Brevet FR3040644A1 (20170310)
REVENDICATIONS1. Dispositif (1) de brassage mécanique d'au moins un métal (2) en fusion pour un procédé de solidification dirigée d'au moins un métal (2) en fusion, comportant des moyens de brassage mécanique (3) rotatifs selon un sens de rotation (R) d'un bain liquide dudit au moins un métal (2) en fusion, lesdits moyens de brassage mécanique (3) comportant : - une partie centrale (5) rotative s'étendant sensiblement selon un axe longitudinal principal (X), - une pluralité de pales de brassage mécanique (3a, 3b, 3c), raccordées à la partie centrale (5), lesdites pales de brassage mécanique (3a, 3b, 3c) comprenant une surface inférieure (S2), destinée à faire face au bain liquide dudit au moins un métal (2) en fusion avant immersion, et une surface supérieure (S1), opposée à la surface inférieure (S2), lesdites pales de brassage mécanique (3a, 3b, 3c) étant chacune raccordées à la partie centrale (5) par le biais d'un bord proximal (BP), opposé à leur bord distal (BD), le bord proximal (BP) et le bord distal (BD) de chaque pale de brassage mécanique (3a, 3b, 3c) étant reliés l'un à l'autre par le biais d'un bord avant (BAV) et d'un bord arrière (BAR), définis par rapport au sens de rotation (R) des moyens de brassage mécanique (3), lesdits bords avant (BAV), arrière (BAR), proximal (BP) et distal (BD) délimitant ensemble la surface supérieure (S1) de chaque pale de brassage mécanique (3a, 3b, 3c), caractérisé en ce que lesdites pales de brassage mécanique (3a, 3b, 3c) sont à débit axial, chaque pale de brassage mécanique (3a, 3b, 3c) présentant un angle d'attaque (0a) constant, compris entre 5 et 20°, et un angle de fuite (Of) constant, compris entre 45 et 80°, l'angle d'attaque (Oa) d'une pale de brassage mécanique (3a, 3b, 3c) étant défini comme l'angle entre un premier plan (P1), perpendiculaire à l'axe longitudinal principal (X) de la partie centrale (5) et passant par un point (T1) du bord arrière (BAR) de la pale de brassage mécanique (3a, 3b, 3c), et un deuxième plan (P2), tangent à la surface 3040644 24 supérieure (S1) de la pale de brassage mécanique (3a, 3b, 3c) audit point (T1) du bord arrière (BAR), et l'angle de fuite (0f) d'une pale de brassage mécanique (3a, 3b, 3c) étant défini comme l'angle entre un troisième plan (P3), perpendiculaire à l'axe longitudinal principal (X) de la 5 partie centrale (5) et passant par un point (T2) du bord avant (BAV) de la pale de brassage mécanique (3a, 3b, 3c), et un quatrième plan (P4), tangent à la surface supérieure (S1) de la pale de brassage mécanique (3a, 3b, 3c) audit point (T2) du bord avant (BAV).\n<CLM>\1\tDispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pales de 10 brassage mécaniques (3a, 3b, 3c) sont à base de graphite, de silice, de quartz, d'alumine, de carbure de silicium et/ou de nitrure de silicium.\n<CLM>\1\tDispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'angle d'attaque (Oa) de chaque pale de brassage (3a, 3b, 3c) est sensiblement égal à 10° et en 15 ce que l'angle de fuite (0f) de chaque pale de brassage (3a, 3b, 3c) est sensiblement égal à 65°.\n<CLM>\1\tDispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport (a2) entre la plus grande dimension transversale (Da) de la partie 20 centrale (5), notamment le diamètre (Da) de la partie centrale (5), et la plus grande dimension transversale (D) des moyens de brassage mécanique (3), comprenant la partie centrale (5) et les pales de brassage mécanique (3a, 3b, 3c), notamment le diamètre (D) des moyens de brassage mécanique (3), est compris entre 0,1 et 0,3. 25\n<CLM>\1\tDispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport (a3) entre la largeur (Lp) de chaque pale de brassage mécanique (3a, 3b, 3c), correspondant à la distance entre le bord avant (BAV) et le bord arrière (BAR) de chaque pale, et la plus grande dimension transversale (Da) de la partie centrale (5), notamment le diamètre (Da) de la partie centrale (5), est compris entre 1 et\n<CLM>\1\t3040644 25\n<CLM>\1\tDispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface supérieure (S1) de chaque pale de brassage mécanique (3a, 3b, 3c) est constituée par la réunion d'une pluralité de plans de raccordement (m, 5 02, 03).\n<CLM>\1\tDispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la surface supérieure (S1) de chaque pale de brassage mécanique (3a, 3b, 3c) présente un profil continu. 10\n<CLM>\1\tDispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur (e) de chaque pale de brassage mécanique (3a, 3b, 3c) est comprise entre 3 et 8 mm, et notamment supérieure ou égale à 6 mm. 15\n<CLM>\1\tDispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rapport (al) entre le chiffre 1 et le nombre optimal (n*) de pales de brassage mécanique (3a, 3b, 3c) est compris entre 0,1 et 0,5.