Brevet FR2721231A1 — publié le 19951222

PROCEDE D'ATOMISATION D'UN MATERIAU LIQUIDE DISPERSABLE L'invention concerne un procédé d'atomisation d'un matériau liquide dispersable ou d'un mélange de matériaux liquides dispersables. Actuellement, la majorité des poudres métalliques est fabriquée par divers procédés d'atomisation. Le principe à la base de ces procédés est souvent le même : un métal liquide, disposé dans un répartiteur, est forcé à travers une buse pour obtenir un jet mince qui est dispersé sous forme de particules par le mouvement rapide d'un gaz ou d'un courant de liquide. On peut distinguer trois familles de procédés d'atomisation. Selon une première famille, le métal liquide, dans la majorité des cas, est atomisé au moment de la coulée. Dans un cas particulier de procédé, la désintégration du liquide en particules est effectuée par l'action mécanique d'un disque tournant, mais en général, l'atomisation est effectuée par air, gaz, eau, et sous vide par éclatement du liquide dû à une forte différence de pression. La projection de particules solides a également été mentionnée mais s'est jusqu'à présent limitée à l'agglomération du ou l'introduction avec le matériau liquide dispersable. Une autre famille de procédé à été développée un peu plus récemment. I1 s'agit d'atomisation par force centrifuge mise en oeuvre selon deux variantes : soit l'électrode en fusion constitue la matière première pour l'obtention des particules, soit le répartiteur contenant le liquide est soumis à une rotation qui provoque l'éjection du liquide sous forme de gouttes contre les parois refroidies d'une installation, permettant ainsi de récupérer une poudre. Enfin, une dernière famille est constituée par des procédés utilisant les ultra-sons, une électrode vibrante et des cylindres en rotation, refroidis. Néanmoins, si les procédés d'atomisation connus de l'état de la technique présentent des avantages non négligeables comme notamment l'obtention de particules très denses et homogènes avec une bonne pureté et un contrôle de la composition efficace, ils nécessitent le contrôle, le plus souvent, de plusieurs paramètres à la fois qui rend la mise en oeuvre des procédés difficile. Ainsi, le processus d'atomisation est déterminé par la géométrie du système, à savoir : le diamètre de l'orifice (et donc le diamètre du jet de liquide), la géométrie de la tuyère d'injection de l'agent d'atomisation (la vitesse du courant), l'angle formé entre le jet et le courant, la distance de parcours des particules et la distance entre le jet et le courant. Toutes ces contraintes nécessitent des connaissances en métallurgie suffisantes pour maîtriser et bien contrôler le bain de métal liquide. Par ailleurs, l'atomisation de métaux pose le problème de transformations qui peuvent se produire durant le refroidissement rapide d'une goutte fondue. Ainsi, dans le cas de certains alliages - par exemple Cu/Pb - une phase plus fusible peut se trouver par ségrégation dans le coeur de la goutte. Une différence de composition peut également apparaître entre des particules de diverses grosseurs. Dans le cas d'une atomisation par air ou gaz, le refroidissement rapide peut aussi provoquer l'occlusion du gaz dans la particule. Pour certains alliages, on observe même des structure de trempe, d'où la nécessité de recuire les poudres avant leur mise en forme. Enfin, de manière générale le spectre granulométrique est, assez large, l'obtention d'une granulométrie plus uniforme nécessitant des contrôles très sévères du processus mis en jeu. Un objet de la présente invention est donc de proposer un procédé d'atomisation d'un matériau liquide dispersable qui pallie les inconvénients ou limites des procédés connus de l'état de la technique. Plus particulièrement, un objet de la présente invention est de proposer un procédé d'atomisation d'un matériau liquide dispersable qui permette de contrôler la granulométrie des particules obtenues, ainsi que de restreindre le spectre granulométrique de manière à obtenir une granulométrie plus uniforme et ce, quelque soit le matériau liquide dispersable utilisé. Un autre objet de la présente invention est de proposer un tel procédé qui permettre d'obtenir des particules fines, notamment 0,02 à 0,6 mm de diamètre, avec un bon rendement énergétique et une forte productivité. Un autre objet de la présente invention est de proposer un tel procédé dans lequel il n'y a pas refroidissement immédiat du matériau liquide atomisé de manière à permettre à ces particules de subir d'éventuelles atomisations complémentaires. Un autre objet de la présente invention est de proposer un tel procédé qui soit, en combinaison, simple de mise en oeuvre, fiable, non polluant, et économe en énergie. A cet effet, l'invention concerne un procédé d'atomisation d'un matériau liquide dispersable ou d'un mélange de matériaux liquides dispersables, caractérisé en ce qu'on disperse le matériau liquide dispersable ou le mélange, sous forme de