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Procédé pour brasser d'une manière oscillatoire un bain de métal en fusion contenu dans un récipient, notamment une poche de transport, et appareil pour la mise en #uvre de ce procédé La présente invention a pour objet un procédé pour brasser d'une manière oscillatoire un bain de métal en fusion contenu dans un récipient, notamment une poche de transport, en vue de réaliser le mélange du bain dans une période de temps réduite au minimum, au cours d'un processus d'élimination des impuretés du bain de métal fondu ou d'addition d'une ou plusieurs matières d'alliage à ce bain, ou d'affinage d'un autre genre.
Ce procédé est caractérisé en ce que l'on fait tourner excentriquement le récipient alternativement dans les directions avant et arrière.
L'invention a également pour objet un appareil pour la mise en #uvre du procédé susmentionné, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend un récipient pour contenir le métal fondu, un châssis mobile portant ce récipient, un bâti fixe supportant le châssis mobile par l'intermédiaire d'un palier à billes de manière à permettre un mouvement horizontal limité du châssis mobile, et un dispositif d'entraînement excentré agencé dans le bâti fixe afin d'imposer au châssis mobile un mouvement orbital dans un plan horizontal.
On décrira ci-après, à titre d'exemple, divers modes de réalisation de l'invention en référence au dessin annexé sur lequel: la fig. 1 est une vue en coupe verticale d'un récipient qui peut être utilisé pour la mise en #uvre de la présente invention; la fig. 2 est une vue en coupe verticale schématique d'un réservoir oscillant sous vide qui peut être utilisé pour exécuter la présente invention et cette vue illustre le principe de fonctionnement, Les fig. 3 et 4 représentent une forme d'exécution d'un appareil oscillant: la fig. 3 est une vue en élévation, partiellement en coupe, de l'appareil, tandis que la fig. 4 est une vue en plan de cet appareil, la poche étant supposée enlevée ; la fig. 5 est une vue en coupe verticale d'une variante de réalisation d'une partie de l'appareil représenté sur les fig. 3 et 4 ;
les fig. 6 et 7 représentent une autre forme d'exécution d'un appareil oscillant qui utilise des ressorts spiraux : la fig. 6 est une vue en élévation, partiellement en coupe, de l'appareil, tandis que la fig. 7 est une vue en plan de cet appareil, certaines parties étant omises ; les fig. 8 et 9 sont respectivement des vues schématiques en plan et en élévation expliquant les fonctionnements des ressorts spiraux ; les fig. 10 et 11 représentent un autre appareil oscillant: la fig. 10 est une vue en élévation, partiellement en coupe, de l'appareil, tandis que la fig. 11 est une vue en plan partielle de cet appareil, la poche étant supposée enlevée ;
la fig. 12 représente une variante de réalisation d'une partie de l'appareil représenté sur les fig. 10 et 11 ; les fig. 13 et 14 représentent une forme d'exécution préférée d'une poche pouvant être utilisée pour exécuter la présente invention : la fig. 13 est une vue en coupe verticale de la poche et d'une partie de l'appareil utilisant cette poche, tandis que la fig. 14 est une vue en plan à plus grande échelle de la poche ; la fig. 15 est une vue en élévation, partiellement en coupe, d'un autre appareil utilisable pour exécuter la présente invention ; les fig. 16 et 17 représentent un appareil qui convient particulièrement bien à une utilisation avec une poche extraordinairement lourde:
la fig. 16 est une vue en élévation schématique de l'appareil, certaines parties étant omises, tandis que la fig. 17 est une vue en. plan schématique de cet appareil;
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les fig. 18 et 19 représentent encore un autre appareil ; la fig. 18 est une vue en élévation schématique de l'appareil, certaines parties étant omises, tandis que la fig. 19 est une vue en plan schématique de cet appareil.
Le procédé selon l'invention peut être utilisé pour l'élimination du bain d'impuretés, telles que la soufre, le phosphore et la silice. On décrira en premier lieu, à titre d'exemple, la désulfuration, à l'extérieur d'un four, d'un bain de fonte en fusion, opération à laquelle le procédé peut être appliqué d'une manière aisée et avantageuse.
Lorsqu'un récipient, tel que la poche de transport représentée sur la fig. 1, contient un bain de fonte en fusion et que l'on ajoute à la surface du bain un agent désulfurant, tant que le bain demeure au repos, l'agent désulfurant flotte simplement à la surface du bain par suite de sa densité plus faible et par conséquent une réaction de contact très limitée a lieu entre le bain de fusion et l'agent désulfurant.
La réaction de contact demeure insatisfaisante même lorsque l'on fait tourner la poche uniquement dans une direction, puisque ceci se traduit uniquement par le fait que l'on favorise la réaction de contact par suite de l'augmentation de l'aire de la surface du bain en fusion et de la formation d'ondes sous l'influence de la paroi latérale du récipient. Les processus de désulfuration ou autre affinage qui ont été utilisés récemment dans les pays européens et qui mettent en #uvre une poche oscillante, prévoient seulement que la rotation de la poche s'effectue dans une direction définie.
En appliquant le procédé selon l'invention, qui utilise une rotation excentrée alternativement dans les directions avant et arrière, l'agent désulfurant flottant à la surface du bain est fortement aspiré ou mis en tourbillon à l'intérieur du bain et il est violemment mélangé avec ce dernier de manière à produire une réaction de contact qui est très efficace comparativement à celle que l'on peut obtenir dans l'un quelconque des fours rotatifs classiques. Il en résulte que le bain en fusion est désulfuré rapidement et dans des proportions bien plus élevées.
La désiliciation du bain en fusion est effectuée de la manière suivante: habituellement la désiliciation est réalisée en insufflant de l'oxygène gazeux à travers une lance sur la surface du bain de fonte en fusion. Cependant, dans le cas où le bain se trouve au repos, la teneur en silice dans la couche superficielle est notablement réduite comparativement à l'intérieur du bain. La température superficielle du bain est également élevée notablement, ce qui provoque la combustion du carbone. Cette variation de la teneur en silice dans le bain peut être évitée en appliquant le procédé de brassage suivant l'invention.
En outre l'élévation de la température du bain en fusion et la teneur en d'autres éléments, tels que le carbone, dans le bain en fusion peuvent être commandées en contrôlant les conditions de l'insufflation d'oxygène gazeux et du mouvement appliqué au bain métallique en fusion.
