EP4698506A1 - Grain fondu à base d'alumine - Google Patents

Grain fondu à base d'alumine

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EP4698506A1
EP4698506A1 EP25739587.1A EP25739587A EP4698506A1 EP 4698506 A1 EP4698506 A1 EP 4698506A1 EP 25739587 A EP25739587 A EP 25739587A EP 4698506 A1 EP4698506 A1 EP 4698506A1
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grain
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Helena KAPER
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Saint Gobain Centre de Recherche et dEtudes Europeen SAS
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Abstract

L'invention concerne un grain fondu présentant - une composition chimique telle que, en pourcentages massiques sur la base des oxydes : 0,30% ≤ MgO ≤ 2,30%, Cr2O3 < 0,2%, Na2O < 0,1%, Oxydes autres que MgO, Cr2O3, Na2O et Al2O3 < 1,5%, Al2O3 : complément à 100%; - une composition cristallographique caractérisée par un diagramme de diffraction X présentant un premier pic dans le domaine angulaire 29 compris entre 17° et 18° et, optionnellement, un deuxième pic dans le domaine angulaire 29 compris entre 43° et 44°, ou « pic de phase corindon », chaque pic ayant une surface respective, en coups x degrés, le rapport RI de la surface du premier pic sur la somme de la surface du premier pic et de la surface du pic de phase corindon étant supérieur à 0,02.

Description

Description
Titre : Grain fondu à base d’alumine
Domaine technique
La présente invention concerne un grain fondu à base d’alumine, un mélange de dits grains ainsi qu’un procédé de fabrication d’un dit mélange de grains et un outil abrasif comportant un dit mélange de grains. L’invention concerne encore des utilisations de grains selon l’invention pour abraser une surface en un acier dur.
Art antérieur
On classe généralement les outils abrasifs selon le conditionnement de leurs grains abrasifs : abrasifs libres (poudres des grains non fixés à un support, utilisés en projection ou en suspension), abrasifs appliqués (support de type toiles ou papiers, sur lesquels les grains sont disposés sur quelques couches) et abrasifs agglomérés (meules circulaires, de bâtons, etc.).
Dans les abrasifs agglomérés, les grains abrasifs sont pressés avec un liant organique ou vitreux, classiquement un liant constitué d’oxydes, essentiellement silicaté. Les grains abrasifs doivent présenter eux-mêmes de bonnes propriétés mécaniques à l’abrasion, et présenter une bonne cohésion mécanique avec le liant, c'est-à-dire que l’interface avec le liant doit être solide.
Parmi les grains abrasifs, on distingue les grains fondus et les grains frittés, qui présentent des microstructures différentes. Les problèmes posés par les grains frittés et par les grains fondus, et les solutions techniques adoptées pour les résoudre, sont donc généralement différents. Une composition mise au point pour fabriquer un grain fondu n'est donc pas a priori utilisable pour fabriquer un grain fritté présentant les mêmes propriétés, et réciproquement.
Dans la gamme des grains fondus, les matériaux à base d’alumine et de zircone sont connus depuis US-A-3, 181,939. Ces grains sont généralement composés de 10 à 60% de zircone, de 0 à 10% d’un additif, le complément étant l’alumine. En pratique, le taux de zircone des produits du commerce se situe soit autour de 25%, soit autour de la valeur de l’eutectique alumine-zircone située à environ 42% de zircone, généralement entre 35 et 50%, comme décrit dans le brevet US-A-3, 891, 408. US-A-4,457,767 décrit également des grains fondus. A titre d'exemple, on peut citer les grains commercialisés par la Société Saint-Gobain (France) sous l’appellation NZPlus®. Ces grains contiennent typiquement 39 % en masse de zircone et 0,8 % de Y2O3, moins de 0,5 % d’impuretés, le complément étant de l’alumine. Des mélanges de ces grains sont largement utilisés pour les abrasifs appliqués ou pour les meules abrasives à liant organique, notamment dans des opérations à taux d’enlèvement de matière élevés (dégrossissage, tronçonnage...), notamment sur acier inox.
Le Demandeur a développé de nombreux types de grains abrasifs fondus à base d’alumine comportant de la magnésie MgO.
Il a en particulier développé des grains alumineux fondus et refroidis lentement, appelés MA88K, commercialisés par la société Saint-Gobain Speciality Grains and Powders, ou des grains fondus à base de corindon décrits dans FR2853898A1, qui comportent entre 1,5% et 6,5% de MgO, ou dans W02004/094554, qui comportent entre 2,2% et 6,5% de MgO, en pourcentage en masse sur la base des oxydes. Ces derniers grains sont fabriqués par fusion de matières premières. La matière fondue est ensuite refroidie rapidement pour favoriser l’obtention de structures fines et orientées, par exemple au moyen d’un dispositif de coulée entre plaques minces métalliques tel que celui présenté dans le brevet US-A- 3,993,119. Le matériau refroidi est enfin broyé, par exemple au moyen de broyeurs à rouleaux, puis tamisé et classifié en séries de distributions granulométriques, ou « grits », répondant à des normes précises, par exemple FEPA.
Le Demandeur a aussi développé des grains, décrits dans la demande WO2023111156, qui comportent une teneur en MgO de 2,5% à 5,8%, mais aussi 0,2% à 4,5% de C Oa, ce qui augmente le coût de fabrication.
Le Demandeur a encore développé des grains qui comportent une teneur en MgO de 4,8% à 7,2%, décrits dans la demande co-pendante FR2306000. Avantageusement, à la différence des grains décrits dans WO2023111156, ces grains ne comportent sensiblement pas de C Oa. Ces grains nécessitent un traitement thermique supplémentaire de calcination pour l’abrasion d’un acier dur. Enfin leur teneur en MgO est élevée, ce qui rend plus délicate la fabrication des grains et augmente leur coût.
Le Demandeur a encore développé des grains alumineux fondus recouverts au moins partiellement par un revêtement comportant de la silice. L’ajout d’un revêtement comportant de la silice augmente également le coût de fabrication. Il existe un besoin permanent d’améliorer des grains abrasifs ne comportant sensiblement pas de Cr2O3 et présentant, pour l’abrasion d’une surface en acier dur, un rendement supérieur à celui des grains de l’art antérieur et une énergie spécifique sensiblement égale ou inférieure à celle des grains de l’art antérieur.
Un but de l’invention est de répondre, au moins partiellement, à ce besoin.
Résumé de l’invention
Selon un premier aspect principal de l’invention, on atteint ce but au moyen d’un grain fondu présentant :
- une composition chimique telle que, en pourcentages massiques sur la base des oxydes :
0,30% < MgO < 2,30%,
Cr2O3 < 0,2%,
Na2O < 0,1%,
Oxydes autres que MgO, Cr2O3, Na2O et A12O3 < 1,5%,
A12O3 : complément à 100% ;
- une composition cristallographique caractérisée par un diagramme de diffraction X présentant un premier pic dans le domaine angulaire 29 compris entre 17° et 18° et, optionnellement, un deuxième pic dans le domaine angulaire 29 compris entre 43° et 44°, ou « pic de phase corindon », chaque pic ayant une surface respective, la surface étant en coups x degrés (coups fois degrés), le rapport RI de la surface du premier pic sur la somme de la surface du premier pic et de la surface du pic de phase corindon étant supérieur à 0,02.
