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La pr~sente invention concerne la fabrication de poudre
metallique par ~tomisation gazeuse d~un jet m~tallique liquide.
On sait obtenir de la poudre métallique dans de grands
récipients verticaux appelés généralement "réacteurs", en haut
desquels on introduit un jet métallique liquide en provenance
d'un four de fusion par l'intermédiaire d'une poche de coulée.
A l'entrée supérieure du réacteur, ce jet liquide est soumis à
une atomisation énergique par des jets gazeux, de préférence
chimiquement neutres à l'égard du métal à atomiser, qui font
éclater le jet métallique en fines gouttelettes, qui se refroi-
dissent en donnant naissance à de la poudre, que l'on recueille
à la base du réacteur.
Un inconvénient très important des réacteurs connus
est constitué par leur gran~ volume et donc leur encombrement.
Il faut en effet parvenir à un régime thermique permanent assu-
rant un refroidissement suffisant de la matière métallique très
chaude à l'entrée, et la chaleur ne peut être évacuée pratique-
ment que par conductibilité à travers les parois du réacteur, en
dehors de la faible quantité de chaleur entra;née par l'évacua-
tion du gaz neutre d'atomisation. D'où la nécessité d'une grandesurface latérale des réacteurs selon les dispositifs connus.
Un autre inconvénient des réacteurs connus est cons-
titué par une consommation de gaz relativement importante, due
à la néoessité de solidifier et de refroidir suffisamment le
métal liquide.
~ e but de la présente invention est de réduire notable-
ment la surface latérale des réacteurs, et donc leur taille,
tout en assurant un refroidissement convenable en régime ther-
mique permanent, par une accélération du transfert thermique
entre la matière métallique à refroidir et les parois du réci-
pient.
A cet effet, la présente invention a pour objet un
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dispositif de fabrication de poudre métallique par atomisation
d'un jet métallique liquide, constitué par un récipient
cylindre-conique vertical recevant par le haut le métal liquide,
comportant: à sa partie supérieure un anneau muni d'injecteurs
d'atomisation et une sortie de gaz chargé de pou~sières; ~ sa
partie inférieure une trémie d'évacuation de la poudre fabriquée;
et une introduction gazeuse dans la moitié inférieure de sa
partie cylindrique, cette introduction gazeuse étant caractérisée
par au moins un jet disposé tangentiellement à un cylindrique
théorique centré sur l'axe du récipient, et passant par l'ori-
fice de sortie du ou des jets.
Si les jets sont multiples, ils sont tous tangents à un
même cylindre théorique centré sur l'axe du récipient et ils
soufflent tous dans le même sens par rapport à l'a~e dudit cy-
lindre théorique.
Cette introduction gazeuse effectuée dans la moitié
inférieure de la partie cylindrique du récipient présente des
caractéristiques géométriques telles qu'elle provoque des tour-
billons du mélange de gaz et de poudre métallique contenu dans
ledit récipient, ces tourbillons accroissant la fréquence des
chocs des grains métalliques contre la paroi du récipient et ac-
tivant ainsi les ~changes thermiques entre les gaz contenus et
ladite paroi, Dans la genese de ces tourbillon~, c'est l'in-
troduction gazeuse tangentielle selon l'invention gui provogue
la turbulence optimale.
Suivant une caractéristique particulière de la pré-
sente invention, les jets tangentiels peuvent avantageusemen-t
être inclines vers le haut, formant avec le plan horizontal un
angle compris entre 0 et 60, et de préférence voisin de 30.
Suivant une autre caractéristique particuliere de la
présente invention, les jets tangentiels peuvent également être
avantageusement inclinés vers le bas, formant avec le plan hori-
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zontal un angle compris entre 0 et 60, et de pr~férence v~isin
de 30 pour autant que la géométrie du récipient permette une
réflexion des veines gazeuses à proximité des injecteurs tan-
gentiels.
Suivant une première variante de l'invention, le gaz
introduit par ~ets tangentiels dans la moitié inférieure de la
partie cylindrique du récipient, afin de provoquer des tourbil-
lons, est prélevé sur le réseau d'alimentation de l'anneau d'ato-
misation.
Suivant une deuxième variante de l'invention, le gaz
introduit par jets tangentiels dans la moitié inférieure de la
partie cylindrique du récipient, afin de provoquer des tourbil-
lons, est prélevé sur les gaz sortant par le haut du récipient,
après dépoussiérage de ceux-ci.
