Brevet FR2588781A1 — publié le 19870424

DISPOSITIF D'ATOMISATION DE METAUX OU ALLIAGES La présente invention concerne un dispositif d'atomisation de métaux ou aLliages. Dans certaines installations- de production d poudres métalliques, on utilise des techniques d'atomisation dans lesquelles on verse du métal en fusion sur un disque horizontal entraîné en rotation par une broche autour d'une axe vertical. Le métaL liquide est alors projeté vers l'extérieur sous l'effet de la force centrifuge et se divise en fines gouttelettes de métal que l'on solidifie. Il convient de concevoir la broche et le disque rotatifs avec un soin très particulier : température, vibrations, etc..., tout en permettant des durées de fonctionnement significatives entre les arrêts nécessaires à la maintenance. A cet effet, la présente invention propose un dispositif d'atomisation de métaux ou alliages comprenant une broche, entraînée en rotation à une extrémité dite extrémité inférieure par des moyens motéurs autour d'un axe vertical et supportée par un bâti fixe, ladite broche portant à son autre extrémité un disque horizontal présentant une surface supérieure destinée à recevoir du métal ou alliage en fusion.Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend un palier à gaz entre ledit bâti et ladite broche, et des moyens de canalisation du gaz injecté dans ledit palier, lesdits moyens de canalisation étant agencés par rapport à ladite broche de manière à assurer un échange calorifique avec cette dernière et à établir un gradient thermique prédéterminé dans ladite broche depuis ladite surface supérieure du disque jusqu'à l'extrémité de la broche entraînée par lesdits moyens moteurs. L'invention sera maintenant mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre en se rapportant aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 illustre en coupe verticale un premier mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention, la figure 2 est une coupe analogue à celle de la figure 1, illustrant une variante du dispositif. Le dispositif d'atomisation 10 illustré en coupe verticale à la figure 1 se compose d'une broche 12 et d'un disque 16 montés à rotation autour d'un axe vertical XX dans un bâti 14. Le disque présente à son extrémité supérieure une surface plane ou concave 16s destinée à recevoir du métal ou alliage en fusion provenant d'une source 18 dont le rôle est d'alimenter le métal ou alliage en fusion à une température et un débit parfaitement contrôlés, Le métal s'écoulant par gravité jusqu'au contact de la surface 16s et au centre de celle-ci. La broche est entraînée en rotation (3.000 à 60.000 t/m par exemple) à L'aide d'un moteur non représenté, dont l'arbre de sortie 20 est situé au-dessous de l'extrémité inférieure de la broche 12 et coaxial à cette dernière. Pour éviter de transmettre à la broche des vibrations qui seraient préjudiciables à la bonne qualité de L'atomisation du métal, le couplage entre L'arbre de sortie 20 du moteur et La broche 12 est assuré au moyen d'un coupleur magnétique 22. On comprendra que ce type de coupleur pourra être remplacé par d'autres coupleurs présentant le même avantage d'éviter la transmission de vibrations depuis le moteur vers la broche. En particulier, mais non limitativement, on pourra utiliser des coupleurs fluidiques. De plus, pour éviter l'apparition de vibrations entre la broche 12 et le bafi 14, L'invention prévoit d'interposer entre eux un palier à gaz 24. Comme représenté, le palier 24 comprend une douille cylindrique 26 percée d'un alésage central 28 dans lequel est reçu le fût central cyLindrique 30 de La broche avec un faible jeu. La douille est fixée dans un Logement 32 du bâti, de manière à définir une chambre d'alimentation en gaz 34 entre la surface interne du logement 32 et la surface externe de la douille 26. Un certain nombre d'ajutages radiaux 36 traversent la douille 26 et débouchent d'une part dans la chambre d'alimentation 34 et d'autre part dans le faible jeu annulaire séparant le fût 30 de la broche et L'alésage interne de la douille. Des conduits 38 traversent le bâti 14 pour mettre en communication une source de gaz sous pression (non représentée) et la