EP0438004A1 - Method and device for making composite products having a metal matrix - Google Patents
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- EP0438004A1 EP0438004A1 EP90420550A EP90420550A EP0438004A1 EP 0438004 A1 EP0438004 A1 EP 0438004A1 EP 90420550 A EP90420550 A EP 90420550A EP 90420550 A EP90420550 A EP 90420550A EP 0438004 A1 EP0438004 A1 EP 0438004A1
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
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Definitions
- the present invention relates to a method and a device for producing composite products with a metal matrix constituted in particular by aluminum and its alloys.
- metals are used in the form of alloys in order to improve in particular their mechanical characteristics.
- the reinforcing particles whether oxides, carbides, nitrides or other refractory compounds, have great difficulty in being wetted by the metal. It is therefore very difficult, on the one hand to introduce them into the metal and it is sometimes even impossible outside very strict operating conditions, and on the other hand to disperse once in the metal, the harmful clusters on a plane metallurgical, which formed during this difficult introduction.
- the first can be described as mechanical, since the powder is pushed under the surface by pallets animated by various movements.
- the second can be described as hydraulic since it is based on the suction of a vortex created in liquid metal.
- the introduction is not the only problem. Once introduced, the particles must be dispersed by stirring and / or intense shearing of the metal. Admittedly, intense mixing is easy to obtain if the introduction takes place by a mechanical mode: the 2 operations are then compatible.
- the formation of a vortex requires a centrifugation of the metal, which is incompatible with intense mixing, and even tends to favor a settling of the powder introduced on the side walls.
- the dispersion of the particles can then only be effective by replacing the impossible stirring with intense shearing, obtained by no longer working with fully liquid metal, but with pasty metal, comprising a non-negligible solid fraction.
- this is a process in which one starts from an at least partially liquid metal bath subjected to stirring and into which insoluble pulverulent materials are introduced and which is characterized in that one brings by gravity and in a practically rectilinear direction, said product within said bath, a centrifugal force is applied to it substantially perpendicular to the direction of supply, it is brought into contact with the bath around said direction in the form of veins and by printing it a rotational movement whose combination with stirring causes the product to disperse in the bath.
- the products are introduced in the pulverulent state and the powder is brought directly under the surface of the bath, that is to say away from oxide skins.
- the introduction under the surface of the bath is preferably carried out so as to bring the product into contact with the bath in at least two veins, which promotes the dispersion of the particles.
- these particles are desorbed from their moisture before being introduced into the bath in order to avoid any oxidation phenomenon which contributes to developing the oxide skins.
- the introduction of the particles can be favored by exerting on the latter and in the direction of supply, a gas pressure which cooperates at least partially with the action of gravity, then of the centrifugal force.
- the rotational movement imparted to the product is preferably carried out at a speed of between 300 and 1500 revolutions per minute; a speed below this limit gives rise to a too low centrifugal force, which does not allow good dispersion.
- a speed greater than this limit can on the one hand generate too great a centrifugal force which hinders the good flow of the veins, and on the other hand cause vortex effects, whereas one of the objects of the invention is precisely s 'to free it.
- the bath can also be continuously renewed by adding a new metal bath on one side and drawing off the composite on the other; this is the case for example when the bath is placed in a treatment pocket disposed between an oven and a casting station.
- the rate of introduction of the product is linked to the rate of the new metal bath added for the renewal of the bath.
- All pulverulent products can be used in this process, but preferably oxides, carbides, nitrides, borides, silicides, carbon and graphite are chosen.
- particles preferably having a particle size of between 1 ⁇ m and 5 mm are used, the finer particles wetting poorly and having difficulty flowing in veins, and the larger particles. dispersing so irregular.
- the percentage of product for reinforcing the bath it is preferably between 3 and 30% by volume, the low percentages hardly make it possible to modify the properties of the metallic matrix and the higher percentages leading to more mixed or less heterogeneous.
- the invention preferably applies to aluminum alloys and their composite with alumina and silicon carbide.
- the invention also relates to a device for implementing the method.
- This device in which means for mixing the bath and means for introducing particles are combined and which comprises a hollow rotor connected at its lower part to a circular disc immersed in the bath contained in an enclosure whose plane is perpendicular to the axis of the rotor, the side wall of which is provided with at least two blades, the mass of which is indented on the top and in the vicinity of its center so as to form a distribution chamber communicating with the hollow part of the rotor and provided on its side wall of substantially radial channels which open into the bath, is characterized in that inside the rotor and without being integral with the latter, a hollow stator elongates which opens into the chamber and communicates with its part upper with a product supply system.
- the device according to the invention differs from the prior art constituted for example by USP 4802656 by the presence inside the rotor of a stator which ensures the transfer by gravity of the particles of the product between a system of feeding and a chamber, and the transfer, under the action of the centrifugal force created in the chamber, of said particles towards the bath via channels.
