FR2588781A1 - Device for atomising metals or alloys - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF D'ATOMISATION DE METAUX OU ALLIAGES
La présente invention concerne un dispositif d'atomisation de métaux ou aLliages.DEVICE FOR ATOMIZING METALS OR ALLOYS
The present invention relates to a device for atomizing metals or alloys.
Dans certaines installations- de production d poudres métalliques, on utilise des techniques d'atomisation dans lesquelles on verse du métal en fusion sur un disque horizontal entraîné en rotation par une broche autour d'une axe vertical. Le métaL liquide est alors projeté vers l'extérieur sous l'effet de la force centrifuge et se divise en fines gouttelettes de métal que l'on solidifie. In certain installations for the production of metallic powders, atomization techniques are used in which molten metal is poured onto a horizontal disc driven in rotation by a spindle about a vertical axis. The liquid metaL is then projected outwards under the effect of centrifugal force and is divided into fine metal droplets which are solidified.
Il convient de concevoir la broche et le disque rotatifs avec un soin très particulier : température, vibrations, etc..., tout en permettant des durées de fonctionnement significatives entre les arrêts nécessaires à la maintenance. It is advisable to design the spindle and the rotary disc with a very particular care: temperature, vibrations, etc ..., while allowing significant operating times between the stops necessary for maintenance.
A cet effet, la présente invention propose un dispositif d'atomisation de métaux ou alliages comprenant une broche, entraînée en rotation à une extrémité dite extrémité inférieure par des moyens motéurs autour d'un axe vertical et supportée par un bâti fixe, ladite broche portant à son autre extrémité un disque horizontal présentant une surface supérieure destinée à recevoir du métal ou alliage en fusion.Ce dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend un palier à gaz entre ledit bâti et ladite broche, et des moyens de canalisation du gaz injecté dans ledit palier, lesdits moyens de canalisation étant agencés par rapport à ladite broche de manière à assurer un échange calorifique avec cette dernière et à établir un gradient thermique prédéterminé dans ladite broche depuis ladite surface supérieure du disque jusqu'à l'extrémité de la broche entraînée par lesdits moyens moteurs. To this end, the present invention provides a device for atomizing metals or alloys comprising a spindle, driven in rotation at one end called the lower end by motor means around a vertical axis and supported by a fixed frame, said spindle carrying at its other end a horizontal disc having an upper surface intended to receive molten metal or alloy. This device is characterized in that it comprises a gas bearing between said frame and said spindle, and means for channeling the injected gas in said bearing, said channeling means being arranged with respect to said spindle so as to ensure a heat exchange with the latter and to establish a predetermined thermal gradient in said spindle from said upper surface of the disc to the end of the spindle driven by said motor means.
L'invention sera maintenant mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre en se rapportant aux dessins annexés dans lesquels
la figure 1 illustre en coupe verticale un premier mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention,
la figure 2 est une coupe analogue à celle de la figure 1, illustrant une variante du dispositif.The invention will now be better understood on reading the description which will follow with reference to the accompanying drawings in which
FIG. 1 illustrates in vertical section a first embodiment of a device according to the invention,
Figure 2 is a section similar to that of Figure 1, illustrating a variant of the device.
Le dispositif d'atomisation 10 illustré en coupe verticale à la figure 1 se compose d'une broche 12 et d'un disque 16 montés à rotation autour d'un axe vertical XX dans un bâti 14. The atomization device 10 illustrated in vertical section in FIG. 1 consists of a spindle 12 and a disc 16 mounted for rotation about a vertical axis XX in a frame 14.
Le disque présente à son extrémité supérieure une surface plane ou concave 16s destinée à recevoir du métal ou alliage en fusion provenant d'une source 18 dont le rôle est d'alimenter le métal ou alliage en fusion à une température et un débit parfaitement contrôlés, Le métal s'écoulant par gravité jusqu'au contact de la surface 16s et au centre de celle-ci. The disc has at its upper end a flat or concave surface 16s intended to receive molten metal or alloy coming from a source 18 whose role is to supply the molten metal or alloy at a temperature and a flow rate that are perfectly controlled, The metal flowing by gravity to the contact of the surface 16s and in the center thereof.
La broche est entraînée en rotation (3.000 à 60.000 t/m par exemple) à L'aide d'un moteur non représenté, dont l'arbre de sortie 20 est situé au-dessous de l'extrémité inférieure de la broche 12 et coaxial à cette dernière. The spindle is rotated (3,000 to 60,000 rpm for example) using a motor not shown, whose output shaft 20 is located below the lower end of the spindle 12 and coaxial to the latter.