Suivant une caractéristique particulière de fonction-
nement du dispositif selon l'invention, les débits gazeux sont
réglés de façon que la pression régnant à l'intérieur du r~ci-
pient soit constamment supérieure à la pression ambiante en tous
points du circuit et inférieure à la pression ferrostati~ue dans
la poche de coulée, de préférence entre 0 et 150 millibars.
Suivant une autre caractéristique particulière de fonc-
tionnement du dispositif selon l'invention, en régime transitoire,
lorsque la température à l'intérieur du r~cipient est anormale_
ment élevée, on introduit dans la moitié inférieure dudit réci-
pient, pendant un temps court, un gaz liquéfi~ tel qu'il se va-
porise à l'int~rieur du récipient dès son introduction.
Comme on le comprend, l'un des principaux avantages du
dispositif selon l'invention est de permettre de provoquer des
tourbillons du mélange gaz-poudre, d'accroître ainsi la fréquence
des chocs des grains de poudre métallique contre la paroi du ré-
cipient, ce qui entraîne une accélération du transfert thermique
entre le mélange gaz-poudre et la paroi.
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Un autre aVantage essentiel du dispositif selon la
deuxi~me variante de l'invention est une faible consommation de
gaz par rapport a celle de reacteurs connus. En effet, dans ceux-
ci, le débit de gaz dans l'anneau d~atomisation est eleve, non pas
pour assurer l'atomisation, mais afin de pouvoir assurer un re-
froidissement suffisant de la poudre m~tallique, alors que le débit
de gaz nécessaire pour la seule atomisation du jet métallique
liquide est bien moindre, et peut être effectivement adopt~ dans
le dispositif selon l'invention. Le débit de gaz strictement
necessaire pour l'atomisation peut être utilement introduit au
moyen du dispositif décrit dans le brevet fran~ais no 2.252.886
déposé le 4 décembre 1973 par la Société "l'Air Liquide".
C'est ainsi que dans un réacteur classique capable
d'atomiser 30 Kg de métal à la minute c'est-à-dire environ 650 g
par kg de métal atomisé pour une granulométrie moyenne de 250
microns, la consommation d'argon dans l'anneau d'atomisation est
de l'ordre de 18 a 20 kg de gaz par minute tandis, que dans le
réacteur selon l'invention, le débit total d'argon n'est que de
200 à 300 grammes par kg de métal atomisé;
L'un des avantages essentiels du dispositif selon
l'invention est de réduire notablement la taille du réacteur, par
exemple de moitié en dimension, le volume à remplir de gaz se
trouvant donc divise approximativement par 8.
C'est ainsi qu'un réacteur capable de produire 30 Kg de
poudre à la minute, aura, s'il est classique, une hauteur de 10
m~tres environ, et un diametre de 2 metres, tandis que, construit
selon l'invention, il aura une hauteur de 4,500 m et un diamètre
de 1,100 m.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va de-
crire ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, deux modes de
réalisation de dispositifs selon l'invention pour fabriquer de
la poudre métallique.
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~ a figule 1 est un schéma vertical du premier mode,
avec pr~lèvement du ga~ d' introduction secondaire sur le réseau
d'alimentation ae l~anneau d~atom sation.
~ a figure 2 est un schéma vertical du deuxième mode,
avec prélèvement du gaz d'introduction secondaire sur le circuit
des gaæ sortant par le haut du r~acteur~ aprè~ dépoussiérage de
ceu~-ci~ le ventilateur du dépoussiérage ~tant l'élément moteur
de la circulation des gaz.
- ~a figure 3 est une coupe horizontale du réacteur,
dans le plan horizontal des tubes d'alimentation de deux in-
jecteurs tangentiels.
~ e premier mode de réalisation, selon la figure 1,
comporte un réacteur 1 cylindre-conique vertical alimenté par
le haut en métal liquide à partir d'un four à haute fréquence 2
versant l'acier liquide dans une poche intermédiaire 3.
~ a partie supérieure du réacteur l comporte un anneau
d'atomisation 4~ comportant 6 injecteurs non représentés~ d~bi-
tant obliquement~ de haut en bas et vers l'axe du réacteur~ de
l'argon gazeux, sous une pression de 12 bars, qui fait éclater
en de multiples gouttelettes le jet vertical d'acier liquide en
provenance de la poche 3.