- the particles descend more easily by gravity without being braked by centrifugal force. Indeed, if it was the rotor itself which was used as a descent pipe, the centrifugal force would tend to press the powder on the side walls and therefore slow down the descent.
- a supply system consisting of a closed hopper, maintained under an atmosphere of dry gas inert to the metal and tightly connected to the stator and the space separating the stator from the rotor is closed by placing a rotary joint there.
- the rotor has blades at its periphery intended to set the bath in motion. Brewing is intensified and the tendency to vortex reduced by a judicious choice of the orientation of the blades and / or by the introduction of at least one baffle in the enclosure which contains the bath.
- Such devices can be installed in ovens as well as in ladles or pouring heads.
- FIG. 1 an axial vertical section view of a device according to the invention, the rotor of which is immersed in a liquid metal bath contained in a crucible and in FIG. 2 a sectional view of the rotor along a horizontal plane of trace XY in FIG. 1.
- FIG. 1 there is a hollow rotor 1 provided at its lower part with a circular disc 2 immersed in a metallic bath 3 liquid contained in a crucible 4.
- This disc has, in the vicinity of its center, a chamber 5 distribution which communicates with the hollow part 6 of the rotor.
- This chamber is provided on its side wall with substantially radial channels 7 which open into the bath on the side wall of the disc, on and / or between these blades 8 with which said wall is fitted.
- a stator 9 elongates, the lower part of which opens into the distribution chamber and the upper part of which communicates with a hopper 10 for supplying product 11 to be dissolved or dispersed in the mass of the bath.
- a rotating joint 12 placed between the stator and the rotor allows the chamber to be isolated from the atmosphere.
- the rotor drive mechanism is not shown.
- FIG. 2 shows the disc 2 provided with blades 8 having, near its center, a distribution chamber 5 provided on its side wall with channels 7 which open into the bath between the blades 8.
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Abstract
Description
La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif d'élaboration de produits composites à matrice métallique constituée notamment par l'aluminium et ses alliages.The present invention relates to a method and a device for producing composite products with a metal matrix constituted in particular by aluminum and its alloys.
L'homme de l'art sait que dans la majeure partie de leurs applications, les métaux sont utilisés sous forme d'alliages afin d'améliorer en particulier leurs caractéristiques mécaniques.Those skilled in the art know that in most of their applications, metals are used in the form of alloys in order to improve in particular their mechanical characteristics.
Mais, étant donné l'évolution des techniques, les exigences des utilisateurs du point de vue de ces caractéristiques deviennent de plus en plus grandes et ces alliages présentent alors des insuffisances telles qu'une mauvaise tenue à température élevée, une résistance faible à la fatigue ou à l'usure par frottement ou encore un module d'élasticité trop faible.But, given the evolution of techniques, the requirements of users in terms of these characteristics become more and more and these alloys then have shortcomings such as poor resistance at high temperature, low resistance to fatigue. or wear by friction or a too low modulus of elasticity.
C'est pourquoi l'homme de l'art a eu alors recours aux produits composites, c'est-à-dire à des produits dans lesquels la matrice métallique est renforcée, par exemple, par une dispersion de matériaux pulvérulents généralement insolubles dans le métal.This is why a person skilled in the art then has recourse to composite products, that is to say to products in which the metal matrix is reinforced, for example, by a dispersion of pulverulent materials generally insoluble in the metal.
Mais, pour que les matériaux pulvérulents jouent efficacement leur fonction de renforcement, il importe de résoudre le problème de leur répartition régulière dans la matrice de façon à conférer aux composites obtenus les caractéristiques les plus homogènes possibles. Certes, il existe déjà différentes façons d'élaborer ces composites à matrice métallique.However, in order for the pulverulent materials to effectively play their reinforcing function, it is important to resolve the problem of their regular distribution in the matrix so as to give the composites obtained the most homogeneous characteristics possible. Certainly, there are already different ways of developing these metal matrix composites.
Ainsi, les techniques les plus mûres aujourd'hui mettent en oeuvre des procédés tels que la métallurgie des poudres, le moulage-forgeage, etc... Mais, ils sont complexes et coûteux et sont donc réservés à des produits "haut de gamme".Thus, the most mature techniques today use processes such as powder metallurgy, molding-forging, etc. But, they are complex and expensive and are therefore reserved for "high-end" products .