Ce rapport RI est désigné par « signature DRX1 ».
Les performances obtenues avec des grains fondus selon le premier aspect de l’invention se sont avérées exceptionnelles.
Sans être liés par cette théorie, les inventeurs ont découvert que la signature DRX1 ci- dessus, qui semble correspondre à la présence d’une phase cristallisée comportant les éléments aluminium, magnésium et oxygène et présentant, sur un diagramme de diffraction X, un pic de diffraction dont l’intensité maximale se situe dans un domaine angulaire 29 compris entre 17° et 18°, et un pic de diffraction dont l’intensité maximale se situe dans un domaine angulaire 29 compris entre 21,3° et 22,2°, combinée à une teneur réduite en Na2O, conduit à des performances remarquables, en dépit d’une faible teneur en CriOa, et sans qu’il soit nécessaire de recouvrir au moins partiellement ces grains d’un revêtement comportant de la silice.
Cette découverte s’est faite de manière inattendue. Les inventeurs ont en effet d’abord été surpris de constater que certains grains présentaient des performances nettement supérieures à celles d’autres grains présentant la même composition chimique. C’est ensuite en comparant les diagrammes de diffraction X qu’ils ont constaté que les grains les plus performants présentaient tous la signature DRX1 selon l’invention, à la différence des autres grains.
En outre, les grains abrasifs sont avantageusement utilisables à la fois pour l’abrasion d’un acier dur et d’un acier inox.
En poursuivant leurs recherches, les inventeurs ont examiné la corrélation éventuelle entre le diagramme de diffraction X d’un grain et ses performances. Ils ont ainsi découvert que la signature DRX1 des grains selon l’invention pouvait être obtenue par une « stabilisation » du bain de matière en fusion, avant solidification par refroidissement. Par « stabilisation », on entend que la matière en fusion doit avoir reçu une quantité minimale d’énergie avant d’être refroidie.
Des essais ont montré que la mise en œuvre d’un procédé de fusion en mode semi-continu permet avantageusement d’augmenter simplement la quantité d’énergie fournie à la matière en fusion en multipliant le nombre de coulées.
La stabilisation résulte de préférence de la mise en œuvre d’un procédé de fusion en mode semi-continu. Ce procédé comporte de préférence une pluralité de cycles, chaque cycle consistant à remplacer une partie du bain de matière en fusion, de préférence une partie du bain de matière en fusion représentant plus de 5%, de préférence plus de 10% et/ou moins de 35%, de préférence moins de 30% en masse du bain, par une nouvelle charge de départ. La masse de cette nouvelle charge de départ est de préférence égale à la masse de la partie du bain de matière en fusion extraite de la cuve. Sans être liés par cette théorie, les inventeurs considèrent que la stabilisation conduit à un mélange particulièrement intime des constituants, et en particulier de la magnésie. Selon les inventeurs, un tel mélange intime ne peut être obtenu lors de la préparation habituelle de la charge de départ à l’origine du bain.
L’énergie électrique spécifique minimale dépend classiquement de la composition du bain et du four de fusion utilisé. Pour une composition donnée, un nombre de cycles et un four donné, de simples essais permettent de déterminer la quantité minimale d’énergie à apporter aux charges de départ pour obtenir la stabilisation , jusqu’à constater l’apparition de la signature DRX1. Pour augmenter la quantité d’énergie électrique spécifique, la durée d’apport d’énergie électrique, mesurée entre l’alimentation du four avec une nouvelle charge de départ et la coulée partielle du bain de matière en fusion résultant de la fusion de ladite charge de départ, peut également être augmentée.
En particulier de manière surprenante, les inventeurs ont constaté que la stabilisation du bain de matière en fusion conduit à des performances supérieures à celles de l’exemple 1 de W02004/094554 réalisé sans stabilisation pour des teneurs en MgO sensiblement identiques, comme illustré par les exemples 4 et 5 ci-dessous.
Un grain fondu selon le premier aspect principal de l’invention peut encore présenter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes :
- MgO > 0,40%, de préférence MgO > 0,60%, de préférence MgO > 0,70% ;
- MgO < 1,60%, de préférence MgO < 1,30%, de préférence MgO < 0,85% ;
- &2O3 < 0,15%, de préférence &2O3 < 0,10% de préférence &2O3 < 0,05% ;
- Na2Û < 0,08%, de préférence Na2Û < 0,05% ;
- la teneur en oxydes autres que MgO, C O?, NajO et AI2O3 est inférieure à 1,4%, de préférence inférieure à 1,0%, de préférence inférieure à 0,4% ;
- SiÛ2 < 0,3%, de préférence SiÛ2 < 0,1%, en pourcentages massiques sur la base des oxydes ;
- CaO < 0,1%, de préférence CaO < 0,08%, en pourcentages massiques sur la base des oxydes ;
- la teneur en oxydes est supérieure à 96%, en pourcentages en masse sur la base de la masse du grain fondu ;
- le rapport RI est supérieur ou égal à 0,05, de préférence supérieur ou égal à 0,08 ;
- le rapport RI est inférieur ou égal à 0,95 ;
- le grain fondu n’est pas revêtu, même partiellement, d’un revêtement comportant de la silice.
Au-delà du seuil de 2,30%, les inventeurs ne sont plus parvenus à obtenir les propriétés avantageuses des grains décrits précédemment. Cependant, en poursuivant les investigations, ils ont découvert qu’une deuxième signature DRX2 pouvait être associée à des propriétés avantageuses. Selon un deuxième aspect principal de l’invention, l’invention porte ainsi sur un grain fondu présentant :
- une composition chimique telle que, en pourcentages massiques sur la base des oxydes :
2,30% < MgO < 4,80%,
Cr2O3 < 0,2%,
Na2O < 0,1%,
Oxydes autres que MgO, Cr2O3, Na2O et A12O3 < 1,5%, A12O3 : complément à 100% ;
- une composition cristallographique caractérisée par un diagramme de diffraction X présentant un « pic de référence » dans le domaine angulaire 29 compris entre 18,1° et 20,1°, un premier pic dans le domaine angulaire 29 compris entre 12,3° et 13,8° et, optionnellement, un deuxième pic dans le domaine angulaire 29 compris entre 25,2° et 25,8°, ou « pic de phase corindon », chaque pic ayant une hauteur respective, en nombre de coups, le rapport R2 de la hauteur du premier pic sur la hauteur du pic de référence étant supérieur à 0,2 et le rapport R3 de la hauteur du pic de phase corindon sur la hauteur du pic de référence étant inférieur à 2.
Les rapports R2 et R3 sont désignés ensemble par « signature DRX2 ».
Cette deuxième signature peut être obtenue par une calcination des grains à une température comprise entre 750°C et 1225°C.
Les inventeurs ont découvert qu’il n’est pas nécessaire que la calcination soit à haute température, typiquement à plus de 1250°C pour obtenir l’amélioration maximale des performances.
Combinée à une teneur réduite en Na2O, cette deuxième signature est associée à des performances remarquables, en dépit d’une faible teneur en Cr2O3, et sans qu’il soit nécessaire de recouvrir au moins partiellement ces grains d’un revêtement comportant de la silice.