particules, par projection d'au moins un courant de particules solides réactives du fait de leur revêtement partiel ou total sur ledit matériau et on recueille lesdites particules de matériau dispersable dans un milieu de réception. Selon une autre caractéristique, le film ou les gouttes à la surface des particules solides sont réactifs à proximité ou au contact du matériau liquide dispersable du fait de leur évaporation, leur sublimation, d'une réaction chimique violente ou explosive ou d'une interaction électrique et/ou magnétique. Le procédé conforme à la présente invention comprend également les caractéristiques suivantes, prises seules, en combinaison ou optionnellement : on projette le courant de particules solides sur la surface d'un bain du matériau liquide dispersable, sur l'écoulement par déversement d'un bain dudit matériau, sur un jet dudit matériau obtenu par écoulement à travers un orifice ou équivalent, sous immersion dans un bain dudit matériau ; le procédé conforme à la présente invention comprend une étape supplémentaire consistant en une étape d'atomisation par eau, gaz, sous vide, sur un cône, une plaque ou un tambour, par centrifugation, explosion ou équivalent, cette étape supplémentaire s'effectuant préalablement ou après le procédé conforme à la présente invention. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit en référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une vue schématique, en coupe, d'une première variante d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la présente invention. La figure 2 est une vue schématique, en coupe, d'une deuxième variante d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la présente invention. La figure 3 est une vue schématique, en coupe, d'une troisième variante d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la présente invention. La figure 4 est une vue schématique, en coupe, d'une quatrième variante d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la présente invention. La figure 5 est une vue schématique, en coupe, d'une cinquième variante d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la présente invention. La figure 6 est une vue schématique, en coupe, d'une sixième variante d'une installation pour la mise en oeuvre du procédé conforme à la présente invention. La figure 7 est une vue schématique illustrant l'exemple 2 décrit par la suite. L'invention concerne donc un procédé d'atomisation d'un matériau liquide dispersable. Dans la présente description, on entend par matériau liquide dispersable, tout matériau qui est liquide à température ambiante ou à une température supérieure à la température ambiante. Un tel matériau comprend notamment, l'eau, un métal, un alliage, une matière synthétique (par exemple thermoplastique), à usage alimentaire, pharmaceutique, cosmétique, agricole, etc. Ce matériau peut se présenter sous la forme également d'un mélange. Dans la description qui précède ou qui suit, le terme matériau liquide dispersable doit être compris comme un seul matériau ou un mélange de matériaux. Par commodité, dans la suite de la description, il sera fait référence à l'acier comme matériau liquide dispersable, mais il doit être entendu que le procédé conforme à la présente invention ne se limite pas à un tel matériau. Sur les figures 1 à 6, sont représentées des variantes d'installation pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. De telles installations, classiques dans le domaine de l'atomisation, comportent un chenal 1 destiné au transport du matériau liquide dispersable 3 et surplombant un répartiteur ou tundish 2. Selon l'invention, le procédé d'atomisation se caractérise en ce qu'on disperse le matériau liquide dispersable 3 sous forme de particules 7, par projection d'au moins un courant de particules solides réactives sur ledit matériau et on recueille lesdites particules 7 dans un milieu de réception. On entend ici par particules solides réactives 6, des particules solides revêtues, totalement ou partiellement, préalablement à ou au cours de leur projection sur le matériau liquide dispersable 3, d'une couche plus ou moins épaisse ou de gouttes ou gouttelettes plus ou moins fines dont la nature va augmenter la dispersion in-situ du matériau liquide, par expansion rapide du fait de leur vaporisation ou sublimation ou par une réaction chimique violente ou explosive ou par action électrique et/ou magnétique. L'avantage du procédé de l'invention est ici évident : en réalisant un maillage serré du fait du passage du flux de particules solides réactives on peut contrôler parfaitement la granulométrie du matériau dispersé en maîtrisant la réactivité au sein du matériau dispersable. Le film ou les gouttes à la surface des particules solides sont réactifs à proximité ou au contact du matériau liquide dispersable, du fait de leur évaporation, leur sublimation, d'une réaction chimique violente ou explosive ou d'une interraction électrique et/ou magnétique. Dans la