Or, un marché potentiel se profile également pour des produits renforcés plus courants. Pour ceux-ci des techniques plus simples doivent être utilisées. La plus séduisante consiste à disperser de fines particules directement dans le métal liquide ou dans l'intervalle liquide-solide. Malheureusement, cette technique se révèle extrèmement difficile à appliquer et ce pour plusieurs raisons:However, a potential market is also emerging for more common reinforced products. For these simpler techniques should be used. The most attractive is to disperse fine particles directly in the liquid metal or in the liquid-solid interval. Unfortunately, this technique proves to be extremely difficult to apply for several reasons:
Tout d'abord, les particules de renforcement que ce soit des oxydes, des carbures, des nitrures ou d'autres composés réfractaires, ont beaucoup de mal à être mouillées par le métal. Il est donc très difficile, d'une part de les introduire dans le métal et c'est parfois même impossible en dehors de conditions opératoires très strictes, et d'autre part de disperser une fois dans le métal, les amas néfastes sur un plan métallurgique, qui se sont formés lors de cette difficile introduction.First of all, the reinforcing particles, whether oxides, carbides, nitrides or other refractory compounds, have great difficulty in being wetted by the metal. It is therefore very difficult, on the one hand to introduce them into the metal and it is sometimes even impossible outside very strict operating conditions, and on the other hand to disperse once in the metal, the harmful clusters on a plane metallurgical, which formed during this difficult introduction.
Ensuite, il se révèle très délicat de ne pas amener, en même temps que l'on introduit les particules, une oxydation et un gazage inadmissibles du métal. En effet, plusieurs causes de pollution sont possibles:
- - la désorption de surface des particules introduites
- - l'air présent entre les particules, si celles-ci rentrent dans le métal par paquets
- - et éventuellement le dispositif lui-même d'introduction et de dispersion des particules.
- - surface desorption of the particles introduced
- - the air present between the particles, if these enter the metal in bundles
- - And possibly the device itself for introducing and dispersing the particles.
Les procédés d'élaboration connus jusqu'à présent ont un point commun: ils cherchent à immerger des particules jetées en surface du bain de métal. On peut citer par exemple les procédés décrits dans les brevets des Etats Unis n° 4473103 et n° 4759995.The production methods known up to now have one thing in common: they seek to immerse particles thrown on the surface of the metal bath. Mention may be made, for example, of the methods described in United States patents No. 4,473,103 and No. 4,759,995.
Or, une immersion de la sorte est toujours perturbée par la présence fatale en surface du bain d'une peau d'oxyde:
- - cette peau forme une barrière et un piège pour les particules à introduire, d'où une difficulté supplémentaire venant s'ajouter aux problèmes de mouillabilité.
- - quand les particules pénètrent finalement dans le métal, elles entraînent avec elles une partie de cette peau, d'où une pollution du métal, et des difficultés accrues à disperser les amas, si des paquets de particules se sont faits littéralement "emballer" par cette peau.
- - This skin forms a barrier and a trap for the particles to be introduced, hence an additional difficulty which adds to the wettability problems.
- - when the particles finally penetrate into the metal, they carry with them part of this skin, resulting in pollution of the metal, and increased difficulties in dispersing the clusters, if bundles particles were literally "wrapped" by this skin.
Deux méthodes de base sont couramment employées pour cette immersion. La première peut être qualifiée de mécanique, puisque la poudre est poussée sous la surface par des palettes animées de mouvements divers. La deuxième peut être qualifiée d'hydraulique puisqu'elle repose sur l'aspiration d'un vortex créé dans le métal liquide.Two basic methods are commonly used for this immersion. The first can be described as mechanical, since the powder is pushed under the surface by pallets animated by various movements. The second can be described as hydraulic since it is based on the suction of a vortex created in liquid metal.
Mais ces deux méthodes ont malheureusement la même tendance à générer par elles-mêmes davantage de crasses en surface du bain et à accentuer la pollution interne du métal.
Elles présentent donc le paradoxe de rendre plus délicates et plus mauvaises encore les conditions d'introduction des particules et elles ne conduisent naturellement pas à de très bons résultats.But these two methods unfortunately have the same tendency to generate by themselves more dross on the surface of the bath and to accentuate the internal pollution of the metal.
They therefore present the paradox of making the conditions for introducing the particles more delicate and even worse and they naturally do not lead to very good results.
La mise sous atmosphère contrôlée (vide, argon, etc...) ainsi que diverses précautions opératoires (écrémage, dégazage préalable, etc...) améliorent la situation mais ne suffisent pas à rendre ces méthodes vraiment performantes. Ils se forme toujours une peau d'oxyde en surface, la poudre est fatalement immergée par paquets, et la durée de l'opération reste très longue.Placing under a controlled atmosphere (vacuum, argon, etc.) as well as various operating precautions (skimming, prior degassing, etc.) improve the situation but are not enough to make these methods truly effective. An oxide skin always forms on the surface, the powder is fatally submerged in packs, and the duration of the operation remains very long.
Les produits ainsi réalisés présentent donc toujours:
- - des porosités,
- - des oxydes,
- - des amas de particules globulaires (et souvent sans métal entre les grains) ou en chapelet (pris à la même peau d'oxyde).
- - porosities,
- - oxides,
- - clusters of globular particles (and often without metal between the grains) or in strings (taken with the same oxide skin).
