Brevet FR2600000A1 — publié le 19871218

PROCEDE ET DISPOSITIF DE GRANULATION D'UN METAL FONDU La présente invention concerne le domaine de la granulation d'un métal fondu, c'est-à-dire celui de la réalisation de particules ou granules solides à partir d'un bain de métal fondu, les granules se formant après solidification dudit métal. L'invention concerne, plus précisément, un procédé pour granuler des métaux alliages métalliques ou des métaux à partir d'une masse de ces matériaux en fusion. Dans la présente description, le métal désignera également des alliages de deux ou plusieurs métaux ainsi que tout composé minéral ou organique contenant un 15 métal. De façon plus spécifique, l'invention a pour objet un procédé de granulation par pulvérisation d'un métal liquide, préalablement entraîné en rotation dans un dispositif approprié et que l'on fait sortir de ce 20 dispositif par un orifice calibré ou de forme spéciale. Diverses solutions ont déjà été proposées dans ce domaine; elles ont déjà donné partiellement satisfaction, mais elles correspondent, le plus souvent, à des dispositifs ou des mises en oeuvre de procédés qui 25 sont délicats. Parmi ces solutions qui ont déjà été proposées, on pourra se référer à celles décrites dans les brevets DE NO 1 268 792, FR NO 1 480 209 et FR NO 2 391 799. Dans le brevet DE NO 1 268 792, on a décrit la fabrication de poudre métallique par pulvérisation d'un métal liquide à la sortie d'un tube, cette pulvérisation étant effectuée par la force centrifuge produite par la rotation du métal liquide, sous l'influence d'un champ magnétique tournant produit par un stator dont les bobi- -2 nages sont alimentés en courant triphasé. Le brevet FR NO 1 480 209 concernait la pulvérisation d'un métal liquide sous l'action d'un champ magnétique; le liquide traité était soumis simul5 tanément à l'action d'un champ électrique et d'un champ magnétique, les éléments du liquide parcouru par le courant électrique étant déplacés sous l'action du champ magnétique. Le brevet FR N 2 391 799 était relatif à un dispositif de pulvérisation d'alliage liquide comprenant un tube fixe dans lequel était introduit le métal liquide et un stator entourant le tube; ce stator créait un champ magnétique tournant, mettant en rotation le métal à l'intérieur du tube, avec une vitesse suffisante pour le 15 résoudre en un cône de gouttelettes, tandis que le tube possédait à sa partie inférieure, un fond percé d'un orifice calibré par lequel le métal sortait en voile conique et pouvait alors former des granules par refroidissement dans une atmosphère appropriée. Ces dispositifs et procédés ont donné partiellement satisfaction, mais on conçoit qu'ils impliquent la présence de matériel cher et une mise en oeuvre qui n'est pas toujours aisée. Ces diffieultés sont, plus particulièrement liées à la présence de générateurs de champs magnétiques rotatifs qui constituent une source de panne et représentent des frais supplémentaires, ne serait-ce qu'en dépenses énergétiques. Il est, en outre, nécessaire de déterminer les. vitesses de rotation des champs pour obtenir les meilleurs résultats, cette mise au 30 point étant parfois délicate. La présente invention a pour objet un nouveau dispositif et un nouveau procédé permettant d'assurer la mise en rotation du métal liquide que l'on désire transformer en granules de façon plus aisée, moins 35 coQteuse et plus fiable. Le dispositif de l'invention, conçu pour la - 3 granulation d'un métal liquide, comprend un conteneur tubulaire, dont la partie inférieure comporte un orifice et il est caractérisé en ce que ce conteneur comporte, sur au moins une partie de sa paroi interne, des élément hélicoïdaux en relief. Ces éléments hélicoïdaux peuvent être constitués, dans un mode préféré de réalisation de l'invention, par des rainures. Ces rainures peuvent être au nombre de deux, 10 trois ou en nombre plus élevé, mais le nombre de trois apparaît, en général, comme le mieux approprié. Le conteneur peut être constitué par un cylindr et les rainures peuvent être taillées dans une pièce supplémentaire, de forme générale également cylindrique, qui est logée, sans jeu, dans ledit conteneur. Il est toutefois possible que le conteneur ai une autre forme et présente, par exemple, une certaine conicité. Le conteneur peut se terminer par un c6ne inté20 rieur dont l'angle varie dans la gamme de 60 à 90 degrés la partie inférieure de ce cône intérieur débouchant sur l'orifice du conteneur par lequel peut s'écouler, en voile, le métal liquide que l'on désire transformer en granules ou billes solides. En quelque sorte, l'orifice 25 constitue le sommet du cone. Le conteneur est généralement relié, par sa partie supérieure, à un tube d'arrivée du métal liquide, cette liaison pouvant être assurée, par exemple par soudure. Le procédé de l'invention consiste essentiellement à faire arriver le métal liquide dans le conteneur et à le mettre en rotation dans celui-ci, puis à le faire sortir par un orifice calibré ménagé dans ledit conteneur, ce procédé étant caractérisé en ce que la mise en rotation dudit métal liquide est réalisée - 4 - par des éléments hélicoïdaux en relief disposés sur la face interne des parois dudit conteneur. Les éléments hélicoïdaux peuvent être tels que définis précédemment. Le procédé peut être mis en oeuvre à la pression atmosphérique, mais il est préférable d'exercer une légère surpression sur le métal liquide que l'on désire granuler pour faciliter son écoulement. Cette surpression pourra être délimitée par l'homme de l'art 10 selon la nature du métal choisi. L'homme de l'art pourra se reporter aux brevets précités, ainsi que plus généralement aux brevets ou à toute la littérature concernant la granulation, et notamment les brevets appartenant à la demanderesse, pour 15 déterminer la nature du métal pouvant être mis en oeuvre. On décrira maintenant plus en détails une forme de réalisation particulière de l'invention qui en fera mieux comprendre les caractéristiques essentielles et les 20 avantages, étant entendu toutefois, que cette forme de réalisation est choisie à titre d'exemple et qu'elle n'est nullement limitative. Sa description est illustrée par les figures annexées, dans lesquelles: - - La figure 1 est une vue en coupe du dispositif 25 de l'invention; - La figure 2 est une vue de dessus de la figure. Sur la figure 1, on distingue un conteneur 1, de forme générale cylindrique, c'est-à-dire dont la partie 30 interne est cylindrique au moins dans sa partie supérieure, dans lequel on fait arriver un métal liquide représenté par la flèche 2, par le biais d'un tube 3 soudé sur le conteneur 1. A l'intérieur de ce conteneur 1, et dans la 35 partie'inférieure de celuici, est disposée, sans jeu, -5 une pièce 4 de section transversale cylindrique, sur les parois internes de laquelle ont été taillées trois rainures 5, 6, 7. Dans le cas représenté sur la figure, ces rainures sont au nombre de trois, les expériences ayant montré que ce choix constitue une solution tout à fait acceptable, mais il va de soi que, selon la nature du métal liquide à traiter, un nombre différent de rainures pourrait être choisi, qu'il soit inférieur (deux 10 rainures) ou supérieur. La partie inférieure du conteneur 1 se termine par un cône 8 dont le sommet, situé vers le bas, débouche sur l'orifice calibré 9 qui est prévu dans la partie inférieure du conteneur 1. L'angle au sommet de ce 15 cône est généralement compris entre 60 et 90 degrés. Mais il va de soi que d'autres valeurs pourraient être choisies, selon la nature du matériau traité. Pour mettre en oeuvre le dispositif de l'invention, on fait arriver à la partie supérieure du conteneur, et selon la flèche 2, un métal liquide, par exemple un alliage métallique en fusion. Lorsque ce liquide arrive au niveau de la pièce 4, il se met en rotation du fait de l'action mécanique exercée par les rainures hélicoïdales 5, 6, 7. Au niveau du cône 8, et du fait de la forme de ce cône, le mouvement de rotation s'accélère et le matériau liquide peut s'échapper par l'orifice 9, en un voile qui est le plus généralement creux. Au niveau de ce voile, il y a refroidissement du 30 matériau liquide et formation de granules ou billes solides. Ce processus ne sera pas décrit puisqu'il est connu par les documents de l'art antérieur. Il va de soi, que la vitesse de rotation du matériau liquide qui conditionne la formation du cône, dépend 35 de plusieurs facteurs, parmi lesquels on citera la nature - 6 du métal ou alliage à granuler, notamment sa densité à l'état liquide, le pas des rainures hélicoïdales et la section rectangulaire de ces rainures ainsi que la dimension de l'orifice de sortie, l'angle du cône, et les coefficients de frottement du matériau liquide. La détermination de ces paramètres pourra être faite par un homme du métier, en fonction de la nature particulière du matériau traité et de la dimension des granules que l'on souhaite obtenir. On précisera toutefois, que de bons résultats ont été obtenus avec des métaux et alliages divers, en adoptant un pas de rainures d'environ 15 mm, ces rainures ayant une section rectangulaire de 5 à 6 mm2. Le diamètre de sortie de l'orifice 9 était de 15 l'ordre de 3 à 4 mm, c'est-à-dire assez grand, ce qui éliminait de façon significative, sinon totale, les possibilités de bouchage du dispositif. Ceci constitue un avantage très important par rapport aux solutions proposées dans l'art antérieur qui consistaient à faire 20 passer le métal liquide dans des orifices calibrés, car du fait du petit diamètre de ceux-ci, ces dispositifs avaient tendance à s'encrasser ou s'obstruer. En adoptant les paramètres précités, il a été possible d'obtenir des billes ou granules métalliques 25 ayant un diamètre compris entre 0,5 et 1,5 mm, ce qui représente une homogénéité satisfaisante. Il était possible de modifier la répartition granulométrique en faisant varier la vitesse d'arrivée du métal ou la dimension de l'orifice de sortie. Avec un dispositif selon l'invention ayant les caractéristiques précédemment évoquées, on a pu produire environ 350 kg de billes à l'heure en adoptant une pression du matériau liquide de l'ordre de 0,1 Pa, ce qui représente un bon rendement. En outre, des