Brevet FR2600939A1 — publié le 19880108

PROCEDE ET DISPOSITIF DE RELAXATION DES CONTRAINTES EN FIN DE COMPACTAGE OEDOMETRIQUE D'UN MELANGE D'AGREGAT ET DE LIANT DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé et un dispositif de relaxation latérale des contraintes en fin de compactage oedométrique d'un bloc constitué d'un agrégat et d'un liant, mis en forme notamment par pressage, vibropressage, vibrotassage ou pilonnage. Elle s'applique en particulier, mais non exclusivement à la fabrication de blocs carbonés, constitués de coke et/ou d'anthracite (agrégat) et de brai (liant) destinés à l'électrométallurgie, par exemple 10 les anodes et les éléments cathodiques destinés aux cuves de fabrication d'aluminium par électrolyse. EXPOSE DU PROBLEME Le compactage oedométrique d'un bloc ou d'une pièce de forme par pressage, vibropressage, vibrotassage ou pilonnage consiste à placer le matériau à mettre en forme dans un moule muni d'un couvercle, ou associé à dispositif à un ou deux pistons, et à lui imposer un ou plusieurs cycles de contraintes. Ces contraintes sont appliquées 20 soit par la chute d'une masse sur le matériau (pilon ou couvercle de poids élevé) soit par compression au moyen d'un ou deux pistons agissant dans la même direction mais dans des sens opposés. Pour la bonne compréhension de l'invention, on rappelle que le pres25 safe est réalisé sous l'effet du piston d'une presse, généralement h) craulique; le vibropressage consiste à superposer à la pression statique de la presse, une composante vibratoire dont l'amplitude et la fréquence peuvent varier dans de larges limites selon le type de matériau et le niveau de contraintes désirés. Le vibrotassage est obtenu par l'u)i.tion d' n lourd couvercle et l'application,sur le moule, d'une vibration D ur.e fréquence de quelques Hertz à quelques dizaines de Hprtz, qui a pour effet de sDulever le couvercle qui retombe sous l'effet de son poies, sur le bloc à compacter. Le pilonnage, enfin, consiste à appliquer des chocs répétés sur le bloc au moyen d'un pilon que l'on soulève et laisse retomber périodiquement. Les figures 1, 2 et 3 se rapportent à l'art antérieur. Les figures 4, 5, 6, 7 et 8 se rapportent à l'invention. Toutes ces figures sont des coupes schématiques et elles se rappor10 tent au cas particulier o la contrainte principale s'exerce verticalement de haut en bas, mais-elles restent valables quelle que soit la position du moule dans l'espace. Sur la figure 1, on voit que la contrainte principale Fa s'exerce i5 verticalement sur le matériau (1) disposé dans le moule (2). Les parois latérales (3) du moule, qui sont fixes, exercent sur le matériau une réaction Fl proportionnelle à la contrainte principale: FI =k x Fa. Dans tout ce qui suit, nous désignerons par "contrainte latérale" 20 toute contrainte s'exerçant dans une direction perpendiculaire ou sensiblement perpendiculaire à la direction de la contrainte verticale. INCONVENIENTS DE L'ART ANTERIEUR (fig. 1 à 3) En fin de compactage (qui peut durer par exemple, quelques minutes), on retire le couvercle (4) ou le ou les piston (s) de la presse; Le matériau (1) qui a emmagasiné les contraintes latérales va les relâcher. Les parois latérales du moule (3) étant fixes, les contraintes ne peuvent se relâcher que dans le sens de l'axe de compactage et peuvent 30 provoquer la formation de fissures (6) perpendiculaires.