L'introduction n'est d'ailleurs pas le seul problème. Une fois introduites, les particules doivent être dispersées par un brassage et/ou un cisaillement intense du métal. Certes, un brassage intense est facile à obtenir si l'introduction s'opère par un mode mécanique: les 2 opérations sont alors compatibles.The introduction is not the only problem. Once introduced, the particles must be dispersed by stirring and / or intense shearing of the metal. Admittedly, intense mixing is easy to obtain if the introduction takes place by a mechanical mode: the 2 operations are then compatible.
Par contre, la formation d'un vortex nécessite une centrifugation du métal, ce qui est incompatible avec un brassage intense, et tend même à favoriser une décantation de la poudre introduite sur les parois latérales. La dispersion des particules ne peut alors être effective qu'en remplaçant l'impossible brassage par un cisaillement intense, obtenu en travaillant non plus avec du métal intégralement liquide, mais avec du métal pâteux, comprenant une fraction solide non négligeable.On the other hand, the formation of a vortex requires a centrifugation of the metal, which is incompatible with intense mixing, and even tends to favor a settling of the powder introduced on the side walls. The dispersion of the particles can then only be effective by replacing the impossible stirring with intense shearing, obtained by no longer working with fully liquid metal, but with pasty metal, comprising a non-negligible solid fraction.
Face à ces inconvénients, la demanderesse a donc été a menée à mettre au point un procédé et un dispositif d'élaboration.Faced with these drawbacks, the Applicant has therefore been led to develop a process and a production device.
Suivant l'invention, il s'agit d'un procédé où on part d'un bain métallique au moins partiellement liquide soumis à un brassage et dans lequel on introduit des matériaux pulvérulents insolubles et qui est caractérisé en ce que l'on amène par gravité et suivant une direction pratiquement rectiligne, ledit produit au sein dudit bain, on lui applique une force centrifuge sensiblement perpendiculaire à la direction d'amenée, on le met en contact avec le bain autour de ladite direction sous forme de veines et en lui imprimant un mouvement de rotation dont la conjugaison avec le brassage provoque la dispersion du produit dans le bain.According to the invention, this is a process in which one starts from an at least partially liquid metal bath subjected to stirring and into which insoluble pulverulent materials are introduced and which is characterized in that one brings by gravity and in a practically rectilinear direction, said product within said bath, a centrifugal force is applied to it substantially perpendicular to the direction of supply, it is brought into contact with the bath around said direction in the form of veins and by printing it a rotational movement whose combination with stirring causes the product to disperse in the bath.
Ainsi, dans l'invention, les produits sont introduits à l'état pulvérulent et la poudre est amenée directement sous la surface du bain, c'est-à-dire à l'abri des peaux d'oxyde.Thus, in the invention, the products are introduced in the pulverulent state and the powder is brought directly under the surface of the bath, that is to say away from oxide skins.
Du fait de la force centrifuge, ces particules acquièrent une grande vitesse, elles ne peuvent donc pas former de paquets et arrivent dans le bain quasiment détachées les unes des autres.Due to the centrifugal force, these particles acquire a high speed, they cannot therefore form bundles and arrive in the bath almost detached from each other.
De plus, en raison de leur entraînement autour de la direction d'amenée, elles ont un point d'impact avec le bain qui se déplace continuellement, ce qui conjugué avec le brassage, favorise leur introduction et leur dispersion.In addition, due to their entrainment around the supply direction, they have a point of impact with the bath which is continuously moving, which combined with stirring, promotes their introduction and dispersion.
L'introduction sous la surface du bain s'effectue de préférence de manière à mettre le produit en contact avec le bain suivant au moins deux veines, ce qui favorise la dispersion des particules.The introduction under the surface of the bath is preferably carried out so as to bring the product into contact with the bath in at least two veins, which promotes the dispersion of the particles.
De préférence également, ces particules sont désorbées de leur humidité avant d'être introduites dans le bain afin d'éviter tout phénomène d'oxydation qui contribue à développer les peaux d'oxyde.Also preferably, these particles are desorbed from their moisture before being introduced into the bath in order to avoid any oxidation phenomenon which contributes to developing the oxide skins.
En outre, on peut également amener des produits d'une trémie de distribution au sein du bain sous une atmosphère inerte vis à vis du métal du bain et ce sans que l'ensemble de l'enceinte qui contient le bain soit lui-même sous atmosphère contrôlée.In addition, it is also possible to bring products from a distribution hopper within the bath under an inert atmosphere with respect to the metal of the bath, without the entire enclosure which contains the bath itself being under controlled atmosphere.
L'introduction des particules peut être favorisée en exerçant sur ces dernières et suivant la direction d'amenée, une pression de gaz qui coopère au moins partiellement avec l'action de la gravité, puis de la force centrifuge.The introduction of the particles can be favored by exerting on the latter and in the direction of supply, a gas pressure which cooperates at least partially with the action of gravity, then of the centrifugal force.