Un grain fondu selon le deuxième aspect principal de l’invention peut encore présenter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes :
- MgO > 2,50%, de préférence MgO > 2,70%, de préférence MgO > 2,80% ;
- MgO < 4,50%, de préférence MgO < 4,20%, de préférence MgO < 4,10% ; - C CL < 0,15%, de préférence C CL < 0,10% de préférence &2O3 < 0,05% ;
- Na2<3 < 0,08%, de préférence Na2<3 < 0,05% ;
- la teneur en oxydes autres que MgO, &2O3, Na2<D et AI2O3 est inférieure à 1,4%, de préférence inférieure à 1,0%, de préférence inférieure à 0,4% ;
- SiC>2 < 0,3%, de préférence SiCL < 0,1%, en pourcentages massiques sur la base des oxydes ;
- CaO < 0,1%, de préférence CaO < 0,08%, en pourcentages massiques sur la base des oxydes ;
- la teneur en oxydes est supérieure à 96%, en pourcentages en masse sur la base de la masse du grain fondu ;
- le rapport R2 est supérieur à 0,25, de préférence supérieur à 0,3 ;
- le rapport R2 est inférieur à 1,0, de préférence inférieur à 0,8 ;
- le rapport R3 est inférieur à 1,8, de préférence inférieur à 0,5 ;
- le grain fondu n’est pas revêtu, même partiellement, d’un revêtement comportant de la silice.
L’invention concerne encore un mélange de grains comportant, en pourcentage massique, plus de 80% de grains fondus selon le premier aspect de l’invention ou selon le deuxième aspect de l’invention ou de grains fondus choisis parmi des grains fondus selon le premier aspect principal de l’invention et des grains fondus selon le deuxième aspect principal de l’invention.
L’invention concerne également un procédé de fabrication d'un mélange de grains fondus selon l’invention, ledit procédé comprenant les étapes successives suivantes : a) mélange de matières premières de manière à former une charge de départ adaptée à la fabrication dudit mélange de grains, b) fusion, de préférence en milieu réducteur, de ladite charge de départ jusqu’à obtention d’une matière en fusion, c) refroidissement de ladite matière en fusion de manière à la solidifier entièrement en moins de 3 minutes, et obtenir une masse solide, ladite masse solide issue de l’étape c) étant broyée lors d’une étape d) de manière à obtenir un mélange particulaire si elle ne se présente pas sous la forme d’un mélange particulaire.
Un procédé de fabrication selon l’invention peut encore présenter une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes : - à l’étape b), on apporte une énergie suffisante pour que la masse solide présente la signature DRX1 ;
- le procédé comporte, postérieurement à l’étape c), en particulier pour obtenir la signature DRX2, une étape suivante : f) calcination de la masse solide et/ou du mélange particulaire, avant ou après une réduction granulométrique optionnelle, à une température supérieure ou égale à 750°C et inférieure ou égale à 1225°C ;
- la masse solide issue de l’étape c) est broyée lors d’une étape d), avant ou après l’étape f), de manière à se présenter sous la forme d’un mélange particulaire, le procédé comportant de préférence une étape e) de sélection granulométrique appliquée au mélange particulaire ;
- le procédé comporte une dite étape e), l’étape d) et l’étape e) étant réalisées de préférence avant l’étape f) ;
- à l’étape f), la température de calcination est supérieure ou égale à 800°C et inférieure ou égale à 1200°C, de préférence supérieure ou égale à 950°C et inférieure ou égale à
1150°C, et/ou la température de calcination est maintenue pendant une durée supérieure ou égale à 30 minutes, de préférence supérieure ou égale à 2 heures.
L’étape b) n’est avantageusement pas indispensable pour fabriquer des grains selon le deuxième aspect principal de l’invention.
L’étape f) n’est avantageusement pas indispensable pour fabriquer des grains selon le premier aspect principal de l’invention.
Dans un mode de réalisation, une étape f) est cependant prévue dans un procédé adapté pour fabriquer des grains selon le premier aspect principal de l’invention, en particulier après avoir apporté, à l’étape b), une énergie suffisante pour que la masse solide présente la signature DRX1.
L'invention concerne encore un outil abrasif comportant des grains liés par un liant et agglomérés, par exemple sous forme d’une meule, ou déposés sur un support, par exemple une bande ou un disque, cet outil étant remarquable en ce qu'au moins une partie, de préférence plus de 20%, de préférence plus de 30%, de préférence plus de 40%, de préférence plus de 50%, de préférence plus de 70%, de préférence plus de 80%, de préférence plus de 90%, en pourcentage massique, de préférence la totalité desdits grains sont conformes à l'invention et/ou fabriqués suivant un procédé selon l’invention. L'outil abrasif peut être une meule, et en particulier une meule de rectification, une meule de précision, une meule d'affûtage, une meule de tronçonnage, une meule de taillage dans la masse, une meule d'ébarbage ou de dégrossissage, une meule d'entraînement, une meule portable, une meule pour fonderies, une meule à forets, une meule sur tige, une meule cylindrique, à cônes, à disques ou à segments.
L’invention concerne encore un procédé de traitement d’une surface en un acier dur, ledit procédé comportant une opération d’abrasion de ladite surface avec un mélange de grains selon l’invention ou fabriqués selon un procédé de fabrication selon l’invention, ledit procédé étant adapté pour obtenir la signature DRX1 et/ou la signature DRX2.
De préférence, un procédé de traitement selon l’invention comporte
- une fabrication d’un mélange de grains selon l’invention, de préférence suivant un procédé de fabrication selon l’invention adapté pour obtenir la signature DRX1 et/ou la signature DRX2, puis
- une opération d’abrasion de ladite surface avec ledit mélange de grains, de préférence après mise du mélange de grains sous la forme d’un outil abrasif selon l’invention.
Les inventeurs ont par ailleurs découvert que les grains selon l’invention sont particulièrement efficaces pour l’abrasion d’un acier dur.
Ce résultat est d’autant plus surprenant que les inventeurs ont constaté que la présence de MgO conduit à une diminution très nette de la teneur en corindon dans les grains selon l’invention, alors qu’en règle générale, on considère qu’il est nécessaire, pour usiner une surface en acier dur, d’utiliser un grain fondu à base de corindon.
L’invention concerne ainsi encore l’utilisation d’un mélange de grains selon l’invention ou fabriqués selon un procédé de fabrication selon l’invention, ledit procédé étant adapté pour obtenir la signature DRX1 et/ou la signature DRX2, pour abraser une surface en acier dur.
L’invention concerne en particulier un kit comportant :
- un mélange de grains selon l’invention ou fabriqués selon un procédé de fabrication selon l’invention, ledit procédé étant adapté pour obtenir la signature DRX1 et/ou la signature DRX2, et - un document précisant que le mélange de grains est utilisable pour abraser une surface en acier dur.
Définitions
Dans la présente description, sauf mention contraire, toutes les compositions d’un grain ou d’un mélange de grains sont données en pourcentages massiques, sur la base de la masse totale des oxydes du grain ou du mélange de grains.
Les teneurs en oxydes d’un grain selon l’invention, y compris pour les « oxydes autres que MgO, Cr2Û3, CaO et AI2O3 », se rapportent aux teneurs globales pour chacun des éléments chimiques correspondants, exprimées sous la forme de l’oxyde le plus stable, selon la convention habituelle de l’industrie ; sont donc inclus les sous-oxydes et éventuellement nitrures, oxynitrures, carbures, oxycarbures, carbonitrures, ou même les espèces métalliques des éléments susmentionnés.
