Brevet FR2641200A1 — publié le 19900706

L'invention concerne le domaine du traitement électromagnétique de matériaux, en particulier, un procédé de traitement électromagnétique de matériaux. L'invention peut être utilisée pour la dispersion, l'émulsification ou le brassage de suspensions essentiellement dans l'industrie chimique. Il existe un procédé de traitement électromagnétique de matériaux (US, A, 3219318) qui consiste à créer un champ magnétique alternatif sous l'action duquel des particules en matériau magnétique appelées dans ce qui suit "éléments magnétiques" se mettent en mouvement chaotique en effectuant un traitement, par exemple, en dispersant ou en brassant la matière (une suspension, une émulsion) amenée dans la zone de traitement. Ce procédé est destiné au traitement des matériaux dans de petits récipients, par exemple, dans des tubes à essais ou béchers de laboratoire. Les dispositifs pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus comportent un enroulement électrique créant dans la zone de service ou de travail un champ magnétique alternatif, une chambre de travail en un matériau non magnétique abritant les éléments magnétiques. Le nombre d'éléments magnétiques dans la chambre est choisi de façon à les retenir au mouvement à des distances assez grandes l'un de l'autre pour éviter leur chocs fréquents et réduire leur usure due à ces chocs. Ce nombre d'éléments magnétiques est inférieur à leur répartition monocouche sur la surface du fond de la chambre. Ce procédé a pour inconvénients un faible rendement par suite d'une utilisation incomplète de l'énergie du champ magnétique dans l'espace de travail à cause de la faible quantité d'éléments magnétiques, et une augmentation des cotes d'encombrement et du volume de la chambre menant à une diminution du rendement spécifique et de l'efficacité du traitement et à un accroissement sensible de la consommation d'énergie, ce qui ne permet pas de réaliser des dispositifs efficaces à haut rendement. On connaît également un procédé de traitement électromagnétique de matériaux (US, A, 3987967) qui consiste à agir sur le matériau se trouvant dans la zone de travail à l'aide d'éléments magnétiques animés d'un mouvement chaotique par un champ magnétique alternatif et disposés dans la zone de travail en une couche dont la hauteur est définie en fonction des dimensions géométriques des éléments magnétiques, de leurs paramètres magnétiques, de leur masse volumique, ainsi que de l'intensité et de la fréquence du champ magnétique. L'inconvénient de ce procédé est une qualité médiocre du traitement en continu des matériaux, une haute consommation d'énergie et une faible intensité. Ceci est dû au fait qu'en mode continu du traitement des suspensions, la partie considérable de la matière à traiter passe à travers la couche ou au-dessus de la couche d'éléments magnétiques sans subir le traitement nécessaire. La probabilité de passage de la suspension non traitée diminue avec l'augmentation de la hauteur de la couche d'éléments magnétiques disposés dans la zone de travail. Mais la hauteur de la couche dans la zone de travail est petite dans le procédé connu considéré et ne peut pas dépasser en pratique 20 ou 30 cm par suite de l'apparition d'un fort moment de résistance au mouvement des éléments magnétiques dû à la gravité, autrement dit, lorsqu'on charge les éléments magnétiques dans la zone de travail en une couche à hauteur dépassant 20 ou 30 cm, les éléments magnétiques se trouvant en bas de la couche restent immobiles et ne font pas de travail utile. Outre cela, ce procédé ne permet pas de contrôler ni de maintenir durant le travail la hauteur optimale voulue de la couche d'éléments magnétiques parce que durant le traitement, surtout des suspensions et des pâtes abrasives, se produit une usure des éléments magnétiques et les produits usés sont évacués avec les matériaux traités, ce qui fait diminuer la masse et la hauteur de la couche d'éléments magnétiques dans la zone de travail et, par conséquent, diminue l'efficacité et la qualité du traitement. L'invention vise à fournir un procédé de traitement électromagnétique de matériaux qui permettrait de réaliser et de maintenir le régime de traitement voulu en fonction de la puissance active maximale consommée par la couche d'élements magnétiques en mouvement chaotique en mode continu de travail. Le problème posé est résolu du fait que dans un procédé de traitement électromagnétique de