FR2490517A1 - Appareil pour la fabrication de poudres metalliques avec collecteur de gaz pour le refroidissement brusque des particules - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN COLLECTEUR DE GAZ POUR LE REFROIDISSEMENT BRUSQUE DE PARTICULES. L'APPAREIL DE L'INVENTION COMPREND UN LOGEMENT 10, UN DISQUE 38 MONTE DANS CE LOGEMENT 10 POUR TOURNER AUTOUR D'UN AXE, UNE PLAQUE A AJUTAGES 14 DISPOSEE DANS CE LOGEMENT 10, UN ELEMENT DEFINISSANT UN COLLECTEUR DE FLUIDE REFRIGERANT 12 D'UN COTE DE LA PLAQUE 14, UN ELEMENT DEFINISSANT UNE CHAMBRE DE REFROIDISSEMENT BRUSQUE 22 DE L'AUTRE COTE DE LA PLAQUE 14, AINSI QUE PLUSIEURS TUBES CYLINDRIQUES DE TOURBILLON 46 CONCUS, DIMENSIONNES ET DISPOSES DE FACON A OBTENIR LE TYPE D'ECOULEMENT DESIRE ENTRE LEURS SORTIES ET LA CHAMBRE DE REFROIDISSEMENT BRUSQUE 22 AUTOUR DU DISQUE 38. L'INVENTION EST UTILISEE POUR ASSURER LE REFROIDISSEMENT BRUSQUE DES PARTICULES FORMEES DANS UN APPAREIL DE FABRICATION DE POUDRE METALLIQUE.

Description

249051.7

La présente invention concerne la formation de poudres métalliques qui sont refroidies à des vitesses élevées.

Il est bien connu, dans la technique, de for-

mer des poudres métalliques en coulant un métal en fu-

sion sur un disque en rotation qui projette des goutte-

lettes de ce métal en fusion vers l'extérieur dans une chambre de refroidissement brusque et ce, dans un plan

pratiquement horizontal passant par des rideaux annulai-

res concentriques de fluide réfrigérant entourant le disque rotatif. A mesure que les gouttelettes de métal en fusion sont projetées à l'écart du disque et passent à travers le fluide réfrigérant, elles sont refroidies

très rapidement pour former des particules métalliques.

La chaleur que dégagent les particules solidifiées en se déplaçant radialement vers l'extérieur à partir du bord du disque en rotation, est fonction de la matière

à traiter, de la surchauffe du métal, de la granulomé-

trie des particules engendrées par le disque rotatif, ainsi que de la vitesse radiale de ces particules. En règle générale, le flux de chaleur ainsi dégagé est le

plus important à proximité du disque rotatif et il dimi-

nue de manière exponentielle à mesure que le rayon aug-

mente. Afin de réduire au minimum le débit du gaz de

refroidissement pour une élévation de température admis-

sible donnée du fluide réfrigérant, le débit massique de ce dernier doit varier radialement de la même manière que le flux de chaleur dégagé par les particules. Dans

un appareil de la technique antérieure, le fluide réfri-

gérant est introduit sous forme de plusieurs zones annu-

laires et concentriques se déplaçant verticalement et ayant chacune un profil de flux massique différent, de

telle sorte que le profil du flux de chaleur radial dé-

gagé par les particules lui corresponde à peu près de

manière graduelle.

Deux brevets représentatifs de la technique antérieure sont les brevets des Etats-Unis d'Amérique 4.053.264 de J. A. King et 4.078.873 de Paul R. Holiday

et Robert J. Patterson. Dans ces deux brevets, on dé-

crit un système à trois collecteurs annulaires séparés

de fluide réfrigérant auxquels sont associés des ajuta-

ges en vue de diriger le fluide réfrigérant vers le bas

et en une configuration désirée dans la chambre de re-

froidissement brusque entourant le disque rotatif. Le réglage du débit du fluide réfrigérant est assuré, en partie, moyennant un contrôle des pressions de fluide

régnant dans les collecteurs annulaires individuels.

Des ajutages annulaires concentriques et des couronnes

de trous de dosage circulaires sont utilisés pour défi-

nir trois zones radiales d'un flux massique différent se rapprochant des variations du flux de chaleur radial requis. Des pertes de charge et des débits élevés en travers des trous de dosage et des ajutages annulaires

sont requis pour obtenir le réglage radial et circonfé-

rentiel souhaité du débit massique et assurer un mélange

turbulent des écoulements de fluide à travers des ajuta-

ges adjacents-, de telle sorte qu'un rideau de gaz raison-

nablement uniforme intersecte le parcours des particules

en donnant un bon refroidissement.