Par « impuretés », on entend les constituants inévitables, introduits nécessairement avec les matières premières. En particulier les composés faisant partie du groupe des oxydes, nitrures, oxynitrures, carbures, oxycarbures, carbonitrures et espèces métalliques de silicium, sodium et autres alcalins, fer, et vanadium sont des impuretés. A titre d’exemples, dans les sources d’Al et de Mg, on peut citer SiCL, Fe2Û3, Na2<3 ou CaO.
Par « précurseur » d’un oxyde, on entend un constituant apte à fournir ledit oxyde lors de la fabrication d’un grain ou d’un mélange de grains selon l’invention.
Un « grain » est une particule dont toutes les dimensions sont inférieures à 20 mm.
On appelle « grain à base d’alumine » un grain comportant plus de 85% en masse d’alumine, en pourcentage sur la base des oxydes.
Par « grain fondu », ou plus largement « produit fondu », on entend un grain (ou produit) solide obtenu par solidification, par refroidissement, d’une matière en fusion.
Une « matière en fusion » est une masse rendue liquide par chauffage d'une charge de départ, qui peut contenir quelques particules solides, mais en une quantité insuffisante pour qu’elles puissent structurer ladite masse. Pour conserver sa forme, une matière en fusion doit être contenue dans un récipient. Les grains fondus selon l’invention sont classiquement obtenus par une fusion à plus de 1900°C. Un procédé de fusion en mode semi-continu est un procédé bien connu comportant une pluralité de cycles. A chaque cycle, une fraction du bain de matière en fusion contenu dans la cuve de fusion est extraite de la cuve et une nouvelle charge de départ particulaire est ajoutée dans la cuve, classiquement de manière que la quantité de matière dans la cuve soit sensiblement constante d’un cycle au suivant. La mise en œuvre d’un procédé de fusion en mode semi-continu est préférée pour obtenir une stabilisation du bain et ainsi obtenir une signature DRX1, de préférence après plus de 5, plus de 7, plus de 11 cycles.
On appelle « taille médiane » d’une poudre, la taille divisant les particules en première et deuxième populations égales en masse, ces première et deuxième populations ne comportant que des particules présentant une taille supérieure ou égale, ou inférieure respectivement, à la taille médiane. La taille médiane d’une poudre peut être déterminée à l’aide d’une distribution granulométrique réalisée à l’aide d’un granulomètre laser.
Dans la présente description, par « acier dur », on entend un acier présentant une dureté Rockwell supérieure ou égale à 55 HRC.
Sauf indication contraire ou incompatibilité technique, une caractéristique de « l’invention » est applicable aux premier et deuxième aspects principaux de l’invention. cription détaillée
La description qui suit est fournie à des fins illustratives et ne limite pas l’invention.
Un grain fondu selon le premier ou de deuxième aspect principal l’invention, et de préférence un mélange de tels grains selon l’invention, présente de préférence une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles et préférées suivantes :
- C CL < 0,15%, de préférence CnCh < 0,10%, de préférence CnCh < 0,05%, en pourcentages massiques sur la base des oxydes ;
- Cr2Û3 n’est pas apporté volontairement dans la charge de départ, c'est-à-dire est de préférence une impureté ;
- la teneur en Na2<3 est inférieure à 0,08%, de préférence inférieure à 0,05%, en en pourcentages massiques sur la base des oxydes ;
- la teneur en oxydes autres que MgO, CnCh, Na2<D et AI2O3 est inférieure à 1,4%, de préférence inférieure à 1,3%, de préférence inférieure à 1,0%, de préférence inférieure à 0,9%, de préférence inférieure à 0,8%, de préférence inférieure à 0,7%, de préférence inférieure à 0,6%, de préférence inférieure à 0,5%, de préférence inférieure à 0,4%, en pourcentages massiques sur la base des oxydes ;
- les oxydes autres que MgO et AI2O3 sont de préférence des impuretés ;
- la teneur en SiCh est inférieure à 0,3%, de préférence inférieure à 0,2%, de préférence inférieure à 0,15%, de préférence inférieure à 0,1%, de préférence inférieure à 0,08%, de préférence inférieure à 0,05%, en pourcentages massiques sur la base des oxydes ;
- la teneur en CaO est inférieure à 0,1%, de préférence inférieure à 0,08%, de préférence inférieure à 0,05%, en pourcentages massiques sur la base des oxydes ;
- la teneur en oxydes est supérieure à 96%, de préférence supérieure à 97%, voire supérieure à 98%, voire supérieure à 99%, voire supérieure à 99,4%, voire supérieure à 99,5%, voire supérieure à 99,6%, voire supérieure à 99,7%, en pourcentages en masse sur la base de la masse du grain fondu ;
- dans un mode de réalisation, les grains ne sont pas revêtus, même partiellement d’un revêtement comportant de la silice, notamment d'un revêtement comportant plus de 50% en masse de silice ;
- dans un mode de réalisation, les grains ne sont pas revêtus.
Un grain fondu selon le premier aspect principal l’invention, et de préférence un mélange de tels grains selon l’invention, présente de préférence une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles et préférées suivantes :
- MgO > 0,40%, de préférence MgO > 0,50%, de préférence MgO > 0,60%, de préférence MgO > 0,70%, de préférence MgO > 0,80%, et/ou de préférence
MgO < 1,60%, de préférence MgO < 1,40%, de préférence MgO < 1,30%, de préférence MgO < 1,20%, en pourcentages massiques sur la base des oxydes ;
- dans un mode de réalisation, MgO < 0,87%, de préférence MgO < 0,85%, voire MgO < 0,80%, en pourcentages massiques sur la base des oxydes ;
- le rapport RI est supérieur ou égal à 0,05, de préférence supérieur ou égal à 0,07, de préférence supérieur ou égal à 0,08, de préférence supérieur ou égal à 0,10 ;
- dans un mode de réalisation, le rapport RI est supérieur ou égal à 0,05, de préférence supérieur ou égal à 0,07, de préférence supérieur ou égal à 0,08, de préférence supérieur ou égal à 0,10, et inférieur ou égal à 0,95, de préférence inférieur ou égal à 0,90, de préférence inférieur ou égal à 0,85, de préférence inférieur ou égal à 0,80, de préférence inférieur ou égal à 0,70, de préférence inférieur ou égal à 0,60. Un grain fondu selon le deuxième aspect principal l’invention, et de préférence un mélange de tels grains selon l’invention, présente de préférence une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles et préférées suivantes :
- MgO > 2,50%, de préférence MgO > 2,70%, de préférence MgO > 2,80%, et/ou de préférence MgO < 4,50%, de préférence MgO < 4,20%, de préférence MgO < 4,10%, en pourcentages massiques sur la base des oxydes ;
- le rapport R2 est supérieur à 0,25, de préférence supérieur à 0,3, et de préférence inférieur à 1,0, de préférence inférieur à 0,9, de préférence inférieur à 0,8 ;
- le rapport R3 est inférieur à 1,8, de préférence inférieur à 1,5, de préférence inférieur à 1,3, de préférence inférieur à 1,0, de préférence inférieur à 0,9, de préférence inférieur à 0,7, de préférence inférieur à 0,5, de préférence inférieur à 0,3.
