EP1330402A1 - Dispositif de transfert de materiaux pulverulents, et application a l'alimentation d'un metal en fusion en materiau pulverulent - Google Patents

Dispositif de transfert de materiaux pulverulents, et application a l'alimentation d'un metal en fusion en materiau pulverulent

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EP1330402A1
EP1330402A1 EP01983649A EP01983649A EP1330402A1 EP 1330402 A1 EP1330402 A1 EP 1330402A1 EP 01983649 A EP01983649 A EP 01983649A EP 01983649 A EP01983649 A EP 01983649A EP 1330402 A1 EP1330402 A1 EP 1330402A1
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EP
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pipe
nozzle
powder
molten metal
under pressure
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EP01983649A
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Inventor
Thomas Issler
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Sotic Mecanique
Original Assignee
Sotic Mecanique
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Publication date
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    • B65G53/00—Conveying materials in bulk through troughs, pipes or tubes by floating the materials or by flow of gas, liquid or foam
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B65G53/34—Details
    • B65G53/58—Devices for accelerating or decelerating flow of the materials; Use of pressure generators

Definitions

  • the invention relates to an improved device, making it possible to optimize the transfer of pulverulent materials, of varying particle size. It also relates more specifically to the supply of powdered material under pressure to a pocket of a molten metal, for example intended for molding metal parts, and more specifically, aluminum.
  • This powder is generally of acidic pH, and is intended to be mixed with the molten metal to optimize the qualities required thereof depending on the parts to be produced.
  • the object of the invention is therefore first of all to propose a device making it possible to transfer pulverulent materials of variable particle size using a pressurized fluid. Furthermore, it is aimed at a device which makes it possible to overcome the various aforementioned drawbacks.
  • a device for the transfer of pulverulent materials comprising: M an enclosure in which the pulverulent material to be transferred is agitated and pressurized, enclosure at the lower end of which a pipe conveys said material in the direction of its destination ;
  • the invention consists first of all in giving the pipeline a particular profile, in particular in the form of a nozzle, known to impose on a flowing fluid an increase in its speed, this increase in speed being in further optimized by the orientation of the gas flow intended to ensure the progression of the pulverulent material.
  • the invention relates more specifically to the supply of powder under pressure to a bath of molten metal.
  • This device for supplying powder under pressure to a bath of molten metal comprising: “an enclosure, in which the powder is agitated and pressurized, enclosure at the lower end of which a pipe conveys the powder towards the molten metal bath; M an inlet for neutral gas, opening at the level of the pipe, and suitable for ensuring the progression of the powder towards said bath; is characterized in that at the neutral gas inlet, said pipe forms a nozzle, directed in the direction of flow of the powder, said nozzle opening into a second pipe, substantially of the same diameter as the first, and in that the arrival of neutral gas opens at the lower end of the first pipe, outside the nozzle, said gas entering the second pipe by means of a plurality of through orifices formed substantially in the same plane as the lower end of the nozzle, and oriented substantially parallel to the direction of flow of the powder.
  • the two pipes are secured to one another by means of rings.
  • One of the rings is also provided with two lateral orifices, diametrically distributed with respect to its generator, at the level of which the inlets of neutral gas terminate.
  • the device may have more than two inlets of neutral gas, and in this case, the ring in question is provided with as many lateral orifices.
  • Figure 1 is a side view of the installation according to the invention.
  • Figure 2 is a front view of the installation of Figure 1.
  • Figure 3 is a longitudinal sectional view of the device according to the invention.
  • Figure 4 is a schematic view partially showing the securing ring of two pipes, according to the invention.
  • Figure 5 is a bottom view of said ring.
  • FIG 1 a side view of the installation according to the invention.
  • This basically consists of a chassis (1) mounted on casters (2) to allow its movement, one or more of the rollers being provided with a braking system, in order to promote the stability of the together.
  • This alveolar distributor (6) is advantageously managed by means of a programmable automaton, the electrical cabinet of which is represented by the reference (11).
  • the pressure is in fact dependent on the flow rate, this being managed by means of variable flow valves (known under the name SMC), controlled in 0-10 volts by the programmable controller (11).