Le mouvement de rotation imprimé au produit s'effectue de préférence suivant une vitesse comprise entre 300 et 1500 tours par minute; une vitesse inférieure à cette limite donne lieu à une force centrifuge trop faible, qui ne permet pas une bonne dispersion. Une vitesse supérieure à cette limite peut d'une part engendrer une force centrifuge trop grande qui entrave le bon écoulement des veines, et d'autre part entraîner des effets de vortex, alors qu'un des objets de l'invention est justement de s'en affranchir.The rotational movement imparted to the product is preferably carried out at a speed of between 300 and 1500 revolutions per minute; a speed below this limit gives rise to a too low centrifugal force, which does not allow good dispersion. A speed greater than this limit can on the one hand generate too great a centrifugal force which hinders the good flow of the veins, and on the other hand cause vortex effects, whereas one of the objects of the invention is precisely s 'to free it.
Le bain peut également être continuement renouvelé par adjonction de bain métallique neuf d'un côté et soutirage du composite de l'autre; c'est le cas par exemple lorsque le bain se trouve placé dans une poche de traitement disposée entre un four et un poste de coulée.The bath can also be continuously renewed by adding a new metal bath on one side and drawing off the composite on the other; this is the case for example when the bath is placed in a treatment pocket disposed between an oven and a casting station.
Dans ce cas, le débit d'introduction du produit est lié au débit du bain métallique neuf ajouté pour le renouvellement du bain. Tous les produits pulvérulents peuvent être mis en oeuvre dans ce procédé, mais de préférence on choisit les oxydes, les carbures, les nitrures, les borures, les siliciures, le carbone et le graphite.In this case, the rate of introduction of the product is linked to the rate of the new metal bath added for the renewal of the bath. All pulverulent products can be used in this process, but preferably oxides, carbides, nitrides, borides, silicides, carbon and graphite are chosen.
Afin d'obtenir une dispersion homogène, on met en oeuvre de préférence des particules ayant une granulométrie comprise entre 1 µm et 5 mm, les particules plus fines se mouillant mal et ayant des difficultés à s'écouler en veines, et les particules plus grosses se dispersant de façon irrégulière.In order to obtain a homogeneous dispersion, particles preferably having a particle size of between 1 μm and 5 mm are used, the finer particles wetting poorly and having difficulty flowing in veins, and the larger particles. dispersing so irregular.
Les meilleurs résultats sont néanmoins obtenus dans une fourchette plus étroite comprise entre 5 µm et 100 µm. En ce qui concerne le pourcentage en produit de renforcement du bain, il est de préférence compris entre 3 et 30% en volume, les faibles pourcentages ne permettent guère de modifier les propriétés de la matrice métallique et les pourcentage plus élevés conduisant à des mélanges plus ou moins hétérogènes.The best results are nevertheless obtained in a narrower range between 5 µm and 100 µm. As regards the percentage of product for reinforcing the bath, it is preferably between 3 and 30% by volume, the low percentages hardly make it possible to modify the properties of the metallic matrix and the higher percentages leading to more mixed or less heterogeneous.
L'invention s'applique de préférence aux alliages d'aluminium et à leur composite avec l'alumine et le carbure de silicium.The invention preferably applies to aluminum alloys and their composite with alumina and silicon carbide.
L'invention concerne également un dispositif de mise en oeuvre du procédé.The invention also relates to a device for implementing the method.
Ce dispositif, dans lequel on associe des moyens de brassage du bain et des moyens d'introduction de particules et qui comporte un rotor creux relié à sa partie inférieure à un disque circulaire immergé dans le bain contenu dans une enceinte dont le plan est perpendiculaire à l'axe du rotor, dont la paroi latérale est munie d'au moins deux pales, dont la masse est échancrée sur le dessus et au voisinage de son centre de manière à former une chambre de répartition communiquant avec la partie creuse du rotor et pourvue sur sa paroi latérale de canaux sensiblement radiaux qui débouchent dans le bain, est caractérisé en ce qu'à l'intérieur du rotor et sans être solidaire de ce dernier, s'allonge un stator creux qui débouche dans la chambre et communique à sa partie supérieure avec un système d'alimentation en produit.This device, in which means for mixing the bath and means for introducing particles are combined and which comprises a hollow rotor connected at its lower part to a circular disc immersed in the bath contained in an enclosure whose plane is perpendicular to the axis of the rotor, the side wall of which is provided with at least two blades, the mass of which is indented on the top and in the vicinity of its center so as to form a distribution chamber communicating with the hollow part of the rotor and provided on its side wall of substantially radial channels which open into the bath, is characterized in that inside the rotor and without being integral with the latter, a hollow stator elongates which opens into the chamber and communicates with its part upper with a product supply system.