description qui suit, on fera référence au terme particule solide, mais il doit être entendu que ce terme englobe toutes les particules solides réactives. L'un des avantages du procédé de l'invention est sa très grande souplesse d'utilisation. En effet, ce dernier peut s'adapter à tout type d'installation d'atomisation déjà existante. En fonction de celle-ci et du cahier des charges à remplir par l'opérateur, l'une ou l'autre des variantes représentées aux figures 1 à 6 sera utilisée. Dans la plupart des installations d'atomisation existantes, le matériau liquide dispersable est forcé à travers un orifice 4 de manière à obtenir un jet 5 mince d'un diamètre ou d'une épaisseur inférieurs à environ 20 mm par exemple pour l'acier. Selon l'invention, on projette le courant de particules solides 6 sur le jet 5 du matériau liquide dispersable 3 obtenu par écoulement dudit matériau à travers l'orifice 4 (figures 1, 2, 4). La projection du courant de particules solides 6 peut également s'effectuer sur la dispersion conique du jet 5 d'un matériau liquide, obtenu en interposant un cône 13 sur le chemin du jet. Bien évidemment, le cône 13 peut être substitué par tout moyen équivalent comme une plaque, ou un tambour. Mais la projection du courant de particules solides 6 peut également s'effectuer sur l'écoulement par déversement d'un bain du matériau liquide dispersable ; sur la surface du bain du matériau liquide dispersable et sous immersion dans le bain du matériau liquide dispersable 3 tel que représenté, respectivement par les figures 3 et 5. Le procédé conforme à la présente invention peut comporter également une étape supplémentaire consistant en une étape classique d'atomisation par eau, gaz, sous vide, sur un cône, une plaque ou un tambour, par centrifugation, explosion ou équivalent. Cette étape supplémentaire peut avoir lieu soit préalablement, soit après la projection du courant de particules solides 6. Ainsi, sur la figure 4, le jet 5 de matériau liquide dispersable 3 subit une première atomisation au moyen d'un courant de particules solides 6. Cette première atomisation a pour résultat un mélange de particules 7 du matériau liquide, notamment des particules fines et des particules plus grossières. Ces particules grossières sont alors soumises à une seconde atomisation au moyen d'un compresseur à eau 10 qui propulse l'eau à une pression de 0,8 à 1,2 bars environ, une pression supérieure à 1,2 bars déformant les particules. Sur la figure 5, la première atomisation par projection d'un courant de particules solides 6 s'effectue par immersion dans le bain de matériau liquide dispersable 3. Les particules atomisées traversent l'orifice 4 puis une buse 11 et sont soumises à une seconde atomisation par un courant de gaz (air ou gaz neutre) provenant d'une tuyère annulaire 12. Sur la figure 6 est représentée une autre variante du procédé conforme à la présente invention dans laquelle l'atomisation par projection d'un courant de particules solides 6 a lieu après une première atomisation effectuée au moyen d'un cône 13. De tout ce qui précède, on comprend que le procédé conforme à la présente invention présente une très grande souplesse d'utilisation puisqu'en fonction des résultats désirés et des contraintes liées à l'environnement de l'installation d'atomisation, on peut projeter le courant de particules solides 6 avec une incidence rasante à perpendiculaire par rapport à la surface libre du matériau liquide dispersable 3. On peut également projeter successivement ou simultanément plusieurs courants de particules solides 6, de même nature ou de nature différente. Selon le moyen de projection utilisé, on peut également projeter le courant de particules solides 6 de manière ponctuelle ou sur une grande longueur ou surface du matériau liquide 3. S'agissant des moyens de projection du courant de particules solides 6, ils comprennent les moyens de projection par gravité ; une turbine 9 ou tout autre moyen mécanique approprié, la vitesse des particules solides 6 en sortie de la turbine 9 étant comprise, de manière préférée entre 20 et 120 m/s ; par propulsion par ou dans un fluide au moyen d'une lance 8 reliée à un compresseur délivrant une pression comprise entre notamment 0,5 et 15 bars, le fluide de propulsion pouvant participer également à la dispersion du matériau liquide dispersable 3. Comme fluide envisageable, on peut citer par exemple l'eau, ou un gaz. Les moyens de projection du courant de particules solides 6 comprennent également ceux par entraînement électrique, magnétique ou électromagnétique. S'agissant des paramètres de projection, de manière préférée, le volume cumulé des particules solides 6 projetées vaut sensiblement un centième à deux fois le volume du matériau liquide 3 à disperser. La vitesse, la granulométrie et l'énergie de projection quant à elles, sont réglées en fonction de la dispersion désirée, et donc de la granulométrie que l'on cherche à obtenir. De même, outre la réactivité