La déphosphoration d'un bain en fusion est effectuée de la manière suivante: dans le procédé de déphospho- ration, on oxyde tout d'abord le phosphore afin de former P205 ou bien (FeO)3 ³P205 et l'on combine addi- tionnellement ce corps avec CaO afin de produire un composé stable (CaO)3P2O5 ou bien (CaO)4.P2O5, qui est ensuite éliminé.
Lorsque le processus d'affinage utilisant le soufflage d'oxygène. est effectué tout en brassant le bain conformément à la présente invention, il en résulte les avantages suivants : l'élévation de température du bain est limitée comparativement au cas où le bain est maintenu au repos et ceci est favorable pour éviter la formation de FeO. En outre, le brassage est effectué uniformément, ce qui favorise la formation de P205 ou bien de (FeO)3.P205. La réaction avec CaO est également accélérée. L'élévation limitée de température entraîne une amélioration du rendement de l'affinage et en conséquence la déphosphoration peut être achevée rapidement tout en conservant une teneur élevée en carbone.
On décrira ci-dessous un exemple pratique du procédé selon l'invention.
On désulfure une fonte en fusion avec du carbure de calcium pulvérulent. La poche utilisée est entraînée en rotation à une vitesse de 90 tours par minute, tandis que l'on fait varier l'excentricité.
Le tableau 1 ci-dessous indique la composition d'une fonte en fusion qui a été soumise au procédé de désul- furation consécutivement pendant cinq minutes avec du carbure de calcium pulvérulent ajouté à la surface du bain en fusion en quantités allant de 5 à 25 kg par tonne de fonte en fusion.
Le tableau 2 indique la relation entre la durée de l'opération et la teneur en soufre, le taux de désulfuration et la température lorsque l'on affine 1150 kg de fonte en fusion avec 15 kg de carbure dé calcium pulvérulent ajouté à la partie supérieure du bain.
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<tb> Tableau <SEP> I
<tb> Quantité <SEP> de
<tb> carbure <SEP> de
<tb> calcium <SEP> ajouté <SEP> 5 <SEP> kg <SEP> 10 <SEP> kg <SEP> 15 <SEP> kg <SEP> 20 <SEP> kg <SEP> 25 <SEP> kg
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> S
<tb> initiale <SEP> 0,098 <SEP> % <SEP> 0,089 <SEP> % <SEP> 0,097 <SEP> % <SEP> 0,084 <SEP> % <SEP> 0,093 <SEP> %
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> S
<tb> 6 <SEP> mn <SEP> après <SEP> le
<tb> début <SEP> de
<tb> l'addition <SEP> 0,023 <SEP> % <SEP> 0,006 <SEP> % <SEP> 0,010 <SEP> % <SEP> 0,006 <SEP> % <SEP> 0,010 <SEP> %
<tb> Taux <SEP> de
<tb> désulfuration <SEP> 76,
5 <SEP> % <SEP> 93,2 <SEP> % <SEP> 89,7 <SEP> % <SEP> 92,8 <SEP> % <SEP> 89,3 <SEP> %
<tb> Température
<tb> initiale <SEP> 1473 <SEP> C <SEP> 1468 <SEP> C <SEP> 1450 <SEP> C <SEP> 1458 <SEP> C <SEP> 1453 <SEP> C
<tb> Température
<tb> 6 <SEP> mn <SEP> après <SEP> 1412 <SEP> C <SEP> 1408 <SEP> C <SEP> 1378 <SEP> C <SEP> 1408 <SEP> C <SEP> 1406 <SEP> C
<tb> Tableau <SEP> II
<tb> Teneur <SEP> en <SEP> Taux <SEP> de
<tb> soufre <SEP> désulfuration <SEP> Température
<tb> Au <SEP> départ <SEP> 0,111% <SEP> - <SEP> 1468 <SEP> C
<tb> 2 <SEP> mn <SEP> après <SEP> 0,022% <SEP> 80,2% <SEP> 1443o <SEP> C
<tb> 4 <SEP> mn <SEP> 34 <SEP> s <SEP> après <SEP> 0,013% <SEP> 88,2% <SEP> 1423o <SEP> C
<tb> 7 <SEP> mn <SEP> 8 <SEP> sec <SEP> après <SEP> 0,010 <SEP> % <SEP> 90,9,0/0 <SEP> 1400o <SEP> C
<tb> 9 <SEP> mn <SEP> après <SEP> 0,007 <SEP> % <SEP> 93,7()
/o <SEP> 1390o <SEP> C
<tb> 1 <SEP> l <SEP> mn <SEP> 37 <SEP> s <SEP> après <SEP> 0,007 <SEP> 0/0 <SEP> 93,9% <SEP> 13700 <SEP> C
Nota: le mouvement du récipient a été interrompu momentanément pour l'échantillonnage.
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La description portera maintenant sur l'adjonction d'éléments d'alliage à un métal fondu contenu dans une poche, le bain étant brassé conformément à l'invention.
Un ou plusieurs éléments d'alliage sont ajoutés à la surface du bain en fusion. Dans le cas où le bain en fusion se trouve au repos, certains éléments d'alliage flottent à la surface de ce bain tandis que d'autres s'enfoncent, suivant leurs densités particulières par rapport à celle du bain en fusion. Les éléments qui flottent à la surface sont soumis à une oxydation et à d'autres pertes par suite de l'élévation de température, tandis que ceux qui s'enfoncent ne peuvent apparemment pas être mélangés d'une manière uniforme les uns avec les autres ainsi qu'avec le bain en fusion.
Dans le cas où le bain en fusion est simplement en rotation dans une direction définie, il se produit seulement une légère perturbation du bain en fusion, par suite du gonflement qui apparaît le long de la paroi latérale du récipient, et la dissolution des éléments d'alliage est accélérée par la rotation de la totalité de la masse du bain en fusion.
Par contre, dans le cas où la rotation précitée est appliquée au bain d'une manière alternative dans les directions avant et arrière, les additifs qui flottent sont violemment mis en tourbillon vers l'intérieur du bain, tandis que les dépôts subissent des forces verticales et rotatoires. Les additifs sont ainsi mélangés rapidement et uniformément dans la totalité du bain et leur facteur d'utilisation est nettement amélioré.