Ainsi le dispositif selon l'invention se distingue de l'art antérieur constitué par exemple par l'USP 4802656 par la présence à l'intérieur du rotor d'un stator qui assure le transfert par gravité des particules du produit entre un système d'alimentation et une chambre, et le transfert, sous l'action de la force centrifuge créée dans la chambre, desdites particules vers le bain par l'intermédiaire de canaux.Thus the device according to the invention differs from the prior art constituted for example by USP 4802656 by the presence inside the rotor of a stator which ensures the transfer by gravity of the particles of the product between a system of feeding and a chamber, and the transfer, under the action of the centrifugal force created in the chamber, of said particles towards the bath via channels.
Suivant cette disposition, les particules descendent plus facilement par gravité sans être freinées par la force centrifuge. En effet, si c'était le rotor lui-même qui servait de conduite de descente, la force centrifuge tendrait à plaquer la poudre sur les parois latérales et ralentirait donc la descente.According to this arrangement, the particles descend more easily by gravity without being braked by centrifugal force. Indeed, if it was the rotor itself which was used as a descent pipe, the centrifugal force would tend to press the powder on the side walls and therefore slow down the descent.
Dans le cas où on veut éviter la rentrée d'air avec le produit, on utilise un système d'alimentation constitué par une trémie fermée, maintenue sous atosphère de gaz sec et inerte vis à vis du métal et reliée de façon étanche au stator et on ferme l'espace qui sépare le stator du rotor en y plaçant un joint tournant.If we want to avoid the re-entry of air with the product, we use a supply system consisting of a closed hopper, maintained under an atmosphere of dry gas inert to the metal and tightly connected to the stator and the space separating the stator from the rotor is closed by placing a rotary joint there.
Le rotor comporte des pales à sa périphérie destinées à mettre le bain en mouvement. Le brassage est intensifié et la tendance au vortex réduite par un choix judicieux de l'orientation des pales et/ou par l'introduction d'au moins un baffle dans l'enceinte qui contient le bain.The rotor has blades at its periphery intended to set the bath in motion. Brewing is intensified and the tendency to vortex reduced by a judicious choice of the orientation of the blades and / or by the introduction of at least one baffle in the enclosure which contains the bath.
Ces pales, grâce à des effets hydrodynamiques des zones en périphérie du rotor permettent également aux particules de sortir plus facilement du rotor et évitent ainsi le bouchage des canaux.These blades, thanks to hydrodynamic effects of the zones on the periphery of the rotor also allow the particles to exit more easily from the rotor and thus avoid clogging of the channels.
Bien que l'ensemble rotor-stator ait pour fonction essentiellement la dispersion des particules dans le bain, il exerce également en raison du mouvement de rotation un certain brassage dudit bain. Cependant, ce brassage peut être insuffisant. Par ailleurs, il a été observé que lorsque la vitesse de rotation devient trop grande, les canaux peuvent s'engorger de particules, d'où un blocage au niveau de leur distribution dans le bain. Il faut donc limiter cette vitesse et de ce fait le brassage du bain peut devenir également insuffisant. C'est pourquoi on a recours dans certains cas à des moyens de brassage différents du rotor de distribution qui peuvent être:
- - soit une turbine de brassage fixée sur le rotor et dont le diamètre est suffisant pour lui conférer une vitesse périphérique convenable;
- - soit un système de brassage rotatif indépendant immergé dans le bain;
- - soit un système de brassage électromagnétique qui équipe l'enceinte et agit sur le bain.
- - Or a stirring turbine fixed on the rotor and whose diameter is sufficient to give it a suitable peripheral speed;
- - either an independent rotary stirring system immersed in the bath;
- - or an electromagnetic stirring system which equips the enclosure and acts on the bath.
Pour avoir une sécurité totale contre la pollution par l'atmosphère environnante, il est aussi préférable d'avoir au-dessus du bain une atmosphère de gaz sec et inerte vis à vis du métal.To have total security against pollution by the surrounding atmosphere, it is also preferable to have a bath above the bath. atmosphere of dry gas inert to metal.
De tels dispositifs peuvent être installés aussi bien dans des fours que dans des poches ou des têtes de coulée.Such devices can be installed in ovens as well as in ladles or pouring heads.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la planche de dessins ci-jointe et qui représente à la figure 1 une vue en coupe verticale axiale d'un dispositif selon l'invention dont le rotor est immergé dans un bain métallique liquide contenu dans un creuset et à la figure 2 une vue en coupe du rotor suivant un plan horizontal de trace X Y sur la figure 1.The invention will be better understood with the aid of the attached drawing board, which represents in FIG. 1 an axial vertical section view of a device according to the invention, the rotor of which is immersed in a liquid metal bath contained in a crucible and in FIG. 2 a sectional view of the rotor along a horizontal plane of trace XY in FIG. 1.