Mélange de grains
Un mélange de grains selon l’invention comporte, en pourcentages massiques, de préférence plus de 85%, de préférence plus de 90%, de préférence plus de 95%, de préférence plus de 99%, de préférence sensiblement 100% de grains fondus
- selon le premier aspect principal de l’invention ou
- selon le deuxième aspect principal de l’invention ou
- choisis parmi des grains fondus selon le premier aspect principal de l’invention et des grains fondus selon le deuxième aspect principal de l’invention.
De préférence, un mélange de grains selon l’invention respecte une distribution granulométrique conforme à celles des mélanges ou « grits » fournis par la norme FEPA Standard 43-GB-1984, R1993 et la norme FEPA Standard 42-GB-1984, R1993.
De préférence, un mélange de grains selon l’invention présente un refus massique au tamis de 16 mm, de préférence au tamis de 9,51 mm, mesuré à l’aide d’une tamiseuse Ro-Tap®, inférieur à 1%, en pourcentage en masse.
Procédé de fabrication d’un mélange de grains fondus selon l’invention
Des grains fondus selon l’invention peuvent être fabriqués suivant les étapes a) à e), voire a) à f) mentionnées ci-dessus. Les paramètres peuvent par exemple prendre les valeurs du procédé utilisé pour les exemples ci-dessous.
A l’étape a), des matières premières sont classiquement dosées de manière à obtenir la composition souhaitée, puis mélangées pour former la charge de départ. Les éléments Al et Mg dans la charge de départ se retrouvent sensiblement intégralement dans les grains fondus. L’élément Mg, en particulier sous la forme d’oxydes, peut cependant être l’objet de phénomènes d’envolement lors de la fusion. L’homme du métier sait comment adapter la composition de la charge de départ en conséquence.
Choisir les matières premières de la charge de départ de manière que la masse solide obtenue en fin d’étape c) présente une analyse chimique conforme à celle d’un grain selon l’invention ne pose donc aucune difficulté à l’homme du métier.
En particulier, la teneur en NaiO doit être contrôlée pour s’assurer que NaiO < 0,1%.
L’élément Mg est de préférence introduit dans la charge de départ sous la forme de l’oxyde MgO. Il peut être également classiquement introduit sous forme de précurseurs de cet oxyde, par exemple sous la forme de MgCCL.
L’élément Al est de préférence au moins en partie introduit dans la charge de départ sous la forme AI2O3 et/ou sous la forme de précurseurs de cet oxyde, par exemple sous la forme d’hydroxyde d’aluminium et/ou de boehmite. De préférence, l’élément Al est introduit dans la charge de départ partiellement sous la forme AI2O3 et partiellement sous une forme métallique.
Dans un mode de réalisation préféré, la charge de départ comporte au moins un composé créant un milieu réducteur lors de la fusion.
De préférence, ledit composé est choisi parmi une source de carbone, un métal, et leurs mélanges. De préférence, la source de carbone est choisie parmi le carbone, le coke de pétrole, le brai, le charbon et leurs mélanges, de préférence le coke de pétrole. De préférence, le métal est l’aluminium.
De préférence encore, ledit au moins un composé créant un milieu réducteur lors de la fusion et utilisé dans la charge de départ est choisi parmi le coke de pétrole, l’aluminium et leurs mélanges.
L’homme du métier sait déterminer la quantité de composé créant un milieu réducteur lors de la fusion, dans la charge de départ, pour obtenir, à l’étape b), une fusion en milieu réducteur.
De préférence, la charge de départ contient une quantité de composé créant un milieu réducteur lors de la fusion supérieure à 0,5%, de préférence supérieure à 1%, de préférence supérieure à 1,5% et, de préférence inférieure à 5%, de préférence inférieure à 4%, en pourcentage en masse sur la base de la charge de départ.
A l’étape b), on utilise de préférence un four à arc électrique, de préférence de type Hérault avec électrodes en graphite, mais tous les fours connus sont envisageables, comme un four à induction ou un four à plasma, pourvu qu’ils permettent de faire fondre la charge de départ, de préférence dans un milieu réducteur.
Une fusion en milieu réducteur est de préférence obtenue par la présence, dans la charge de départ, de composés créant un milieu réducteur lors de la fusion et/ou par le fait que les électrodes trempent dans le bain de matière en fusion.
De préférence, la charge de départ contient des éléments créant un milieu réducteur lors de la fusion.
De préférence, les matières premières sont fondues à pression atmosphérique.
De préférence, on utilise un four à arc électrique, comportant une cuve de 70 litres, avec une énergie spécifique supérieure ou égale à 2 kWh par kg de matières premières pour une puissance de plus de 220 kW, ou un four à arc électrique de capacité différente mis en œuvre dans des conditions équivalentes. L’homme du métier sait déterminer de telles conditions équivalentes.
Pour « stabiliser » le bain de matière en fusion, le bain peut être maintenu en fusion avant l’étape c). Dans un procédé de fabrication semi continu ou continu, les premières coulées peuvent être écartées.
A l’étape c), le refroidissement doit être rapide, c'est-à-dire de manière que la matière en fusion soit entièrement solidifiée en moins de 3 minutes. Par exemple, il peut résulter d’un coulage dans des moules tels que décrits dans US 3,993,119 ou d’une trempe.
De préférence, la matière en fusion est entièrement solidifiée en moins de 2 minutes, de préférence en moins d’une minute, de préférence en moins de 40 secondes, de préférence en moins de 30 secondes.
Dans un mode de réalisation, l’étape c) conduit à une masse solide sous la forme d’un mélange particulaire.
Si l’étape c) ne permet pas d’obtenir directement un mélange de grains, ou si ces grains ne présentent pas une granulométrie adaptée à l’application visée, un broyage de la masse solide (étape d)) peut être mis en œuvre, selon des techniques conventionnelles. Une sélection granulométrique (étape e)), par exemple par tamisage ou cyclonage, peut être mise en œuvre pour obtenir un mélange de grains présentant une granulométrie adaptée à l’application visée.
L’étape d) et/ou l’étape e) peuvent être mises en œuvre avant ou après l’étape f) de calcination. Elle(s) est/sont de préférence réalisées avant l’étape f).
De préférence, les grains fondus obtenus en fin d'étape c) et/ou d) et/ou e) présentent une teneur en carbone supérieure à 15 ppm et inférieure à 1200 ppm sur la base de la masse desdits grains, ladite teneur étant mesurée à l’aide d’un analyseur carbone- soufre modèle CS744, commercialisé par la société LECO.
A l’étape f), optionnelle selon le premier aspect principal de l’invention et obligatoire selon le deuxième aspect principal de l’invention, la masse solide obtenue en fin d’étape c), de préférence après réduction sous la forme d’un mélange particulaire lors de l’étape d) si le procédé comporte une telle étape, ou de préférence après l’étape e) si le procédé comporte une telle étape, est calcinée.
Si la calcination est réalisée sur la masse solide directement obtenue en fin d’étape c), une étape d) et de préférence une étape e) est/sont alors réalisée(s) après l’étape f).
La calcination est réalisée à une température supérieure ou égale à 750°C, de préférence supérieure ou égale à 800°C, de préférence supérieure ou égale à 900°C, de préférence supérieure ou égale à 950°C, et inférieure ou égale à 1225°C, de préférence inférieure ou égale à 1200°C, de préférence inférieure ou égale à 1150°C, la température de calcination étant de préférence maintenue pendant une durée supérieure ou égale à 30 minutes, de préférence supérieure ou égale à 1 heure, de préférence supérieure ou égale à 2 heures, de préférence supérieure ou égale à 3 heures, de préférence supérieure ou égale à 4 heures, et de préférence inférieure à 100 heures, de préférence inférieure à 50 heures, de préférence inférieure à 20 heures, de préférence inférieure à 15 heures, de préférence inférieure à 10 heures.