  • SMC variable flow valves
  • the gas arrives at the level of the ring (10) outside the nozzle (12), and is introduced at the level of the pipe (9) substantially at the same level as the 'lower end (13) of the nozzle.
  • the ring (10) is provided with a partition (19) perpendicular to the direction of flow of the powder, pierced on the one hand, with a central opening (23), in order to allow the introduction at this level of the lower end (13) of the nozzle (12), and on the other hand, peripheral through orifices (20), oriented parallel to said direction of flow, and intended to allow the passage of gas under pressure in the direction of the pipeline (9).
  • O-rings or lip seals (16), (17) and (18) are in place in order to ensure watertightness, in particular with respect to the neutral gas, and therefore of the entire installation.

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Abstract

Ce dispositif pour le transfert de matériaux pulvérulents, comprend: une enceinte (3), dans laquelle le matériau pulvérulent à transférer est agité et mis sous pression, enceinte l"extrémité inférieure (7) de laquelle une canalisation (8) achemine ledit matériau en direction de son lieu de destination; une arrivée de gaz (14, 15), et notamment d"air comprimé, débouchant au niveau de la canalisation (8), et propre à assurer la progression du matériau vers ledit lieu. Au niveau de l"arrivée de gaz (14, 15), ladite canalisation (8) forme une tuyère (12), dirigée dans le sens de l"écoulement du matériau, ladite tuyère débouchant dans une seconde canalisation (9), sensiblement de même diamètre que la première. L"arrivée de gaz (14, 15) débouche à l"extrémité inférieure de la première canalisation, à l"extérieur de la tuyère (12), ledit gaz s"introduisant dans la seconde canalisation (9) au moyen d"une pluralité d"orifices traversants (20) ménagés sensiblement dans le même plan que l"extrémité inférieure (13) de la tuyère (12), et orientés sensiblement parallèlement au sens d"écoulement du matériau pulvérulent.

Description

DISPOSITIF DE TRANSFERT DE MATERIAUX PULVERULENTS. ET APPLICATION A L'ALIMENTATION D'UN METAL EN FUSION EN MATERIAU PULVERULENT
L'invention concerne un dispositif perfectionné, permettant d'optimiser le transfert de matériaux pulvérulents, de granulométrie variée. Elle concerne en outre de manière plus spécifique l'alimentation en matériau pulvérulent sous pression d'une poche d'un métal en fusion, par exemple destiné au moulage de pièces métalliques, et plus spécifiquement, en aluminium.
Comme on le sait, le transfert de matériaux pulvérulents constitue un problème, compte tenu de la nature physique du matériau à transporter. Ce problème est même exacerbé, dès lors que la granulométrie dudit matériau n'est pas homogène. En effet, ces différences de granulométrie peuvent engendrer des bouchons locaux, affectant bien évidemment le transfert proprement dit.
Dans de nombreuses technologies mettant en œuvre les métaux, et notamment les fonderies d'aluminium, on fait appel, afin d'augmenter les qualités de l'aluminium, tant sur le plan porosité que sur le plan mécanique, à l'intégration d'une poudre sous pression, de granulométrie variable typiquement comprise entre quelques dixièmes et 5 à 10 millimètres.
Cette poudre est généralement de pH acide, et est destinée à être mélangée au métal fondu pour optimiser les qualités requises de celui-ci en fonction des pièces à réaliser.
Pendant longtemps, l'intégration de la poudre au métal fondu se faisait de manière empirique et manuellement, notamment au moyen de récipients en forme de louche de relativement grandes dimensions, qui ne permettaient pas une reproductibilité des adjonctions ainsi effectuées, et donc conduisait à des pièces finales de qualité non homogène. Par ailleurs, la mise en œuvre d'une louche au niveau de bains de métaux en fusion rend la protection humaine très précaire, et conduit à de nombreux accidents, et notamment des brûlures.
