Brevet FR2481154A1 — publié le 19811030

L'invention concerne un procédé pour la préparation en continu de barres de forme solides en métal alcalin. Les métaux alcalins destinés à la transformation sont commercialisés dans une proportion consi- dérable sous la forme de pièces ayant des poids et des dimen- sions variées. Ces pièces sont produites principalement par coulée du métal en fusion. On effectue également la transforma- tion des métaux alcalins, en particulier du sodium, par pres- sage à l'état solide en barres continues de formes variées. Ces procédés comportent des inconvé- nients déterminés. Le plus grave de ces inconvénients est la formation d'impuretés par réaction du métal avec l'air, et avec la vapeur d'eau contenue dans cet air. De plus, la pression élevée nécessaire au-pressage du métal solide entraîne une usure importante du maitéiel. Le pressage des métaux alcalins solides n'est possible que de façon discontinue et la capacité des machines est de ce fait obligatoirement limitée. La dépense de main d'oeuvre est élevée par rapport au rendement. Afin d'éliminer des inconvénients, l'invention propose un procédé pour la préparation de barres sjlides en métal alcalin, caractérisé en ce que l'on refroidit et continu, en une étape de procédé unique, un métal alcalin en fusion, à une température inférieure à son point de fusion mais à laquelle le métal est encore suffisamment ductile pour une extrusion, on le refrodit et on l'amène à une buse pour effectuer la mise en forme. Un mode de réalisation avatntageux de 1 vention prévoit que le refroidissement et le formage ont lieu simultanément dans une extrudeuse à deux arbres à vis. Pour la mise en oeuvre de ce procédé, il est avantageux que d'abord on préchauffe l'extrudeuse à une température supérieure au point de fusion du métal, et ensuite on l'alimente à partir d'un réservoir chauffé, avec le métal alcalin en fusion, jusqu'à ce que celui-ci sorte de la buse, et après cela, tout en mainte- nant l'alimentation en métal, on refroidit l'extrudeuse sur toute sa longueur avec un gradient de température décroissant, dans une mesure telles qu'au niveau de la buse>le métal atteigne une température inférieure à son point de fusion. Le procédé gagne encore en souplesse et en fiabilité, lorsque l'on évacue 2 2481 15$4 directement la chaleur de frottement produite dans la buse. Ceci s'effectue au mieux à l'aide d'une gaine de refroidissement séparée adjointe au dispositif de buse, avec amenée indépendante d'agent de refroidissement. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, on réalise l'isolation de l'intérieur de l'ex- trudeuse contre l'atmosphère environnante qui est nécessaire - en raison de la grande réactivité des métaux alcalins, par le fait que l'on refroidit le passage pour l'arbre de l'extrudeuse jusqu'à séparation d'une couche de métal alcalin d'étanchéité. L'intérieur de l'extrudeuse peut être traversé, durant le fonctionnement, par un gaz inerte -comme N2. Après cela, le métal alcalin formé est amené, éventuellement sous gaz de protection, à un dispositif automatique de sectionnement o il est divisé en barres appro- priées pour l'emballage conformément à la représentation en traits points. Dans la pratique, on procède pour la préparation en continu de barres formées en sodium, de la manière suivante et conformément au schéma du dessin annexé. Du sodium en fusion, à une température- supérieure d'environ 20 C à son point de f sion, est amené à partir d'un réservoir chauffé 4 pour alimenter la tubulure d'alimentation 1 d'une extrudeuse à deux arbres 2 portant des vis 3 juxtaposées horizontales de vitesses identiques, et s'emboîtant l'une dans l'autre. L'extrudeuse comporte plusieurs gaines de chauffage et de refroidissement 5-7. La première gaine 5 est disposée avant le raccord d'alimentation 1, dans la zone de traversée 9 de l'arbre à vis vers l'entraînement 10. La deuxième gaine de refroidissement 6 fait suite à la première gaine de refroidissement 5 et s'étend le long du carter des vis jusqu'à la buse d'extrusion 8. Celle-ci est entourée d'une troisième gaine 7. Chaque gaine de chauffage ou de refroidis- sement peut être alimentée indépendamment des autres, avec un fluide de transfert de chaleur, qui peut être chauffé ou refroidi. Lors de la mise en route de l'extru- deuse, celle-ci est d'abord préchauffée sur toute sa longueur à environ 1200 C. Ensuite on réalise un écoulement continu du métal alcalin qui s'instaure à travers l'appareil jusqu'à ce que du métal liquide sorte par la buse d'extrusion 8. La'tempé- rature du fluide de transfert de chaleur est maintenue alors à environ 200 C au-dessus du point de fusion du sodium (97,80 C), et seules les deuxième et troisième gaines sont alors parcourues par ce fluide. Après cela, tout en maintenant l'afflux de sodium, on passe au refroidissement, afin d'évacuer de manière appropriée la chaleur dégagée par la masse fondue et la chaleur de frot- tement, et de réaliser l'étanchéité du carter de vis face à l'environnement. A cet effet, la première gaine 5 est refroidie partielIement de telle façon qu'il se forme une couche isolante de sodium solidifié ou se solidifiant dans le passage de traversée.9 de l'arbre, qui produit une résistance à la pression formée dans la buse d'extrusion 8 par le formage