L'appareil décrit ci-dessus donne satisfaction pour autant que l'on dispose continuellement de grandes

quantités de fluide réfrigérant sous des pressions éle-

vées. Pour conserver le réfrigérant et améliorer ainsi

le caractère économique du procédé de fabrication de pou-

dre, il est hautement souhaitable de prévoir un système de fluide réfrigérant en circuit fermé; toutefois, un tel système nécessite des débits et des pertes de charge

nettement inférieurs à ceux requis par la technique anté-

rieure, ce qui rend plus malaisés la répartition et le contrôle du gaz réfrigérant. Les ajutages annulaires et les trous d'écoulement axiaux de conception simple de la technique antérieure sont inadéquats pour des systèmes à faible perte de charge, étant donné qu'un fluide s'écoulant à ces faibles débits à travers ces

ouvertures n'a pas une turbulence et un moment suffi-

sants pour remplir les zones comprises entre les trous

et les ajutages.

Un objet de la présente invention est de four-

nir un système perfectionné en vue de créer des zones prédéterminées de fluide réfrigérant dans un appareil destiné à la fabrication d'une poudre métallique par

solidification rapide de gouttelettes de métal en fu-

sion. Un autre objet de la présente invention est de

fournir un système à fluide réfrigérant sous basse pres-

sion pour un appareil de fabrication de poudre métallique à haute vitesse de solidification, dans lequel un seul collecteur sous pression distribue le fluide réfrigérant à plusieurs ajutages donnant la configuration souhaitée

à l'écoulement de ce dernier.

Un autre objet encore de la présente invention

est de fournir un appareil d'écoulement de fluide réfri-

gérant perfectionné pour un système de fabrication de poudre métallique à haute vitesse de solidification, cet appareil d'écoulement de fluide réfrigérant fonctionnant

efficacement à de faibles débits et avec de faibles per-

tes de charge, ainsi que dans un système d'écoulement de

fluide réfrigérant en circuit fermé.

Suivant -la présente invention, on prévoit un appareil pour la fabrication d'une poudre métallique par solidification rapide de particules d'un métal en fusion

qui sont projetées d'un disque en rotation dans une cham-

bre de refroidissement brusque en passant à travers des

zones verticales de fluide réfrigérant, appareil dans le-

quel le fluide réfrigérant pénètre dans la chambre par plusieurs tubes cylindriques comportant chacun une sortie qui débouche dans la chambre de refroidissement brusque, ainsi qu'une entrée disposée dans un collecteur de fluide réfrigérant, chaque tube comportant un élément

destiné à créer, à l'intérieur de ce dernier, un écou-

lement tourbillonnaire de fluide réfrigérant quittant la sortie de ce tube sous forme d'un cône allant en s'élargissant. Dans une forme de réalisation, les entrées de tous les tubes communiquent avec un collecteur de fluide

réfrigérant commun. Les tubes sont localisés sur la cir-

conférence de cercles concentriques judicieusement espa-

cés l'un de l'autre et leurs cônes de fluide réfrigérant

tourbillonnaire s'intersectent dans la chambre de re-

froidissement brusque à une distance relativement courte en dessous des sorties des tubes afin de former des zones annulaires continues d'écoulement de fluide réfrigérant

descendant à travers la chambre de refroidissement brus-

que entourant le disque rotatif.

De préférence, les entrées des tubes sont des

fentes pratiquées dans la paroi de ces tubes, pratique-

ment tangentiellement à la surface de la paroi cylindrique intérieure de ces derniers. Ces entrées donnent lieu à l'écoulement tourbillonnaire de fluide à l'intérieur du tube. La surface de la fente qui est généralement plus petite que la section transversale du tube, contrôle la perte de charge et le débit du fluide s'écoulant dans

le tube depuis le collecteur de fluide réfrigérant jus-

qu'à la chambre de refroidissement brusque. Des tubes et des fentes de dimensions appropriées donnent lieu à

un écoulement tourbillonnaire sous forme d'un cône al-

lant en s'élargissant à la sortie de chaque tube avec

une perte de charge relativement faible.