On a alors proposé des installations automatiques permettant racheminement de ladite poudre sous pression à partir d'un réceptacle au moyen de canalisations appropriées, le transport de ladite poudre s'effectuant sous pression d'un gaz neutre, notamment l'argon. Pour autant, eu égard aux caractéristiques de la poudre, et notamment, compte-tenu de sa granulométrie très inhomogène, on aboutit pas à une progression satisfaisante de celle-ci dans les canalisations, et partant, on ne dispose pas au niveau du métal fondu, de la quantité requise, ni au niveau de la pièce définitive à réaliser, de la qualité prescrite.
L'objet de l'invention est donc tout d'abord, de proposer un dispositif permettant de transférer des matériaux pulvérulents de granulométrie variable à l'aide d'un fluide sous pression. Par ailleurs, elle vise un dispositif qui permette, de s'affranchir des différents inconvénients précités.
Elle propose un dispositif pour le transfert de matériaux pulvérulents, comprenant : M une enceinte dans laquelle le matériau pulvérulent à transférer est agité et mis sous pression, enceinte à l'extrémité inférieure de laquelle une canalisation achemine ledit matériau en direction de son Heu de destination ;
M une arrivée de gaz, et notamment d'air comprimé, débouchant au niveau de la canalisation, et propre à assurer la progression du matériau vers ledit lieu.
Ce dispositif se caractérise en ce qu'au niveau de l'arrivée de gaz, ladite canalisation forme une tuyère, dirigée dans le sens de l'écoulement du matériau, ladite tuyère débouchant dans une seconde canalisation, sensiblement de même diamètre que la première, et en ce que l'arrivée de gaz débouche à l'extrémité inférieure de la première canalisation, à l'extérieur de la tuyère, ledit gaz s 'introduisant dans la seconde canalisation au moyen d'une pluralité d'orifices traversants ménagés sensiblement dans le même plan que l'extrémité inférieure de la tuyère, et orientés sensiblement parallèlement au sens d'écoulement du matériau pulvérulent.
En d'autres termes, l'invention consiste tout d'abord à conférer à la canalisation un profil particulier, notamment sous forme de tuyère, connue pour imposer à un fluide en écoulement une augmentation de sa vitesse, cette augmentation de la vitesse étant en outre optimisée de par l'orientation du flux gazeux destiné à assurer la progression du matériau pulvérulent.
Selon une caractéristique de l'invention, le dispositif comporte deux amenées de gaz, réparties de manière diamétrale par rapport à la canalisation. En outre, la solidarisation de la première et de la seconde canalisations est obtenue au moyen d'une bague, au niveau de laquelle aboutissent les canalisations d'arrivée de gaz.
Comme déjà dit, l'invention vise de manière plus spécifique l'alimentation en poudre sous pression d'un bain de métal fondu.
Ce dispositif d'alimentation en poudre sous pression d'un bain de métal fondu, comprenant : « une enceinte, dans laquelle la poudre est agitée et mise sous pression, enceinte à l'extrémité inférieure de laquelle une canalisation achemine la poudre en direction du bain de métal fondu ; M une arrivée de gaz neutre, débouchant au niveau de la canalisation, et propre à assurer la progression de la poudre vers ledit bain ; se caractérise en ce qu'au niveau de l'arrivée de gaz neutre, ladite canalisation forme une tuyère, dirigée dans le sens de l'écoulement de la poudre, ladite tuyère débouchant dans une seconde canalisation, sensiblement de même diamètre que la première, et en ce que l'arrivée de gaz neutre débouche à l'extrémité inférieure de la première canalisation, à l'extérieur de la tuyère, ledit gaz s'introduisant dans la seconde canalisation au moyen d'une pluralité d'orifices traversants ménagés sensiblement dans le même plan que l'extrémité inférieure de la tuyère, et orientés sensiblement parallèlement au sens d'écoulement de la poudre.
Selon l'invention, les deux canalisations sont solidarisées l'une à l'autre au moyen de bagues. L'une des bagues est en outre munie de deux orifices latéraux, diamétralement répartis par rapport à sa génératrice, au niveau desquels aboutissent les arrivées de gaz neutre. Bien évidemment, le dispositif peut comporter plus que deux arrivées de gaz neutre, et dans cette hypothèse, la bague en question est munie d'autant d'orifices latéraux.
