pince 28, qui renverse le contenu du creuset dans me coupelle o le liquide en fusion se refroidit en formant la perle qui est évacuée sur une glissière 29. Un programmateurC commande le déroulement en séquence des diverses opérations qui seront décrites ci-après. La trémie 16 est alimentée par tout moyen approprié connu, par exemple par transport pneumatique en produit à analyser, c'est-à-dire en échantillonnage provenant de la réception du silo de stockage de matières crues. La trémie 16 contient approxima- tivement 40 g d'échantillon. Ce produit doit être mélangé en proportion déterminée avec le fondant. Dans un premier temps, la pince 25 se trouve à sa posi- tion d'origine au-dessus de l'extrémité d'une rampe chargée d'une rangée de creusets. Elle est mise en action par le programma- teur C afin de se saisir d'un creuset D et de pivoter pour l'ame- ner au-dessus du plateau 2 de la balance 1, la cloche 3 ayant été soulevée pour laisser passer le bras 24 et la pince 25. Puis, les socles vibrants 12 et 18 sont mis en action par le programmateur C, alors que le chariot 6 est en position d'attente: il en résulte que du produit s'écoule de la trémie 16 par la goulotte 14, qui le fait tomber dans la goulotte 10, qui le fait tomber dans le trou d'évacuation 22; les socles vibrants 12 et 18 sont interrompus au bout d'un temps déterminé correspon- dant à l'écoulement d'environ la moitié du contenu de la trémie 16, soit approximativement 20 grammes. Cette phase opératoire a pour objet d'éliminer tout reliquat de poudre provenant de l'échan- tillonnage précédent. Le chariot 6 est alors mis en action, de sorte qu'il s'avance vers la bascule 1, sa goulotte 10 pénètre dans la cloche 3 par la fenêtre 3a et le chariot 6 s'arrête en fin de course, l'extrémité de la goulotte 10 étant à l'aplomb d'un creuset D placé sur le plateau de la balance. Les socles vibrants 12 et 18 sont alors mis à nouveau en action et la poudre s'écoule dans le creuset D. La balance enregistre l'augmentation du poids et trans- met de façon continue au programmateur C les données de la pesée; dès que 2,5 g de poudre, dans notre exemple, sont tombés dans le godet, le programmateur C arrête les socles vibrants 12 et 18. La pesée exacte, au milligramme près, est alors enregistrée par le programmateur C, qui comporte un dispositif, genre mini ordi- nateur, qui peut mémoriser des données et faire des opérations arithmétiques simples. Cette pesée est mémorisée. Si cette pesée est supérieure à 2,7 g, la quantité de fondant à ajouter par la suite serait trop importante et l'opération est annulée et recommencée. Pour cela, le chariot 6 recule, le vérin du cadre 5 soulève ce dernier, qui soulève la cloche 3, le bras 24 pivote, s'abaisse, vient saisir le creuset D, pivote de 900 -------------- et lache le creuset D qui tombe dans l'orifice d'évacuation 32. Si la pesée est inférieure à 2,700 g, par exem- ple 2,506, cette donnée est mémorisée et multipliée par 4, dans notre exemple, soit 10,024. Le chariot 6 revient à sa position d'attente. Le chariot 7 est alors mis en action et il s'avance vers la bascule 1, sa goulotte Il pénètre dans la cloche 3 par la fenêtre 3b, lorsqu'il s'arrête en fin de course, l'extrémité de ladite goulotte Il se-trouve à l'aplomb du creuset D. Les socles vibrants 13 et 19 sont alors mis en action et le produit vitrifiant s'écoule. La bascule enregistre l'augmentation du poids et arrête l'écoulement dès que la valeur précédemment cal- culée, soit 10,014 dans l'exemple considéré, est atteinte. La pesée est alors effectuée, une erreur de 3 mg étant admise, car cela correspond à une erreur de pesée sur le produit à échantil- lonner inférieure au milligramme. Si au moment de l'arrêt il se produit un petit éboulement de produit provoquant une erreur su- périeure à 3 mg, le programmateur annule l'opération, c'est-à- dire que comme précédemment, la pince 25 vient prendre le creuset D pour le lâcher dans l'orifice 32. La fluidité du fondant étant en général supérieure à celle de l'échantillon de cru, les risques d'erreur