De préférence, l’étape f) est réalisée à pression atmosphérique.
L’étape f) peut être réalisée dans une atmosphère réductrice, neutre ou oxydante.
De préférence l’étape f) est réalisée dans une atmosphère oxydante, de préférence sous air.
De préférence l’étape f) est réalisée sous atmosphère oxydante, de préférence sous air, de préférence à la pression atmosphérique, à une température supérieure ou égale à 750°C, de préférence supérieure ou égale à 800°C, de préférence supérieure ou égale à 900°C, de préférence supérieure ou égale à 950°C, et inférieure ou égale à 1225°C, de préférence inférieure ou égale à 1200°C, de préférence inférieure ou égale à 1150°C, la température de calcination étant de préférence maintenue pendant une durée supérieure ou égale à 30 minutes, de préférence supérieure ou égale à 1 heure, de préférence supérieure ou égale à 2 heures, de préférence supérieure ou égale à 3 heures, de préférence supérieure ou égale à 4 heures, et de préférence inférieure à 100 heures, de préférence inférieure à 50 heures, de préférence inférieure à 20 heures, de préférence inférieure à 15 heures, de préférence inférieure à 10 heures.
Procédé de fabrication d’un outil abrasif selon l’invention
Les procédés de fabrication des outils abrasifs sont bien connus et peuvent être utilisés pour fabriquer un outil abrasif selon l’invention.
Les outils abrasifs peuvent en particulier être formés par agglomération de grains selon l’invention au moyen d’un liant, en particulier sous la forme d’une meule, par exemple par pressage, ou être formés par fixation de grains selon l’invention sur un support, par exemple une bande ou un disque, au moyen d’un liant.
Le liant peut être inorganique, en particulier un verre (par exemple, un liant constitué d'oxydes, sensiblement constitué de silicate(s) peut être utilisé) ou organique.
Un liant organique est bien adapté. Le liant peut être notamment une résine thermodurcissable. Il est de préférence choisi dans le groupe constitué par les résines phénoliques, époxy, acrylate, polyester, polyamide, polybenzimidazole, polyuréthane, phénoxy, phénol-furfural, analine-formaldéhyde, urée-formaldéhyde, cresol-aldéhyde, resorcinol-aldéhyde, urée-aldéhyde, mélamine-formaldéhyde, et les mélanges de celles-ci.
Le liant peut également incorporer des charges organiques ou inorganiques, comme des charges inorganique hydratées (par exemple du trihydrate d'aluminium ou de la boehmite) ou non (par exemple de l'oxyde de molybdène), de la cryolite, un halogène, du fluorspar, du sulfure de fer, du sulfure de zinc, de la magnésie, du carbure de silicium, du chlorure de silicium, du chlorure de potassium, du dichlorure de manganèse, du fluoroborate de potassium ou de zinc, du fluoroaluminate de potassium, de l'oxyde de calcium, du sulfate de potassium, un copolymère de chlorure de vinylidène et de chlorure de vinyle, du chlorure de polyvinylidène, du chlorure polyvinyle, et des mélanges de ceux-ci. Le liant peut également contenir des fibres de renfort comme des fibres de verre. Classiquement, un mélange de grains selon l’invention est mélangé avec un dit liant contenant optionnellement des charges organiques ou inorganiques. Le mélange obtenu, dans lequel le liant représente classiquement entre 2% et 60%, de préférence entre 20% et 40% en volume, est mis en forme, par exemple disposé dans un moule ou déposé sur un support. Puis le liant est activé, par exemple par chauffage, pour lier les grains entre eux et/ou avec le support optionnel. Après durcissement du liant et optionnellement démoulage, on obtient un outil abrasif selon l’invention.
Exemples
Les exemples non limitatifs suivants sont donnés dans le but d’illustrer l’invention.
Protocoles de mesure
Les protocoles de mesure suivants ont été utilisés pour déterminer certaines propriétés de mélanges de grains fondus. Ils permettent une excellente simulation du comportement réel des grains lorsqu’ils sont mis en œuvre pour une abrasion.
Afin d’évaluer la performance abrasive d’un mélange de grains des exemples, on applique une monocouche de 1,02 gramme de ce mélange sur une meule métallique de diamètre 12,7 cm, lesdits grains étant liés à l’aide d’une résine phénolique.
La surface d’une plaque en acier dur 52100 de dureté Rockwell comprise entre 60 et 63 HRC, de dimensions 20,5 cm x 7,6 cm x 6,0 cm, est ensuite usinée avec la meule obtenue, sous aspersion d’eau, avec un mouvement de va et vient à vitesse constante, en maintenant une profondeur de coupe constante de 20 pm et une vitesse de rotation de la meule de 3600 tr/min. L’énergie totale développée par la meule pendant l’usinage, Etot, est enregistrée.
Après usure complète de la meule, on mesure la masse d’acier usinée (c'est-à-dire la masse d’acier enlevée par l’opération de meulage) « Ma » et le volume d’acier enlevé par l’opération de meulage « Va ».
Pour évaluer le rendement, on calcule classiquement le rapport S de la masse d’ acier usinée divisée par la masse de grains consommée lors dudit usinage, ici égale à 1,02 gramme.
Pour évaluer l’efficacité énergétique, on calcule classiquement l’énergie spécifique d’usinage, Es, égale à l’énergie nécessaire pour enlever un volume unitaire d’acier (Es = Etot/Va). Pour déterminer la composition des grains fondus, une perle d’un mélange de ces grains est fabriquée en fondant le mélange, puis l’analyse chimique est réalisée par fluorescence X, sauf pour la mesure de la teneur en carbone.
La teneur en carbone des grains fondus des exemples est mesurée à l’aide d’un analyseur carbone-soufre modèle CS744, commercialisé par la société LECO.
La taille médiane d’une poudre est mesurée classiquement à l’aide d’un granulomètre laser de modèle LA950V2 commercialisé par la société Horiba.
Le diagramme de diffraction X des grains fondus des exemples est réalisé sur une poudre de particules ayant passé au travers un tamis d’ouverture égale à 40 pm, obtenue par broyage desdits grains.
L’acquisition du diagramme de diffraction X est réalisée à partir d’un appareil du type D8 Endeavor de la société Bruker équipé d’une anode en cuivre, sur un domaine angulaire 29 compris entre 5° et 100°, avec un pas de 0,01°, et un temps de comptage de 0,34 s/pas. L’optique avant comporte une fente primaire de 0,3°, une fente de Soller de 2,5°. L’échantillon est en rotation sur lui-même à une vitesse égale à 5 tr/min, avec utilisation du couteau automatique. L’optique arrière comporte une fente de Soller de 2,5°, un filtre nickel de 0,0125 mm et un détecteur 1D avec une ouverture égale à 4°.
Les diagrammes de diffraction sont ensuite analysés qualitativement à l’aide du logiciel DIEERAC.EVA commercialisé par la société Bruker et de la base de données PDE5 + 2024.