Pour éviter de transmettre à la broche des vibrations qui seraient préjudiciables à la bonne qualité de L'atomisation du métal, le couplage entre
L'arbre de sortie 20 du moteur et La broche 12 est assuré au moyen d'un coupleur magnétique 22. On comprendra que ce type de coupleur pourra être remplacé par d'autres coupleurs présentant le même avantage d'éviter la transmission de vibrations depuis le moteur vers la broche. En particulier, mais non limitativement, on pourra utiliser des coupleurs fluidiques.To avoid transmitting vibrations to the spindle which would be detrimental to the good quality of the metal atomization, the coupling between
The output shaft 20 of the motor and the pin 12 is provided by means of a magnetic coupler 22. It will be understood that this type of coupler can be replaced by other couplers having the same advantage of avoiding the transmission of vibrations from the motor to the spindle. In particular, but not limited to, fluid couplers may be used.
De plus, pour éviter l'apparition de vibrations entre la broche 12 et le bafi 14, L'invention prévoit d'interposer entre eux un palier à gaz 24. In addition, to avoid the appearance of vibrations between the spindle 12 and the bafi 14, the invention provides for interposing between them a gas bearing 24.
Comme représenté, le palier 24 comprend une douille cylindrique 26 percée d'un alésage central 28 dans lequel est reçu le fût central cyLindrique 30 de La broche avec un faible jeu. As shown, the bearing 24 comprises a cylindrical sleeve 26 pierced with a central bore 28 in which is received the central cylindrical barrel 30 of the spindle with little play.
La douille est fixée dans un Logement 32 du bâti, de manière à définir une chambre d'alimentation en gaz 34 entre la surface interne du logement 32 et la surface externe de la douille 26. Un certain nombre d'ajutages radiaux 36 traversent la douille 26 et débouchent d'une part dans la chambre d'alimentation 34 et d'autre part dans le faible jeu annulaire séparant le fût 30 de la broche et L'alésage interne de la douille. The socket is fixed in a housing 32 of the frame, so as to define a gas supply chamber 34 between the internal surface of the housing 32 and the external surface of the socket 26. A certain number of radial nozzles 36 pass through the socket 26 and open on the one hand into the supply chamber 34 and on the other hand into the small annular clearance separating the barrel 30 from the spindle and the internal bore of the sleeve.
Des conduits 38 traversent le bâti 14 pour mettre en communication une source de gaz sous pression (non représentée) et la chambre d'alimentation 34. Conduits 38 pass through the frame 14 to communicate a source of pressurized gas (not shown) and the supply chamber 34.
De cette manière, le gaz sous pression provenant de la source emprunte les conduits 38 jusqu'à la chambre d'alimentation, puis s'échappe de cette dernière par les ajutages 36 pour former un coussin de gaz continu entre la douille 36 et le fût 30, ce qui empêche tout contact mécanique entre eux dans le sens radial. In this way, the pressurized gas coming from the source borrows the conduits 38 up to the supply chamber, then escapes from the latter by the nozzles 36 to form a continuous gas cushion between the bush 36 and the barrel 30, which prevents any mechanical contact between them in the radial direction.
Pour éviter tout contact mécanique axial entre la broche 12 et le bâti 14, on prévoit des ajutages axiaux 40 entre la chambre d'alimentation 34 et la face supérieure 42 annulaire de la douille 26. To avoid any axial mechanical contact between the spindle 12 and the frame 14, axial nozzles 40 are provided between the supply chamber 34 and the annular upper face 42 of the sleeve 26.
De son côté, la broche 12 porte un flasque radial 44 dont la face inférieure est située à courte distance de la face'supérieure de la douille 26. For its part, the spindle 12 carries a radial flange 44, the lower face of which is located a short distance from the upper face of the sleeve 26.
Par cette disposition, un coussin de gaz se trouve créé entre la face supérieure de la doui-lle et le flasque de la broche, ce qui évite tout contact mécanique entre eux dans le sens axial. By this arrangement, a gas cushion is created between the upper face of the doui-lle and the flange of the spindle, which avoids any mechanical contact between them in the axial direction.