sont plus faibles pour la pesée du fondant que pour la pesée de l'échantil- lon de matière crue et, d'autre part, le rapport de ces matières étant, dans notre exemple, de 1 à 4, l'incidence d'une erreur sur le fondant est moins importante., Si la pesée est correcte, le chariot 7 revient à sa position d'origine. La cloche 3 est alors soulevée par le cadre et la pince 25 vient saisir le godet. Pour cela, la tige 23 coulisse longitudinalement vers le haut, ce qui soulève le bras 24 et la pince 25, puis, en étant guidé pas à pas par le disque 26, à échancrures (appelé également organe de commande à croix de Malte), la tige 23, le bras 24 et la pince 25 pivotent de manière à amener la pince exactement au-dessus du creuset D. La tige 23, et donc le bras et la pince 25, s'abaissent et les bras de la pince saisissent le creuset D. L'ensemble tige 23, bras 24, pince 25 se soulève à nouveau et pivote d'environ 1800 pour arriver audessus du piston 27, o il descend pour poser le creuset sur un plot en céramique posé à l'extrémité de la tige du piston 27. Le four à induction B fonctionne de façon connue, c'est-à-dire que le piston 27 soulève le creuset D pour l'amener à l'intérieur des spires de la bobine de chauffage par induction; le mélange de poudre est mis en fusion, puis le chauffage est à plusieurs reprises interrompu pour permettre une meilleure homo- généisation des produits en fusion; ensuite la pince 29 vient saisir le godet et le plot en céramique et verse le produit en fusion dans une coupelle de platine o il se solidifie en formant ce que l'on appelle une perle. La perle est alors prise dans le moule et tombe sur un plan incliné 29. Le plan incliné 29 fait coulisser la perle jusqu'à l'intérieur de la courbe d'un toboggan 30 (figure 4), ce qui a pour effet de retourner la perle afin de la mettre dans la bonne position; ce toboggan dépose la perle sur un transporteur à bande 31. L'opération de vidange de la trémie à produit 16 est alors déclenchée par la mise en vibration des socles vibrants 12 et 18. En fonction du procédé de l'usine, cette opération peut être di- férée pour l'éventuelle fabrication d'une deuxième perle avec le même prélèvement. A son extrémité, le transporteur 31 déverse la perle sur une plaquette 32 (figure 5), dont l'extrémité comporte une butée arrondie 33 ayant pratiquement les mêmes dimensions que la perle, de façon à la positionner avec précision par rapport à une extrémité de la tige 34 d'un piston 35. La tige 34 du piston 35 soulève la perle et la fait pénétrer dans le porte-échantillon 36 en la poussant contre le rebord 37 du porteéchantillon o elle est bloquée par le système de cliquet à billes 38. Les figures 2 et 3 représentent un mode préférentiel de réalisation de la pince 25. En se reportant à ces figures, on voit qu'à l'extrémité du bras 24 est fixée une plaque 40, compor- tant deux ouvertures oblongues 41 et 42 en alignement. Dans ces deux ouvertures coulissent des paires de ga- lets 43 et 44 portés par deux griffes 45 et 46, de sorte que ces griffes peuvent se déplacer en translation en s'écartant ou se rapprochant l'une de l'autre. Une plaque mobile 47 est placée de l'autre côté des griffes 45 et 46, qui sont ainsi maintenues entre la plaque 40 et la plaque 47. Cette plaque comporte deux ouvertures oblongues convergentes 48 et 49, dans lesquelles cou- lissent des galets 50 et 51 également portés par les griffes 45 et 46. La plaque 47 est attelée à la tige 52 d'un piston 53, qui peut être un piston pneumatique alimenté par les canalisations 54 et 550 On voit qu'en agissant sur l'alimentation du vérin 53, on provoque un déplacement de la plaque 47 dans le sens lon- gitudinal, ce qui provoque le déplacement latéral des griffes 45 et 46. De préférence, afin d'avoir un bon guidage des grif- fes 45 et 46, on dispose le long d'un des côtés des ouvertures 41 et 42, deux réglettes 56 et 57 et chaque galet 43 ou 44 est constitué de deux galets Superposés, l'une des paires de galets 43 (ou 44) prenant appui contre l'un des côtés de l'ouverture 41 (ou 