Par ailleurs, ladite bague comporte une cloison, orientée perpendiculairement par rapport au sens d'écoulement de la poudre, et percée d'une part, d'un orifice central, afin de permettre l'introduction à ce niveau de l'extrémité inférieure de la tuyère, et d'autre part, des orifices traversants, périphériques par rapport à l'orifice central, et orientés parallèlement audit sens d'écoulement, et destinés à permettre le passage du gaz sous pression en direction de la canalisation. Selon l'invention, ce dispositif est plus particulièrement destiné aux fonderies d'aluminium.
La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit, donné à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées.
La figure 1 est une vue latérale de l'installation conforme à l'invention. La figure 2 est une vue frontale de l'installation de la figure 1. La figure 3 est une vue en section longitudinale du dispositif conforme à l'invention. La figure 4 est une vue schématique représentant partiellement la bague de solidarisation de deux canalisations, conformément à l'invention. La figure 5 est une vue du dessous de ladite bague.
L'invention est plus particulièrement décrite en relation avec un dispositif d'alimentation d'un bain de métal liquide en un matériau pulvérulent. Pour autant, elle ne saurait être limitée à cette seule application, et tout dispositif de transfert de matériau pulvérulent est également couvert par la présente invention.
On a représenté sur la figure 1, une vue latérale de l'installation conforme à l'invention. Celle-ci est fondamentalement constituée d'un châssis (1) monté sur roulettes (2) afin de permettre son déplacement, l'une ou plusieurs des roulettes étant munies d'un système de freinage, en vue de favoriser la stabilité de l'ensemble.
Ce châssis tabulaire ou métallique (1) reçoit une enceinte (3), en l'espèce de forme tronconique, au sein de laquelle est stockée la poudre de pH acide à incorporer dans le métal fondu, par exemple de l'aluminium.
Cette poudre, non représentée, est agitée au moyen d'un agitateur (5) à pales, mu par un moteur électrique, également non représenté. Cette enceinte (3) est munie d'une trappe d'accès et de remplissage, positionnée sur sa face supérieure, et susceptible d'être obturée au moyen d'un couvercle étanche (4), afin de pouvoir maintenir la poudre sous pression. L'extrémité inférieure (7) de la cuve (3), de diamètre plus réduit, se prolonge par une première canalisation (8), de diamètre déterminé. Néanmoins, et avantageusement, on intercale entre l'extrémité inférieure (7) et la première canalisation (8) un distributeur alvéolaire (6), destiné à calibrer de manière connue et déterminée, la quantité de poudre à injecter dans le métal fondu. De tels distributeurs alvéolaires sont en eux- mêmes bien connus, de sorte qu'il n'y a pas Heu de les décrire ici plus en détail.
Ils sont constitués d'alvéoles, semi-cyHndriques, réalisés en l'espèce en polytétrafluoroéthylène (Téflon - Marque déposée), la quantité requise étant assurée par rapport à la chemise extérieure cylindrique en acier inoxydable. Ainsi, en fonction de la vitesse de rotation du distributeur alvéolaire (6), on aboutit à un dosage connu et reproductible de la poudre dans le métal fondu.
Ce distributeur alvéolaire (6) est avantageusement géré au moyen d'un automate programmable, dont on a représenté par la référence (11), l'armoire électrique.
Selon une caractéristique de l'invention, et tel qu'on peut bien l'observer sur la figure 3, l'extrémité inférieure de la première canaHsation (8) se termine par une tuyère (12), dont la propre extrémité inférieure (13) aboutit dans une seconde canahsation (9), de diamètre identique ou sensiblement identique à celui de la canaHsation (8). Ces deux canalisations sont solidarisées l'une à l'autre au moyen de deux bagues (10, 22), ainsi qu'on peut bien l'observer sur la figure 3. Cette tuyère, ainsi que déjà dit, permet d'augmenter la vitesse d'écoulement de la poudre à ce niveau, et partant dans la canaHsation (9).