chambre d'alimentation 34. De cette manière, le gaz sous pression provenant de la source emprunte les conduits 38 jusqu'à la chambre d'alimentation, puis s'échappe de cette dernière par les ajutages 36 pour former un coussin de gaz continu entre la douille 36 et le fût 30, ce qui empêche tout contact mécanique entre eux dans le sens radial. Pour éviter tout contact mécanique axial entre la broche 12 et le bâti 14, on prévoit des ajutages axiaux 40 entre la chambre d'alimentation 34 et la face supérieure 42 annulaire de la douille 26. De son côté, la broche 12 porte un flasque radial 44 dont la face inférieure est située à courte distance de la face'supérieure de la douille 26. Par cette disposition, un coussin de gaz se trouve créé entre la face supérieure de la doui-lle et le flasque de la broche, ce qui évite tout contact mécanique entre eux dans le sens axial. On comprendra donc que la rotation de la broche s'effectue sans vibrations, ni usure, grâce à l'absence totale de contact entre la broche et la douille, donc par conséquent entre la broche et Le bâti. L'invention prévoit en outre de maintenir un gradient thermique prédéterminé au sein de la broche. En effet, pour une bonne qualité d'atomisation, il est important que, en chaque point du liquide, la température soit conforme à une distribution prédéterminée. Il convient donc de maintenir la surface du métal sur le disque 16 de la broche 12 à une température convenable et de maintenir le métal liquide au contact de la surface du disque à une température prédéterminée suivant des paramètres constants. La distribution des températures dans le liquide est assurée par un dispositif chauffant 46. Comme illustré en figure 1, le dispositif chauffant est constitué par un panneau radiant monté face à la surface supérieure 16s du disque 16 et entourant l'embouchure de la source 18 de métal liquide. Un dispositif de régulation approprié (non représenté) commande le fonctionnement du dispositif de chauffage pour maintenir la surface supérieure du métal liquide à la température désirée. Un circuit du dispositif de régulation est également spécifiquement conçu en vue de la mise en température du disque avant le démarrage de l'alimentation en métal en fusion. Par ailleurs, le fût de la broche et son extrémité inférieure doivent être maintenus à des températures nettement plus faibles, d'une part pour un bon fonctionnement du palier à gaz et d'autre part pour un bon fonctionnement du coup leur magnétique ou fluidique. On remarque que le débit de -gaz traversant les ajutages 36 et 40 du palier à gaz assure une extraction calorifique tout le long du fût de la broche, ce qui participe à la réduction de la température au niveau du palier et du coup Leur. Une réduction supplémentaire de température est obtenue grâce aux dispositions suivantes : La broche 12 comporte une ou plusieurs gorge(s) radiale(s) profonde(s) 50 et une (ou plusieurs) paroi(s) de chicane 52, sous la forme d'un disque annulaire, s'étend depuis Le bâti jusqu'à l'intérieur de La gorge 50. Comme on le remarque, cette gorge 50 est délimitée en partie basse par le flasque radiaL 44 de La broche. Les gorges radiaLes forment des ailettes assurant le rôle de radiateur et d'écran thermique. Des conduits 54 de gaz de refroidissement sont ménagés dans Le bâti jusqu'à une chambre de répartition 56 qui entoure le sommet du palier à gaz et qui débouche en partie haute 57 au-dessous de la paroi de chicane 52. Ainsi, le gaz de refroidissement s'écoule jusqu'au fond de la gorge 50 au-dessous de la paroi de chicane, puis ressort de la gorge au-dessus de -la paroi de chicane, en refroidissant la broche immédiatement au-dessus du fût. A titre complémentaire, la chambre de répartition 56 communique également avec le volume qui entoure l'extrémité basse du palier à gaz et le coup Leur magnétique via des passages 58. Le débit de gaz assure donc un refroidissement complémentaire au-dessous du fût. Pour canaliser les différents flux de gaz évoqués ci-avant, et empecher la pénétration de particules de poudre métallique vers l'intérieur de l'ensemble moteur-broche-coupleur-palier, le bâti est enfermé dans une enceinte à triple paroi, comprenant