42), l'cuître prenant appui a la fois contre l'autre côté de l'ouverture et contre la réglette. De plus, chaque griffe 45 (ou 46) comporte un ergot 58 (ou 59) portant un axe 60 (ou 61) légèrement flexible, por- tant à ses deux extrémités des galets 62 (ou 63) roulant sur des rails 64 (ou 65) placés sur la face inférieure de la plaque 40. Cette disposition maintient assemblées la plaque 40 et les grif- fes 45 et 46, avec une certaine élasticité. L'invention n'est pas limitée au cas particulier décrit o la perle est destinée à être introduite dans un spectro- mètre à fluorescence de rayons X. En effet, au lieu de refroi- dir le verre fondu sur une coupelle de platine, on peut verser la matière en fusion dans un bécher rempli d'acide, il y a alors dissolution rapide et la solution obtenue est directement analy- sable par absorption atomique par exemple, ou encore par analy- seur à torche à plasma. D'autre part, dans l'exemple décrit, le rapport du pro- duit à analyser et du fondant est de 1/4, mais il est évident qu'il peut être quelconque 1/n. R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Dispositif automatique de fabrication pour analyse d'échantillons, par exemple pour spectromètre à rayons X, caractérisé par le fait qu'il comporte: - un appareil de pesée (1) alimenté successivement en échantillon à analyser et en agent fondant, - un bras (24) à pince (25) assurant le transfert du creuset (D) de l'appareil de pesée a un four de fusion (B). 2.- Dispositif automatique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le fondant est un agent vitri- fiant le mélange échantillon + fondant étant refroidi dans une coupelle de façon à obtenir une perle qui est transférée par un mécanisme (30-31) à un dispositif de chargement de ladite perle dans un porte-échantillon (36) introduit ulté- rieurement de façon connue dans un spectromètre à rayons X. 3.- Dispositif automatique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'appareil de pesée (1) est alimenté en produits au moyen de deux chariots mobiles (6 et 7) portant chacun une trémie (16 et 17) et au moins une goulotte dl6cou- lement (10 et 11). 4.- Dispositif selon la revendication 3, dans lequel la goulotte de déversement (10) du chariot (6) est à l'aplomb d'un orifice d'évacuation (22) lorsque le chariot est en posi- tion d'attente. 5.- Dispositif selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel l'extrémité de chaque goulotte de déverse- ment (10 et 11) est à l'aplomb du centre du plateau (2) de la bascule (1) lorsque l'un ou l'autre des chariots (6 et 7) est en position avancée. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 3 à 5, dans lequel le plateau (2) de la bascule (1) est recouvert d'une cloche amovible (3) percée de fenêtres (3a et 3b) pour le passage des goulottes (10 et 11). 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, dans lequel la bascule (1) est posée sur un socle antivibratoire tandis que les deux chariots mobiles (6 et 7) sont portés par un plateau A portant également un bras de transfert (24) muni d'une pince (25), ce bras pouvant pivoter sur lui-même et s'élever ou s'abaisser. 8.- Dispositif selon la revendication 7, dans lequel le bras 24 peut occuper quatre positions: une position d'ori- gine, dans laquelle la pince 25 est à l'aplomb d'un poste de chargement en creuset; une position de chargement dans la- quelle la pince -(25) est à l'aplomb du centre du plateau (2) de la balance (1); une position de déchargement dans laquelle la pince (25) est à l'aplomb du piston (27) d'un four de fu- sion par induction (B); et une position deévacuation dans laquelle la pince est à 1800 de sa position d'origine, au- dessus de l'orifice (32). 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, dans lequel les divers mouvements des cha- riots (6 et 7) du bras (24), d'un piston soulevant le cadre (5) portant la cloche (3), du piston (27) du four de fusion B, des moyens de manutention (28) dudit four, sont commandés par un programmateur C qui enregistre les mesures de pesées. 10.