ParaUèlement, aboutissent au niveau de la bague (10) deux canaHsations (14) et (15) d'arrivée de gaz neutre, notamment d'argon, sous pression déterminée. A cet effet, la bague (10) est munie de deux orifices latéraux, diamétralement répartis par rapport à sa génératrice, au niveau desquels aboutissent les canaHsations de gaz neutre (14, 15).
La pression est en fait dépendante du débit, celui-ci étant géré au moyen de vannes de débit variable (connu sous la dénomination SMC), pilotées en 0 - 10 volts par l'automate programmable (11). Comme on peut l'observer sur la figuré 3, le gaz arrive au niveau de la bague (10) à l'extérieur de la tuyère (12), et est introduit au niveau de la canaHsation (9) sensiblement au même niveau que l'extrémité inférieure (13) de la tuyère. Pour ce faire, la bague (10) est pourvue d'une cloison (19) perpendiculaire au sens d'écoulement de la poudre, percée d'une part, d'un orifice central (23), afin de permettre l'introduction à ce niveau de l'extrémité inférieure (13) de la tuyère (12), et d'autre part, d'orifices traversants périphériques (20), orientés parallèlement audit sens d'écoulement, et destinés à permettre le passage du gaz sous pression en direction de la canaHsation (9).
On a représenté, sur la figure 5, une vue du dessous de ladite bague (10), dans lequel six de ces orifices (20) ont été représentés. Bien évidemment, le nombre indiqué est purement exemplatif et nullement limitatif.
La canaHsation (9) est fixée à la canaHsation (8) par le biais d'une bague (22) rapportée sur la bague (10) au moyen de vis insérées dans des orifices taraudés ou filetés (21), ménagés au sein de la bague (10).
Parallèlement, des joints toriques ou à lèvre (16), (17) et (18) sont is en place afin d'assurer l'étancheité, notamment vis à vis du gaz neutre, et donc de l'ensemble de l'installation.
L'expérience démontre que, de par l'orientation particulière du flux gazeux, et la mise en place de cette tuyère, on aboutit à une progression beaucoup plus aisée de la poudre au sein de la canalisation, et partant, à un cahbrage plus précis lors de son introduction dans le métal fondu.
Par auteurs, on a également pu montrer que ce dispositif particulier s'avérait tout particuhèrement adapté au transfert de matériaux pulvérulents, susceptibles de se présenter selon une granulométrie variée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif pour le transfert de matériaux pulvérulents, comprenant :
• une enceinte (3), dans laqueUe le matériau pulvérulent à transférer est agité et mis sous pression, enceinte à l'extrémité inférieure (7) de laquelle une canaHsation (8) achemine ledit matériau en direction de son Heu de destination ; i une arrivée de gaz (14, 15), et notamment d'air comprimé, débouchant au niveau de la canalisation (8), et propre à assurer la progression du matériau vers ledit Heu ; caractérisé en ce qu'au niveau de l'arrivée de gaz (14, 15), ladite canalisation (8) forme une tuyère (12), dirigée dans le sens de l'écoulement du matériau, ladite tuyère débouchant dans une seconde canaHsation (9), sensiblement de même diamètre que la première, et en ce que l'arrivée de gaz (14, 15) débouche à l'extrémité inférieure de la première canalisation, à l'extérieur de la tuyère (12), ledit gaz s'introduisant dans la seconde canalisation (9) au moyen d'une pluraHté d'orifices traversants (20) ménagés sensiblement dans le même plan que l'extrémité inférieure (13) de la tuyère (12), et orientés sensiblement parallèlement au sens d'écoulement du matériau pulvérulent.
2. Dispositif de transfert de matériaux pulvérulents selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux arrivées de gaz (14, 15), réparties de manière diamétrale par rapport à la canalisation (8).
3. Dispositif de transfert de matériaux pulvérulents selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les deux canaHsations (8, 9) sont soHdarisées l'une à l'autre au moyen de bagues (10, 22).
4. Dispositif de transfert de matériaux pulvérulents selon la revendication 3, caractérisé en ce que la bague (10) est munie de deux orifices latéraux, diamétralement répartis par rapport à sa génératrice, au niveau desquels aboutissent les arrivées de gaz (14, 15).
