Brevet FR3068261A1 — publié le 20190104

PROCEDE DE FABRICATION D'UN FILTRE A BASE DE GEOPOLYMERE ET FILTRE A BASE DE GEOPOLYMERE AINSI OBTENU La présente demande se rapporte à un procédé de fabrication d'un filtre à base de géopolymère ainsi qu'à un filtre à base de géopolymère obtenu à partir du procédé. En fonderie, pour limiter les défauts des pièces obtenues, une solution consiste à filtrer le métal en fusion lors de la coulée afin de retenir les impuretés. A cet effet, un filtre métallique est positionné dans le conduit d'alimentation. Une fois le métal de coulée refroidi, le filtre métallique est emprisonné dans une carotte de métal solidifié présente dans le conduit d'alimentation. Compte tenu du prix des matières premières, le métal solidifié formant la carotte est récupéré pour produire de nouvelles pièces. Selon une premier mode opératoire, la carotte de métal est fondue. Cette solution n'est pas satisfaisante car le métal recyclé est pollué par le métal du filtre. Selon un deuxième mode opératoire, la carotte de métal est usinée pour retirer un maximum de matière autour du filtre. Cette solution n'est pas pleinement satisfaisante car toute la matière autour du filtre n'est pas recyclée. La présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant une solution permettant de récupérer tout le métal d'une carotte d'un conduit d'alimentation dans un procédé de coulage. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un filtre pour la filtration d'un métal en fusion, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - enrobage d'une grille par un liant à base d'au moins un géopolymère, - prise du liant, - mise en forme de la grille enrobée du liant, - séchage de la grille mise en forme de manière à obtenir un revêtement à base de géopolymère consolidé autour de la grille. Le fait d'enrober la grille de géopolymère permet de la maintenir en forme et de la protéger lors de la coulée du métal en fusion. De plus ; lorsque le filtre est emprisonné dans une 2 carotte d'un conduit d'alimentation, il peut être récupéré en faisant refondre le métal de la carotte sans générer d'impuretés dans le métal refondu de la carotte. Selon d'autres caractéristiques : - la grille est constituée de fibres de verre ; 5 - le liant est obtenu à partir d'une composition suivante : o 40 à 60 % de silicate de potassium, o 7 à 12 % d'hydroxyde de potassium, o 35 à 45% de métakaolin, notamment un silicate d'alumine déshydroxydé de composition générale A1203 25i02. 10 L'invention a également pour objet un filtre qui comprend une grille et un revêtement à base de géopolymère et qui est obtenu à partir du procédé selon l'invention. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description de l'invention qui va suivre de l'invention, description donnée à titre d'exemple uniquement, en regard des dessins annexés sur lesquels : 15 - La figure 1 est une section d'un filtre qui illustre un premier mode de réalisation de l'invention, - La figure 2 est une section d'un filtre qui illustre un deuxième mode de réalisation de l'invention, - La figure 3 est une section d'un filtre qui illustre un troisième mode de réalisation de 20 l'invention, - La figure 4 est une vue de face d'une grille préalablement à son enrobage avec un liant à base d'un géopolymère, - La figure 5 est un schéma d'une étape d'enrobage d'une grille avec un liant à base de géopolymère pour l'obtention d'un filtre à base de géopolymère, et 25 - La figure 6 est un schéma d'une étape de formage d'une grille enrobée d'un liant à base de géopolymère pour l'obtention d'un filtre à base de géopolymère. Sur les figures 1 à 3, on a représenté un filtre 10, 10', 10'. Selon une première configuration visible sur la figure 1, le filtre 10 comprend une partie centrale 12 sensiblement plane en forme de disque, une collerette 14 disposée dans un plan sensiblement parallèle à la partie centrale 12 et une partie intermédiaire 16 cylindrique ou 3 tronconique dont une première extrémité est reliée à la partie centrale 12 et dont une seconde extrémité est reliée à la collerette 14. En fonctionnement, la partie centrale 12 est disposée dans un plan perpendiculaire à la direction d'écoulement du métal en fusion (matérialisée par la flèche D) et la collerette 14 5 est décalée par rapport à la partie centrale 12 selon le sens de l'écoulement du métal en fusion. La collerette 14 est configurée pour être pincée entre deux tubes disposés dans le prolongement l'un de l'autre et formant un conduit d'alimentation du métal en fusion. Selon une deuxième configuration visible sur la figure 2, le filtre 10' comprend une partie centrale 12' sensiblement plane en forme de disque, une rigole périphérique 14' avec une 10 section en U, une partie intermédiaire 16' tronconique dont une première extrémité est reliée à la partie centrale 12' et dont la deuxième extrémité est reliée à l'une des branches du U de la rigole intermédiaire 14'. En fonctionnement, la partie centrale 12' est disposée dans un plan perpendiculaire à la