\n<CLM>\1\tDispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce que le rapport (a5), défini comme ci-après, est compris entre 0,5 et 1 : a5 = (n x Da) / (nmax x Lp), où : Da représente la plus grande dimension transversale de la partie centrale (5), notamment le diamètre de la partie centrale (5), 25 nmax représente le nombre maximum de pales de brassage mécanique (3a, 3b, 3c), et Lp représente la largeur de chaque pale de brassage mécanique (3a, 3b, 3c), correspondant à la distance entre le bord avant (BAV) et le bord arrière (BAR) de chaque pale. 30\n<CLM>\1\tEnsemble (10), caractérisé en ce qu'il comporte : 3040644 26 - une enceinte (4) comportant un bain liquide d'au moins un métal (2) en fusion, - un dispositif (1) de brassage mécanique selon l'une quelconque des revendications précédentes, pour le brassage dudit au moins un métal (2) en fusion de 5 l'enceinte (4).\n<CLM>\1\tEnsemble selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit au moins un métal (2) en fusion est du silicium. 10\n<CLM>\1\tEnsemble selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que le rapport (a4), défini comme ci-après, est compris entre 0,7 et 0,95 : a4 = (H - Hp) / H, où : H représente la hauteur du bain liquide dudit au moins un métal (2) en fusion, définie 15 selon l'axe longitudinal principal (X) de la partie centrale (5), et Hp représente la hauteur de chaque pale de brassage mécanique (3a, 3b, 3c), définie selon l'axe longitudinal principal (X) de la partie centrale (5).\n<CLM>\1\tEnsemble selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce 20 que le rapport (al) entre la plus grande dimension transversale (D) des moyens de brassage mécanique (3), comprenant la partie centrale (5) et les pales de brassage mécanique (3a, 3b, 3c), notamment le diamètre (D) des moyens de brassage mécanique (3), et la plus grande dimension transversale (L), notamment la largeur (L), de l'enceinte (4) comprenant le bain liquide dudit au moins un métal en fusion (2), est compris entre 25 0,1 et 0,5.\n<CLM>\1\tProcédé de conception d'un dispositif (1) de brassage mécanique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, pour sa mise en oeuvre au cours d'un procédé de solidification dirigée d'au moins un métal (2) en fusion contenu dans un bain 30 liquide d'une enceinte (4), caractérisé en ce que, pour obtenir un écoulement axial, il 3040644 27 comporte l'étape (al) consistant à choisir un angle d'attaque (Oa) constant, compris entre 5 et 20°, et un angle de fuite (0f) constant, compris entre 45 et 80°, pour chaque pale de brassage mécanique (3a, 3b, 3c). 5\n<CLM>\1\tProcédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes : - (a2) détermination de la plus grande dimension transversale (D) des moyens de brassage mécanique (3), notamment le diamètre (D), à partir de la valeur de la plus grande dimension transversale (L), notamment la largeur (L), de l'enceinte (4) et d'un 10 choix de valeur du rapport (al), compris entre 0,1 et 0,5, entre la plus grande dimension transversale (D) des moyens de brassage mécanique (3) et la plus grande dimension transversale (L) de l'enceinte (4), - (a3) détermination de la plus grande dimension transversale (Da) de la partie centrale (5), notamment le diamètre (Da), à partir de la valeur de la plus grande 15 dimension transversale (D) des moyens de brassage mécanique (3) et d'un choix de valeur du rapport (a2), compris entre 0,1 et 0,3, entre la plus grande dimension transversale (Da) de la partie centrale (5) et la plus grande dimension transversale (D) des moyens de brassage mécanique (3), - (a4) détermination de la largeur (Lp) de chaque pale de brassage 20 mécanique (3a, 3b, 3c) à partir de la valeur de la plus grande dimension transversale (Da) de la partie centrale (5) et d'un choix de valeur du rapport (a3), compris entre 1 et 2, entre la largeur (Lp) de chaque pale de brassage mécanique (3a, 3b, 3c) et la plus grande dimension transversale (Da) de la partie centrale (5), - (a5) détermination de la hauteur (Hp) de chaque pale de brassage 25 mécanique (3a, 3b, 3c), définie selon l'axe longitudinal principal (X) de la partie centrale (5), à partir de la valeur de la hauteur (H) du bain liquide dudit au moins un métal (2) en fusion, définie selon l'axe longitudinal principal (X) de la partie centrale (5), et d'un choix de valeur du rapport (a4), défini par a4 = (H - Hp) / H, compris entre 0,7 et 0,95, - (a6) détermination du nombre optimal (n*) de pales de brassage 30 mécanique (3a, 3b, 3c) à partir d'un choix de valeur du rapport (al), compris entre 0,1 et 3040644 28 0,5, entre le chiffre 1 et le nombre optimal (n*) de pales de brassage mécanique (3a, 3b, 3c), - (a7) détermination du nombre de plans de raccordement (01, 02,\n<CLM>\1\tformant la surface supérieure (S1) de chaque pale de brassage mécanique (3a, 3b, 3c) ou 5 choix d'un profil continu de la surface supérieure (S1) de chaque pale de brassage mécanique (3a, 3b, 3c), - (a8) choix de l'épaisseur (e) de chaque pale de brassage mécanique (3a, 3b, 3c), comprise entre 3 et 8 mm, et notamment supérieure ou égale à 6 mm.