matériaux qui consiste à amener en continu un flux de matériau à traiter dans la zone de travail o l'on place une couche d'éléments magnétiques et o on crée un champ magnétique alternatif sous l'action duquel la couche d'éléments magnétiques en mouvement chaotique effectue le traitement du matériau amené, conformément à l'invention, le débit du matériau amené est égal à 0,8 à 2,5 fois le débit correspondant à la puissance active maximale consommée par la couche d'éléments magnétiques en mouvement chaotique, le matériau à traiter étant amené d'en bas, sous la couche d'éléments magnétiques. Selon une caractéristique du procédé de l'invention la hauteur de la couche d'éléments magnétiques est maintenue en fonction de la différence d'intensités du champ magnétique alternatif dans les parties supérieure et inférieure de la zone de service o les éléments magnétiques se meuvent. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, avec références au dessin non limitatif annexé dans lequel la figure unique représentant deux courbes montrant la dépendance entre la dispersion d'une suspension traitée et son début suivant respectivement le procédé de l'invention et le procédé connu. Le procédé du traitement électromagnétique de matériaux selon l'invention consiste à créer, à l'aide d'un enroulement électrique, un champ magnétique alternatif dans lequel on place un récipient contenant une couche d'éléements magnétiques et à amener sous la couche d'éléments magnétiques un flux de matériau à traiter: un liquide, une suspension ou une émulsion. On mesure, à l'aide d'un wattmètre, la puissance consommée par la couche d'éléments magnétiques en mouvement chaotique et on règle le débit du matériau amené dans les limites de 0,8 à 2,5 fois le débit correspondant à la puissance active maximale. La hauteur nominale de ladite couche d'éléments magnétiques dans la zone de travail du récipient est maintenue dans ce cas d'après la différence des intensités du champ magnétique alternatif dans les parties supérieure et inférieure de la zone de travail. La courbe 1 de la figure illustre une dépendance expérimentale entre la dispersion de la suspension traitée et son débit en unités relatives, conformément à l'invention, et la courbe 2 illustre la même dépendance dans le procédé connu. Dans ce qui suit, on trouvera des exemples concrets de réalisation du procédé selon l'invention. Exemple 1. Traitement: dispersion de la suspension vernis-peinture de pigments de composition suivante en % massiques: minium de fer 13,3 talc 8,5 tétrahydroxychromate de zinc 8,5 blanc de zinc 7,6 bentonite 0,5 vernis phénolique à l'huile 49,6 white-spirit 6,0 xylol 6,0 Le traitement a été réalisé dans un récipient en un matériau non magnétique d'un diamètre intérieur de cm et d'une longueur de 80 cm. En tant qu'éléments magnétiques, ont été utilisés des granules d'hexaferrite de barium à Bh = 1600 Gs et Hm = 2000 Oe, de dimension moyenne de 0,2 cm et d'une masse volumique de 4,8 g/cm3. L'amplitude de l'intensité du champ magnétique de 50 Hz a été choisie la plus élevée possible pour les éléments magnétiques utilisés et était de 1600 Oe. Les éléments magnétiques sont chargés dans le récipient par quantité de 18 kg. Le récipient est mis dans un enroulement-inducteur électrique constitué de six bobines de 15 cm d'épaisseur en fil de cuivre. On applique à l'inducteur un courant électrique de 380 V, 50 Hz. Le traitement de la suspension est effectué par amenée en continu de la suspension sous la couche d'éléments magnétiques en position verticale du récipient. La hauteur de la couche d'éléments magnétiques dans le récipient est de 76 cm. En modifiant le débit de la pompe amenant la suspension et en suivant les indications du wattmètre inséré dans le circuit de l'enroulement électrique, on obtient la valeur maximale de la puissance active prélevée sur le secteur alimentant l'enroulement. La valeur maximale de la puissance a été de 4600 W et le débit de la suspension correspondant à cette valeur est de 160 kg/h. Le degré de dispersion de la suspension traitée par ce procédé est de 20 m, le degré de dispersion initiale étant de 150) m. La consommation de l'énergie est de 28,75 kW/h par 100 kg. Aux débits de la suspension de 128 kg/h et 400 kg/h égaux respectivement à 0,8 et à 2,5 fois le débit correspondant au maximum de la puissance, le degré de dispersion de la suspension a été de 30 m et 50/ m et la consommation de l'énergie, de 21,3 et de 8,2 