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CA 02394661 2002-06-17
WO 02/36468 PCT/FRO1/03361
DISPOSITIF DE TRANSFERT DE MATÉRIAUX PULVÉRULENTS, ET
APPLICATION A L'ALIMENTATION D' MÉTAL EN FUSION EN
MATÉRIAU PULVÉRULENT
L'invention concerne un disposüif perfectionné, permettant d'optimiser le
transfert de
matériaux pulvëntlents, de granulométrie variée. Elle concerne en outre de
maniére
plus spécifique l'alimentation en matériau pulvérulent sous pression d'une
poche d'un
métal en fusion, par exemple destiné au moulage de pièces métalliques, et plus
spécifiquement, en aluminium.
Comme on Ie sait, le transfert de matériaux pulvérulents constitue un
problème,
compté tenu de la nature physique du matériau à transporter. Ce problème est
même
exacerbé, dés lors que la granulométrie dudit matériau n'est pas homogène. En
effet,
ces différences de granulométrie peuvent engendrer des bouchons locaux,
affectant
bien évidemment le transfert proprement dit.
Dans.. de nombreuses technologies mettant en ouvre les métaux, et notamment
les
fonderies d'aluminium, on fait appel, afin d'augmenter les qualités de
l'aluminium,
tant sur le plan porosité que sur le plan mécanique, à l'intégration d'une
poudre sous
2o pression, de granulométrie variable typiquement comprise entre quelques
dixièmes et
5 à 10 millimètres.
Cette poudre est généralement de pH acide, et est destinée à être mélangée au
métal
fondu pour optimiser les qûalités requises de celui-ci en fonction des pièces
â réaliser.
Pendant longtemps, l'intégration de la poudre au métal fondu se faisait de
manière
empirique et manuellement; notamment au moyen de récipients en forme de~
louche de
relativement grandes dimensions, qui ne permettaient pas uné reproductibilité
des
adjonctions ainsi effectuées, et donc conduisait à des pièces finales de
qualité non
3o homogéne. Par ailleurs, la mise en oeuvre d'une louche au niveau de bains
de métaux
en fusion rend la protection humaine très précaire, et conduit à de nombreux
accidents,
et notamment des brûlures.
On a alors proposé des installations automatiques permettant l'acheminement de
ladite
poudre sous pression à partir d'un réceptacle au moyen de canalisations
appropriées, le
transport de ladite poudre s'effectuant sous pression d'un gaz neutre,
notamment
l'argon.
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Pour autant, eu égard aux caractéristiques de la poudre, et notamment, compte-
tenu de
sa granulomëtrie très inhomogène, on aboutit pas à une progression
satisfaisante de
celle-ci dans les canalisaüons, et paxtant, on ne dispose pas au niveau du
métal fondu,
de la quantité requise, ni au niveau de la pièce définitive à réaliser, de la
qualité
prescrite.
L'objet de l'invention est donc tout d'abord, de proposer un dispositif
permettant de
transférer des matériaux pulvérulents de granulométrie variable à l'aide d'un
fluide
sous pression. Par ailleurs, elle vise un dispositif qui permette, de
s'affranchir des
1o différents inconvénients précités.
Elle propose un dispositif pour le transfert de matériaux pulvérulents,
comprenant
~ une enceinte dans laquelle le matériau pulvérulent à transférer est agité et
mis sous
pression, enceinte à l'extrémité inférieure de laquelle une canalisation
achemine
Ledit matériau en direction de son lieu de destination ;
~ une arrivée de gaz, et notamment d'air comprimé, débouchant au niveau de Ia
canalisation, et propre à assurer la progression du matériau vers ledit lieu.
Ce dispositif se caxactérise en ce qu'au niveau de l'arrivée de gaz, ladite
canalisation
forme une tuyère, dirigée dans le sens de l'écoulement du matériau, ladite
tuyère
débouchant dans une seconde canalisation, sensiblement de même diamètre que la
première, et en ce que l'arrivée de gaz débouche à l'exirémité inférieure de
la première
canalisation, à l'extérieur de la tuyère, ledit gaz s'intrôduisant dans la
seconde
canalisation au moyen d'une pluralité d'orifices traversants ménagés
sensiblement
dans le même plan que l'extrémité infërieure de la tuyère, et orientés
sensiblement
parallèlement au sens d'écoulement du matériau pulvérulent.
En d'autres termes, l'invention consiste tout d'abord à conférer à la
canalisation un
profil particulier, notamment sous forme de tuyère, connue pour imposer à un
fluide en
3o écoulement une augmentaüon de sa vitesse, cette augmentation de la vitesse
étant en
outre optimisée de par l'orientation du flux gazeux destinë à assurer la
progression du
matériau pulvérulent.
Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif comporte deux amenëes
de gaz,
réparties de manière diamétrale par rapport à Ia canalisation. .
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En outre, la solidarisation de Ia première et de la seconde canalisations est
obtenue au
moyen d'une bague, au niveau de laquelle aboutissent les canalisations
d'arrivée de
gaz.
Comme déjà dit, l'üivention vise de manière plus spécifique l'alimentation en
poudre
sous pression d'un bain de métal fondu.
Ce dispositif d'alimentation en poudre sous pression d'un bain de métal fondu,
comprenant : '
l0 ~ wne enceinte, dans laquelle la poudre est agitée et mise sous pression,
enceinte à
l'extrémité inférieure de laquelle une canalisation achemine la poudre en
direction
du bain de métal fondu ;
t une arrivée de gaz neutre, débouchant au niveau de la canalisation, et
propre à
assurer la progression de la poudre vers ledit bain ;
se caractérise .en ce qu'au niveau de l'arrivée de gaz neutre, ladite
canalisation forme
une tuyère, dirigée dâns le sens de l'écoulement de la poudre, ladite tuyère
débouchant
dans une seconde canalisation, sensiblement de même diamètre que la première,
et en
ce que l'arrivée de gaz neutre débouche à l'extrémité inférieure de la
première
canalisation, à l'extérieur de la tuyère, ledit gaz s'introduisant dans Ia
seconde
canalisation au moyen d'une pluralité d'orifices traversants ménagés
sensiblement
dans le même plan que l'extrémité inférieure de la tuyère, et orientés
sensiblement
parallèlement au sens d'écoulement de la poudre.
Selon l'invention, les deux canalisâtions sont solidarisées l'une à l'autre au
moyen de
bagues. L'une des bagues est en outre munie de deux orifices latëraux,
diamétralement
répartis par rapport à sa génératrice, au niveau desquels aboutissent les
arrivées de gaz
neutre. Bien évidemment, lé dispositif peut comporter plus que deux arnvées de
gaz
neutre, et dans cette hypothèse, la bague en question est munie d'autant
d'orifices
latéraux.
Par ailleurs, ladite bague comporte une cloison, orientée perpendiculairement
par
rapport au sens d'écoulement de la poudre, et percée d'une part, d'un orifice
central,
afin de permettre l'introduction à ce niveau de l'extrémité inférieure de la
tuyère, et
d'autre part, des orifices traversants, périphériques par rapport à l'orifice
central, et
orientés parallèlement audit sens d'écoulement, et destinés à permettre le
passage du
gaz sous pression en direction de la canalisation.
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Selon l'invention, ce dispositif est plus particulièrement destiné aux
fonderies
d'aluminium.
La manière dont l'invention peut être réalisée et les âvantages qui en
découlent
ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre
indicatif et non
limitatif à l'appui des figures annexées.
La figure 1 est une vue latérale de l'installation conforme à l'invention.
La figure 2 est une vue frontale de l'installation de la figure 1.
1o La figure 3 est une vue en section longitudinale du dispositif conforme à
l'invention.
La figure 4 est une vue schématique reprësentant partiellement la bague de
solidarisation de deux canalisations, conformément à l'invention.
La figure 5 est une vue du dessous de ladite bague.
L'invention est plus particulièrement décrite en relation avec un dispositif.
d'alimentation d'un bain de métal liquide en un matériau pulvérulent. Pour
autant, elle
ne saurait êire limitée à cette seule application, et tout dispositif de
transfert de
matériau pulvérulent est également couvert par la présente invention.
2o On a représenté sm la figure l, une vue latérale de l'installation conforme
à
l'invention. Celle-ci est fondamentalement consütuée d'un châssis (1) monté
sur
roulettes (2) .afin de permettre son déplacement, l'une ou plusieurs des
roulettes étant
munies d'un système de freinage, en vue de favoriser la stabilité de
l'ensemble.
Ce châssis tubulaire ou métallique (1) reçoit une enceinte (3), en l'espèce de
forme
tronconique, au sein de laquelle est stockée la poudre de pH acide à
incorporer dans le
métal fondu, par exemple dé l'aluminium.
Cette poudre, non représentée, est agitée au moyen d'un agitateur (5) à pales,
mu par
3o un moteur électrique, également non représenté. Cette enceinte (3) est
munie d'une
trappe d'accès et de remplissage, positionnëe sur sa face supérieure, et
susceptible
d'être obturée au moyen d'un couvercle étanche (4), afin de pouvoir maintenir
la
poudre sous pression.