Par exemple, on donnera, dans les tableaux 3 et 4 ci-dessous, les résultats obtenus lorsqu'on ajoute du ferro-silicium à une fonte en fusion. On ajoute du ferro- silicium N 2 ayant une dimension de grain d'environ 5 mm, et ce à raison de 13,5 kg par tonne de fonte en fusion dans le cas du tableau 3, tandis que dans le cas du tableau 4 on ajoute dans les mêmes proportions cette même matière ayant une dimension de grain d'environ 25 mm.
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<tb> Tableau <SEP> III
<tb> Teneur <SEP> Facteur <SEP> Température
<tb> en <SEP> Si <SEP> d'utilisation <SEP> du <SEP> bain
<tb> Avant <SEP> l'addition <SEP> 1,58% <SEP> 1429o <SEP> C
<tb> 2 <SEP> mn <SEP> 30 <SEP> s <SEP> après
<tb> l'addition <SEP> 2,61 <SEP> % <SEP> 100,7% <SEP> 1344o <SEP> C
<tb> 5 <SEP> mn <SEP> après
<tb> l'addition <SEP> 2,60% <SEP> 100,5% <SEP> 1336o <SEP> C
Note:
facteur d'utilisation de Si
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EMI3.8
<tb> Tableau <SEP> IV
<tb> Teneur <SEP> Facteur <SEP> Température
<tb> en <SEP> Si <SEP> d'utilisation <SEP> du <SEP> bain
<tb> Avant <SEP> l'addition <SEP> 1,45% <SEP> 1432o <SEP> C
<tb> 2 <SEP> mn <SEP> 40 <SEP> s <SEP> après
<tb> l'addition <SEP> 2,39% <SEP> 96,7% <SEP> 1358o <SEP> C
<tb> 4 <SEP> mn <SEP> 40 <SEP> s <SEP> après
<tb> l'addition <SEP> 2,35% <SEP> 95,3% <SEP> 1359 <SEP> C
<tb> 6 <SEP> mn <SEP> 58 <SEP> s <SEP> après
<tb> l'addition <SEP> 2,40% <SEP> 97,3'% <SEP> 1329o <SEP> C
Comme on peut le remarquer d'après les tableaux ci-dessus, on peut obtenir un facteur d'utilisation très élevé et une distribution uniforme des additifs, en faisant tourner excentriquement le récipient alternativement dans les directions avant et arrière, afin d'appliquer au bain en fusion un mouvement compliqué.
Le procédé selon l'invention peut être également utilisé pour ajouter à un bain en fusion contenu dans une poche un agent favorisant la formation de graphite sphé- roïdal en vue de produire une fonte à graphite sphéroï- dal, ainsi qu'il sera décrit ci-dessous.
On ajoute à la surface supérieure d'un bain de fonte en fusion contenu dans une poche de transfert, telle que celle représentée sur la fig. 1, un agent favorisant la formation de graphite sphéroïdal.
Dans le cas où le bain de métal en fusion est au repos, on ne peut pas obtenir un mélange uniforme par suite de la différence de densité, et seul le graphite contenu dans la couche superficielle prend une forme sphé- Toïdale. Egalement, dans le cas où l'on applique au bain en fusion un simple mouvement de rotation unidirectionnel, on voit apparaître uniquement une légère perturbation du bain due au gonflement se formant le long de la paroi latérale de la poche, et la dissolution de l'agent ajouté est accélérée par la rotation de la totalité de la masse du bain en fusion.
Par contre, dans le cas où l'on donne au bain une rotation alternative dans les directions avant et arrière, l'additif flottant à la surface du bain est fortement aspiré en tourbillon à l'intérieur du bain et il est ainsi mélangé d'une manière efficace avec ce dernier, si bien que la totalité de la masse du bain en fusion est soumise à une formation uniforme de graphite sphéroïdal. On peut également effectuer ensuite une inoculation très efficace si un mouvement similaire est appliqué au bain qui est inoculé.
Comme agent favorisant la formation de graphite sphéroïdal, on utilise avantageusement un agent à base de Ca, lequel agit d'une manière relativement modérée.
La désulfuration qui précède l'addition d'un agent provoquant la formation de graphite sphéroïdal peut être également effectuée d'une manière très régulière donnant des résultats satisfaisants, grâce à l'utilisation du mouvement précité de mélange et de brassage du bain.
On décrira maintenant un exemple pratique de production d'une fonte à graphite sphéroïdal avec brassage conformément à la présente invention. Le procédé comporte les phases suivantes ; 1. désulfuration, 2. élimination des scories, 3. addition d'un agent à base de Ca provoquant la formation de graphite sphéroïdal, et 4. inoculation, toute ces opérations se déroulant dans l'ordre indiqué. Cependant, les opérations Nos 2 et 4 ne sont pas toujours nécessaires. Comme agent désulfurant, on ajoute du carbure de calcium pulvérulent à raison de 10 kg par tonne de bain en fusion. Le mouvement de rotation excentré est appliqué au récipient pendant une période de 2,5 minutes.
On ajoute ensuite un mélange de 10 kg de R-Ca-Si No 2 (mélange de CaSi et d'un élément des terres rares) sous forme pulvérulente et l'on fait de nouveau tourner le récipient de la même manière pendant une minute.
On décrira maintenant, à titre d'autre application du procédé selon l'invention, le dégazage d'un bain de métal
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fondu contenu dans une poche. Le procédé de dégazage, combiné avec un brassage conforme à l'invention, est très amélioré, par rapport à n'importe lequel des procédés de dégazage classiques utilisant une poche de transport comme récipient d'un bain en fusion, et il est exempt du défaut rencontré antérieurement suivant lequel la partie inférieure du bain en fusion est dégazée seulement d'une manière insuffisante.
Habituellement, on maintient au repos une poche A dans un récipient sous vide B (fig. 2), lequel est mis en dépression, ainsi qu'il est indiqué par la flèche, par une pompe à vide appropriée, et ce en vue de dégazer le bain en fusion C. Dans ce procédé, la partie inférieure du bain en fusion C, maintenue au repos sous la pression statique notable de la masse en fusion, est soumise seulement à un dégazage très incomplet.
