Brevet FR2944225A1 — publié le 20101015

L'invention se place dans le domaine du conditionnement des matériaux. Plus particulièrement, l'invention se place dans le domaine de la compaction des fibres métalliques, particulièrement des fibres d'acier et encore plus particulièrement des fibres d'acier issues de la valorisation des pneumatiques usagés. Par fibres métalliques ont entend dans le présent texte des fibres en métal ferreux ou non ferreux. Actuellement, les pneumatiques usagés sont valorisés par deux méthodes - broyage à l'aide de cisailles rotatives pour réduire les pneumatiques en petits morceaux (cheap) de la taille d'environ 10 cm x 10 cm, de façon à pouvoir les enfourner en cimenterie ; - passage de ces petits morceaux (cheap) dans des presses à filières qui permettent d'obtenir trois fractions mélangées o de la poudre de caoutchouc o des fibres textiles o et des paillettes d'acier. Ces trois fractions sont ensuite séparées. C'est à cette troisième fraction constituée en général d'un acier extrêmement résistant et de haute qualité que s'intéresse l'invention. Lors du procédé de valorisation des pneumatiques, le passage des "cheap" dans les presses à filières conduit à l'obtention, après séparation, de paillettes d'aciers encore riches en fibres textiles et caoutchouc étroitement lié à l'acier lui-même. Différentes méthodes permettent ensuite de nettoyer ces fibres afin d'obtenir une masse d'acier pure (c'est à dire sans fibre textile ni caoutchouc) à quelque chose compris entre 90 et 100 %. On citera par exemple les procédés basés sur un cisaillement extrêmement fins des fibres d'acier. Cependant une fois les fibres obtenues dans un état de pureté compatible avec un recyclage en aciérie il est encore nécessaire de les conditionner pour qu'elles soient acceptables par les aciéries. En générale elles sont conditionnées sous la forme de lingots calibrés obtenus par compaction de fibres dans une presse. Mais les fibres métalliques ont en général une élasticité propre, suffisante pour ne pas conserver la forme que leur donne les presses, particulièrement les presses à froid, utilisées généralement. Des presses à chaud ont été utilisées. Dans ces presses les fibres sont 5 chauffées tout en étant contraintes par la presse. Divers moyens de chauffages des fibres ont été décrits comme le chauffage direct des fibres ou le chauffage par conduction au travers du moule de la presse lui- même chauffé. Ces moyens néanmoins efficaces ne donnent pas satisfaction car du 10 fait de leur petit diamètre les fibres subissent une transformation non désirée au cours du chauffage et leur compression ne s'en trouve pas facilité. II existe donc un besoin de nouvelles presses permettant la compression des fibres de métal, particulièrement de fibres d'acier, très particulièrement de fibres d'acier issues de la valorisation des pneumatiques, 15 sans les contraintes et désagrément des presses actuellement utilisées. C'est un des buts de l'invention que de fournir une telle presse. Ainsi l'invention a pour objet une presse chauffante caractérisée en ce que le chauffage est obtenu par induction. Une telle presse est apte à comprimer les fibres métalliques tout en les chauffants sans contact avec le 20 moyen de chauffage, pour en faire des lingots utilisables en fonderie. Le chauffage par induction est une technique de chauffage reposant sur l'induction électromagnétique. Un champ magnétique appliqué à un objet en matériau conducteur induit au sein dudit objet des courants électriques entraînant son échauffement. Il est ainsi produit une chaleur dite inductive. 25 Son avantage est de chauffer des matériaux sans contact avec la source d'énergie. Cette technique permet : • de régler la chaleur à diffuser de manière précise. • de chauffer plus rapidement un objet car la chaleur se transmet beaucoup plus rapidement le long de l'objet qu'une chaleur par 30 convection traditionnelle ; • une économie d'espace, la chaleur étant générée dans la matière elle-même ayant pour conséquence peu de radiation thermique ; • des possibilités de travail sans saleté ni fumée ; • une rentabilité beaucoup plus importante, conditionnée par une moindre perte de chaleur et d'émission. Les composants de base d'un système de chauffage par induction sont un générateur de courant alternatif, un inducteur et une pièce (matériau à chauffer ou à traiter). Le générateur fait