kW/h par 1000 kg. Pour effectuer une comparaison, on a réalisé le traitement de la suspension par les mêmes éléments magnétiques que par le procédé connu en amenant la suspension à travers la couche d'éléments magnétiques en position horizontale du récipient et à la hauteur maximale pour le procédé donné de la couche d'éléments magnétiques égale à 13,5 cm. Dans ce cas aussi la masse totale des éléments magnétiques chargés dans le récipient a été de 18 kg comme dans le premier cas. La qualité identique de la suspension (degré de dispersion de 20Am) a été obtenue avec un débit de la suspension à travers la chambre de kg/h et une consommation d'énergie égale à 52 kW/h par 1000 kg, les degrés de dispersion de 30Am et de 50ym ont été obtenus aux débits de 120 kg/h et 380 kg/h et les valeurs de consommation d'énergie de 30 et 11,9 kW/h par 1000 kg, respectivement. Comme on voit sur l'exemple de réalisation du procédé et sur le dessin l'illustrant, le procédé de l'invention par l'amenée du flux du matériau sous la couche d'éléments magnétiques permet de réaliser un traitement plus intense et de haute qualité de la suspension, la consommation d'énergie étant plus faible. Les avantages du procédé selon l'invention restent les mêmes pour les débits du matériau traité se situant dans la gamme de 0,8 à 2,5 fois le débit correspondant à la puissance active maximale consommée par la couche d'éléments magnétiques en mouvement. A un débit inférieur à 0,8 fois le débit correspondant à la puissance active maximale, la charge dynamique du flux est insuffisante pour compenser la force de gravité, les éléments magnétiques en bas de la couche ne se meuvent pas ce qui dégrade la qualité du traitement et augmente le temps de prélèvement de l'énergie. A un débit supérieur à 2,5 fois le débit correspondant à la puissance active maximale, la distance entre les éléments magnétiques augmente, par suite d'une forte charge dynamique du flux du matériau, la puissance active consommée diminue, tandis que la quantité de matériau ayant passé sans traitement augmente et la qualité du traitement se dégrade. Exemple 2. Traitement: dispersion d'une suspension peintures et vernis à pigments à composition en % massique: carbone technique 15,5 vernis glicérophtalique 34,0 résine carbamique 18,5 xylol 32,0. Le traitement se fait dans un récipient en acier au chrome-nickel non magnétique. La dimension intérieure du récipient est de 220 mm, la hauteur de 1400 mm. En tant qu'éléments magnétiques, on utilise des aimants sphériques en hexaferrite de barium au diamètre moyen de 2,5 mm. Au début, on charge dans le récipient kg d'éléments magnétiques. Le récipient est mis dans la zone de travail: un inducteur vertical constitué de 12 sections. La hauteur totale de l'inducteur est de 1200 mm: la hauteur de la couche d'éléments magnétiques est de 1160 mm. On applique à l'inducteur un courant de 380 V, 50 Hz, pour créer un champ magnétique d'une intensité de 500 0e. Le traitement de la suspension se fait par son pompage en continu sous la couche d'éléments magnétiques. La vitesse du flux de la suspension traitée est modifiée par réglage du débit de la pompe amenant la suspension en surveillant les indications d'un wattmètre inséré dans le circuit de l'enroulement, on assure et maintient la valeur maximale de la puissance active prélevée sur le secteur alimentant l'enroulement. La valeur maximale de la puissance a été de 15 à 17 kW. On mesure à l'aide du voltmètre la différence des intensités du champ magnétique alternatif dans les parties supérieure et inférieure de la zone de travail o se meuvent les éléments magnétiques en comparant la chute de tension sur les sections de l'enroulement embrassant la partie supérieure de la zone de service avec celle sur les sections embrassant la partie inférieure de la zone de travail. La différene de tensions doit être mesurée au moins entre deux sections de l'enroulement dont l'une embrasse la partie supérieure et l'autre la partie inférieure de la zone de travail; les sections sont mises en série et ont, par exemple, le même nombre de spires et, par conséquent, une inductance identique. Un voltmètre est mis en parallèle avec chaque section qui indique la chute de tension sur cette section. Si la zone de travail est remplie d'éléments magnétiques jusqu'au niveau supérieur de la section supérieure, les indications des deux voltmètres seront identiques parce que les réactances inductives des deux sections