Dans le procédé de dégazage appliquant la présente invention, le métal fondu contenu dans la poche est brassé continuellement afin de provoquer des courants de métal de la partie supérieure à la partie inférieure du bain et inversement de la partie inférieure à la partie supérieure. Ceci permet d'empêcher toute réduction du rendement du dégazage due à la pression statique du bain en fusion et en outre de produire un effet de dégazage additionnel par suite de l'augmentation de l'aire de la surface du bain, ce qui se traduit par un rendement du dégazage amélioré d'une manière extraordinaire.
Pour la mise en #uvre du procédé, la poche peut être placée au repos dans le récipient sous vide, lequel est entraîné en rotation dans son ensemble par un mécanisme approprié provoquant un mouvement de rotation excentré et ce, afin de produire un mouvement orbital de la poche, ou bien, suivant une variante, ce mouvement peut être appliqué uniquement à la poche, le récipient sous vide demeurant fixe. On applique ainsi au bain en fusion contenu dans la poche un mouvement oscillatoire particulièrement violent qui permet de rendre maximales les chances de venue des diverses parties du bain en fusion au contact de l'atmosphère à pression réduite contenue dans l'enveloppe. On conçoit que grâce à ce procédé le bain métallique peut être dégazé d'une manière très efficace.
On décrira maintenant ci-après un certain nombre de formes d'exécution préférées d'appareils permettant de mettre en #uvre le procédé suivant la présente invention.
Si on se réfère tout d'abord aux fig. 3, 4 et 5 on y voit que l'appareil représenté comporte un bâti fixe 2 monté sur l'embase 1 de la machine, et un certain nombre de billes 3, tournant librement, sont disposées suivant une circonférence sur le bâti 2, en étant espacées les unes des autres. Un châssis mobile 5, qui est agencé de manière à supporter un récipient de brassage 4, est monté sur les billes 3 tournant librement. On conçoit aisément que le châssis mobile 5 peut être déplacé régulièrement et facilement dans un plan horizontal par suite de la liberté de rotation des billes 3.
Un arbre rotatif 6 est monté verticalement au centre du bâti fixe 2 et porte à son extrémité supérieure un axe excentré ou maneton 7, lequel est à son tour engagé à pivotement dans la partie centrale du châssis mobile 5 par l'intermédiaire d'un palier 8. La rotation du mane- ton 7 provoque le mouvement horizontal du châssis mobile 5, comme on peut aisément le comprendre. Comme on peut le voir sur la fig. 4, des bras formant support 10 et 9 sont fixés respectivement à la périphérie du bâti fixe 2 et du châssis de montage 5, en étant alternés les uns avec les autres.
Des ressorts hélicoïdaux 11 sont montés en tension entre les extrémités des bras- supports adjacents 9 et 10, ainsi qu'il est représenté.
Pour autant que les ressorts hélicoïdaux 11 soient disposés d'une manière uniforme autour de la périphérie du bâti fixe 2 et du châssis mobile 5, ce bâti et ce châssis sont normalement mis en position de manière à être alignés l'un avec l'autre, sous l'action de l'élasticité des ressorts 11. En conséquence, lorsque le châssis mobile ou de montage 2 est entraîné en rotation dans un plan horizontal, le mouvement de rotation est limité élasti- quement par les ressorts 11.
L'énergie élastique produite dans les ressorts lorsque ces derniers sont tendus, est ensuite libérée de manière à provoquer une oscillation secondaire du châssis de montage 5, en plus du mouvement giratoire qui lui est appliqué par le maneton 7. Le mouvement résultant du châssis de montage et de la poche portée par ce dernier tend à produire des forces circonférentielles qui engendrent un mouvement tourbillonnaire du fluide contenu dans le récipient de brassage.
Si on interrompt et on inverse la rotation du mane- ton au point culminant de ce mouvement tourbillonnaire du fluide, il apparaît alors une certaine turbulence avec un certain mouvement inclus par suite de l'interaction des tourbillons restants et du mouvement giratoire du fluide nouvellement produit dans la direction inverse. Le mouvement turbulent du fluide continue pendant un moment et il est ensuite transformé en un mouvement tourbillonnaire giratoire dans cette direction inverse.
Ces mouvements séquentiels du fluide ont un effet de brassage excellent sur le bain, en particulier lorsqu'ils sont répétés d'une manière cyclique. Dans ce qui précède, la description a été faite à propos d'un appareil comprenant un axe ou maneton excentré 7 ayant une excentricité constante, mais on peut obtenir le même effet si l'on emploie un maneton dont l'excentricité est réglable, par exemple en actionnant une vis de réglage 12 ainsi qu'il est illustré sur la fig. 5.
On se référera maintenant aux fig. 6 à 9 qui représentent schématiquement un appareil oscillant comportant un dispositif d'entraînement à manivelle unique et plus particulièrement des ressorts spiraux reliant le châssis mobile et le bâti fixe de l'appareil. Comme on peut le voir sur la fig. 9, des éléments cylindriques 108 sont fixés à la surface supérieure du bâti fixe 102 en étant espacés les uns par rapport aux autres le long d'une circonférence, et ces éléments entourent des doigts respectifs 109 s'étendant vers le bas à partir de la face inférieure du châssis ou disque oscillant 103.
Les éléments cylindriques 108 ont chacun un diamètre interne notablement plus grand que le diamètre des doigts 109 et ils sont fixés en étant alignés avec le centre théorique de giration des doigts respectifs 109. Dans l'espace compris entre chacun des doigts 109 et l'élément cylindrique adjacent 108 est logé un ressort spiral 107 enroulé avec un nombre approprié de spires et dont l'extrémité interne est emboîtée sur le doigt 109.
Puisque le doigt 109 est disposé excentriquement par rapport à l'élément cylindrique 108, le ressort spiral 108 est comprimé apparemment dans une direction, suivant l'excentricité du doigt, de manière à produire une force élastique P qui agit sur le doigt 109 dans la direction opposée. Les forces élastiques P agissant sur les doigts
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109 respectifs coopèrent entre elles afin d'exercer sur le châssis oscillant 103 considéré en totalité une action suivant leur direction. Par ailleurs, lorsque le châssis oscillant 103 oscille, il est soumis à une force centrifuge F qui agit dans une direction opposée à celle des forces élastiques P.