passer un courant alternatif à travers l'inducteur, ce qui génère un champ magnétique. Lorsque la pièce est placée dans l'inducteur, le champ magnétique y induit des courants de Foucault, générant des quantités précises de chaleur propre et localisée, et ce sans aucun contact physique entre l'inducteur et la pièce. Le principe de l'induction fait qu'il existe un rapport entre la fréquence du courant alternatif et la profondeur à laquelle il pénètre dans la pièce ; les basses fréquences entre 5 et 30kHz sont efficaces pour les matériaux épais qui nécessitent une pénétration profonde de la chaleur, tandis que les fréquences plus élevées, entre 100 et 400kHz, sont efficaces pour des pièces plus petites ou pour une faible pénétration. Plus la fréquence est élevée, plus le flux de chaleur est élevé. Par ailleurs les matériaux non conducteurs présentent l'avantage de laisser passer les champs magnétiques induits par l'inducteur sans pour autant voir leur chaleur modifiée. Ainsi il est possible d'exploiter cette propriété pour constituer des moules dans lesquels la pièce à chauffer pourra être introduite, moules au travers desquels il pourra être induit un champ magnétique à l'aide d'un inducteur. Ainsi seule la pièce sera chauffée. L'invention a ainsi pour objet principal une presse chauffante caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un moyen de chauffage à induction. Selon un premier mode de réalisation de l'invention, celle-ci a pour objet une presse chauffante à induction comprenant au moins une chambre de chauffagelcompression pouvant être réalisée en un matériau non conducteur, elle-même pouvant comprendre au moins une paroi latérale close et un fond, ladite chambre formant moule dans lequel coulisse un piston, lui-même pouvant être constitué dans le même matériau que la chambre de chauffage/compression et un moyen de chauffage par induction du matériau introduit dans la chambre de chauffage/compression, ledit moyen de chauffage pouvant être positionné hors du contact avec le matériau à chauffer, par exemple à l'extérieur ou à l'intérieur des parois dudit moule. Avantageusement selon ce premier mode de réalisation, le fond de la chambre de chauffage/compression pouvant être mobile afin de faciliter l'éjection du lingot de métal final obtenu après chauffage et compression. Selon l'invention, la chambre de chauffage/compression peut prendre toutes les formes voulues. Préférentiellement la chambre de chauffage/compression pourra avoir une forme cubique, parallélépipédique ou cylindrique. Préférentiellement, la chambre de chauffage/compression pourra avoir une forme parallélépipédique. Selon l'invention, la chambre de chauffage/compression peut prendre toutes les dimensions désirées. Avantageusement, la chambre de chauffage/compression pourra avoir une longueur interne comprise entre 0,5 et 5 mètres, préférentiellement entre 1 et 3 mètres. De même, la chambre de chauffage/compression pourra présenter une section interne de forme carrée ou parallélépipédique, dont les côtés pourront avoir des dimensions internes, identiques ou différentes, comprises entre 0,2 et 2 mètres, avantageusement entre 0,5 et 1 mètre. Lorsque la section sera circulaire, alors le diamètre interne de la section pourra être compris entre 0,2 et 2 mètres, avantageusement entre 0,5 et 1 mètre. Selon l'invention, la chambre de chauffage/compression peut être en tout matériau non conducteur, comme par exemple de la céramique, du verre, du quartz, du bois, du granit. Préférentiellement on pourra utiliser selon l'invention une chambre de chauffage/compression en granit L'épaisseur des parois et du fond de ladite chambre chauffage/compression peut être fonction du matériau employé et l'Homme du métier saura sans difficulté adapter celle-ci à la nature dudit matériau et à la résistance nécessaire pour supporter la pression induite par le piston. Par exemple lorsque ladite chambre est en granit, l'épaisseur de ses parois pourra être comprise entre 5 mm et 200 mm, préférentiellement entre 10 mm et 100 mm. Selon l'invention, le moyen de chauffage par induction peut prendre toutes les formes connues. Par exemple il peut s'agir d'un solénoïde disposé autour de la chambre de chauffage/compression. Le solénoïde d'induction peut couvrir une partie ou la totalité de la paroi externe de la chambre de chauffage/compression. Avantageusement le solénoïde pourra couvrir