direction d'écoulement du métal en fusion (matérialisée par la flèche D) et la rigole 15 périphérique 14' est décalée par rapport à la partie centrale 12' selon le sens d'écoulement du métal en fusion. La rigole périphérique 14' est orientée de sorte que les extrémités des branches du U soient dirigées vers l'amont par rapport au sens d'écoulement du métal en fusion. La rigole périphérique 14' est configurée pour être pincée entre deux tubes disposés dans le prolongement l'un de l'autre et formant un conduit d'alimentation du métal en 20 fusion. Selon une troisième configuration, le filtre 10" comprend une partie centrale 12" en forme de dôme et une rigole périphérique 14" avec une section en U dont une branche est reliée à la partie centrale 12". En fonctionnement, la périphérie du dôme est décalée par rapport au sommet du dôme 25 selon le sens d'écoulement D du métal en fusion. La rigole périphérique 14" est orientée de sorte que les extrémités des branches du U soient dirigées vers l'amont par rapport au sens d'écoulement D du métal en fusion. La rigole périphérique 14" est configurée pour être pincée entre deux tubes disposés dans le prolongement l'un de l'autre et formant un conduit d'alimentation du métal en fusion. 30 Les filtres 10' et 10" ont une meilleure résistance à la compression que le filtre 10. 4 Pour donner un ordre de grandeur, le filtre 10' ou 10" a un diamètre extérieur Dext de l'ordre de 60 mm, une hauteur H de l'ordre de 22 mm et la rigole périphérique 14' ou 14" a un rayon de courbure R de l'ordre de 4 mm et une hauteur h de l'ordre de 10 mm. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ces géométries et dimensions. 5 Selon une autre caractéristique, le filtre comprend une grille 20 et un revêtement 22 à base d'au moins un géopolymère qui enrobe la grille 20. Selon un mode de réalisation, la grille 20 est constituée de fibres, notamment de fibres de verre ou de céramique de type alumine A1203. A titre indicatif et non limitatif, la composition des fibres (en pourcentage massique) est la 10 suivante : - 53 à 55 % 5i02 - 14 à 15 % A1203 - 6 à 8% B203 - 17 à 22% CaO 15 Selon un mode de réalisation, la grille 20 est un tissu avec des mailles de 2x2 mm. A titre indicatif et non limitatif, la grille 20 en fibres de verre a une densité surfacique de 220 g/m2. Selon un mode de réalisation, le géopolymère est obtenu à partir de la composition (en pourcentage massique) suivante : - 40 à 60 % de silicate de potassium, 20 - 7 à 12 % d'hydroxyde de potassium, - 35 à 45% de métakaolin. A titre indicatif et non limitatif, la composition (en pourcentage massique) de l'hydroxyde de potassium est la suivante : - environ 76% d'eau, 25 - environ 16% dioxyde de silicium, - environ 8% d'oxyde de potassium. Le métakaolin est un silicate d'alumine déshydroxydé de composition générale A1203 25i02. Selon une caractéristique de l'invention, le procédé d'obtention du filtre comprend les étapes suivantes : 30 - enrobage de la grille 20 par un liant 24 à base d'au moins un géopolymère, - prise du liant 24, 5 - mise en forme de la grille 20 enrobée du liant 24, - séchage de la grille 20 mise en forme de manière à obtenir le revêtement 22 à base de géopolymère consolidé. Le liant 24 est obtenu à partir de la composition de géopolymère précédemment décrite, en 5 introduisant l'hydroxyde de potassium dans une solution de silicate de potassium puis en introduisant le métakaolin. Le liant 24 est un gel plus ou moins visqueux. Selon un mode de réalisation, l'enrobage de la grille 20 comprend une phase de trempage de la grille 20 à plat dans le liant 24 pendant une durée de l'ordre de la minute. L'étape d'enrobage comprend également une phase de raclage et/ou de soufflage pour 10 retirer un surplus de liant 24. A l'issue de l'étape d'enrobage, la masse surfacique du liant imprégné sur la grille 20 est de l'ordre de 250 g/m2 avec une incertitude de +/- 50 g/m2. De préférence, la grille 20 est découpée dans une bande 26 qui est enrobée en continu. Selon un mode opératoire décrit sur la figure 5, la bande 26 est stockée sous forme d'une 15 bobine d'alimentation 28. Un dispositif d'enrobage en continu comprend un bac 30 contenant le liant 24, un système de guidage 32 pour guider la bande 26 qui se dévide de la bobine d'alimentation 28 et l'immerger dans le liant 24. En sortie du bac 30, le dispositif d'enrobage comprend un système de raclage 34 pour éliminer le surplus de liant qui comporte deux rouleaux 34.1 et 34.2, pressés l'un vers l'autre, entre lesquels défile la bande 20 26. Enfin, le dispositif d'enrobage comprend un souffleur 36 configuré pour générer un flux d'air à travers la bande 26 afin de déboucher les mailles de la grille 20. Après l'étape d'enrobage, la grille 20 enrobée de liant 24 est maintenue à température ambiante pendant une durée comprise entre 2 et 4 heures pendant l'étape de prise. La durée et la température de l'étape de prise vont dépendre de la viscosité du liant 24. Elles 25 sont déterminées de manière à obtenir un compromis entre un liant 24 trop liquide qui va être difficile à mettre en forme et un liant 24 trop solide qui va être cassant au moment de la mise en forme. Selon un autre aspect, le liant 24 a un pH très élevé supérieur à 12. En raison de ce pH élevé, le liant 24 va détruire la couche de protection qui enrobe les fibres de la grille 20 et rendre 30 moins cassante les fibres lors de l'étape suivante de mise en forme. 