On comprendra donc que la rotation de la broche s'effectue sans vibrations, ni usure, grâce à l'absence totale de contact entre la broche et la douille, donc par conséquent entre la broche et Le bâti. It will therefore be understood that the rotation of the spindle is carried out without vibrations or wear, thanks to the total absence of contact between the spindle and the socket, therefore therefore between the spindle and the frame.
L'invention prévoit en outre de maintenir un gradient thermique prédéterminé au sein de la broche. The invention further provides for maintaining a predetermined thermal gradient within the spindle.
En effet, pour une bonne qualité d'atomisation, il est important que, en chaque point du liquide, la température soit conforme à une distribution prédéterminée. Il convient donc de maintenir la surface du métal sur le disque 16 de la broche 12 à une température convenable et de maintenir le métal liquide au contact de la surface du disque à une température prédéterminée suivant des paramètres constants. Indeed, for a good quality of atomization, it is important that, at each point of the liquid, the temperature conforms to a predetermined distribution. It is therefore necessary to maintain the surface of the metal on the disc 16 of the spindle 12 at a suitable temperature and to keep the liquid metal in contact with the surface of the disc at a predetermined temperature according to constant parameters.
La distribution des températures dans le liquide est assurée par un dispositif chauffant 46. The temperature distribution in the liquid is ensured by a heating device 46.
Comme illustré en figure 1, le dispositif chauffant est constitué par un panneau radiant monté face à la surface supérieure 16s du disque 16 et entourant l'embouchure de la source 18 de métal liquide. As illustrated in FIG. 1, the heating device is constituted by a radiant panel mounted facing the upper surface 16s of the disc 16 and surrounding the mouth of the source 18 of liquid metal.
Un dispositif de régulation approprié (non représenté) commande le fonctionnement du dispositif de chauffage pour maintenir la surface supérieure du métal liquide à la température désirée. Un circuit du dispositif de régulation est également spécifiquement conçu en vue de la mise en température du disque avant le démarrage de l'alimentation en métal en fusion. A suitable regulator (not shown) controls the operation of the heater to maintain the upper surface of the liquid metal at the desired temperature. A circuit of the regulating device is also specifically designed to warm up the disc before starting the supply of molten metal.
Par ailleurs, le fût de la broche et son extrémité inférieure doivent être maintenus à des températures nettement plus faibles, d'une part pour un bon fonctionnement du palier à gaz et d'autre part pour un bon fonctionnement du coup leur magnétique ou fluidique. Furthermore, the barrel of the spindle and its lower end must be kept at markedly lower temperatures, on the one hand for proper operation of the gas bearing and on the other hand for proper operation of their magnetic or fluid blow.
On remarque que le débit de -gaz traversant les ajutages 36 et 40 du palier à gaz assure une extraction calorifique tout le long du fût de la broche, ce qui participe à la réduction de la température au niveau du palier et du coup Leur. It is noted that the flow of gas passing through the nozzles 36 and 40 of the gas bearing ensures a heat extraction all along the barrel of the spindle, which contributes to the reduction of the temperature at the level of the bearing and their blow.
Une réduction supplémentaire de température est obtenue grâce aux dispositions suivantes :
La broche 12 comporte une ou plusieurs gorge(s) radiale(s) profonde(s) 50 et une (ou plusieurs) paroi(s) de chicane 52, sous la forme d'un disque annulaire, s'étend depuis Le bâti jusqu'à l'intérieur de La gorge 50. Comme on le remarque, cette gorge 50 est délimitée en partie basse par le flasque radiaL 44 de La broche. Les gorges radiaLes forment des ailettes assurant le rôle de radiateur et d'écran thermique.An additional reduction in temperature is obtained by the following arrangements:
Spindle 12 has one or more deep radial grooves 50 and one or more baffle walls 52, in the form of an annular disc, extends from the frame to 'inside the groove 50. As can be seen, this groove 50 is delimited at the bottom by the radial flange 44 of the pin. The radial grooves form fins ensuring the role of radiator and thermal shield.
Des conduits 54 de gaz de refroidissement sont ménagés dans Le bâti jusqu'à une chambre de répartition 56 qui entoure le sommet du palier à gaz et qui débouche en partie haute 57 au-dessous de la paroi de chicane 52. Cooling gas conduits 54 are provided in the frame up to a distribution chamber 56 which surrounds the top of the gas bearing and which opens in the upper part 57 below the baffle wall 52.
