<Desc/Clms Page number 1>
La présente invention se rapporte à un procédé pour transformer des poudres métalliques en fer malléable façonné sous des formes telles que rubans? barres;, fils;, tôles etc.,, Plus particulièrement, elle a trait à un procédé qui consiste à chauffer une poudre métallique de manière à former une barre profilée et à laminer à chaud cette barre profilée.
Nul n'ignore qu'on peut récupérer du métal sous forme de poudre à partir de déchets, ou de minerais ou de concentrés qui en contiennent, par des procédés hydro-métallurgiques;, sous forme d'oxydes ou de sulfures métal- liques. Par exemple, on peut récupérer des poudres de métaux tels que oui vre, nickel et cobalt sous forme sensiblement pure en dissolvant le métal à partir de la matière brute en solution aqueuse et chauffant ensuite la solu- tion à une température et sous une pression élevées en présence d'un gaz ré ducteur. Le métal se précipite sous forme sensiblement pure d'un caractère plus ou moins pulvérulent. Sous forme de précipité le métal a tout au plus des domaines d'utilisation limités.
En générale pour qu'il soit utilisable il faut le faire passer à l'état malléable. Toutefois:, une telle transfor- mation ne va pas sans difficultés. Fondre le précipité et le couler en pro- filés en vue d'un laminage n'est pas désirable économiquement, parce qu'un tel procédé s'accompagne de fortes pertes de métal dues à une oxydation et à la formation de scories. La fusion sous un vide ou dans une atmosphère non-oxydante ou réductrice augmente considérablement le coût de l'opération.
On a proposé le filage à chaud du métal pulvérulent dans une atmosphère ré- ducrice mais cette procédure est, elle aussi, coûteuse à cause de l'usure excessive du matériel. Si la production du métal à l'état malléable ou sous d'autres formes par les techniques'usuelles n'a pas donné satisfaction c'est en partie parce que ces techniques ne conviennent que pour des articles re- lativement petits et en partie parce que le précipité métallique pulvérulent ne s'est pas révélé comme uniformément convenable pour la fabrication par les procédés de la métallurgie des poudres.
On a également proposé de lami- ner directement la poudre métallique entre des cylindres compresseurs pour former un produit brut,d'agglutiner ce produit brut et de le laminer complé- mentairement pour le convertir en profilés de métal malléable;, mais cette technique exige une synchronisation du fonctionnement des cylindres prof%- leurs et de l'opération d'agglutinations et pour une période d'agglutination donnéedes fours longs et coûteux. Lorsqu'on opère suivant cette technique il faut que toute ce que la poudre métallique peut contenir d'humidité et d'oxyde en soit éliminé avant qu'on puisse la laminer en rubans ou tales.
Il faut aussi que l'alimentation des cylindres en poudre sèche soit unifor- me, afin qu'il ne se produise pas de piqûresd'autre part, il faut que les cylindres compresseurs très puissants aient aussi un diamètre minimum de 50 à 1000 fois supérieur à l'épaisseur du produit métallique en voie de lami- nage, afin de consolider suffisamment la poudre métallique.
On a trouvé que, malgré le comportement différent des précipités p pulvérulents obtenus par des procédés classiques de fabrication de poudres métalliques on parvient à obtenir des résultats satisfaisants et constants dans la consolidation de ces précipités et l'obtention d'une barre qu'on peut ensuite transformer en un profilé;, et en même temps éliminer bien des inconvénients des procédés de consolidation connus à ce jour, du point de vue aussi bien du prix de revient que de celui de la production de métaux ouvrés de qualité supérieure et uniforme.
En général;, suivant la présente invention;, on déverse d'abord la poudre métallique sur un support convenable ayant les dimensions voulues et on la fait passer directement dans un four où l'on entretient une atmosphè- re réductrice réglée, de façon à produire une agglutination partielle de la poudre et à former une barre ou plaque de consistance raisonnable. La bar- re ainsi façonnée,qu'on ne laisse pas refroidir appréciablement, est ensui=
<Desc/Clms Page number 2>
te laminée à chaud par passage entre des cylindres puissants à l'effet de la rendre plus dense,
Un avantage de la présente invention est qu'il n'est pas nécessai--- re de chasser complètement l'humidité de la poudre métallique avant de com- mencer l'opération de consolidation.