De façon plus détaillée, on distingue sur la figure 1 un rotor creux 1 muni à sa partie inférieure d'un disque 2 circulaire immergé dans un bain métallique 3 liquide contenu dans un creuset 4. Ce disque présente au voisinage de son centre une chambre 5 de répartition qui communique avec la partie creuse 6 du rotor. Cette chambre est munie sur sa paroi latérale de canaux 7 sensiblement radiaux qui débouchent dans le bain sur la paroi latérale du disque, sur et/ou entre ces pales 8 dont est équipée ladite paroi. A l'intérieur du rotor et sans liaison avec sa paroi intérieure s'allonge un stator 9 dont la partie basse débouche dans la chambre de répartition et dont la partie haute communique avec une trémie 10 d'alimentation en produit 11 à dissoudre ou à disperser dans la masse du bain.In more detail, in FIG. 1 there is a hollow rotor 1 provided at its lower part with a
Un joint tournant 12 placé entre le stator et le rotor permet d'isoler la chambre par rapport à l'atmosphère. Le mécanisme d'entraînement du rotor n'est pas représenté.A rotating joint 12 placed between the stator and the rotor allows the chamber to be isolated from the atmosphere. The rotor drive mechanism is not shown.
Sur la figure 2, on voit le disque 2 muni de pales 8 présentant au voisinage de son centre une chambre 5 de répartition munie sur sa paroi latérale de canaux 7 qui débouchent dans le bain entre les pales 8.FIG. 2 shows the
L'invention peut être illustrée à l'aide des exemples d'application suivants:The invention can be illustrated using the following application examples:
Dans un four ont été élaborés 3 kgs d'alliage d'aluminium AS7G 0,3 (alliage contenant en poids 7% de silicium et 0.3% de magnésium). A ce métal de base ont été rajoutés, par la présente méthode utilisée dans sa version la plus simple (trémie à l'air), 10% en poids de particules de carbure de silicium de granulométrie F240 (environ 50 µm). L'introduction a duré 8 min et n'a engendré aucune détérioration de la qualité du métal. Les particules étaient correctement réparties et ne présentaient pas d'amas. Le rotor utilisé, de diamètre 60 mm, comprenait 4 pales ainsi que 4 trous de diamètre 1,5 mm pour l'introduction des particules. La vitesse de rotation était de 700 tr/min.In an oven, 3 kgs of aluminum alloy AS7G 0.3 were produced. (alloy containing by weight 7% silicon and 0.3% magnesium). To this base metal have been added, by the present method used in its simplest version (air hopper), 10% by weight of silicon carbide particles with particle size F240 (approximately 50 μm). The introduction lasted 8 min and did not cause any deterioration in the quality of the metal. The particles were properly distributed and did not show any clumps. The rotor used, of diameter 60 mm, included 4 blades as well as 4 holes of diameter 1.5 mm for the introduction of the particles. The rotation speed was 700 rpm.
Dans un four ont été élaborés 3 kgs d'alliages d'aluminium A-S7G 0,3. A ce métal de base ont été rajoutés 10% en poids de particules de carbure de silicium de granulométrie F600 (environ 10 µm). Compte tenu de la finesse des particules, la présente méthode a cette fois été utilisée dans la version où la trémie est sous atmosphère neutre (argon). L'introduction a duré 25 min et n'a engendré aucune détérioration de la qualité du métal. Les particules étaient correctement réparties et ne présentaient pas d'amas. Le rotor utilisé, de diamètre 60 mm, comprenait 4 pales, ainsi que 8 canaux de diamètre 2,0 mm pour l'introduction des particules. La vitesse de rotation était de 700 tr/min.In an oven, 3 kgs of aluminum alloy A-S7G 0.3 were produced. To this base metal were added 10% by weight of particles of silicon carbide with a particle size F600 (approximately 10 μm). Given the fineness of the particles, this method was used this time in the version where the hopper is under a neutral atmosphere (argon). The introduction lasted 25 min and did not cause any deterioration in the quality of the metal. The particles were well distributed and did not show any clumps. The rotor used, of diameter 60 mm, included 4 blades, as well as 8 channels of diameter 2.0 mm for the introduction of the particles. The rotation speed was 700 rpm.