Les ressorts 107 sont conçus de telle façon que l'amplitude combinée des forces élastiques P est pratiquement égale à l'amplitude de la force centrifuge F et l'effet de cette dernière est pratiquement annulé de manière à réduire au minimum le frottement entre le maneton 106 et le palier 105. Grâce à cette disposition, on conçoit que le châssis oscillant 103 peut avoir un mouvement oscillant pratiquement tel qu'il a été déterminé théoriquement.
Par ailleurs, les doigts 109 portés par le châssis oscillant 103 sont soumis de la part de leurs ressorts spiraux respectifs 107 à une action telle que ces doigts décrivent avec précision un mouvement orbital suivant un tracé circulaire, et ce avec l'uniformité la plus grande possible.
On conçoit donc que, grâce à l'agencement décrit ci-dessus, une partie quelconque du châssis oscillant 103 peut osciller suivant une orbite circulaire qui est pratiquement la même que celle du maneton 106 disposé au centre du châssis.
Les fig. 10 et 11 représentent un autre mode de réalisation de l'appareil, lequel comporte une poche montée à rotation dans un plan horizontal et pouvant basculer dans n'importe quel plan vertical contenant l'axe de l'appareil.
Si l'on se réfère aux fig. 10 et 11, on voit que l'appareil qui y est représenté comporte un châssis mobile supérieur 202 et un bâti inférieur fixe 201 disposés de manière à être verticalement opposés l'un à l'autre. Le bâti fixe 201 est supporté par des montants 203. Le châssis mobile 202 repose sur un certain nombre de billes 204 tournant librement, montées à la partie supérieure du bâti fixe, et par conséquent le châssis 202 peut se déplacer dans un plan horizontal.
Un dispositif oscillant 205 est prévu sous le bâti fixe 201, au centre de ce dernier, et il comporte un organe oscillant 206 et un organe entraîné 207 tournant librement, lequel est fixé à la partie inférieure du châssis mobile 202, au centre de ce dernier, afin de pouvoir recevoir l'organe oscillant 206. Avec cette disposition, on conçoit que le mouvement de rotation excentré de l'organe oscillant 206 provoque une oscillation giratoire du châssis mobile 202 dans un plan horizontal, et ce par l'intermédiaire de l'organe entraîné 207. Une poche 208 est placée sur le châssis mobile 202 et elle est maintenue en place par exemple au moyen de pinces 209.
Plusieurs ressorts hélicoïdaux 210 sont disposés entre le bâti fixe 201 et le châssis mobile 202, en étant espacés les uns par rapport aux autres le long d'une circonférence, ces ressorts étant destinés à limiter tout mouvement du châssis mobile 202 hors de son orbite, tout en permettant cependant son oscillation giratoire, afin d'appliquer ainsi au châssis 202 une oscillation élastique.
Dans cette forme d'exécution de l'appareil, les ressorts 210 ne sont pas agencés de manière à relier directement le bâti fixe 201 et le châssis mobile 202. Ce châssis mobile 202 comporte une paroi périphérique circulaire 211 dont la face externe est agencée de manière à recevoir une bande annulaire 212 ayant des extrémités opposées repliées radialement vers l'extérieur afin de former des pattes-supports 213, ainsi qu'il est représenté sur la fig. 11. Un coin trapézoïdal 215 est inséré entre les pattes-supports 213, et des cales d'espacement biseautées 214 sont interposées entre le coin 215 et chacune des pattes-supports 213. Une tige 216 s'étend horizontalement à travers les éléments 213-215, afin de les maintenir élastiquement assemblés entre eux grâce à des ressorts 217.
On conçoit qu'en faisant basculer le coin 215 autour de la tige 216, on peut faire varier l'espacement entre les pattes 213 dans certaines limites, et ce afin de serrer ou au contraire de dégager la bande annulaire 212 autour du châssis mobile 202. Lorsque cette bande est lâche, le châssis mobile 202 entouré par cette bande peut être entraîné en rotation conjointement avec la poche 208, dans un plan horizontal, afin d'ajuster la position angulaire du plan vertical dans lequel la poche peut basculer. Lorsque la phase de réglage a été achevée, on peut alors serrer la bande 212 afin de la fixer au châssis mobile.
Des bras 218 et 219 sont fixés respectivement à la périphérie de la bande annulaire 212 et du bâti fixe 201, à des intervalles angulaires égaux, de manière à alterner les uns avec les autres. Les ressorts hélicoïdaux 210 sont disposés entre les bras adjacents 218 et 219, afin de limiter élastiquement le déplacement du châssis mobile 202, tout en permettant le réglage angulaire de ce dernier.
On comprendra naturellement que l'on peut employer un anneau 220 à la place de la bande annulaire 212, ainsi qu'il est représenté sur la fig. 12, pour servir aux mêmes fins. Cependant, dans ce cas, une crémaillère 221 est formée autour de la périphérie du châssis mobile 202, et un pignon 222 est monté sur l'anneau 220 en étant en prise avec cette crémaillère 221, afin d'entraîner dans le sens circonférentiel le châssis mobile 202.
En bref, cette forme d'exécution de l'appareil est caractérisée en ce que les ressorts hélicoïdaux sont connectés à un organe annulaire emboîté sur la périphérie du châssis mobile au lieu d'être connectés directement à ce châssis mobile, lequel est maintenu élastiquement par les ressorts tout en pouvant cependant tourner par rapport à l'organe annulaire lorsque cela est exigé. Avec cette disposition, la poche peut être soumise à une oscillation élastique, et le plan dans lequel la poche peut basculer, peut être déplacé angulairement comme on le désire, afin de faciliter la manoauvre de la poche.
On décrira maintenant, en se référant aux fig. 13 et 14, une forme d'exécution préférée de la poche pouvant être utilisée sur l'appareil. La forme d'exécution préférée de la poche qui est représentée sur les fig. 13 et 14, est conçue de manière à produire un effet de brassage amélioré en dirigeant dans le sens radial, vers l'intérieur du récipient, le bain en fusion tendant à s'élever le long de la surface périphérique interne du récipient, sous l'influence de la force centrifuge due à la rotation du récipient, de manière à imposer une sorte de courant de convection dans le bain.