la totalité de la paroi externe de la chambre de chauffage/compression. Dans ce premier mode de réalisation de l'invention, le procédé de préparation des lingots de métal pourra se dérouler ainsi : ^ dans une première étape, le piston étant positionné à l'extérieur de la chambre de chauffage/compression, on introduit à l'intérieur de celle-ci le métal à compresser, avantageusement de telle sorte qu'il occupe tout le volume de ladite chambre ; ^ dans une deuxième étape on induit à l'aide du solénoïde inducteur un champ magnétique suffisant pour induire l'échauffement de métal contenu dans la chambre de chauffage/compression et l'on comprime le métal à l'aide du piston et ce pendant un temps suffisant pour que tout le métal soit comprimé ; ^ dans une troisième étape, on arrête le champ magnétique, on retire le piston et on récupère le lingot de métal compressé. On comprend à la lecture de ce qui précède que dans ce premier mode de réalisation de l'invention, la taille du lingot final sera petite au regard de la 25 taille de la chambre de chauffage/compression. C'est pour cela que dans un second mode de réalisation, l'invention peut comprendre en outre une chambre de précompression, avantageusement disposée du côté ouvert de la chambre de chauffage/compression, en continuité de ladite chambre de 30 chauffage/compression, ladite chambre de précompression pouvant présenter une section au moins identique à la section de ladite chambre de chauffage/compression et une longueur que l'Homme du métier pourra adapter sans difficulté à ses besoins. L'utilité d'une telle chambre de précompression est de pourvoir charger une quantité de métal à compresser suffisamment importante pour qu'en fin de cycle de compression le lingot obtenu présente des dimensions à peu prêt égale aux dimensions internes de la chambre de chauffage/compression. Ainsi avantageusement, ladite chambre de précompression pourra avoir au moins des dimensions internes identiques aux dimensions internes de la chambre de chauffage/compression. Selon ce second mode de réalisation de l'invention, la chambre de précompression, pourra être en tout matériau compatible avec sa fonction. En particulier cette chambre pourra ne pas être en matériau non conducteur. Avantageusement, elle pourra être en acier. Dans ce second mode de réalisation de l'invention, le procédé de préparation des lingots de métal pourra être identique à celui mis en oeuvre avec le premier mode de réalisation de l'invention, à la différence prêt que dans la première étape du procédé on pourra introduire le métal à compresser à l'intérieur de la chambre de précompression et de la chambre de chauffage/compression, avantageusement de telle sorte qu'il occupe tout le volume desdites chambres. Selon un troisième mode de réalisation l'invention pourra comprendre en outre une chambre de compression, disposée, du côté fermé de la chambre de chauffage/compression, en continuité de ladite chambre de chauffage/compression mais au-delà du fond de ladite chambre, ladite chambre de compression pouvant comprendre en outre un fond, avantageusement mobile, disposé à l'opposé du fond de la chambre de chauffage/compression, ladite chambre de compression pouvant présenter une section identique à la section de ladite chambre de chauffage/compression et une longueur que l'Homme du métier pourra adapter sans difficulté à ses besoins. Selon ce troisième mode de réalisation de l'invention, la chambre de 30 compression pourra être en tout matériau compatible avec sa fonction. En particulier cette chambre pourra ne pas être en matériau non conducteur. Avantageusement, elle pourra être en acier. Dans ce troisième mode de réalisation de l'invention, le procédé de préparation des lingots de métal pourra être identique à celui mis en oeuvre avec le premier mode de réalisation de l'invention, à la différence prêt qu'à la troisième étape, on arrête le champ magnétique, on ouvre le fond mobile de la chambre de chauffage/compression et l'on pousse à l'aide du piston le lingot dans la chambre de compression où la compression se poursuivra pendant un temps suffisant pour que tout le métal soit comprimé et dans une quatrième étape on retire le piston et on récupère le lingot de métal compressé. On comprend que quel que soit le mode de réalisation de l'invention, des avantages supplémentaires découleront du fait que d'une part le fond de la