- Dispositif selon la revendication 9, dans lequel les socles vibrants (12 et 28) du chariot (6) sont mis en action alors que ledit chariot est en position d'attente pendant un temps déterminé correspondant à l'écoulement dans l'orifice d'évacuation (22) de pratiquement la moitié du contenu de la trémie (16). 11.- Dispositif selon la revendication 9 ou 10, dans lequel lorsque le chariot (6) est en position active, les so- des vibrants (12 et 18) sont mis en action, ce qui provoque l'écoulement du produit de la trémie (16) dans le creuset D placé sur le plateau (2) de la balance (1), jusqu'à ce qu'un poids prédéterminé soit atteint, ce qui est enregistré par le programmateur C, qui émet un ordre d'arrêt. 12.- Dispositif selon la revendication 11, dans lequel le programmateur C reçoit la valeur de la pesée après arrêt de l'écoulement et émet un signal d'annulation de l'opé- ration si cette valeur dépasse une valeur maxima prédéterminée; ce signal d'annulation actionnant la prise du creuset D par la pince (25) du bras (24) et son abandon au-dessus de l'orifice d'évacuation (32). 13.- Dispositif selon l'une quelcenque des reven- dications 9 à 12, dans lequel lorsque la pesée du produit du premier chariot (6) est acceptée par le programmateur C ce dernier provoque le retrait du premier chariot, l'avancement du second, la mise en route des socles vibrants (13 et 19) et donc l'écoulement du produit de la trémie (17) dans le creuset D, jusqu'à une valeur prédéterminée. 14.- Dispositif selon la revendication 13, dans lequel si cette deuxième pesée dépasse une valeur prédéterminée, le programmateur émet un signal d'annulation qui actionne la prise du creuset D par la pince (25) du bras (24) et son aban- don au-dessus de l'orifice d'évacuation (32). 15.- Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 9 à 14, dans lequel la valeur maximum de l'augmentation de la pesée après l'ordre d'arrêt est de 15 &. 16.- Dispositif selon la revendication 15, dans le- quel l'arrêt de la deuxième pesée est donné lorsqu'elle atteint "n " fois la valeur de la première. 17.- Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, dans lequel la trémie (16) contient un échan- tillon de poudre de produits crus pour la fabrication du ci- ment, tandis que la trémie 17 contient un fondant, ces deux produits étant destinés à être mis en solution par fusion, l'ordre d'arrêt de la première pesée étant donné pour 2,5 grammes, la valeur maxima admise étant de 2,7 grammes, l'ordre d'arrêt de la deuxième pesée étant donné pour quatre fois la valeur exacte de la première pesée avec une augmen- tation maximum admise de 0,003 gramme. 18.- Dispositif selon ltune quelconque des revendica- tiens précédentes, dans lequel le bras (24) est porté par une tige verticale (23) qui peut à la fois pivoter et coulisser longitudinalement et porte à son extrémité une pince (25) com- portant doux griffes (45 et 46) coulissant parallèlement à elles-mêmes entre deux plaques (40 et 47), dont l'une (4o) est solidaire du bras (24), la plaque (40) portant deux rainures de guidage (41 et 42) et la plaque (47) étant mobile, commandée par un vérin (53) et portant deux rainures convergentes (48 et 49) provoquant le resserrement ou l'écartement des griffes de la pince (25). 19.- Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, dans lequel la perle réalisée dans le four B est, après refroidissement, évacuée par un plan incliné (29) et un toboggan (30) qui effectue une boucle sur un angle supérieur à 90 pour provoquer le retournement de ladite per- le avant de la déposer sur une bande transporteuse (31). Q- Dispositif selon la revendication 19, dans lequel le transporteur dépose la perle sur une surface plane (32) munie d'une butée en arrondi (33) qui positionne la perle au- dessus d'unie tige (34) de vérin (35) qui, lorsqu'elle est mise en action, introduit, en la soulevant, la perle dans lîalésa- ge cylindriqtle d'un porte-échantillon (36) et l'amène en butée contre le rebord supérieur (37) dudit porteéchantillon'(36), o elle est mairntenue par un encliquetage (38)e