5. Dispositif de transfert de matériaux pulvérulents selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que la bague (10) comporte une cloison (19), orientée perpendiculairement par rapport au sens d'écoulement des matériaux pulvérulents, et percée d'une part, d'un orifice central (23), afin de permettre l'introduction à ce niveau de l'extrémité inférieure (13) de la tuyère (12), et d'autre part, des orifices traversants (20), périphériques par rapport à l'orifice central (23), et orientés parallèlement audit sens d'écoulement, et destinés à permettre le passage du gaz sous pression en direction de la canaHsation (9).
6. Dispositif de transfert de matériaux pulvérulents selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte, entre l' extrémité inférieure (7) de l'enceinte (3) et la bague (10) un distributeur alvéolaire (6), destiné à délivrer des quantités calibrées et définies desdits matériaux.
7. Dispositif de transfert de matériaux pulvérulents selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il est géré par un automate programmable.
8. Dispositif d'alimentation en poudre sous pression d'un bain de métal fondu, comprenant :
M une enceinte (3), dans laquelle la poudre est agitée et mise sous pression, enceinte à l'extrémité inférieure (7) de laquelle une canalisation (8) achemine la poudre en direction du bain de métal fondu ; • une arrivée de gaz neutre, débouchant au niveau de la canaHsation (8), et propre à assurer la progression de la poudre vers ledit bain ; caractérisé en ce qu'au niveau de l'arrivée de gaz neutre, ladite canaHsation (8) forme une tuyère (12), dirigée dans le sens de l'écoulement de la poudre, ladite tuyère (12) débouchant dans une seconde canaHsation (9), sensiblement de même diamètre que la première, et en ce que l'arrivée (14, 15) de gaz neutre débouche à l'extrémité inférieure de la première canalisation (8), à l'extérieur de la tuyère (12), ledit gaz s'introduisant dans la seconde canalisation (9) au moyen d'une pluralité d'orifices traversants (20) ménagés sensiblement dans le même plan que l'extrémité inférieure (13) de la tuyère (12), et orientés sensiblement parallèlement au sens d'écoulement de la poudre;
9. Dispositif d' alimentation en poudre sous pression d'un bain de métal fondu selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte "deux arrivées de gaz (14, 5), réparties de manière diamétrale par rapport à la canaHsation.
10. Dispositif d'alimentation en poudre sous pression d'un bain de métal fondu selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que les deux canaHsations (8, 9) sont solidarisées l'une à l'autre au moyen de bagues (10, 22).
11. Dispositif d'aHmentation en poudre sous pression d'un bain de métal fondu selon la revendication 10, caractérisé en ce que la bague (10) est munie de deux orifices latéraux, diamétralement répartis par rapport à sa génératrice, au niveau desquels aboutissent les arrivées de gaz neutre (14, 15).
12. Dispositif d'alimentation en poudre sous pression d'un bain de métal fondu selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que la bague (10) comporte une cloison (19), orientée perpendiculairement par rapport au sens d'écoulement de la poudre, et percée d'une part, d'un orifice central (23), afin de permettre l'introduction à ce niveau de l'extrémité inférieure (13) de la tuyère (12), et d'autre part, des orifices traversants (20), périphériques par rapport à l'orifice central (23), et orientés parallèlement audit sens d'écoulement, et destinés à permettre le passage du gaz sous pression en direction de la canalisation (9).
13. Dispositif d'aHmentation en poudre sous pression d'un bain de métal fondu selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce qu'il est plus particulièrement destiné aux fonderies d'aluminium.
14. Dispositif d'alimentation en poudre sous pression d'un bain de métal fondu selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte, entre l'extrémité inférieure (7) de l'enceinte (3) et la bague (10) un distributeur alvéolaire (6), destiné à déhvrer des quantités caHbrées et définies de poudre au niveau du bain de métal fondu.
15. Dispositif d'alimentation en poudre sous pression d'un bain de métal fondu selon l'une des revendications 8 à 14, caractérisé en ce qu'il est géré par un automate programmable.
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