Dès lors, suivant la présente invention, on peut adopter de faibles pertes de charge et de faibles débits de fluide à travers les tubes, puisqu'aussi bien un écoulement turbulent n'est pas requis aux sorties de ces derniers pour remplir les espaces vides compris entre les tubes adjacents. On peut utiliser un collecteur

de fluide réfrigérant commun pour l'ensemble de l'appa-

reil, étant donné qu'un réglage précis de la perte de charge à travers chaque tube est assuré en donnant des dimensions appropriées aux fentes d'entrée des tubes. Le demi-angle de cône du fluide sortant des tubes est en relation directe avec le rapport entre la surface des fentes d'entrée et la section transversale des tubes, si

bien qu'il peut être aisément déterminé et présélection-

né, de telle sorte que l'on puisse évaluer exactement le

point vertical d'intersection entre les cônes et déter-

miner aisément l'écartement correct des tubes.

Les objets, caractéristiques et avantages pré-

cités de la présente invention, ainsi que d'autres appa-

raîtront plus clairement à la lecture de la description

détaillée ci-après de la forme de réalisation préférée de cette dernière, donnée en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 (figures lA et 1B) est une vue en

coupe transversale de l'appareil de fabrication de pou-

dre métallique suivant la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 2-2 de la figure lA; la figure 3 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 3-3 de la figure 2; la figure 4 est une vue en coupe transversale prise suivant la ligne 4-4 de la figure 3; et la figure 5 est une vue schématique illustrant

la création de zones de fluide réfrigérant par l'appa-

reil de la présente invention.

En se référant tout d'abord à la figure lA, l'appareil de fabrication de poudre métallique à haute

vitesse de solidification comprend un logement 10 à l'in-

térieur duquel on peut avoir accès par un couvercle ou un autre élément approprié amovible 11. A l'intérieur de

ce logement 10, est disposé un collecteur 12. Ce collec-

teur 12 comprend una plaque circulaire à ajutages 14

dont la périphérie extérieure 16 vient s'engager hermé-

tiquement sur la paroi latérale cylindrique 18 du loge-

ment 10, divisant ainsi celui-ci en une chambre supé-

rieure 20 et en une chambre inférieure de refroidisse- ment brusque 22. Le collecteur 12 comprend également

une plaque circulaire supérieure 24 et une paroi laté-

rale cylindrique 26 qui définit, avec la plaque infé-

rieure à ajutages 14, une chambre de compression ou

un volume de fluide réfrigérant 28 dans le collecteur.

Quatre canalisations d'alimentation de fluide réfrigé-

rant 30 équidistantes autour de la périphérie de la

paroi 26 acheminent un fluîde réfrigérant, spécifique-

ment, de l'hélium gazeux, d'une conduite toroîdale 32

entourant le logement 10 au volume intérieur 28 du col-

lecteur. A l'intérieur de la chambre supérieure 20 du

logement 10, est disposé un panier de coulée 34 compor-

tant une tuyère 35. Ce panier de coulée est supporté par la plaque supérieure 24 du collecteur 12, tandis qu'il est chauffé par n'importe quel moyen approprié (non représenté) tel que celui décrit dans les brevets précités des Etats-Unis d'Amérique 4.053.264 et 4.078.873. Dans la chambre supérieure 20, est également disposé un four de fusion 36 supporté pour tourner dans le logement 10 (par un moyen non représenté} en vue de la coulée d'un métal en fusion dans le panier de coulée 34. Ni le panier de coulée, ni le four de fusion, non plus que le moyen par lequel celui-ci est supporté avec

possibilité de tourner, ne sont considérés comme des ca-

ractéristiques nouvelles de la présente invention. Ils

peuvent être conçus, par exemple, conformément aux ensei-

gnements de l'un ou l'autre des brevets précités des Etats-Unis d'Amérique 4.053.264 et 4.078.873 mentionnés

ici à titre de référence.

Un disque rotatif en forme de cuvette 38 com-

portant un rebord 39 est monté pour tourner dans la chambre de refroidissement brusque 22 directement en

dessous de la tuyère 35 du panier de coulée afin de re-

cevoir le métal en fusion provenant du four 36. Ce dis- que rotatif est supporté au sommet d'un socle vertical et il est entraîné en rotation par n'importe quel moyen approprié, par exemple, par une turbine à air (non représentée) disposée dans le socle 40. Les tubes 42 partant de la base du socle 40 assurent la distribution de l'énergie destinée à actionner la turbine, ainsi que du fluide requis pour refroidir le disque rotatif. Des entretoises 44 supportent et localisent le socle 40 dans une cavité en forme d'entonnoir 45 ménagée dans la base

du logement 10. Le disque rotatif, ainsi que les élé-

ments destinés à refroidir ce dernier et à l'entraîner

en rotation ne sont pas considérés comme des caractéris-

tiques nouvelles de la présente invention.