Pour les grains fondus selon le premier aspect principal de l’invention, chaque surface nécessaire au calcul du rapport RI est sélectionnée dans le diagramme de diffraction X à l’aide de la fonction « select area », et la valeur de la surface est la valeur « net area » donnée par le logiciel DILLRAC.EVA.
Protocole de fabrication
Les mélanges des exemples ont été élaborés à partir des matières premières suivantes :
- une poudre d’alumine de pureté supérieure à 99,8% en masse, comportant les impuretés NaiO, CaO, EeiCh, MgO, TiCL, SiCL, et présentant une taille médiane égale à 80 pm ;
- une poudre de magnésie, de pureté supérieure à 99% en masse, dont plus de 85% des grains, en masse, passent à travers la toile d’un tamis de 45 pm. L’exemple 1 de référence (« Ref »), hors invention, est un mélange de grains fondus commercialisé par la société Saint-Gobain Speciality Grains and Powders sous le nom MA88K.
Les mélanges de grains des exemples 2 à 9 ont été préparés selon le procédé de fabrication suivant : a) mélange des matières premières de manière à former une charge de départ adaptée à la fabrication du mélange de grains à obtenir, ladite charge de départ comportant 2% de copeaux d’aluminium métallique et 0,5% de coke de pétrole, en pourcentages massiques sur la base de ladite charge de départ, la masse d’une charge de départ étant égale à 25 kg, b) déversement de ladite charge de départ dans un four à arc électrique monophasé de type Hérault à électrodes en graphite, avec une cuve de four de 0,8 m de diamètre, et fusion en milieu réducteur de ladite charge de départ avec une tension de 150 V, une intensité comprise entre 1700 A et 1800 A et une énergie électrique spécifique telle que décrite dans le tableau 1, c) vidange partielle du four de fusion d’une quantité de matière en fusion sensiblement égale à la masse de la charge de départ, coulage et refroidissement brutal de la matière en fusion, de manière que ladite matière en fusion soit entièrement solidifiée en moins de 3 minutes, au moyen d’un dispositif de coulée entre plaques minces métalliques tel que celui présenté dans le brevet US-A-3, 993,119, de manière à obtenir une masse entièrement solide sous la forme d’une plaque, le détail des cycles de fusion réalisés figurant dans le tableau 1 suivant, d) pour chaque cycle de fusion (a)+b)+c)), broyage de ladite masse solide refroidie à l’étape c) de manière à la réduire sous la forme d’un mélange de grains, e) pour chaque cycle de fusion, sélection par tamisage à l’aide d’une tamiseuse Ro-Tap® des grains présentant une taille comprise entre 500 et 600 pm.
Avant le premier cycle de fusion, la cuve du four contenait 180 kg d’un mélange de matières premières partiellement liquide, adapté à la fabrication d’un mélange de grains selon l’invention, le four étant en fonctionnement et ayant reçu, avant l’introduction de la première charge de départ, une énergie électrique spécifique égale à 2,7 kWh/kg dudit mélange de matières premières.
[Tableau 1]
(1) : Nombre de cycles de fusion successifs pour obtenir le mélange de grains de l’exemple ; un cycle est constitué d’un chargement d’une charge de départ dans le four, de sa fusion, d’une coulée par vidange partielle du four, la matière en fusion extraite de la cuve étant refroidie ;
(2) Energie électrique spécifique moyenne apportée lors de chaque cycle de fusion (kWh/kg chargé lors du cycle) ;
(3) Temps pendant lequel ladite énergie spécifique est appliquée lors de chaque cycle de fusion (h) ;
(4) Quantité totale d’énergie électrique apportée à l’ensemble des charges de départ pour obtenir le mélange de grains de l’exemple (kWh).
Par exemple, le mélange de grains de l’exemple 7 a été obtenu à l’issue du douzième cycle de fusion, la quantité totale de charge de départ ayant été introduite dans le four de fusion étant égale à 12x25=300 kg, la quantité totale d’énergie électrique apportée étant égale à 2,5x300=750 kWh, et le temps total pendant lequel ladite énergie électrique spécifique a été appliquée étant égal à 12x0,28=3,36 h.
Lorsqu’une calcination a été réalisée, elle a été effectuée sous air, à la pression atmosphérique, à la température T, la température T étant maintenue pendant un temps t, la vitesse de montée à la température T étant égale à 300°C/h.
Le tableau 2 suivant fournit la composition chimique de ces mélanges de grains, les caractéristiques cristallographiques, la température T, le temps t et les résultats obtenus avec lesdits mélanges. Le pourcentage d’amélioration du rapport S est calculé par la formule suivante : 100x(rapport S du mélange de l’exemple considéré - rapport S du mélange de l’exemple 1 de référence) / rapport S du mélange de l’exemple 1 de référence.
Une valeur positive et élevée du pourcentage d’amélioration du rapport S est recherchée, sans augmentation significative de l’énergie spécifique, de préférence avec une diminution de l’énergie spécifique (valeur positive du pourcentage de réduction de l’énergie spécifique Es décrit ci-dessous). Les inventeurs considèrent significative un pourcentage d’amélioration du rapport S supérieur à 5%.
De préférence, le rapport S est amélioré de plus de 10%, de préférence de plus de 20%, de préférence de plus de 30%, de préférence de plus de 40%, de préférence de plus de 50%, de préférence de plus de 60%, de préférence de plus de 70%, de préférence de plus de 80%.
Le pourcentage de réduction de l’énergie spécifique, Es, est calculé par la formule suivante : 100x(Es avec le mélange de l’exemple 1 de référence - Es avec le mélange de l’exemple considéré) / Es du mélange de l’exemple 1 de référence.
Les inventeurs considèrent significative une réduction de plus de 5% de l’énergie spécifique Es. De préférence, l’énergie spécifique est réduite de plus de 10%, de préférence de plus de 15% (par rapport à la référence).
[Tableau 2]
(*) : hors invention n.d. : non déterminé Une comparaison des exemples 1 (exemple de référence), 2 selon l’invention et 3 selon l’invention, montre l’impact positif de la présence de 0,51% de MgO et de la signature DRX1 : le mélange de grains de l’exemple 2, non calciné, présente un pourcentage d’amélioration du rapport S positif de 84% et une énergie spécifique réduite de 4%, et le mélange de grains de l’exemple 3, calciné à une température T égale à 1000°C, pendant un temps t égal à 4 heures, présente un pourcentage d’amélioration du rapport S positif de 122%, sans dégradation de l’énergie spécifique.
Une comparaison des exemples 1 (exemple de référence), 4 hors invention, et 5, 6 et 7 selon l’invention, montre l’impact de la stabilisation lors de la fusion et de la signature DRX1 pour une teneur en MgO égale à 0,91%, 0,94%, 0,94% et 0,92%, respectivement : le mélange de grains de l’exemple 4, non calciné, ne présentant pas la signature DRX1, présente un pourcentage d’amélioration du rapport S positif de 15% et une énergie spécifique en augmentation de 35%, autrement dit une dégradation de l’énergie spécifique de 35%, alors que le mélange de grains des exemples 5, 6 et 7, non calciné, calciné à une température T égale à 1000°C pendant un temps t égal à 6 heures et calciné à une température T égale à 1000°C pendant un temps t égal à 4 heures respectivement, présentant la signature DRX1, présentent un pourcentage d’amélioration du rapport S positif de 64%, 88%, et 145%, respectivement, sans dégradation de l’énergie spécifique pour le mélange de grains des exemples 5 et 6, et une énergie spécifique réduite de 21% pour le mélange de l’exemple 7.