chambre de chauffage/compression et/ou le fond de la chambre de compression pourra (pourront) être mobile(s) puisque cela facilitera la récupération du lingot après compression, par exemple par simple poussée du piston, et que d'autre part, la presse selon l'invention pourra s'utiliser en position verticale, le piston pouvant se trouver en haut et le fond mobile de la chambre de chauffage/compression et/ou éventuellement celui de la chambre de compression pouvant se trouver à l'opposé dudit piston par rapport au dispositif constitué par la presse selon l'invention. Avantageusement selon l'invention les fonds des chambres de chauffage/compression et/ou de compression pourront être mobiles et la presse pourra être utilisée en position verticale. Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, son utilisation pour compacter les fibres métalliques peut être réalisée selon un procédé dans 25 lequel ^ dans une première étape on introduit lesdites fibres métalliques dans une presse à induction telle que décrite précédemment ; ^ dans une deuxième étape on comprime lesdites fibres métalliques tout en les chauffant au moyen du dispositif de chauffage à 30 induction de ladite presse ; ^ dans une troisième étape, après arrêt du chauffage, on récupère un lingot de fibres métalliques comprimées. L'Homme du métier comprendra aisément que pour être utilisée en position verticale la presse selon l'invention ne doit pas reposer sur le sol et qu'elle doit être solidaire d'un châssis faisant office de support qu'il saura sans difficulté adapter aux contraintes de l'utilisation de la presse. Selon l'invention les presses selon le second et le troisième mode de réalisation seront préférées. Quel que soit le mode de réalisation choisi, le piston pourra induire une pression pouvant être comprise entre 100 kg et 30 tonnes préférentiellement entre 500 kg et 10 tonnes. L'invention a également pour objet l'utilisation d'une presse à induction telle que décrite précédemment pour le compactage de fibres métallique. L'invention est particulièrement bien adaptée à la compaction des fibres d'acier issues de la valorisation des pneumatiques usagés. D'autres avantages, buts et caractéristiques pourront ressortir de la description qui va suivre, faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, des dessins annexés dans lesquels : La figure 1 représente une vue en coupe d'une presse selon le premier mode de réalisation de l'invention, positionnée verticalement sur un support. La figure 2 représente une vue en coupe d'une presse selon le second mode de réalisation de l'invention, positionnée verticalement sur un support. La figure 3 représente une vue en coupe d'une presse selon le troisième mode de réalisation de l'invention, positionnée verticalement sur un support. La figure 4 représente les étapes du procédé de compression de fibres métalliques, réalisé avec une presse selon le second mode de réalisation de l'invention. Ainsi par référence à la figure 1, on observe un premier mode de réalisation de l'invention dans lequel on peut voir une presse selon l'invention (A), comprenant une chambre de chauffage/compression (1), elle-même comportant des parois latérales closes en matériau non conducteur (2), un fond amovible (3), un piston (4) et un solénoïde d'induction (5) ceinturant ladite chambre. Selon la représentation, la chambre de chauffage/compression (1) est remplie de fibres métalliques (6) à compresser. L'ensemble de la presse est en position verticale avec le piston en haut et est fixé à un support (7) (fixation non représentées). Par référence à la figure 2, on observe un second mode de réalisation de l'invention dans lequel on peut voir une presse selon l'invention (A), comprenant une chambre de chauffage/compression (11), elle-même comportant des parois latérales closes en matériau non conducteur (12), un fond amovible (13), un piston (14) et un solénoïde d'induction (15) ceinturant ladite chambre et une chambre de précompression (18) elle-même comprenant des parois latérales closes (19). Selon la représentation, la chambre de chauffage/compression (11) et la chambre de précompression sont remplies de fibres métalliques (16) à compresser. L'ensemble de la presse est en position verticale avec le piston en haut et est fixé à un support (17). Par référence à la figure 3, on observe un troisième mode de réalisation de l'invention dans lequel