La poudre métallique obtenue par un procédé hydro-métallurgique contient une proportion considérable d'humidité.
Suivant la présente invention, après que cette poudre métallique a été pré- cipitée à l'état pur on peut aussitôt, d'abord.? la laver et ensuite la fai= re passer dans un séchoir. On peut employer pour cela un appareil de n'im porte quel type courant. La poudre provenant du séchoir peut contenir un certain pourcentage d'humidité.
On a trouvé qu'une teneur en humidité d'en- viron 0,5% à environ 1,0% n'entrave pas la consolidation subséquente de la poudre La poudre humide peut être amenée directement du séchoir sur un support convenable et passée directement dans un four pour y subir une ag- glutination partielle et être d'ailleurs consolidée suivant le procédé de la présente invention Cette opération de chauffage élimine facilement l'hu- midité Cette particularité de la présente invention st extrêmement avan- tageuse du fait que l'opération de séchage complet prend beaucoup plus de temps et est coateuseo De plus, lorsqu'on sèche la poudre complètement, on court toujours le risque d'une oxydation et d'une agrégation naissante aux températures relativement élevées nécessaires, toutes deux perturbant les opérations subséquentes;
, et, afin d'éviter ces incidents il est souvent né- cessaire d'effectuer le séchage dans une atmosphère réductrice. Il est pos- sible ainsi de maintenir la température du séchoir assez peu élevée pour évi- ter l'oxydation de la poudre métallique particulière en traitement et de la consolider. L'emploi d'une telle température supprime la nécessité de re- courir à une atmosphère protectrice pour empêcher l'oxydation;, et cette fa- çon d'opérer permet d'utiliser une telle procédure de séchage et de mainte- nir le procédé sur une base économique saine et rentable tout en produisant des articles de métal pur de qualité uniforme.
Il va sans dire que la tem- pérature propre à assurer un séchage suffisant de la poudre métallique tout en empêchant l'oxydation sans recourir à une atmosphère protectrice dépend' du produit particulier qu'on sèche et consolide. Une telle température est facile à déterminer pour l'homme de l'arto Par exemple lorsqu'on sèche et consolide de la poudre de cuivre il faut que la température du séchoir ne dépasse pas environ 105 à 110 c A cette température on peut efficacement sécher la poudre de cuivre pour les besoins de la présente invention sans nuire à la poudre.
La poudre ayant été suffisamment lavée et séchée, on l'étalé sur un support convenable par exemple une barne métallique sans fin de dimen- sions appropriéeso La poudre qui sort du séchoir est avantageusement déver- sée sur la bande sans fin alors qu'elle est encore à haute températureg afin de ne pas perdre de chaleur et de prévenir l'oxydation. L'épaisseur et la largeur de la masse de poudre métallique dépendent en partie de la grosseur des particules de poudre à consolider et les dimensions de la masse de pou- dre déterminent aussi dans une certaine mesure la température employée pour effectuer le chauffage de la poudre ainsi que le temps nécessaire pour chauf- fer celle-ci suffisamment.
On conçoit que la poudre métallique étant très poreuse;, elle conduit plutôt mal la chaleur;, et que plus la masse de poudre est épaisse et large plus il faudra de temps pour la chauffer complètement et suffisamment dans toute sa section, On a trouvé qu'une masse de poudre d'environ 5 cm d'épaisseur et d'environ 5 cm de largeur peut être chauffée convenablement, quel que soit le métalen deux ou trois minutes à des tem- pératures raisonnablement peu élevées. Assurément des masses de poudre moins volumineuse peuvent être chauffées en moins de temps.