Ainsi, le gaz de refroidissement s'écoule jusqu'au fond de la gorge 50 au-dessous de la paroi de chicane, puis ressort de la gorge au-dessus de -la paroi de chicane, en refroidissant la broche immédiatement au-dessus du fût. Thus, the cooling gas flows to the bottom of the groove 50 below the baffle wall, then emerges from the throat above the baffle wall, cooling the spindle immediately above the was.
A titre complémentaire, la chambre de répartition 56 communique également avec le volume qui entoure l'extrémité basse du palier à gaz et le coup Leur magnétique via des passages 58. Le débit de gaz assure donc un refroidissement complémentaire au-dessous du fût. As a complement, the distribution chamber 56 also communicates with the volume which surrounds the lower end of the gas bearing and the magnetic blow through them 58. The gas flow therefore provides additional cooling below the barrel.
Pour canaliser les différents flux de gaz évoqués ci-avant, et empecher la pénétration de particules de poudre métallique vers l'intérieur de l'ensemble moteur-broche-coupleur-palier, le bâti est enfermé dans une enceinte à triple paroi, comprenant une paroi interne 60, une paroi médiane 62 et une paroi externe 64. To channel the various gas flows mentioned above, and prevent the penetration of metal powder particles towards the interior of the motor-spindle-coupler-bearing assembly, the frame is enclosed in a triple-walled enclosure, comprising a internal wall 60, a central wall 62 and an external wall 64.
Entre les parois intérieure et médiane est délimité un espace qui est utilisé en tant que conduit d'alimentation 54 de gaz de refroidissement, et entre les parois médiane et externe est délimité un espace qui est utilisé en tant que conduit d'évacuation 66 du gaz de refroidissement en prévoyant que ce conduit débouche face à la gorge 50 immédiatement au-dessus de la paroi de chicane 52. Between the inner and middle walls is delimited a space which is used as a supply duct 54 for cooling gas, and between the middle and outer walls is delimited a space which is used as a duct 66 for discharging gas cooling by providing that this conduit opens facing the groove 50 immediately above the baffle wall 52.
On maintient constamment un léger excédent de gaz admis à la fois par le palier à gaz et par l'admission de gaz de refroidissement par rapport au gaz évacué par le conduit d'évacuation, de manière à maintenir une surpression permanente à l'intérieur de l'enceinte et un Léger débit de fuite autour de la surface supérieure de la broche. On évite ainsi la pénétration de poudres métalliques vers l'intérieur du dispositif. A slight excess of gas admitted both by the gas bearing and by the intake of cooling gas is constantly maintained with respect to the gas evacuated by the evacuation duct, so as to maintain a permanent overpressure inside the enclosure and a slight leakage rate around the upper surface of the spindle. This avoids the penetration of metal powders into the interior of the device.
De préférence, mais non nécessairement, le gaz injecté dans le palier à gaz et le gaz de refroidissement de L'ensemble de la broche sont des gaz caloextracteurs et bien entendu choisis parmi les gaz inertes. Preferably, but not necessarily, the gas injected into the gas bearing and the cooling gas of the entire spindle are heat-extracting gases and of course chosen from inert gases.
On conçoit donc que l'invention permet une maîtrise précise des flux calorifiques et donc de la température au niveau de la surface supérieure 16s du disque 16, grâce a la régulation de la puissance apportée par le dispositif chauffant 46 et à la puissance extraite par le gaz injectés dans le palier à gaz. It can therefore be understood that the invention allows precise control of the heat fluxes and therefore of the temperature at the level of the upper surface 16s of the disc 16, by virtue of the regulation of the power provided by the heating device 46 and the power extracted by the gases injected into the gas bearing.
Ceci est à comparer avec les procédés classiques où l'on s'efforce de réguler la température à la surface supérieure du disque en agissant sur la température initiale du métal liquide et sur son débit, paramètres que l'on ne maitrise simultanément qu'avec beaucoup de difficultés. This is to be compared with the conventional methods where one endeavors to regulate the temperature on the upper surface of the disc by acting on the initial temperature of the liquid metal and on its flow rate, parameters which are controlled simultaneously only with many difficulties.
Cette maîtrise de la température au niveau de la surface supérieure du disque permet la formation contôlée d'une couche limite entre le disque lui-même et le métal liquide, selon le principe de l'auto-creuset (ou skull en terminologie anglaise), dont la qualité et la stabilité conditionnent la régularité de L'atomisation. This control of the temperature at the level of the upper surface of the disc allows the controlled formation of a boundary layer between the disc itself and the liquid metal, according to the principle of self-crucible (or skull in English terminology), whose quality and stability condition the regularity of atomization.