à l'axe de compactage; c'est de qui se produit par exemple. lors du moulage des anodes pour la production d'aluminium par électrolyse, lorsque la pâte carbonée, dans le moule, dépasse une certaine température critique. OBJET DE L'IN'VETION L'objet de l'invention est un procédé de relaxation latérale des contraintes en fin de mise en forme, par compactage oedométrique, d'un bloc constitué d'un agrégat et d'un liant et sur lequel on appliquL une contrainte monoaxiale dans un moule rigide comportant un fond et quatre parois latérales. Dans tout ce qui suit, nous désignerons par "compactage", l'opération de mise en forme de blocs dans un moule, les termes "fond" et "sommet" ne préjugeant pas de la position du moule dans l'espace. Selon l'invention, au moins deux parois latérales opposées sont rendues mobiles de façon à pouvoir reculer de quelques millimètres par rapport au bloc moulé (1) mais elles sont fermement maintenues en place pendant toute la durée du compactage. Il est également possible de rendre les 4 parois mobiles. Un autre objet de l'invention est un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de compactage qui permet d'assurer au recul limité (de quelques millimètres) des parois mobiles après le compactage, tout en les 15 maintenant fermement bloquées pendant le compactage proprement dit. Les figures 4 à 8 schématisent la mise en oeuvre de l'invention dans le cas particulier o la contrainte principale est verticale. La figure 4 schématise le compactage sous l'action de la force Fa exercée par le couvercle (4) ou le ou les piston(s) (4) (4A). Sur les figures schématiques 4, 5 et 6, le repère (4) désigne aussi bien le piston d'une presse que le couvercle d'un dispositif de vibrotassage 25 ou un pilon; le repère (4A) désigne aussi bien le fond fixe du moule que le deuxième piston d'une presse, les fonctions remplies dans les différents cas étant éq ivalentes,le second piston pouvant constituer le fond du moule. 3C Les parcis du moule '7)et(8) soumises à une poussée latérale exercent une réaction Fl. En fin de compactage les parois mobiles (7 et/ou 8) sont éloignées dE quelques millimètres des parois correspondantes du bloc moulé, le couvercle (4) ou le ou les piston(s) (4) (4A) étant contrairement à la pratiqum de l'art antérieur, maintenusen place sur le bloc (1) (fig. ), ce qui permet la relaxation latérale des contraintes. Le bloc est soumis de la part du couvercle ou du ou des pistons à une contrainte résiduelle de 5 à 200 kPa (kilopascals) et de préférence comprise entre 10 et 50 kPa. Après quelques secondes (1 à 20 par exemple) on relève le couvercle (4) ou on retire le ou les pistons (4) (4A) (fig. (6). Le bloc moulé est dégagé après ouverture des parois (7) et/ou (8) et enlèvement du couvercle ou retrait du ou des piston(s). Dans ce dernier cas, le bloc peut aussi être dégagé par le sommet ou le fond du 10 mouler en le poussant au moyen d'un des pistons. La figure 8 schématise un dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention. La paroi (7) est immobilisé, pendant le compactage, au moyen de la cale 15 (9) qui prend elle-même appui sur un montant rigide, fixe (8). Sur la paroi (7) sont fixées deux tiges guides (10) terminées par une tête (11)z Entre la tête (11) et la paroi externe du montant fixe, on a placé un ressort (12) travaillant en compression. En fin de compactage, on relève la cale (9) au moyen du vérin (13). Sous l'action des ressorts (12), la tête (11) est repoussée vers l':térieur, et elle tire sur la paroi (7) qui recule de quelques millimètres, laissant ainsi, entre elle et le bloc carboné pressé (1) un espace de quelques millimètres suffisant pour assurer la relaxation des 25 contraintes. Ce dispositif n'est qu'un exemple particulier, non limitatif de l'invention, pour assurerle dégagement latéral de la paroi (7) et la maintenir fermement immobilisée pendant le compactage. 