Comme la poudre métallique au moment où on la dépose sur une bande animée d'un mouvement con-
<Desc/Clms Page number 3>
tinup s'y trouve répartie parfois de façon inégaleg il y a intérêt à la ni- veler par des moyens appropriéspar exemple des rouleaux faiblement compres- seurs, ou même une barrette régaleuse. @
Par chauffage de la masse de poudre métallique encore poreuse ou en chasse facilement l'humidité qu'elle peut encore contenir. Afin de prévenir l'oxydation il convient d'effectuer le chauffage dans une atmosphère réduc- trice. L'hydrogène constitue par exemple une atmosphère réductrice conve- nableg et l'on peut en alimenter le four par tous moyens appropriés et clas- siques.
Le chauffage de la masse de poudre provoque une cohérence des par- ticules qui la composent et forme une barre poreuse cohérente raisonnable- ment rigide et résistante. On peut ensuite chauffer cette barre à une tem- pérature supérieure à la température d'agglutination du métal en voie de consolidations) ou au voisinage de cette température:, et l'amener directe- ment, à l'état encore chaude entre une paire de cylindres fortement compres- sifs propres à la consolider presque jusqu'à complète solidité. Cependant il importe de régler et utiliser ce puissant effet de laminage de manière que la compression de la barre n'allonge pas celle-ci.
Lorsque la pression de cet effet de laminage est suffisante pour provoquer un allongement appré- ciable de la barre il se produit souvent dans celle-ci des fissures qui la rendent inutilisable pour bien des usages. A la suite de cette puissante opération de laminage on peut à nouveau chauffer la barre à une température atteignant ou dépassant la température d'agglutination du métal en voie de consolidation et la comprimer, à nouveaug entre des cylindres fortement oom- pressifs afin de rendre la barre complètement massive. Dans cette dernière opération de compression la pression peut sans inconvénient atteindre et utilement dépasser celle qui suffit pour provoquer un allongement sensible de la barre.
Au cours de cette phase supplémentaire de laminage la barre ne risque guère de se craqueler lorsqu'on la soumet à une pression suffisan- te pour qu'elle soit allongée.
Après que la masse inconsistante de poudre a été chauffée et que ses particules sont devenues cohérentes elle se contracte fortement dans le sens de son épaisseur, mais le retrait dans le sens latéral;, c'est-à-dire dans le sens de la largeur de la masse de poudre est très faible.
Par exempleg on a constaté qu'une masse de poudre d'environ 5 cm d'épaisseur et d'environ 5 cm de largeur voit son épaisseur se réduire au chauffage à en- viron 31 mm tandis que son retrait dans le sens de la largeur (et de la lon- gueur) est.négligeable. On a trouvé également qu'à cause de la contraction de la poudre métallique inconsistante la barre formée peut présenter des irrégularités et queg si l'on poursuit son chauffage et qu'on la fait passer directement entre deux cylindres fortement compressifs il peut se former dans la barre laminée des régions en sous-épaisseur qu'il est difficile sinon impossible de faire disparaître.
On a trouvé que si après avoir chauffé la barre suffisamment pour amener les particules de métal à cohérer et avant de la porter à une température supérieure à la température d'agglutination on commence par la comprimer ou la consolider légèrement, dans une mesure modes- te assez pour faire disparaître les irrégularités ou inégalités;, on peut en- suite continuer à la chauffer et lui donner une densité uniforme sans que subsistent des régions en sous-épaisseur.
Un autre avantage de cette légère consolidation réside dans le fait que la barre nivelée et partiellement consolidée est portée plus rapidement dans toute sa masse à des températures supérieures du fait qu'on lui a fait perdre une partie de sa porosité. Dans tous les cas où la barre chaude doit être laminée il y a intérêt à chauffer les cylindres afin qu'ils ne re- froidissent pas brusquement la barre à haute température. On a trouvé qu'à condition de chauffer les cylindres à une température d'environ 400 C on évite le brusque refroidissement de la barre chaude pour les besoins de la
<Desc/Clms Page number 4>
présente invention.