des particules solides, ces paramètres feront que les particules solides adhèrent ou n'adhèrent pas au liquide dispersé. Bien évidemment, la vitesse et l'énergie de projection sont fonctions également de la nature des particules solides 6. Ces dernières peuvent avoir une nature identique ou non à celle du matériau liquide dispersable 3. Ce peut être, par exemple, des produits pulvérulents, comme notamment à titre non limitatif des billes ou poudre de céramique, de métal, de glace, de carbo-glace, de matière synthétique, du sable, du gravier, des produits pulvérulents chimiques à usage alimentaire, pharmaceutique, cosmétique, agricole, etc. Dans une application possible de l'invention, on utilise de la grenaille pour disperser le jet 5 de matériau liquide 3. Cette grenaille peut provenir d'une coulée précédente ou de la coulée en cours qui comporte un circuit de recyclage. Elle est mouillée à l'eau avant ou au cours de leur atomisation par exemple en la faisant traverser un rideau d'eau 14. Le courant de particules solides 6 peut se présenter également sous la forme d'un mélange. Selon l'invention, la dispersion est améliorée par un phénomène de liquéfaction, vaporisation ou sublimation du revêtement des particules solides 6 ou par une réaction chimique violente et/ou explosive desdits revêtements 6 avec le matériau liquide dispersable 3. Les particules 7 de matériau liquide atomisé obtenues par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention comprennent des poudres, des goutelettes, des gouttes, du fil, des particules solides enrobées du matériau liquide pris en masse sur lesdites particules, toutes ces particules ayant, dans tous les cas, un diamètre inférieur à 100 mm. Quant à leur composition, ce peut être soit celle du matériau liquide dispersable ou du mélange de liquide dispersable, soit une composition chimique issue de la réaction ente les particules solides 6, de même nature ou non, et/ou du matériau liquide dispersable et/ou du milieu de réception. L'invention sera maintenant décrite à l'aide de deux exemples donnés à titre non limitatif dans le cas où un acier liquide est mis en oeuvre dans un procédé conforme à la présente invention. Exemple 1 - Matériau liquide dispersable : Acier . diamètre du jet de coulée : 15 mm surface du jet de coulée : 176 mm2 . vitesse à l'impact : 4 m/s débit : 3.105 mm3/s - Particules solides : grenailles rondes WS 110 (fabriquées et commercialisées par la société WHEELABRATOR ALLEVARD) diamètre : 0,2 à 0,6 mm . vitesse : 60 m/s . débit : 200 g/s . Projection par lance, P = 6 bars, lance droite Les paramètres d'atomisation ainsi définis ont conduit à l'obtention de 42 % de particules avec une granulométrie de 0 à 700 m 45 % de particules avec une granulométrie de 1,5 à 6 mm susceptibles d'être à nouveau atomisés Exemple 2 (illustré par la figure 7) - Matériau liquide dispersable identique à celui de l'exemple 1 ci-dessus. - Particules solides également identiques mais pression par lance à P = 4 bars et vitesse des particules de 40 m/s. - Interposition d'un rideau d'eau d'épaisseur 20mm entre l'extrémité de la buse et le jet d'acier liquide. Reprise des particules les moins déviées par une seconde atomisation à l'eau seule (pression env. 1 bar). Selon ce procédé, on obtient . 80 % de particules avec une granulométrie de 0 à 700 Hm. . 15 % de particules avec une granulométrie de 700 à 1 200 um. . 5 % de particules avec une granulométrie entre 1 200 et 3 000 m qui bien que peu déviées ont échappé, sur les côtés, à la reprise par le jet d'eau. REVENDICATIONS 1. Procédé d'atomisation d'un matériau liquide dispersable ou d'un mélange de matériaux liquides dispersables, caractérisé en ce qu'on disperse le matériau liquide dispersable (3) ou le mélange, sous forme de particules (7), par projection d'au moins un courant de particules solides réactives (6) du fait de leur revêtement partiel ou total sur ledit matériau et on recueille lesdites particules (7) dans un milieu de réception. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le film ou les gouttes à la surface des particules solides (6) sont réactifs à proximité ou au contact du matériau liquide dispersable (3), du fait de leur évaporation, leur sublimation, d'une réaction chimique violente ou explosive ou d'une interraction électrique et/ou magnétique. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on projette le courant de particules solides réactives (6) sur la surface d'un bain du matériau liquide dispersable (3). 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on projette le courant de particules solides réactives (6) sur l'écoulement par déversement d'un bain du matériau liquide dispersable (3). 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on projette le courant de particules solides réactives (6) sur un jet du matériau liquide dispersable (3) obtenu par écoulement dudit matériau à travers un orifice (4) ou équivalent. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on projette le courant de particules solides réactives t6) sous immersion dans un bain du matériau liquide dispersable (3). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend une étape supplémentaire consistant en une étape d'atomisation par eau, gaz, sous vide, sur un cône, une plaque ou un tambour, par centrifugation, explosion ou équivalent du matériau liquide (3) atomisé par projection du courant de particules solides réactives (6). 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on disperse le matériau liquide dispersable (3) au moyen d'une atomisation par eau, gaz, sous vide, sur un cône, une plaque ou un tambour, par centrifugation, explosion ou équivalent, puis on projette au moins un courant de particules solides réactives (6) sur le matériau dispersé. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les particules solides réactives (6) et le matériau liquide dispersable (3) ont une nature identique ou non. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le courant de particules solides réactives (6) a une incidence rasante à perpendiculaire par rapport à la surface libre du matériau liquide dispersable (3). 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'on projette successivement ou simultanément plusieurs courants de particules solides réactives (6), de même nature ou de nature différente. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'on projette le courant de particules solides réactives (6) de manière ponctuelle ou sur une grande longueur ou surface du matériau liquide (3). 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'on projette le courant de particules solides (6) réactives avec une vitesse et une énergie adaptées à la dispersion désirée. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le volume cumulé des particules solides réactives (6) projetées vaut sensiblement un centième à deux fois le volume du matériau liquide (3) à disperser. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'on projette le courant de particules solides réactives (6) par gravité. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce qu'on projette le courant de particules solides réactives (6) par turbine (9) ou tout autre moyen mécanique approprié. 17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce que la vitesse des particules solides réactives (6) en sortie de la turbine est comprise entre 120 et 20 m/s. 18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'on projette le courant de particules solides réactives (6) par propulsion par ou dans un fluide. 19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce que le fluide de propulsion participe à la dispersion du matériau liquide dispersable (3). 20. Procédé selon la revendication 18 ou 19, caractérisé en ce que la pression du fluide de propulsion est comprise entre 0,5 et 15 bars. 21. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'on projette les particules solides réactives (6) par entraînement électrique, magnétique ou électromagnétique. 22. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que les particules solides réactives (6) sont choisies parmi les produits pulvérulents. 23. Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que les produits pulvérulents comprennent notamment un élément choisi dans le groupe constitué par des billes ou poudre de céramique, de métal, de glace, de carboglace, de matière synthétique, du sable, du gravier, des produits chimiques. 24. Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce que les particules solides réactives (6) sont de la grenaille revêtue d'eau. 25. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 24, caractérisé en ce que la dispersion est améliorée par un phénomène de liquéfaction, vaporisation ou sublimation du revêtement des particules solides réactives (6) ou par une interaction électrique et/ou magnétique ou par une réaction chimique violente et/ou explosive desdits revêtements (6) avec le matériau liquide dispersable (3). 26. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 25, caractérisé en ce que les particules de matériau liquide (3) dispersé comprennent des poudres, des gouttelettes, ou gouttes, du fil, des particules solides (6) enrobées du matériau liquide pris en masse sur lesdites particules. 27. Procédé selon la revendication 26, caractérisé en ce que les particules de matériau liquide (3) dispersé présentent une composition chimique issue de la réaction entre les particules solides réactives (6), de même nature ou non, et/ou du matériau liquide dispersable et/ou du milieu de réception. 28. Procédé selon la revendication 26 ou 27, caractérisé en ce que le diamètre des particules de matériau liquide (3) dispersé est inférieur à 100 mm. 29. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 28, caractérisé en ce que le matériau liquide dispersable (3) est un métal ou un alliage. 30. Procédé selon la revendication 29, caractérisé en ce que le matériau liquide dispersable (3) est de l'acier.