3c EXEMPL! DE MISE EN OEUVRE DE L'INVENTION Une vibrotaseuse a été équipée, selon l'invention, de deux parois It&rales mbiles susceptibles de s'écarter des parois du bloc d'envi35 ron 5mm, selon le dispuritif de la figure 8. De même, les deux po7tes (8) qui se relèvent pcur permettre l'évacuation de l'anode, sont animées d'un même mouvement de recul de 5 mm avant d'être relevées. i La relaxation des contraintes se fait donc dans les deux directions du plan horizontal (la contrainte principale ayant été verticale). Le tableau ci-dessous regroupe les résultats comparatifs obtenus: Relaxation des Températures des Ecart de densité A Apparition contraintes blocs pendant sèche des blocs de fissures selon l'inv. le compactage, C carbonés par rap- en sortie de port à la réfé- compactage rence Non 140 + O Non Oui 140 + 0,003 Non Non 145 - Oui Oui 145 + 0,011 Non Non 150 - Oui Oui 150 - Oui * (La densité sèche DS se définit par rapport à la densité apparente mesurée DA par,la relation: DS = DA x (1 - % de brai en poids) On en conclut que la relaxation latérale des contraintes selon l'invention a permis d'effectuer le compactage des blocs à 145 C au lieu de 140 C en l'absence de relaxation latérale sans qu'il y ait formation 25 de fissures. Il en est résulté un gain moyen de 0,011 point sur la densité des blocs carbonés, ce qui se traduit par une amélioration sensible de la qualité des anodes et une suppression des rebuts pour cause de fissuration. AVANTAGES PROCURES PAR L'INVENTION La relaxation latérale des contraintes emmagasinées dans les blocs moulés alors qu'ils-sont encore soumi a une contrainte résiduelle dans l'axe du compactage (contrainte résiduelle inférieure à 200 kPa), permet d'élever la température à laquelle appa35 raisbent les fissures. Il est donc possible, dans le cas du mnoulage de blocs carbonés, de malaxer et de compacter le mélange coke + brai a température plus élevée (d'au moins 5 C), et d'améliorer ainsi les caractéristiques des blocs. Les anodes destinées à la production d'aluminium par électrolyse, selon le procédé Éall-Héroult, sont un des domaines priviligiés mais non exclusif, de mise en oeuvre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de relaxation des contraintes latérales, en fin de mise en forme par compactage d'un bloc constitué d'un agrégat et d'un liant, sur lequel on applique une contrainte principale monoaxiale dans un moule rigide comportant un fond et quatre parois latérales, caractérisé en ce que, en fin de compactage, on maintient, selon l'axe de compactage une contrainte résiduelle comprise entre 5 et 200, et de préférence entre 10 et 50 kilopascals, puis on écarte de quelques millimètres au moins deux des parois latérales du moule, puis on supprime la contrainte principale et on extrait le bloc moulé. 10 2. Procédé, selon la revendication 1, caractérisé en ce te résiduelle est maintenue pendant une durée comprise secondes après écartement des parois latérales. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce deux parois opposées (7) du moule. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce deux parois adjacentes (7, 8) du moule. 20 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce les quatre parois du moule. que la contrainentre I et 20 que l'on écarte que l'on écarte que l'on écarte 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications I à 5, caractérisé 25 en ce que le compactage est réalisé par un procédé choisi parmi le pressage, le vibropressage, le vibrotassage, le pilonnage. 7. Procédé selon l'une quelconque des reverdications 1 à 6, caractérisé en ce que les blocs sont constitués d'un mélange d'agrégat carboné 30 tel que le coke ou l'anthracite et d'un liant tel que le brai. 8. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que deux au moins des p4rois latérales du moule sont munies d'un moyen de déplacement en translation 35 par rapport au bloc moulé. 9. Dispositif selon revendication 7, caractérisé en ce que le moyen de déplacement comporte d'une part, au moins un organe de guidage (10) fixé à une de ses extrémités sur la face externe de la paroi mobile (7) et muni, à son extrémité opposée d'une tête (11), et d'autre part, un montant rigide fixe (8) et, disposé entre la paroi mobile (7) et le montant (8), une cale (9) amovible, et un moyen élastique en compression (12) disposé entre le montant (8) et la tête (11).