Pour une description plus détaillée de l'invention on va se réfé rer au dessin ci-annexé où g la fige 1 montre schématiquement un appareil pour la mise en oeu- vre de l'invention, et la fige 2 représente schématiquement un appareil différent conçu à ce même effet.
Bien qu'on puisse transformer en métal ouvré n'importe quelle poudre métallique, c'est la poudre de cuivre qu'on a choisie pour fixer les idées dans la description suivante, afin que les détails du procédé puissent mieux être mis en lumière.
Considérant la fig. 1 du dessin,, après que la poudre de cuivre a été précipitée on l'introduit à l'état encore humide dans une centrifugeu- se 1 pour la débarrasser par lavage d'éventuelles souillures. En générale à sa sortie de la centrifugeuse,, la poudre contient et iron 5 à 10% d'humi- dité On fait ensuite passer cette poudre humide dans un appareil sécheur convenable tel que le séchoir rotatif 2 représenté au dessin. A sa sortie du séchoir la poudre de cuivre contient environ 0,5 à 1,0% d'humidité.
Cette poudre de cuivre 3 est ensuite transférée, avantageusement alors qu'el- le est encore très chaude? du séchoir sur un appareil transporteur convena- ble tel que le tapis roulant 4 Ce dernier peut être fait d'un matériau convenable quelconque, par exemple d'aciers à condition que ce matériau sup- porte les températures que la poudre métallique est appelée à subir. Par exemple, lorsqu'on consolide de la poudre de cuivres on peut soumettre cel- le-ci à des températures d'environ 105 c de sorte que le tapis roulant doit pouvoir supporter des températures de cet ordre.
La bande peut être plate? comme elle peut aussi présenter des bords relevés contribuant à rete- nir la poudre. Evidemment, il est plus ou moins expédient de munir le ta- pis roulant de tels bords relevés suivant que la couche de poudre de cuivre déposée sur lui est plus ou moins épaisse. On peut entraîner la bande trans- porteuse par des moyens convenables quelconques. Dans l'appareil représenté à la fige 1 le tapis est entraîné et guidé par les rouleaux 5 et 7
Comme il est parfois difficile de déposer la poudre sur le transpor- teur avec la régularité voulue pour les opérations subséquentes? surtout si l'on entend produire un ruban de largeur considérable? on peut étaler ou aplanir cette poudre par des moyens appropriés, tels que les rouleaux 7.
On a également constaté que si? avamt d'être chauffée et ensuite laminée, la masse de poudre doit subir des efforts d'arrachements) elle a tendance à se fendiller. Toute fissure dans la masse de poudre peut ulté- rieurement se refléter dans le produit complètement consolidé sous forme de plages ou régions d'épaisseur faible et de résistance minime. C'est pour- quoi il importe au plus haut point d'empêcher que la masse de poudre se fen- dille jusqu'au moment où on la chauffe et on la lamine. On a trouvé qu'à l'aide des cylindres 7 ou d'autres moyens permettant de soumettre la masse de poudre à une compression modérée on réduit considérablement le risque, pour la masse de poudre, de se fissurer.
Ainsi, non seulement les cylindres 7 tassent les protubérances de la poudre déversée, mais ils servent aussi à assurer une répartition convenable du métal à son passage à travers Pape;. pareil.
Les cylindres peuvent être faits d'un matériau quelconquecepen- dant, des cylindres à garniture de caoutchouc sont préférables. Après que les cylindres 7 ont accompli leur fonction égalisatrice sur la poudre9 cel- le-ci est amenée en un mouvement continu dans un four 8 convenable. La
<Desc/Clms Page number 5>
poudre de cuivre est soumise dans ce dernier à une température d'environ
300 à 600 c Cette dernière est la température de choix, pour laquelle la du- rée de chauffage ne dépasse pas 2 à 3 minutes. Ce chauffage de la poudre de cuivre amène les particules qui la composent à s'agglutiner en un barreau tout en subissant un retrait considérable.