Cet argon d'atomisation a ét~ d~tendu Jusgu'à 12 baræ
par un détendeur 5~ et son introduction est commandée au moyen
d'une vanne 6. Détendeur et vanne sont situés sur la conduite
principale 7.
De cette conduite 7 se détache une dérivation 8 qui ~a
d'abord alimenter un détendeur 9 fournissant de l'argon sous 1
2 baræ à deus conduites 10 et 11, munies de vannes 12 et 13, qui
débouchent dans la moiti~ inférieure du réacteur 1 et provoquent
~o les tourbillons recherchés par l'invention. Ces deux conduites
alimentent deux injecteurs tangentiels~22 et 23 repr~sentés en
vue horizontale ~ur la figure 3 et inclinés de 30- sur l'hori-
zontale.
_ 5 _
.
, ~ , . .
"` ` ` 1~31161
A la partie supérieure du réacteur, l'argon, chargé depoussière, s'échappe par la conduite 14 et passe dans un dépous-
siéreur 15 avant de s'échapper par la conduite 16.
On recueille la poudre ainsi fabriquée principalement
dans la trémie 17 disposée à la base du réacteur 1, et accessoire-
ment ~ la base du dépoussiéreur 15, par la trémie 18.
~ e deuxième mode de réalisation, selon la figure 2, ne
diffère du précédent gue par le système d'alimentation du gaz se-
condaire créant les tourbillons.
Ce ga~ secondaire est prélevé sur la conduite 16
d'évacuation après dépoussiérage, à base pression, et, par le
canal 19, se subdivise en deux veines 20 et 21 réglées par les
vannes 12 et 13.
Par les dispositifs selon l'invention, on obtient
aisément des poudres métalliques dont la granulométrie est tout
entière contenue dans le domaine allant de 10 à 1500 microns,
avec une moyenne qui peut être de l'ordre de 150 microns par
exemple.
Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du
cadre de l'invention, imaginer des variantes et perfectionne-
ments de détails, de même qu'envisager l'emploi de moyens équi-
valents.
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DIVULGATION SUPPLEMEI~TAIRE
Dans la divulgation principale il a ét~ décrit un
dispositif de fabrication de poudre m~tallique par atomisation
d'un jet métallique liquide, constitué par un r~cipient cylindro-
cônique vertical à parois refroidies recevant par le haut le
métal liquide, comportant: a sa partie supérieure un anneau muni
d'injecteurs d'atomisation et une sortie de gaz chargé de
poussières; à sa partie inférieure une trémie d'~vacuation de la
poudre fabriquée, et une introduction gazeuse caractérisée par
au moins un jet disposé tangentiellement a un cylindre théorique
centré sur l'axe du récipient et passant par l'orifice de sortie
du ou des jets.
Le dispositif selon l'invention s'applique spécialement
bien à la fabrication de poudre métallique sph~rique dont la
granulométrie est comprise entre 10 et 1500 microns.
Le but de cette disposition et de l'introduction
gazeuse a la partie inférieure du récipient suivant un ou plu-
sieurs jets tangentiels à un cylindre théorique centré sur
l'axe du récipient est d'engendrerà l'intérieur du r~cipient destourbillons de gaz chargé de fines particules de poudre métallique
selon une hélice ascendante. Ces tourbillons en multipliant les
chocs entre les parois refroidies et les fines particules de
poudre, conduisent à un haut niveau l'échange de chaleur entre
l'ensemble du gaz et de la poudre en cours de chute située à
l'intérieur du récipient et les parois refroidies dudit
récipient. Une telle disposition permet d'obtenir un débit
d'atomisation ~lev~ avec un r~cipient de taille r~duite.
Selon un des modes de réalisation décrits dans la
divulgation principale, l'introduction de gaz à la partie
inférieure du récipient est obtenue à partir de gaz prélevé sur
la conduite d'évacuation située à la partie supérieure du
~ . .
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récipient, dépoussiéré dans un dépoussiéreur cyclone à parois
refroidies et injecte sous basse pression ~ la partie inferieure
du recipient par deux tubulures, le ventilateur du dépoussiereur
cyclone étant l'~l~ment moteur de la circulation des gaz.