Le récipient comprend un corps 301, cylindrique ou tronconique divergeant vers le haut, et un couvercle 303, de forme générale annulaire, fixé à l'intérieur du corps 301, au voisinage de sa partie supérieure. Ainsi qu'il est illustré, la structure formant le couvercle comprend une ouverture centrale 302 ayant un diamètre approprié et elle a la forme d'un abat-jour dont la paroi annulaire est inclinée vers le bas et vers l'intérieur. Un certain nombre d'écrans ou de lames de guidage 304 sont fixés à la face
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inférieure de la paroi annulaire, en formant un angle # approprié par rapport à la direction radiale.
Lorsque la poche construite de la façon décrite ci- dessus est placée sur un châssis mobile 306 qui est agencé de manière à pouvoir être entraîné en rotation excentriquement dans un plan horiontal par une manivelle 305, ainsi qu'il est illustré sur la fig. 13, le niveau du bain en fusion 307 contenu dans le récipient s'élève, lorsqu'il tourne dans un plan horizontal, le long de la périphérie interne du récipient, ainsi qu'il est indiqué par les lignes en traits mixtes 308 et 309 jusqu'à ce qu'il atteigne le couvercle 303 constituant un obstacle de déviation.
Ensuite, le bain en fusion qui vient heurter les lames de guidage 304, est dévié par ces dernières afin de former des courants divergents s'écoulant vers le bas en direction de l'axe du récipient et finalement ils descendent le long de cet axe sous la forme d'un jet. Ce mouvement du bain en fusion est répété et le bain est ainsi brassé et mélangé uniformément d'une manière efficace. Au lieu de fixer les lames de guidage 304 au couvercle de déviation 303, ces lames peuvent être montées à pivotement sur le couvercle au moyen d'axes 310, si bien que ces lames peuvent être montées suivant un angle # désiré quelconque par rapport au rayon.
Avec cette disposition, le liquide s'écoulant vers le haut le long de la paroi périphérique de la poche, sous l'action de la force centrifuge, peut être dévié vers le bas et vers l'intérieur en direction du fond de la poche, afin d'augmenter l'effet du brassage. Ainsi, si l'on utilise la poche décrite ci-dessus, on peut mélanger uniformément dans le bain en fusion même un additif ayant une faible densité. En outre, le bain en fusion contenu dans la poche n'est pas projeté hors de cette dernière, même si celle-ci tourne à une vitesse élevée. On conçoit donc que l'on peut obtenir un rendement du brassage qui est notablement amélioré, au moyen d'un appareil portant une poche construite de la façon décrite ci-dessus, et en faisant fonctionner l'appareil à une vitesse élevée.
On décrira maintenant un autre mode de réalisation de l'appareil en se référant à la fig. 15.
L'appareil représenté sur la fig. 15 est conçu de telle façon que l'excentricité de son dispositif d'entraînement excentré est commandée en soulevant et en abaissant l'arbre d'entraînement par des moyens entièrement mécaniques.
Sur la fig. 15, une poche 401 est placée sur un châssis mobile 402 par l'intermédiaire de consoles 403 montées sur ce châssis. La poche est maintenue en place sur le châssis mobile 402 du fait que sa partie inférieure est immobilisée par des pinces man#uvrées par un volant 404. Le châssis mobile 402 repose sur un certain nombre de blocs-supports 406 qui sont disposés suivant une circonférence sur un bâti fixe 405 de l'appareil, en étant espacés d'une manière appropriée les uns par rapport aux autres, le châssis mobile reposant sur des billes 407 tournant librement et montées sur les blocs-supports respectifs 406.
Au centre du châssis de montage est fixé un manchon 408 dans lequel est emboîtée une noix excentrée 409 présentant une bride inférieure 410 s'étendant radialement, cette bride portant un certain nombre de billes 411 tournant librement. La noix excentrée 409 est supportée par le bâti fixe 405 par l'intermédiaire des billes 411, ainsi qu'il est illustré. Le manchon 408 peut tourner par rap- port à la noix excentrée 409 grâce à la présence d'un roulement à billes 412 entre eux.
Un cylindre creux 413 est fixé au centre du bâti fixe 405. Un arbre à manivelle 417 est logé dans le cylindre 413 et un manchon 414 formant palier est interposé entre eux. L'arbre à manivelle 415 est cannelé à sa partie inférieure, ainsi qu'il est indiqué en 415, et sa partie supérieure est réalisée sous la forme d'un maneton ou d'un axe incliné 416 adapté de manière à s'emboîter dans la noix 409. Une roue conique 418 est solidaire de la partie cannelée 415 de l'arbre à manivelle afin d'entraîner en rotation ce dernier. Un pignon conique 422, en prise avec la roue conique 418, est fixé à un arbre rotatif 421 qui est mû en rotation par un ensemble 420 comprenant un moteur d'entraînement et un dispositif de changement de vitesse.
Avec cette disposition, la rotation de la roue conique 418 provoque une rotation excentrée du manchon 408 et par conséquent du châssis de montage 402 portant la poche 401. Il en résulte que le bain en fusion contenu dans la poche est soumis à des forces centrifuges provoquées par la rotation excentrée de la poche, ce qui produit un mouvement tourbillonnaire du bain.
Une caractéristique importante de cet appareil est que le manchon 414 formant palier, lequel est emboîté dans le cylindre 413, est agencé de manière à pouvoir se déplacer verticalement et il présente à cet effet une tige 423 s'étendant latéralement, cette tige faisant saillie à travers une fente allongée formée dans la paroi latérale du cylindre 413, à l'extérieur de ce dernier. Un plongeur tubulaire 424 est fixé à l'extrémité externe de cette tige 423, de manière à se déplacer verticalement avec cette dernière. Le plongeur tubulaire 424 est emboîté dans un guide cylindrique 425 fixé au côté adjacent du cylindre 413, un ressort de compression 426 étant logé entre le plongeur 424 et le guide 425, ainsi qu'il est illustré.
Un galet ou tout autre organe suiveur 427 est fixé à la partie inférieure du plongeur 424 de manière à venir en contact avec une came 428 disposée en dessous. La came 428 est montée sur un arbre d'entraînement disposé horizontalement sur un support approprié 429.