Par exemple, une traînée de pou- dre de cuivre d'environ 5 cm au carré déposée sur la bande 4 verra son épais- seur se réduire à environ 31 mm tandis que le retrait dans le sens transver- sal ne sera que très faible.La densité apparente du ruban à sa sortia du four 8 est d'environ 1,5 Cette contraction de la poudre de métal peut provoquer quelques irrégularités de forme dans la barre, auquel cas il est avantageux à ce moment d'aplanir le barreau par un moyen convenable tel que le jeu de cylindres 9 représenté au dessin Ceux-ci sont de préférence faits de fonte ou d'acier coulé, bien qu'on puisse aussi utiliser d'autres maté- riauxo Ces cylindres n'ont d'autre fonction que de consolider dans une fai- ble mesure (suffisante pour supprimer les inégalités)
la barre poreuse en- oore très chaudeet on les monte de prérérence à un stade du traitement thermique de la poudre où la température de celle-ci n'a pas dépassé environ
700 c
On fait ensuite passer sans arrêt la barre poreuse partiellement tassée à travers un second four 10 dans lequel elle est rapidement portée à une température d'environ 700 C à environ 1050 c Grâce à la consolida- tion partielle effectuée par les cylindres 9 .ce second traitement thermique peut être très bref, du fait que la conductibilité thermique de la barre légèrement tassée qui sort des cylindres 9 est plus grande.
Il n'est pas nécessaire d'agglutiner le barreau; après que sa mas- se a atteint la température requise on peut le faire passer directement en- tre les cylindres 11 Ceux-ci sont, de préférence faits de fonte moulée et peuvent être chauffés afin d'éviter un brusque refroidissement de la barre, On a trouvé que la barre ainsi tassée atteint déjà un haut degré de densité par une seule passe à travers les cylindres compresseurs. En fait, une barre de cuivre poreuse ayant une densité apparente d'environ 1,5 a pu être conden- sée par le présent procédé, après chauffage dans le four 8, jusqu'à une den- sité apparente d'environ 8,35 Le degré de tassement produit par les cylin- dres 11 est réglé de façon telle que la barre ne subit sensiblement aucun allongement.
A sa sortie des cylindres 11 la barre est conduite sans interrup- tion à travers une chambre de refroidissement 12 à la suite de quoi on peut continuer à la travailler s'il y a lieu par des opérations de laminage clas- siques
On peut réaliser un tassement et un allongement plus considérables en utilisant l'appareil représenté sur la fig, 2 Sur cette figure les cylindres compresseurs 13 sont identiques aux cylindres compresseurs 11 de la fige 1 et ils reçoivent la barre poreuse qui sort, chaude 9 du four 10 tel qu'on le voit sur la fig. 1, pour effectuer la consolidation primaire de la barre.
On fait ensuite passer .. sans interruption la barre ainsi pré-tassée dans un.: autre four 14 chauffé à une température d'environ 800 à environ 1050 c A sa sortie du four 14 la barre passe, encore chaude, en- tre une nouvelle paire de cylindres compresseurs puissants 15. Ceux-ci sont aussi, de préférence, chauffés afin qu'ils ne refroidissent pas brusquement la barre. Cette dernière compression de la barre porte celle-ci à sa densi- té finale le degré de tassement effectué par les cylindres 15 est réglé de manière à produire un allongement sensible et un tassement complet.
A sa sortie des cylindres compresseurs 15 la barre est ensuite conduite sans in- terruption à travers une chambre de refroidissement 16 où elle est refroi- die . La barre de cuivre ainsi obtenue peut ensuite être travaillée complé-
<Desc/Clms Page number 6>
mentairement suivant les techniques classiques de laminage
On a également trouvé qu'il est avantageux\! avant 1 que la poudre soit déversée de l'appareil de traitement;, de l'enduire d'une petite quan- tité de matière apte à se décomposer sous l'action de la chaleur dans le four d'agglutination et à fournir une atmosphère réductrice protective.