Une comparaison de l’exemple 2 avec l’exemple 3, ou de l’exemple 5 avec les exemples 6 et 7 montre l’impact positif de la calcination.
Une comparaison des exemples 1 (exemple de référence) et 8 selon l’invention montre l’impact positif de la présence de 2,21% de MgO et de la signature DRX1 : le mélange de grains de l’exemple 8, calciné à une température T égale à 1000°C pendant un temps t égal à 6 heures, présente un pourcentage d’amélioration du rapport S positif de 81% et une énergie spécifique réduite de 6%.
Une comparaison des exemples 1 (exemple de référence) et 9 (hors invention), montre que le mélange de grains de l’exemple 9, non calciné, présentant une teneur en MgO égale à 2,56% et présentant la signature DRX1, présente un pourcentage d’amélioration du rapport S positif de 45%, et une énergie spécifique augmentée de 13%.
Comme cela apparaît clairement à présent, l’invention fournit un mélange de grains fondus à base d’alumine présentant un rendement et une efficacité énergétique meilleurs que ceux des grains fondus à base d’alumine connus de l’exemple de référence pour l’abrasion d’une surface en un acier dur, même en l’absence de calcination. Ils sont également performants pour l’abrasion d’une surface en acier inox.
Bien entendu, la présente invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits fournis à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs.
En particulier, les grains fondus selon l’invention ne se limitent pas à des formes ou à des dimensions particulières. Ils pourraient être utilisés dans des applications autres que l’abrasion d’une surface en un acier dur.
Comme cela apparaît clairement à présent, l’invention fournit un mélange de grains fondus à base d’alumine présentant un rendement et une efficacité énergétique meilleurs que ceux des grains fondus à base d’alumine connus de l’exemple de référence pour l’abrasion d’une surface en un acier dur. Bien entendu, la présente invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits fournis à titre d’exemples illustratifs et non limitatifs.
En particulier, les grains fondus selon l’invention ne se limitent pas à des formes ou à des dimensions particulières. Ils pourraient être utilisés dans des applications autres que l’abrasion d’une surface en un acier dur.

Claims

REVENDICATIONS
1. Grain fondu présentant
- une composition chimique telle que, en pourcentages massiques sur la base des oxydes :
0,30% < MgO < 2,30%,
Cr2O3 < 0,2%,
Na2O < 0,1%,
Oxydes autres que MgO, Cr2O3, Na2O et A12O3 < 1,5%, A12O3 : complément à 100% ;
- une composition cristallographique caractérisée par un diagramme de diffraction
X présentant un premier pic dans le domaine angulaire 29 compris entre 17° et 18° et, optionnellement, un deuxième pic dans le domaine angulaire 29 compris entre 43° et 44°, ou « pic de phase corindon », chaque pic ayant une surface respective, en coups x degrés, le rapport RI de la surface du premier pic sur la somme de la surface du premier pic et de la surface du pic de phase corindon étant supérieur à 0,02.
2. Grain fondu selon la revendication précédente, dans lequel
- MgO > 0,40%, et/ou
- MgO < 1,60%, et/ou
- Cr2O3 < 0,15%, et/ou
- Na2O < 0,08%, et/ou
- la teneur en oxydes autres que MgO, Cr2O3, Na2O et A12O3 est inférieure à 1,4%.
3. Grain fondu selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel
- MgO > 0,60%, et/ou
- MgO < 1,30%, et/ou
- Cr2O3 < 0,10%, et/ou
- Na2O < 0,05%, et/ou
- la teneur en oxydes autres que MgO, Cr2O3, Na2O et A12O3 est inférieure à 1,0%.
4. Grain fondu selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel
- MgO > 0,70%, et/ou
- MgO < 0,85%, et/ou - Cr2Û3 < 0,05%, et/ou
- la teneur en oxydes autres que MgO, &2O3, Na2Û et AI2O3 est inférieure à 0,4%.
5. Grain fondu selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel
- SiÛ2 < 0,3%, en pourcentages massiques sur la base des oxydes, et/ou
- CaO < 0,1%, en pourcentages massiques sur la base des oxydes.
6. Grain fondu selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel
- SiÛ2 < 0,1%, en pourcentages massiques sur la base des oxydes, et/ou
- CaO < 0,08%, en pourcentages massiques sur la base des oxydes.
7. Grain fondu selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la teneur en oxydes est supérieure à 96%, en pourcentages en masse sur la base de la masse du grain fondu.
8. Grain fondu selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le rapport RI est supérieur ou égal à 0,05.
9. Grain fondu selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel le rapport RI est supérieur ou égal à 0,08.
10. Grain fondu selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le rapport RI est inférieur ou égal à 0,95.
11. Grain fondu selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit grain n’étant pas revêtu, même partiellement, d’un revêtement comportant de la silice.
12. Mélange de grains constitué de grains fondus selon l’une quelconque des revendications précédentes.
13. Procédé de fabrication d'un mélange de grains fondus selon la revendication immédiatement précédente, ledit procédé comprenant les étapes successives suivantes : a) mélange de matières premières de manière à former une charge de départ adaptée à la fabrication dudit mélange de grains, b) fusion, de préférence en milieu réducteur, de ladite charge de départ jusqu’à obtention d’une matière en fusion, c) refroidissement de ladite matière en fusion de manière à la solidifier entièrement en moins de 3 minutes, et obtenir une masse solide, ladite masse solide issue de l’étape c) étant broyée lors d’une étape d) de manière à obtenir un mélange particulaire si elle ne se présente pas sous la forme d’un mélange particulaire, l’étape b) étant adaptée pour que ladite masse solide présente un rapport RI supérieur à 0,02.
14. Procédé selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel l’étape b) met en œuvre un procédé semi-continu.
15. Procédé selon la revendication immédiatement précédente, dans lequel le procédé semi- continu comporte plus de cinq cycles.
16. Procédé selon l’une quelconque des trois revendications immédiatement précédentes comportant une étape e) de sélection granulométrique appliquée au mélange particulaire.
17. Procédé selon l’une quelconque des quatre revendications immédiatement précédentes, comportant une étape f) de calcination de la masse solide et/ou du mélange particulaire à une température supérieure ou égale à 750°C et inférieure ou égale à 1225°C.
18. Procédé selon l’une quelconque des deux revendications immédiatement précédentes, dans lequel l’étape d) et l’étape e) sont réalisées avant l’étape f).
19. Outil abrasif comportant des grains
- liés par un liant et agglomérés ou
- déposés sur un support, au moins une partie desdits grains étant conformes à l'une quelconque des revendications 1 à 11.
20. Outil abrasif selon la revendication immédiatement précédente, comportant plus de 30%, en pourcentage massique, de grains selon l’une quelconque des revendications 1 à 11.
21. Outil abrasif selon l’une quelconque des deux revendications immédiatement précédentes, se présentant sous la forme d’une meule, d’une bande ou d’un disque.
22. Procédé de traitement d’une surface en un acier dur, ledit procédé comportant une opération d’abrasion de ladite surface avec un mélange de grains selon la revendication 12 ou fabriqué selon un procédé selon l’une quelconque des revendications 13 à 18.
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