on peut voir une presse selon l'invention (A), comprenant une chambre de chauffage/compression (21), elle-même comportant des parois latérales closes en matériau non conducteur (22), un fond amovible (23), un piston (24) et un solénoïde d'induction (25) ceinturant ladite chambre, une chambre de précompression (28) elle-même comprenant des parois latérales closes (29) et une chambre de compression (210) elle-même comprenant des parois latérales (211) closes et un fond (212) amovible. Selon la représentation, la chambre de chauffage/compression (21) et la chambre de précompression sont remplies de fibres métalliques (26) à compresser. L'ensemble de la presse est en position verticale avec le piston en haut et est fixé à un support (27). Par référence à la figure 4, on observe représenté en 4 étapes un cycle de compression de fibres métalliques réalisé avec une presse selon le second mode de réalisation de l'invention (voir figure 2). A l'étape (A), le piston est retiré au maximum ouvrant ainsi la presse 30 pour que les fibres de métal soient introduites dans celle-ci. A l'étape B, le solénoïde est soumis à un courant alternatif et un champ magnétique se créé dans les fibres métalliques entraînant leur échauffement. En même temps le piston est actionné afin de comprimer les fibres chauffées. A l'étape C, le courant alternatif est coupé, plus aucun champ magnétique ne se produit dans la presse, car les fibres sont suffisamment comprimées par le piston. Le fond amovible est en voie d'ouverture. A l'étape D, le fond amovible est totalement ouvert et le piston éjecte le lingot de fibres compressées. Revendications1.) Presse chauffante caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un moyen de chauffage à induction. 2.) Presse selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une chambre de chauffage/compression formant moule, réalisée en un matériau non conducteur, ladite chambre comprenant une paroi latérale close et un fond, dans lequel coulisse un piston, avantageusement lui-même constitué dans le même matériau que la chambre de chauffage/compression et un moyen de chauffage par induction du matériau introduit dans la chambre de chauffage/compression, ledit moyen de chauffage étant avantageusement positionné hors du contact avec le matériau à chauffer, par exemple à l'extérieur ou à l'intérieur des parois dudit moule. 3.) Presse selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le fond de la chambre de chauffage/compression est mobile. 4.) Presse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la chambre de chauffage/compression est en matériau non conducteur, comme de la céramique, du verre, du quartz, du bois, du granit, préférentiellement du granit. 5.) Presse selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le moyen de chauffage par induction est un solénoïde disposé autour de la chambre de chauffage/compression. 6.) Presse selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant en outre une chambre de précompression avantageusement disposée du côté ouvert de la chambre de chauffage/compression. 7.) Presse selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant en outre une chambre de compression, disposée du côté fermé de la chambre de chauffage/compression, en continuité de ladite chambre de chauffage/compression mais au-delà du fond de ladite chambre. 8.) Presse selon la revendication 7, caractérisée en ce que la chambre de compression comprend en outre un fond, avantageusement mobile, disposé à l'opposé du fond de la chambre de chauffage/compression. 9.) Presse selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que la chambre de précompression et/ou la chambre de compression est en matériau conducteur ou non conducteur, préférentiellement en acier. 10.) Procédé de compaction de fibres métalliques, caractérisé en ce que dans une première étape on introduit lesdites fibres métalliques dans une presse à induction telle que décrite à l'une quelconque des revendications 1 à 9 ; dans une deuxième étape on comprime lesdites fibres métalliques tout en les chauffant au moyen du dispositif de chauffage à induction de ladite presse ; dans une troisième étape, après arrêt du chauffage, on récupère un lingot de fibres métalliques comprimées. 11.) Utilisation d'une presse à induction telle que décrite dans l'une quelconque des revendications 1 à 10 pour la compaction de fibres métalliques.