expérimentations ont confirmé les 260O000 - 7 prévisions de la demanderesse, à savoir que l'absence de pièce mobile ou de dispositif électrique délicat, augmentait le rendement et la fiabilité de ce dispositif. Il est encore à noter que, dans la présente des5 cription il a été précisé que le dispositif selon l'invention ou le procédé pour la mise en oeuvre de ce dispositif nécessitait l'emploi "d'éléments hélicoldaux" en relief à l'intérieur du conteneur afin de mettre en mouvement rotatif le matériau liquide. Il est apparu que la solution la meilleure était obtenue en ménageant des rainures à l'intérieur du conteneur ou dans une pièce ajoutée à l'intérieur de celui-ci, de la façon précédemment indiquée; constituait également une solution possible le fait de 15 prévoir à l'intérieur de ce conteneur non plus des profils creux comme des rainures, mais des profils formant des projections vers l'intérieur du conteneur et également de forme hélicoidale, ce qui avait également pour résultat de mettre en rotation le métal liquide traité. Il est toutefois apparu à la demanderesse, que cette solution, bien que conduisant également à la formation de granules, était moins satisfaisante. En tout état de cause, dans le cadre du présent texte, l'expression "éléments hélicoïdaux en relief". englobe aussi bien des rainures ou profils creux que des profils pleins formant projection à l'intérieur du conteneur. Sur le dispositif, l'important au niveau des rainures étant de créer des nappes hélicoldales du métal liquide entre le récipient extérieur et la caisse interne, de telle sorte 30 qu'au niveau du cône, il se forme un espace conique vide, d'o dépression et effet de convergent-divergent. Naturellement, l'invention n'est en rien limitée par les particularités qui ont été spécifiées dans ce qui précède ou par les détails du mode de réalisation 35 particulier choisi pour illustrer l'invention. Toutes sortes de variantes peuvent être apportées à la réali- -8- 260 o o o0 - 8 _sation particulière qui a été décrite à titre d'exemple et à ses éléments constitutifs sans sortir pour -autant du cadre de l'invention. Cette dernière englobe ainsi tous les moyens constituant des équivalents. 260D000C - 9 - REVENDICATIONS 1. Dispositif de granulation d'un métal liquide (2) comprenant un conteneur tubulaire (1) dont la partie inférieure comporte un orifice (9), caractérisé en ce que ledit conteneur (1) comporte sur au moins une partie de sa paroi interne des éléments hélicoïdaux (5, 6, 7) en relief. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté10 risé en ce que lesdits éléments hélicoïdaux (5, 6, 7) sont constitués par des rainures. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte trois rainures. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendi15 cations 2 ou 3, caractérisé en ce que le conteneur (1) est constitué par un cylindre et en ce que lesdites rainures sont taillées dans une pièce (4) de forme générale cylindrique, logée, sans jeu, dans ledit conteneur (1). 5. Dispositif selon la revendication 4, caracté20 risé en ce que ledit conteneur (1) se termine par un cône intérieur (8) dont l'angle est de l'ordre de 60 à 90 degrés, le sommet étant ledit orifice. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit c8ne (8) débouche à sa partie 25 inférieure sur l'orifice (9) dudit conteneur (1). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit conteneur (1) est relié par sa partie supérieure à un tube d'arrivée (3) dudit matériau liquide. 8. Procédé de granulation d'un métal liquide consistant à mettre en rotation ledit liquide dans son conteneur et à le faire sortir par un orifice, au-delà duquel il se solidifie, caractérisé en ce que la mise en rotation dudit liquide est réalisée par des éléments =- - 2620000 - 10 hélicoldaux en relief disposés sur la face interne des parois dudit conteneur. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits éléments hélicoïdaux (5, 6, 7) sont constitués par des rainures. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdites rainures sont au nombre de trois. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le conteneur (1) 10 est constitué par un cylindre et en ce que lesdites rainures sont taillées dans une pièce (4) de forme générale cylindrique logée, sans Jeu, dans ledit conteneur (1). 12. Procédé selon la revendication 11, caracté15 risé en ce que ledit conteneur se termine par un c8ne intérieur (8) dont l'angle est de l'ordre de 60 à 90 degrés. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit cône (8) débouche à sa partie 20 inférieure sur l'orifice (9) dudit conteneur (1). 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que ledit conteneur (1) est relié par sa partie supérieure à un tube d'arrivée (3) dudit matériau liquide. 25 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que ledit métal est un métal pur, un alliage métallique, ou un composé minéral ou organique d'un métal. 16. Granulés ou billes obtenus dans un dispositif 30 selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 ou à l'aide d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 8 à 15.