Enfin, contrairement aux techniques antérieures -dans lesquelles l'apport calorifique sur le disque est exclusivement assuré par le métal liquide provenant de la source, et sont donc très sensibles au discontinuités du filet de métal liquide distribué par la source, en cas d'écoulement en gouttes par exemple,
L'invention permet de garantir une température constante à la surface du disque malgré des discontinuités du filet de métal liquide, pourvu que ce filet soit statistiquement stable.Finally, unlike previous techniques - in which the heat supply to the disc is exclusively ensured by the liquid metal coming from the source, and are therefore very sensitive to the discontinuities of the net of liquid metal distributed by the source, in the event of flow in drops for example,
The invention makes it possible to guarantee a constant temperature at the surface of the disc despite discontinuities of the liquid metal net, provided that this net is statistically stable.
On remarque également que la puissance de la source peut être plus faible puisqu'il suffit qu'elle amène le métal à l'état liquide, sans avoir à lui conférer une température plus élevée. It is also noted that the power of the source can be lower since it is sufficient for it to bring the metal to the liquid state, without having to give it a higher temperature.
Selon la variante illustrée à la figure 2, le dispositif chauffant 46' est situé au-dessous du disque 16. According to the variant illustrated in FIG. 2, the heating device 46 ′ is located below the disc 16.
Entre la face inférieure 16i du disque 16 et l'extrémité supérieure de la broche est définie une seconde gorge profonde 48, au-dessus de la première gorge 50 et le dispositif chauffant 46' est formé d'éléments chauffants, par exemple des résistances, agencés suivant une couronne plane fixée à sa périphérie au bâti et qui pénètre radialement dans la gorge 48 et sensiblement au centre de celle-ci. Between the lower face 16i of the disc 16 and the upper end of the spindle is defined a second deep groove 48, above the first groove 50 and the heating device 46 ′ is formed of heating elements, for example resistors, arranged in a flat crown fixed at its periphery to the frame and which penetrates radially into the groove 48 and substantially in the center of the latter.
Dans cette variante, on utilise les parois médiane 62 et externe 64 de l'enceinte à triple paroi en tant que conducteurs électriques pour le dispositif chauffant 46'. Ces deux parois sont isolées par rapport au bâti, ainsi que l'une par rapport à L'autre, de manière appropriée. On obtient donc une alimentation électrique parfaitment coaxiale, ce qui évite l'apparition de champs électro-magnétiques perturbateurs notamment vis-à-vis du coupleur magnétique, et éventuellement des paliers magnétiques actifs ou non assurant le positionnement du rotor du moteur. In this variant, the median 62 and external 64 walls of the triple-wall enclosure are used as electrical conductors for the heating device 46 ′. These two walls are insulated from the frame, as well as one from the other, appropriately. A perfectly coaxial electrical supply is therefore obtained, which avoids the appearance of disturbing electromagnetic fields, in particular with respect to the magnetic coupler, and possibly magnetic bearings, active or not, ensuring the positioning of the motor rotor.
Un dernier avantage de l'invention réside dans le fait que le disque 16 est réalisé sous forme d'une pièce amovible et mécaniquement indépendante de la broche 12 et peut donc être démonté rapidement et simplement chaque fois qu'il est nécessaire en cas de maintenance ou de panne, ou encore chaque fois que l'on désire changer de disque pour atomiser un métal ou alliage différent. A final advantage of the invention resides in the fact that the disc 16 is produced in the form of a removable and mechanically independent part of the spindle 12 and can therefore be removed quickly and simply whenever it is necessary in the event of maintenance or failure, or whenever you want to change the disc to atomize a different metal or alloy.
A cet effet, le disque 16 comporte une tige de montage 17 emmanchée dans un alésage axial 19 de la broche 12 (figure 1). Pour des facilités d'usinage et de réalisation, l'alésage axial 19 est ménagé dans une pièce intermédiaire 21 montée elle-même dans un logement 23 de la broche. To this end, the disc 16 comprises a mounting rod 17 fitted into an axial bore 19 of the spindle 12 (Figure 1). For machining and production facilities, the axial bore 19 is formed in an intermediate part 21 which is itself mounted in a housing 23 of the spindle.
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- 1985-10-17 FR FR8515429A patent/FR2588781B1/en not_active Expired
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2588781B1 (en) | 1988-04-08 |
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