une paroi interne 60, une paroi médiane 62 et une paroi externe 64. Entre les parois intérieure et médiane est délimité un espace qui est utilisé en tant que conduit d'alimentation 54 de gaz de refroidissement, et entre les parois médiane et externe est délimité un espace qui est utilisé en tant que conduit d'évacuation 66 du gaz de refroidissement en prévoyant que ce conduit débouche face à la gorge 50 immédiatement au-dessus de la paroi de chicane 52. On maintient constamment un léger excédent de gaz admis à la fois par le palier à gaz et par l'admission de gaz de refroidissement par rapport au gaz évacué par le conduit d'évacuation, de manière à maintenir une surpression permanente à l'intérieur de l'enceinte et un Léger débit de fuite autour de la surface supérieure de la broche. On évite ainsi la pénétration de poudres métalliques vers l'intérieur du dispositif. De préférence, mais non nécessairement, le gaz injecté dans le palier à gaz et le gaz de refroidissement de L'ensemble de la broche sont des gaz caloextracteurs et bien entendu choisis parmi les gaz inertes. On conçoit donc que l'invention permet une maîtrise précise des flux calorifiques et donc de la température au niveau de la surface supérieure 16s du disque 16, grâce a la régulation de la puissance apportée par le dispositif chauffant 46 et à la puissance extraite par le gaz injectés dans le palier à gaz. Ceci est à comparer avec les procédés classiques où l'on s'efforce de réguler la température à la surface supérieure du disque en agissant sur la température initiale du métal liquide et sur son débit, paramètres que l'on ne maitrise simultanément qu'avec beaucoup de difficultés. Cette maîtrise de la température au niveau de la surface supérieure du disque permet la formation contôlée d'une couche limite entre le disque lui-même et le métal liquide, selon le principe de l'auto-creuset (ou skull en terminologie anglaise), dont la qualité et la stabilité conditionnent la régularité de L'atomisation. Enfin, contrairement aux techniques antérieures -dans lesquelles l'apport calorifique sur le disque est exclusivement assuré par le métal liquide provenant de la source, et sont donc très sensibles au discontinuités du filet de métal liquide distribué par la source, en cas d'écoulement en gouttes par exemple, L'invention permet de garantir une température constante à la surface du disque malgré des discontinuités du filet de métal liquide, pourvu que ce filet soit statistiquement stable. On remarque également que la puissance de la source peut être plus faible puisqu'il suffit qu'elle amène le métal à l'état liquide, sans avoir à lui conférer une température plus élevée. Selon la variante illustrée à la figure 2, le dispositif chauffant 46' est situé au-dessous du disque 16. Entre la face inférieure 16i du disque 16 et l'extrémité supérieure de la broche est définie une seconde gorge profonde 48, au-dessus de la première gorge 50 et le dispositif chauffant 46' est formé d'éléments chauffants, par exemple des résistances, agencés suivant une couronne plane fixée à sa périphérie au bâti et qui pénètre radialement dans la gorge 48 et sensiblement au centre de celle-ci. Dans cette variante, on utilise les parois médiane 62 et externe 64 de l'enceinte à triple paroi en tant que conducteurs électriques pour le dispositif chauffant 46'. Ces deux parois sont isolées par rapport au bâti, ainsi que l'une par rapport à L'autre, de manière appropriée. On obtient donc une alimentation électrique parfaitment coaxiale, ce qui évite l'apparition de champs électro-magnétiques perturbateurs notamment vis-à-vis du coupleur magnétique, et éventuellement des paliers magnétiques actifs ou non assurant le positionnement du rotor du moteur. Un dernier avantage de l'invention réside dans le fait que le disque 16 est réalisé sous forme d'une pièce amovible et mécaniquement indépendante de la broche 12 et peut donc être démonté rapidement et simplement chaque fois qu'il est nécessaire en cas de maintenance ou de panne, ou encore chaque fois que l'on désire changer de disque pour atomiser un métal ou alliage différent. A cet effet, le disque 16 comporte une tige de montage 17 emmanchée dans un alésage axial 19 de la broche 12 (figure 1). Pour des facilités d'usinage et de réalisation, l'alésage axial 19 est ménagé dans une pièce intermédiaire 21 montée elle-même dans un logement 23 de la broche. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'atomisation de métaux ou alliages comprenant une broche (12), entraînée en rotation à une extrémité dite extrémité inférieure par des moyens moteurs (20) autour d'un axe vertical (XX) et supportée par un bâti fixe (14), ladite broche portant à son autre extrémité un disque horizontal (16) présentant une surface supérieure (16s) destinée à recevoir du metal ou alliage en fusion, caractérisé en ce qu'il comprend un palier (24) à gaz entre ledit bâti (14) et ladite broche (12), et des moyens de canalisation du gaz injecté dans ledit palier, lesdits moyens de canalisation étant agencés par rapport à ladite broche de manière à assurer un échange calorifique avec cette dernière et à établir un gradient thermique prédéterminé dans ladite broche depuis ladite surface supérieure du disque (16) jusqu'à l'extrémité de la broche entraînée par lesdits moyens moteurs. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite broche (12) comporte un fût cylindrique (30) et ledit palier (24) à gaz comprend une douille cylindrique (26) recevant Ledit fût et traversée par des ajutages (36, 40) par LesqueLs s'écoule un gaz sous pression provenant d'une source de pression. 3. Dispositif selon La revendication 2, caractérisé en ce que ladite douille comporte des ajutages radiaux (36 > et des ajutages axiaux (40). 4. Dispositif selon L'une ou L'autre des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit fût (30) de la broche est disposé de manière centrale, entre la surface supérieure (16s) du disque -et son extrémité entraînée par lesdits moyens moteurs (20) et que le gaz s'écoulant par Les ajutages entre la douille et le fût de la broche est canalisé en vue d'un refroidissement de la broche. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite broche (12) et lesdits moyens moteurs sont raccordés via un coupleur magnétique (22). 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite broche et lesdits moyens moteurs sont raccordés via un coup Leur fluidique. 7. Dispositif selon t'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de chauffage (46) associé à ladite surface supérieure (16s) du disque. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit dispositif de chauffage (46) consiste en un panneau radiant disposé face à ladite surface supérieure. 9. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit dispositif de chauffage (46') consiste en une couronne de résistances chauffantes fixées audit bâti et s'étendant dans une gorge radiale (48) de la broche (12) située immédiatement au-dessous du disque (16). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de gaz de refroidissement (56, 57) de la broche entre ladite surface supérieure et ledit palier à gaz. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de gaz de refroidissement (56, 58) de la broche entre ledit palier et l'extrémité raccordée auxdits moyens moteurs. 12. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite broche comporte une gorge radiale (50), et ledit bâti porte une paroi de chicane t52) pénétrant dans ladite gorge afin de définir un trajet d'écoulement pour ledit gaz de refroidissement. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le gaz de refroidissement et le gaz injecté dans Le palier pneumatique sont des gaz inertes présentant des propriétés caloextractives. 14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ledit bâti est enfermé dans une enceinte à triple paroi comprenant des parois interne (60), médiane (62) et externe (64) délimitant entre elles des espaces formant conduit d'alimentation (54) et d'évacuation (66) du gaz de refroidissement. 15. Dispositif selon la revendication 14 prise en combinaison avec la revendication 9, caractérisé en ce que lesdites parois médiane (62) et externe (64) forment des conducteurs électriques pour les résistances chauffantes (46'). 16. Dispositif selon L'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le disque (16) est amovible.