On a trouvé qu'un hydrocarbure liquide volatil tel que de l'huile pour trans- formateurs convient tout à fait pour celas et qu'on peut obtenir de bons résultats en incorporant environ 095 à 1% dudit' produit à la poudre métalli- queOn conçoit que cela supprime-; au moins en partie, la nécessité de ré- aliser une atmosphère protectrice- provenant d'une source extérieure, ainsi que de prévoir des dispositions spéciales ou des fours spécialement agencés.
Le chauffage des fours peut s'effectuer de toute manière convena- ble, mais il est préférable que les fours à basse température (jusqu'à 600 C) soient chauffés au gaz tandis que les fours à température plus élevée le sont électriquement pour des raisons d'économie.
Les fours 8 et 10 représentés à la fige 1 sont distincts; toute- fois, ils peuvent être conjoints ou interconnectés de manière à constituer un four unique allongé, et les cylindres 9 peuvent être placés à l'intérieur du four. Dans cette forme d'exécution le four est graduellement porté à une température comprise entre 300 et 600 C dans la première partie fu four, et l'extrémité postérieure est maintenue à une température d'environ 700 C à environ 1050 c auquel cas il faut que les cylindres 9 soient installés dans le four en un point où. la température est un peu inférieure à la température d'agglutination du métal, qui est d'environ 700 C dans le cas du cuivre
Il est aussi,avantageux d'enfermer les opérations de chauffage et de laminage dans une enveloppe ou tout autre dispositif,
tel que le carter 17 représenté à la figo 1, afin que les opérations de chauffage et de laminage s'effectuent dans une atmosphère inerte .Dans la pratique,tou- tefois il y a intérêt à n'enclore 1 appareil que par des hottes qui s'éten- dent des sorties de chaque élément de l'appareil de traitement à l'entrée du suivant. Par exemple, une hotte s'étendant entre les fours 8 et 10 et par-dessus les rouleaux 9 une autre hotte s'étendant du four 10 aux cylin- dres 11 et une troisième hotte s'étendant des cylindres 11 jusqu'au refroi- - disseur 12 seraient suffisantes pour l'appareil représenté à la figo 1.
De plus, siL on le désire, on peut reporter à l'arrière du four
10 le cylindre 6 qui déplace le -tapis 4 et permettre à la barre de cuivre chauffée de se dégager dudit tapis avant son¯ entrée dans le four 10 On évite ainsi tous les inconvénients qui pueraient résulter du fait que le tapis doit supporter les températures relativement élevées qui régnent dans le four 100
Comme on l'a indiqué précédemment, toutes sortes de métaux en poudre, tels que le cuivre, le cobalt, le nickel, le fer, le plomb, etc... peuvent être transformés en profilés de métal ou par le procédé de chauffa- ge et de laminage suivant la présente invention. On peut aussi obtenir des articles de-métaux alliés affinés en employant des mélanges de poudres mé- talliques.
Les températures et les pressions de laminage à employer pour transformer 'cas poudre métallique quelconque en profilé de métal affiné sont faciles à déterminer d'après ce qui précède et à la lumière des connais- sances de tout homme de l'arti Par exemple, on peut traiter du nickel et du fer en poudre suivant la présente invention en les soumettant à une tempéra- ture d'environ 800 à 1000 C et portant ensuite cette température à environ
1150 c avant d'en effectuer le tassage.
La présente- invention procure un procédé économique et continu pour
<Desc/Clms Page number 7>
transformer des poudres métalliques en profilés de métal épuré de bonne et constante qualité. Par ce procédé, on peut traiter sans interruption et complètement de la poudre de métal, dès sa génération, et la transformer en un article ouvré sans qu'elle soit refroidie auparavant.
L'article métallique ouvré obtenu suivant la présente invention possède également des propriétés extrêmement avantageuses ; on peut le la- miner à froid par des procédés de laminage classiques et jusqu'à une épais- seur quelconque sans recuit, et, en général, il possède les mêmes proprié- tés que du métal complètement recuit.