sont égales. Par conséquent, la différence de chutes de tensions entre elles est proche de zéro. A la diminution de la hauteur de la couche d'éléments magnétiques dans la zone de travail, par suite de leur usure durant le travail du dispositif, la réactance inductive de la section supérieure diminue parce que les éléments magnétiques à perméabilité magnétique supérieure à 1 jouent le rôle d'un noyau magnétique. Par conséquent, la chute de tension sur la section supérieure diminue et augmente sur la section inférieure, parce que croit le courant commun dans le circuit série. Entre les indications des voltmètres supérieur et inférieur apparaît une différence croissant avec la diminution de la hauteur de la couche d'éléments magnétiques due à leur usure durant le fonctionnement du dispositif. En utilisant cette différence des indications des voltmètres, on charge additionnellement dans la chambre de service les éléments magnétiques de façon à égaliser les indications des voltmètres à la valeur initiale correspondant au niveau d'éléments magnétiques optimal dans la chambre. Le chargement d'appoint peut se faire automatiquement ou à la main. 2 6 4 1 2 0 0 Le traitement des matériaux se fait en continu en les pompant à travers la couche d'éléments magnétiques du bas vers le haut. La vitesse nominale du flux de matériau à traiter est maintenue suivant les indications du wattmètre branché dans le circuit de l'enroulement par réglage du débit de la pompe. On soumet au traitement 4 tonnes d'une suspension de peintures et de vernis de composition ci-indiquée. La durée totale du traitement est de 8 h. Après 1 h de travail, la différence de tensions sur les voltmètres varie de la valeur initiale de 0,2 V jusqu'à 3 V. Pour réduire la différence d'indications des voltmètres jusqu'à la valeur initiale, on charge dans la zone de travail 2 kg d'éléments magnétiques. En fonction des indications des voltmètres, autrement dit, de la différence des intensités du champ magnétique dans les parties supérieure et inférieure de la zone de travail o se meuvent les éléments magnétiques, durant le travail on charge supplémentairement des éléments magnétiques pour maintenir la hauteur optimale de leur couche. Durant 8 h de travail, on a chargé 15,8 kg d'éléments magnétiques. Le degré de dispersion de la suspension traitée est de m, le degré de dispersion initiale étant de 150 m. La consommation de l'énergie est de 32 kW/h par 1 tonne. La hauteur de la couche d'éléments magnétiques à la fin du traitement est égale à la hauteur initiale. Pour comparer, 4 tonnes de suspension de la même composition ont été traitées dans les mêmes conditions, mais sans chargement d'appoint des éléments magnétiques, donc sans maintenir la hauteur optimale de la couche d'éléments magnétiques dans la zone de travail. Dans ces conditions, la durée totale du traitement de la suspension jusqu'à obtenir le degré de dispersion de 10/lm était de 11,5 h et la consommation d'énergie de 43 kW/h par tonne. La hauteur de la couche d'éléments magnétiques dans la zone de travail a diminué vers la fin du traitement de 15 % par rapport à la hauteur nominale. Comme on peut le voir des exemples précités, le procédé de traitement électromagnétique de matériaux de l'invention assure un traitement homogène et intense des matériaux dans la couche d'éléments magnétiques qui ne dépend pas de la hauteur de la couche et permet d'obtenir la qualité voulue du traitement, la consommation d'énergie étant diminuée et le rendement augmenté. R E V E N D I C A T I ONS 1. Procédé de traitement électromagnétique de matériaux du type consistant à amener en continu le flux d'un matériau à traiter à la zone de travail o est placée une couche d'éléments magnétiques et à créer un champ magnétique alternatif sous l'action duquel la couche d'éléments magnétiques en mouvement chaotique effectue le traitement du matériau amené, caractérisé en ce que le débit du matériau amené est égal à 0,8 à 2,5 fois le débit correspondant à la puissance active maximale consommée par la couche d'éléments magnétiques en mouvement chaotique, le matériau à traiter étant amené d'en bas, sous la couche d'éléments magnétiques. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la hauteur de la couche d'éléments magnétiques est maintenue suivant la différence d'intensités du champ magnétique alternatif dans les parties supérieure et inférieure de la zone de travail o se meuvent les éléments magnétiques.