6 L'étape de mise en forme de la grille 20 enrobée de liant 24 est réalisée en positionnant ladite grilles 20 entre un moule 38 et un contre-moule 38' et en la pressant entre le moule 38 et le contre-moule 38'. A titre indicatif, les moule et contre-moule 38, 38 sont pressés l'un vers l'autre de manière à générer une pression de l'ordre de 0,16 MPa sur la grille 20 5 enrobée. Selon un mode de réalisation, le moule 38 et le contre-moule 38' sont en polytétrafluoroéthène. Ils ont des formes qui coopèrent et qui sont fonction de la géométrie souhaitée pour le filtre visible par exemple sur les figures 1 à 3. Avantageusement, ils sont préchauffés à une température de l'ordre de 70°C ou plus avant la 10 mise en place de la grille 20 enrobée. La grille 20 enrobée de liant 24 est maintenue pressée entre le moule 38 et le contre-moule 38' pendant l'étape de séchage. Cette étape de séchage a pour finalité de provoquer l'évaporation de l'eau contenue dans le liant 24 afin d'obtenir sa consolidation et sa transformation en un revêtement 22 à base de 15 géopolymère solide. Selon un mode opératoire, l'étape de séchage est réalisée dans une étuve. En variante, un séchage à base d'infrarouge est envisageable. Durant l'étape de séchage, la grille 20 est maintenue à une température de l'ordre de 70°C. La durée de l'étape de séchage est de l'ordre de quelques secondes à 1 h. 20 La durée et la température de séchage sont déterminées de manière à ce que le filtre puisse se démouler et être manipulé tout en conservant sa forme. Pour favoriser l'évacuation de l'eau contenue dans le liant 24, le moule 38 et/ou le contre-moule 38' peuvent être poreux. Après l'étape de séchage, le filtre 10, 10' ou10" est démoulé. 25 A titre indicatif, le revêtement 22 a une épaisseur moyenne de l'ordre de 30 iim. Le filtre 10, 10' ou10" obtenu comprend un revêtement 22 amorphe qui protège les fibres de la grille 20 lors de la coulée d'un métal en fusion, notamment d'un alliage d'aluminium. Ainsi, le filtre 10, 10' ou10" ne se dégrade pas à la température de fusion du métal. Après la coulée, la carotte de métal solide contenant le filtre 10, 10' ou10" peut être 30 refondue. La différence de température de fusion et de densité entre le métal coulée et le 7 filtre permet d'isoler aisément le filtre 10, 10' ou10" et de ne pas générer d'impuretés dans le métal fondu qui peut être de nouveau réutilisé pour d'autres REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un filtre pour la filtration d'un métal en fusion, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - enrobage d'une grille (20) par un liant (24) à base d'au moins un géopolymère, - prise du liant (24), - mise en forme de la grille (20) enrobée du liant (24), - séchage de la grille (20) mise en forme de manière à obtenir un revêtement (22) à base de géopolymère consolidé autour de la grille (20). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la grille (20) est constituée de fibres de verre. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le liant (24) est obtenu à partir d'une composition suivante : - 40 à 60 % de silicate de potassium, - 7 à 12 % d'hydroxyde de potassium, - 35 à 45% de métakaolin. 4. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le métakaolin est un silicate d'alumine déshydroxydé de composition générale A1203 2Si02. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'a l'issue de l'étape d'enrobage, le liant (24) imprégné sur la grille (20) a une masse surfacique de l'ordre de 250 g/m2 avec une incertitude de +/- 50 g/m2. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape d'enrobage comprend une phase de trempage dans le liant (24) d'une bande (26) dans laquelle est découpée la grille (20). 7. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape d'enrobage comprend après la phase de trempage, une phase de raclage et/ou de soufflage pour retirer un surplus de liant (24) sur la grille (20). 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de prise est réalisée à température ambiante et a une durée comprise entre 2 et 4 heures. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la grille (20) enrobée de liant (24) est mise en forme entre un moule (38) et un contre-moule (38'). 9 10. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la grille (20) enrobée de liant (24) est maintenue pressée entre le moule (38) et le contre-moule (38') pendant l'étape de séchage, à une température de l'ordre de 70°C. 11. Filtre comprenant une grille (20) et un revêtement (22) à base de géopolymère 5 obtenu à partir du procédé selon l'une des revendications précédentes.