La pr~sente divulgation supplémentaire a pour objet
un dispositif de liaison entre le bac de récupération du
dépoussiéreur cyclone et la partie inférieure du récipient
permettant de réinjecter dans le récipient les fines particules
de poudre emport~es par le gaz sortant par la conduite d'evacua-
tion au fur et à mesure du depoussi~rage de ce gaz par ledépoussiéreur cyclone. Ces fines particules, qui ont été
refroidies au cours de leur passage dans le dépoussiéreur,
sont réinjectées a proximité des tubulures d'introduction gazeuse
situées à la partie inférieure du récipient, ce qui ~ntraîne
une plus forte concentration en fines particules dans les
tourbillons de gaz chargé de fines particules, augmentant ainsi
d'autant l'échange de chaleur entre les parois refroidissent
les gaz et poudres contenus dans le récipient. Un second avantage
du dispositif de liaison faisant l'objet de la présente divul-
gation supplémentaire est de permettre la récuperation de lapoudre en un seul point, par la trémie prévue à cet effet, au
point le plus bas du récipient principal.
Afin de mieux faire comprendre tous les avantages
que presente un tel dispositif de liaison on va décrire ci-après,
à titre d'exemples non limitatifs et en se référant au dessin
I supplémentaire annexé, trois nouveaux modes de réalisation d'un
dispositif selon l'invention pour fabriquer de la poudre
métallique.
La figure supplémentaire 4 est un schéma vertical
d'un réacteur selon l'invention équipé du dispositif de liaison
faisant l'objet de la présente divulgation supplémentaire.
Le réacteur cylindro-cônique vertical 1 est alimenté
: .
,.~,
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par le haut en metal liquide a partir d'un four a haute
fréquence 2 Versant l~acier liquide dans une poche intermediaire
3. La partie sup~rieure du réacteur I comporte un anneau
d'atomisation 4, comportant six injecteurs non repr~sent~s,
d~bitant obliquement, de haut en bas vers l'axe du reacteur,
de l'azote gazeux, sous une pression de 12 bars, qui fait
éclater en de multiples gouttelettes le jet vertical d'acier
liquide de provenance de la poche 3.
L'azote d'atomisation a été détendu jusqu'a 12
bars par un détendeur 5, et son introduction est command~e
au moyen d'une vanne 6, détendeur et vanne étant situés
sur la conduite 7.
A la partie supérieure du réacteur, l'azote, chargé
de fines particules de poudre, s'échappe par la conduite 14 et
passe dans un dépoussiéreur cyclone 15.
Le gaz créant les tourbillons recherchés par le
dispositif décrit dans le brevet principal est prélevé sur la
conduite 16 d'évacuation après dépoussiérage, à basse pression,
et, par le canal 19, se subdivise en deux veines 20 et 21
qui alimentent deux injecteurs tangentiels 22 et 23 inclinés
vers le haut de 30 par rapport à un plan horinzontal. Le
ventilateur du dépoussiéreur cyclone 15 est l'élément moteur
dans la circulation du gaz dans les conduites 19, 20 et 21 et
dans les injecteurs 22 et 23.
Une conduite 24 réunit la trémie de récupération.18
du dépoussiéreur cyclone 15 à une ouverture 25 dans le réacteur.
situee ~ proximité immédiate de l'injecteur 23. On recueille
la totalité de la poudre ainsi fabriqu~e dans la trémie 17
dispos~e à la base du réacteur 1.
Selon un premier mode de réalisation, la conduite 24
-
est un tuyau de 6 cm environ de diamètre, faisant à tout moment
avec le plan horizontal un angle supérieur à 45 de manière
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. - . - . : ,:: .
.. ~- :; . . ~ :
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a ce que les fines particules de poudre circulent de la tremie
18 ~ l'ouverture 25 sous l'effet de leur propre poids.
Selon un deuxi~me mode de réalisation, un systeme
mecanique du type vis-sans~fin provoque le d~placement forcé
de la conduite 24 des fines particules de poudre depuis la tremie
18 jusqu'a l'ouverture 25. L'avantage de ce mode de réalisation
est de permettre de placer le dépoussiéreur cyclo~e 15 à un
endroit quelconque par rapport au r~acteur 1, d'éviter les
risques de colmatage de la conduite 24 et de contrôler la
température dans le réacteur en régulant le débit de fines
particules de poudre réinjectées dans le reacteur.
Selon un troisieme mode de realisation, l'ouverture
25 est pratiquee directement dans un des injecteurs 22 ou 23,
ce qui permet un mélange plus rapide du gaz engendrant les
tourbillons et les fines particules de poudre.
Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du
cadre de l'invention, imaginer des variantes et perfectionne-
ments de détail, de même qu'envisager l'emploi de moyens
équivalents.
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