En fonctionnement, lorsque la came 428 est entraînée en rotation d'une manière continue, le plongeur 424 est animé d'un mouvement vertical alternatif en étant soumis à l'action du ressort 426, afin de faire varier cycliquement l'excentricité du maneton incliné 416, ce qui a pour résultat que le châssis 402 de montage de la poche oscille avec une amplitude d'oscillation variable. Autrement dit, le mouvement giratoire de la poche a une excentricité qui varie dans certaines limites déterminées par la course de la came 428. En conséquence, on applique d'une manière répétée au bain en fusion contenu dans la poche un mouvement tourbillonnaire vertical, ainsi qu'un mouvement inclus .
Après qu'un mouvement tourbillonnaire du bain a commencé à se produire, il n'y a plus lieu de faire varier l'amplitude du mouvement giratoire de la poche ou d'augmenter la vitesse de rotation de cette dernière. Grâce à la présence d'un tel mécanisme à came, le mouvement tourbillonnaire du bain et les ondes résultant de ce mouvement peuvent être effectivement maintenus même lorsque l'excentricité du mouvement giratoire de la poche est diminuée rapidement jusqu'à un minimum, après que l'excentricité a atteint une valeur prédéterminée, tant que cette variation d'excentricité est répétée cycliquement.
Egalement, même après que l'excenricité a été réduite à son minimum et que, corrélativement, le mouvement de
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la came de même que le mouvement giratoire de la poche ont été interrompus, le mouvement tourbillonnaire du bain continue, par suite de l'inertie de la masse fondue, pendant une période de temps dépendant des propriétés physiques du bain et des matières qui lui sont ajoutées. Si on redémarre ensuite à ce moment le mouvement de l'arbre à manivelle dans la direction inverse, tout en entraînant la came dans la même direction que précédemment, le mouvement tourbillonnaire du fluide précédemment maintenu est transformé en une turbulence avec le mouvement inclus corrélatif.
Il en résulte que le centre de gravité de la masse fluide est déplacé additionnellement afin de provoquer un mouvement du fluide. Cependant, on a trouvé que l'opération de brassage peut être effectuée d'une manière efficace pendant une période de temps limitée en utilisant de nouveau l'impulsion afin de provoquer le mouvement tourbillonnaire du fluide à un instant désiré quelconque au cours de la période durant laquelle l'amplitude du mouvement giratoire de la poche est augmentée, et en répétant ensuite la modification cyclique de l'excentricité et du sens de rotation de la poche.
On se référera maintenant aux fig. 16 et 17 qui représentent un autre mode de réalisation d'un appareil qui est particulièrement bien adapté à une utilisation avec une poche très lourde.
Une embase ou un bâti fixe 501 porte, à sa partie supérieure, une cage inférieure 503 ayant une forme g a énérale plane, présentant une paroi latérale maintenant des billes et fixée à la partie supérieure de l'embase en position horizontale. Dans la cage 503 sont logées plusieurs billes espacées 502, réparties d'une manière appropriée, lesquelles sont destinées à supporter une cage supérieure 505 qui est fixée à la face inférieure d'un châssis oscillant 504 portant une poche. Autrement dit, la totalité du poids du châssis oscillant 504 et de la poche que porte ce dernier est répartie sur l'ensemble des billes espacées 502 et il est supporté, par l'intermédiaire de ces billes, par le bâti fixe 501.
Un mécanisme d'entraînement comportant deux ou plusieurs dispositifs. d'entraînement à manivelle est prévu pour appliquer au châssis oscillant 504 un mouvement oscillatoire dans un plan horizontal. Trois ensembles de dispositifs d'entraînement à arbre à manivelle sont utilisés dans le mode de réalisation représenté sur les fig. 16 et 17. A cet effet, le châssis oscillant 504 a la forme générale d'un triangle équilatéral et les arbres à manivelle 506 portent des manetons respectifs 507 qui sont liés au châssis 504 aux sommets respectifs de ce dernier. Chacun des arbres à manivelle 506 est supporté en rotation par un palier 509 monté sur un arbre 510 s'étendant verticalement et fixé aux fondations.
Les manetons 507 ont la même excentricité et ils sont calés avec la même phase par rapport au châssis oscillant 504. Pour que les arbres à manivelle 506 tournent en synchronisme les uns avec les autres, chacun d'eux est solidaire d'un pignon conique 508 qui est en prise avec un pignon conique 512 monté sur un arbre 511. Les arbres 511 sont entraînés simultanément à partir d'un moteur commun 513, par l'intermédiaire d'un arbre d'entraînement 514, comme on peut le voir sur la fig. 17.
On notera que les trois dispositifs d'entraînement à manivelle et le châssis oscillant forment ensemble un mécanisme à liaison unique afin d'appliquer un mouvement oscillatoire horizontal au châssis 504 sous l'action des arbres à manivelle. De cette façon, le châssis oscillant 504 oscille suivant un cercle ayant un rayon qui correspond à la valeur de l'excentricité e des manetons 507, tout en étant supporté par les billes 502.
Accessoirement, les arbres à manivelle 506 servent aux fins d'oscillation et d'entraînement et ils ont également pour rôle d'encaisser les forces centrifuges et les moments de roulement des parties associées, mais ils ne supportent en aucun cas le poids des éléments oscillants, lequel est encaissé par les billes individuelles 502 logées entre les cages supérieure et inférieure. Il est clair que les billes 502 servent également à rendre régulier le mouvement oscillatoire du châssis 504.
Le mode de réalisation de l'appareil qui vient d'être décrit présente un certain nombre de caractéristiques avantageuses. En premier lieu, il est d'une construction simplifiée. Le bâti fixe 501 et le châssis oscillant 504 ne sont pas liés l'un à l'autre par un dispositif de connexion mécanique, mais simplement par plusieurs billes de roulement 502 sur lesquelles le châssis oscillant 504 est placé.
Comme on peut le concevoir aisément, cette structure est très simple à assembler et à désassembler, elle est relativement exempte de défauts de fonctionnement, peu onéreuse à fabriquer et elle facilite l'inspection et les réparations.
En second lieu, étant donné la présence des billes de roulement 502 disposées, en étant espacées les unes des autres, entre le bâti fixe 501 et le châssis oscillant 504, en vue de supporter le châssis oscillant 504, ce dernier peut osciller librement et d'une manière très régulière, ainsi qu'il a été décrit ci-dessus, et, puisque cette oscillation s'effectue par l'intermédiaire du roulement des billes individuelles 502, le châssis 504 est soumis, au cours de son mouvement oscillatoire, uniquement à un frottement très limité, indépendamment de la direction de l'oscillation.