du métal, et ainsi assure l'isolation. La deuxième gaine 6 est également alimentée en fluide de refroidissement, alimentation régulée de telle façon qu'entre l'orifice d'alimentation en matière et la section de la buse, il se produise une chute de tempé- rature en direction du point de fusion du métal, le point de fusion n'étant dépassé vers le bas de façon significative, de préférence de 5-à 150 C, que par évacuation de la-chaleur dégagée par la masse en fusion et de la chaleur de frottement apparaissant dans la buse 8, au moyen de la troisième gaine 7 qui est maintenant également alimentée en liquide de refroidis- sement. Par la combinaison des processus de - chauffage et de refroidissement, on rend possible l'obtention d'un boudin de sodium homogène. Si par contre on opère différem- -ment, l'évacuation inégale de la chaleur entraine des surchauffes locales du sodium, qui sort par la buse de l'extrudeuse en morceaux noirs, cassés, et partiellement en combustion. Le mode de travail différent consiste en ce que l'on renonce à un préchauffage du carter de l'.extru- deuse et à l'établissement d'un courant de métal alcalin complètement liquide à travers l'extrudeuse avant le début du refroidissement. Le métal alcalin sortant de la machine,. formé en barres de différents diamètres et sections différentes, 4.'2481154 peut être-amené,-éventuellement sous atmosphère de gaz inerte, à un dispositif de sectionnement automatique; afin d'accélérer le conditionnement du sodium dans des emballages préfabriqués. Le procédé selon l'invention, qui peut s'appliquer à tous les m4taux alcalins, présente les avantages suivants: 1. Formage continu du métal alcalin en barres de section et de dimensions variées, directement à partir de l'état liquide. 2. Elimination des impuretés, surtout sil'on-travaille sous gaz inerte. 3. Capacité élevée avec faible coût du personnel. 4. Usure moindre du matériel. L'invention sera mieux comprise à l'aide de l'exemple décrit ci-après: EXEMPLE - Pour-'l'extrusion'on utilise une extru- deuse à double vis, qui est -constituée de six boitiers dont les dimensions sont: 2260 mm de-longueur, 240 mm de largeur et 240 mm de hauteur. Pour la mise en route, l'extrudeuse - est chauffée au moyen d'huile de transfert de chaleur, jusqu'à ce que l'on atteigne une température de paroi d'environ 120 C. Alors on ouvre la vanne d'alimentation en sodium, et l'on établit un écoulement continu du sodium. à travers l'extrudeusé. Ensuite on passe au refroidissement, la gaine de refroidissement disposée avant la tubulure d'ali- mentation, au voisinage du passage de l'arbre à vis, étant alimentée en premier avec l'huile de transfert de chaleur, puis la seconde gaine de refroidissement entourant les carters de vis, et enfin la troisième gaine entourant la buse d'extru-- sion. La température de l'huile introduite est alors- d'environ ' 0 C, celle de l'huile évacuée est comprise, selon la gaine de: - refroidissement, entre 40 et 650 C. Aviec un réglage optimal de la machine on peut obtenir un rendement de 300.kg/heure de sodium, la section du boudin étant de 70 x 70 mm. Le courant d'induit du moteur principal est ici de 150 A, pour une vitesse de rotation de la vis se montant à 50 t/m. La charge du couple. moteur se situe entre 60, et 70 %c. La pression du sodium dans l'extrudeuse est montée, 2481 155 peu avant la buse, à environ 80 bars. La température du sodium dans l'espace compris entre la vis et la buse est d'environ 950 C. Par le refroidissement de la buse, on a abaissé la température du boudin de sodium à la sortie à 840 C. 6 2481154 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la préparation de pièces de forme solide en métal alcalin, caractérisé en ce que l'on refroidit en continu, en une étape de procédé unique, un métal alcalin en fusion, à une température inférieure à son point de fusion mais à laquelle le métal est encore suffisamment ductile pour une extrusion, et on l'amène à une buse pour effectuer la mise en forme. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le refroidissement et le formage ont lieu simultanément dans une extrudeuse à deux arbres à vis (2). 3.- Procédé selon l'une des revendi- cations 1 ou 2, caractérisé en ce que d'Dord on préchauffe l'extrudeuse (2) à une température supérieure au point de fusion du métal, et ensuite on l'alimente à partir d'un réservoir chauffé (4),aveccle métal alcalin en fusion, jusqu'à ce que celui-ci sorte de la buse (8), et après cela, tout en maintenant l'alimentation en métal, on refroidit l'extrudeuse sur toute sa longueur avec un gradient de température décroissant, dans une mesure telle.qu'au niveau de la buseyle métal atteigne -une température inférieure à son point de fusion. 4.-.Procédé selon l'une quelcornpe des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on évacue directement la chaleur de frottement produite dans la buse. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on refroidit le passage pour l'arbre de l'extrudeuse jusqu'à séparation d'une couche de métal alcalin d'étanchéité (9)... 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé-en ce que le métal alcalin formé est amené, éventuellement sous gaz de protection, à un dispositif automatique de sectionnement (7) et o il est divisé *en pièces appropriées pour l'emballage.