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L'extrémité infêrieure (7) de la cuve (3), de diamètre plus réduit, se
prolonge par une
première canalisation (8), de diamètre déterminé. Néanmoins, et
avantageusement, on
intercale entre l'extrémité infërieure (7) et la première canalisâtion (8) un
distributeur
alvéolaire (6), destiné à calibrer de manière connue .et~ déternzin.ée, la
quantité de
5 poudre à injecter dans le métal fondu. De tels distributeurs alvéolaires
sont en eux-
mêmes bien connus, de sorte qu'il n'y a pas lieu de les décrire ici plus en
détail.
Ils sont constitués d'alvéoles, serai-cylindriques, réalisés en l'espèce en
polytétrafluoroéthylène (Téflon - Marque déposée), la quantité requise étant
assurée
par rapport à la chemise extérieure cylindrique en acier inoxydable. Ainsi, en
fonction
de la vitesse de rotation du distributeur alvéolaire (6), on aboutit à un
dosage.connu et
reproductible de la poudre dans le métal fondu.
Ce distributeur alvéolaire (6) est avantageusement géré au moyen d'un automate
programmable, dont on a représenté par la référence (11), l'arnioire
électrique.
Selon.une caractéristique de l'invention, et tel qu'on peut bien l'observer
sur la figure
3, l'extrémité inférieure de la première canalisation (8) se termine par une
tuyère (12),
dont la propre extrémité infërieure (13) aboutit dans une seconde canalisation
(9), de
diamètre idenüque ou sensiblement identique à celui de la canalisation (8).
Ces deux
canalisations sont solidarisëes l'une à l'autre au moyen de deux bagues (10,
22), ainsi
qu'on peut bien l'observer sur la figure 3. Cette tuyère, ainsi que déjà dit,
permet
d'augmenter la vitesse , d'écoulement de la poudre à ce niveau, et partant
dans la
canalisation (9).
Parallèlement, aboutissent au niveau de la bague (10) deux canalisations (14)
et (I5)
d'arrivée de gaz neutre, notamment d'argon, sous pression déterminée. A cet
effet, la
bague (10) est munie de deux orifices latéraux, diamétralement répartis par
rapport à sa
génératrice, au niveau desquels -aboutissent les canalisations de gaz neutre
(14, 1 S).
La pression est en fait dépendante du débit, celui-ci étant géré au moyen de
vannes de
débit ,variable (connu sous la dénomination SMC), pilotées en 0 - 10 volts par
l'automate programmable (11). Comme on peut l'observer sur 1a figuré 3, Ie gaz
arrive
au niveau de la bague (10) à l'extérieur de la tuyère (12), et est introduit
au niveau de
la canalisation (9) sensiblement au même niveau que l'extrémité inférieure
(13) de Ia
tuyère. Pour ce faire, la bague (10) est pourvue d'une cloison (19)
perpendiculaire au
sens d'écoulement de la poudre, percée d'une part, d'un orifice central (23),
afin de
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permettre l'introduction à ce niveau de l'extrémité inférieure (13) de la
tuyère (12), et
d'autre part, d'orifices traversants périphériques (20), orientés
parallèlement audit sens
d'écoulement, et destinés à permettre le passage du gaz sous pression en
direction de la
canalisation (9).
On a représentë, sur la figure 5, une vue du dessous de ladite bague (10),
dans lequel
six de ces orifices (20) ont été représentés. Bien évidemment, le nombre
indiqué est
purement exemplatif et nullement limitatif.
1o La canalisation (9) est fixée à la canalisation (8) par le biais d'une
bague (22)
rapportée sur Ia bague (10) au moyen de vis insérées dans des orifices
taraudés ou
filetés (21), ménagés au sein de la bague (10). '
Parallèlement, des joints toriques ou à lèvre (16),. (17) et (18) sont mis en
place afin
d'assurer l'étanchéité, notamment vis à vis du gaz neutre, et donc de
l'ensemble de
l'installation.
L'expérience démontre que, de par l'orientation. particulière du flux gazeux,
et la mise
en placé de cette tuyère, on aboutit à une progression beaucoup plus aisée de
la poudre
2o au sein de la canalisation, et.partant, â un calibrage plus précis lors de
son introduction
dans le métal fondu.
Par ailleurs; on a également pu montrer que ce dispositif particulier
s'avérait tout
particulièrement adaptë au transfert de matériaux pulvérulents, susceptibles
de se
présenter selon une granulométrie variéé.