Ceci permet évidemment d'appliquer à la poche des rotations oscillatoires dans les directions avant et arrière, sans entrave, indépendamment du rayon de l'oscillation.
On se référera maintenant aux fig. 18 et 19 qui représentent une autre forme d'exécution d'un appareil oscillant particulièrement adapté à l'utilisation d'une poche lourde.
Si l'on se réfère tout d'abord à la fig. 18, on y voit que l'appareil comporte un bâti fixe 601 et un châssis oscillant 604 surmontant le premier, ce châssis oscillant portant une poche et étant supporté d'une manière mobile par un dispositif formant palier, lequel comporte trois cages inférieures 602 (ou davantage), fixées dans des positions appropriées sur la partie supérieure du bâti fixe 601. Chacune des cages inférieures 602 a la forme d'une assiette et elle comporte une bride périphérique incurvée et une partie centrale plane. Un ensemble de billes d'acier 603 sont logées, à proximité les unes des autres, dans la cage inférieure en forme d'assiette, de manière à remplir la partie centrale plane de la cage et également une partie de sa bride périphérique.
Sur chaque ensemble de billes d'acier 603 est placée une cage supérieure 605 qui est fixée à la face inférieure du châssis oscillant 604, si bien que la totalité du poids de la partie oscillante de l'appareil est supportée, d'une manière pratiquement uniforme, par le bâti fixe 601, par l'intermédiaire du mécanisme de palier comportant les ensembles de billes d'acier 603 et les cages
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inférieures 602 et supérieures 605.
Lorsque le châssis oscillant 604 est entraîné de manière à effectuer une rotation oscillatoire ayant une excentricité de valeur prédéterminée e, par un mécanisme qui sera décrit plus loin, les cages supérieures 605 oscillent naturellement conjointement avec le châssis oscillant 604 et avec la même excentricité e, et les billes d'acier 603 qui se trouvent entre les cages inférieures 602 et supérieures 605 associées, sont amenées à rouler conjointement avec la cage supérieure oscillante. Puisque la distance sur laquelle les billes 603 se déplacent est égale à la moitié de la distance parcourue par la cage supérieure 605, les billes 603 viennent en contact successivement avec cette cage afin de rouler le long de cette dernière et d'être ensuite dégagées d'entre les cages supérieure et inférieure.
De cette façon, la partie oscillante de l'appareil peut être supportée d'une manière continue et régulière par les ensembles de billes d'acier 603. Naturellement, les cages supérieures 605 ont chacune, dans ce mode de réalisation, une aire notablement inférieure à celle de la cage inférieure 602 associée, comme on peut le voir clairement sur les fig. 18 et 19.
Puisque les billes d'acier sont disposées très près les unes des autres dans la cage inférieure 602 de manière à remplir la partie périphérique incurvée formant bride ainsi que la partie centrale plane de la cage inférieure en forme d'assiette, ainsi qu'il a été décrit ci-dessus, les billes 603 tendent toujours à se rassembler dans la région centrale de la cage 602 et ainsi elles peuvent être soumises d'une manière répétée au processus ci-dessus au cours duquel les billes individuelles sont prises entre les cages supérieure et inférieure afin de rouler conjointement avec les premières sur les secondes, puis sont ensuite libérées sans nécessiter des moyens de maintien additionnels quelconques.
On comprendra que les cages inférieures 602 ont une forme et des dimensions telles que les billes individuelles 603 qu'elles coi ntiennent sont empêchées effectivement de déborder au-delà de la bride périphérique, même lorsqu'elles sont dégagées de la cage supérieure oscillante.
Le mouvement oscillatoire du châssis oscillant 604 est provoqué par un mécanisme à manivelle qui comporte plusieurs arbres à manivelle. Si ce mécanisme comportait un seul arbre à manivelle, il serait impossible de commander effectivement le mouvement du châssis oscillant 604. Les divers arbres à manivelle, coopérant avec le châssis 604 afin de constituer une liaison mécanique, sont entraînés à partir d'une source d'énergie d'entraînement appropriée afin d'appliquer un mouvement oscillatoire au châssis 604.
Dans la forme d'exécution illustrée, le mécanisme d'arbre à manivelle comprend trois arbres à manivelle 606 disposés d'une manière appropriée sur les fondations de manière à être entraînés simultanément. Chacun des arbres à manivelle 606 porte, à sa partie supérieure, un maneton 607 ayant une excentricité prédéterminée e et il est engagé sur un axe fixe 610 par l'intermédiaire d'un palier 609 logé dans la partie inférieure de l'arbre à manivelle 606.
Sur chaque arbre à manivelle 606, entre ses extrémités, est prévu un pignon conique 608 qui est connecté à une source d'énergie d'entraînement 615, telle qu'un moteur électrique, par l'intermédiaire d'un pignon conique associé 611, un arbre à pignons 612 et un arbre d'entraînement commun 613 connecté à l'arbre à pignons par l'intermédiaire d'une paire de pignons coniques. Une paire de pignons 614 interconnecte- l'arbre d'entraînement 613 et l'arbre du moteur, ainsi qu'il est illustré sur la fig. 19.
Il est clair que les arbres à manivelle 606 sont agencés de manière à être entraînés en phase les uns avec les autres, et qu'ils servent à appliquer un mouvement oscillatoire au châssis 604, tout en encaissant la force centrifuge des éléments oscillants. Il convient de noter cependant qu'aucune partie du poids des éléments oscillants n'est supportée par les arbres à manivelle 606.
Dans l'agencement ci-dessus, on voit que le châssis oscillant 604 portant la poche est supporté librement par des ensembles de billes d'acier 603 et qu'il peut être soumis à tout mouvement oscillatoire que l'on désire par l'intermédiaire du mécanisme à manivelle en étant commandé positivement par ce dernier.
Il est clair que tous les modes de réalisation qui ont été décrits ci-dessus sont construits de telle façon que la poche puisse être entraînée en rotation dans l'une ou l'autre direction et que le changement de direction de la rotation peut être effectué en commandant un moteur à courant alternatif triphasé par l'intermédiaire d'un commutateur approprié, lequel peut être du type à commande manuelle ou automatique suivant un certain programme.