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EP90420550A Withdrawn EP0438004A1 (en) | 1989-12-18 | 1990-12-17 | Method and device for making composite products having a metal matrix |
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998005915A1 (en) * | 1996-08-02 | 1998-02-12 | Pechiney Rhenalu | Rotary gas dispersion device for treating a liquid aluminium bath |
WO2006062482A1 (en) * | 2004-12-10 | 2006-06-15 | Magnus Wessen | A method of and a device for producing a liquid-solid metal composition |
DE102010051341A1 (en) | 2010-11-13 | 2012-05-16 | Volkswagen Ag | Molten metal casting container for use in permanent mold casting and die casting applications, has a partition which is transmissive for fluids and solid blocks between two bulk regions, up to preset maximal grain size of solid block |
CN107073564A (en) * | 2014-08-20 | 2017-08-18 | 曾·卡西纳斯 | Apparatus and method for high shear liquid metal processing |
CN107469718A (en) * | 2017-08-29 | 2017-12-15 | 鼎纳科技有限公司 | Stirrer |
CN110453117A (en) * | 2019-07-26 | 2019-11-15 | 柳州职业技术学院 | A kind of high-performance A356 alloy refining and strenthen-toughening mechanizm process |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BE532248A (en) * | 1953-11-02 | 1954-10-30 | Karl Schmidt Metallschmelzwerk Gmbh | Method and device for the introduction of substances in particular into liquids of higher specific gravity |
DE2728173A1 (en) * | 1977-06-23 | 1979-01-04 | Rudolf Koppatz | Stirrer for metal melts, esp. molten aluminium - with thermal insulation surrounding hollow drive shaft fed with coolant gas |
EP0073729A1 (en) * | 1981-08-28 | 1983-03-09 | Aluminium Pechiney | Stirring equipment for the dispersion of gas during the treatment of metal baths |
EP0245601A2 (en) * | 1986-03-05 | 1987-11-19 | Showa Aluminum Corporation | Apparatus for treating molten metal |
US4759995A (en) * | 1983-06-06 | 1988-07-26 | Dural Aluminum Composites Corp. | Process for production of metal matrix composites by casting and composite therefrom |
EP0332292A1 (en) * | 1988-02-24 | 1989-09-13 | Foseco International Limited | Rotary device, apparatus and method for treating molten metal |
-
1989
- 1989-12-18 FR FR8917536A patent/FR2656001A1/en not_active Withdrawn
-
1990
- 1990-12-06 NO NO90905284A patent/NO905284L/en unknown
- 1990-12-17 JP JP2413825A patent/JPH04210437A/en active Pending
- 1990-12-17 EP EP90420550A patent/EP0438004A1/en not_active Withdrawn
- 1990-12-17 CA CA002032409A patent/CA2032409A1/en not_active Abandoned
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BE532248A (en) * | 1953-11-02 | 1954-10-30 | Karl Schmidt Metallschmelzwerk Gmbh | Method and device for the introduction of substances in particular into liquids of higher specific gravity |
DE2728173A1 (en) * | 1977-06-23 | 1979-01-04 | Rudolf Koppatz | Stirrer for metal melts, esp. molten aluminium - with thermal insulation surrounding hollow drive shaft fed with coolant gas |
EP0073729A1 (en) * | 1981-08-28 | 1983-03-09 | Aluminium Pechiney | Stirring equipment for the dispersion of gas during the treatment of metal baths |
US4759995A (en) * | 1983-06-06 | 1988-07-26 | Dural Aluminum Composites Corp. | Process for production of metal matrix composites by casting and composite therefrom |
EP0245601A2 (en) * | 1986-03-05 | 1987-11-19 | Showa Aluminum Corporation | Apparatus for treating molten metal |
EP0332292A1 (en) * | 1988-02-24 | 1989-09-13 | Foseco International Limited | Rotary device, apparatus and method for treating molten metal |
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998005915A1 (en) * | 1996-08-02 | 1998-02-12 | Pechiney Rhenalu | Rotary gas dispersion device for treating a liquid aluminium bath |
US6060013A (en) * | 1996-08-02 | 2000-05-09 | Pechiney Rhenalu | Rotary gas dispersion device for treating a liquid aluminium bath |
WO2006062482A1 (en) * | 2004-12-10 | 2006-06-15 | Magnus Wessen | A method of and a device for producing a liquid-solid metal composition |
US7870885B2 (en) | 2004-12-10 | 2011-01-18 | Magnus Wessen | Method of and a device for producing a liquid-solid metal composition |
DE102010051341A1 (en) | 2010-11-13 | 2012-05-16 | Volkswagen Ag | Molten metal casting container for use in permanent mold casting and die casting applications, has a partition which is transmissive for fluids and solid blocks between two bulk regions, up to preset maximal grain size of solid block |
DE102010051341B4 (en) | 2010-11-13 | 2022-09-08 | Volkswagen Ag | Casting melt container for holding molten metal and method for treating molten metal |
CN107073564A (en) * | 2014-08-20 | 2017-08-18 | 曾·卡西纳斯 | Apparatus and method for high shear liquid metal processing |
CN107073564B (en) * | 2014-08-20 | 2020-03-03 | 曾·卡西纳斯 | Apparatus and method for high shear liquid metal processing |
CN107469718A (en) * | 2017-08-29 | 2017-12-15 | 鼎纳科技有限公司 | Stirrer |
CN107469718B (en) * | 2017-08-29 | 2024-02-02 | 鼎纳科技有限公司 | Stirring rod |
CN110453117A (en) * | 2019-07-26 | 2019-11-15 | 柳州职业技术学院 | A kind of high-performance A356 alloy refining and strenthen-toughening mechanizm process |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
NO905284L (en) | 1991-06-19 |
NO905284D0 (en) | 1990-12-06 |
FR2656001A1 (en) | 1991-06-21 |
JPH04210437A (en) | 1992-07-31 |
CA2032409A1 (en) | 1991-06-19 |
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