Dans le volume 28 du collecteur, sont disposés plusieurs tubes de tourbillon orientés verticalement 46 dans les parois 48 desquels sont pratiquées des fentes

47 (figure 3) assurant une communication pour un gaz en-

tre le volume 28 du collecteur et l'intérieur des tubes.

Dans cette forme de réalisation, les tubes s'étendent entre les plaques supérieure et inférieure 24, 14 du collecteur respectivement, et ils sont disposés en un

groupe de cinq cercles concentriques ayant un centre com-

mun sur l'axe du disque rotatif 38 comme le montre plus clairement la figure 2. Ces cercles sont désignés par les lettres a, b, c, d et e, du plus grand au plus petit respectivement. Bien que la disposition des tubes en

cercles concentriques soit préférée, d'autres disposi-

tions peuvent également assurer le type d'écoulement de

fluide réfrigérant souhaité et elles rentrent dans le ca-

dre de la présente invention.

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L'extrémité supérieure 50 de chaque tube est

soudée dans un trou circulaire 51 pratiqué dans la pla-

que 24. La soudure forme un joint étanche autour du tube entre la chambre supérieure 20 et le volume 28 du collecteur. De la même manière, l'extrémité inférieure 52 de chaque tube 46 est soudée, sur sa périphérie, à un trou 54 pratiqué dans la plaque à ajutages 14. Cette soudure forme un joint étanche autour du tube entre le volume 28 du collecteur et la chambre de refroidissement brusque 22. La sortie 56 de chaque tube 46 débouche dans la chambre de refroidissement brusque 22 et, dans

cette forme de réalisation, elle est pratiquement affleu-

rante à la surface inférieure 58 de la plaque à ajutages 14. Un bouchon 60 adapté dans l'extrémité supérieure 50

du tube 46 forme un joint étanche entre la chambre supé-

rieure 20 et l'espace intérieur du tube 46 situé en des-

sous de ce bouchon 60. Ce bouchon peut être aisément en-

levé pour faciliter le nettoyage des tubes. On décrira ci-après plus en détail le mode de fonctionnement et la construction du collecteur 12, ainsi que des tubes de

tourbillon 46.

Dans cette forme de réalisation préférée, le système à fluide réfrigérant est un système de recyclage en circuit fermé dans lequel le fluide réfrigérant est l'hélium gazeux. Le volume 28 du collecteur est une

source de pression commune et la chambre de refroidisse-

ment brusque 22 est un piège à pression commun pour tous les tubes. En conséquence, la perte de charge subie par chaque tube entre son entrée et sa sortie est la même et 3() le débit à travers chaque tube est aisément contrôlé en

réglant les surfaces d'entrée et de sortie de ce dernier.

Dès lors, la présente invention rend superflus l'équipe-

ment de réglage de pression et les systèmes de soupapes compliqués requis par la technique antérieure pour régler les débits au départ de plusieurs ajutages associés à

différentes chambres de compression.

Comme le montrent les figures lA et IB, l'hé-

lium gazeux pénètre dans le volume 28 du collecteur via les canalisation d'alimentation 30, il passe dans chacun des tubes de tourbillon 46 via les fentes 47 pratiquées dans ces derniers, il pénètre ensuite dans la chambre de refroidissement brusque 22 via les sorties 56 des tubes et il quitte cette chambre 22 (conjointement avec les

particules de poudre métallique formées au cours du.pro-

cédé) via une sortie 68 ménagée à la base du logement 10 et qui est reliée à une conduite d'évacuation 70. Cette

conduite d'évacuation 70 est reliée à un banc de sépara-

teurs de particules raccordés en parallèle et représentés par le bloc 72. Ces séparateurs extraient les particules

métalliques du courant d'hélium gazeux et ils les dépo-

sent dans un collecteur 74 qui peut être fermé hermétique-

ment par une soupape d'arrêt 76 en vue du transport de

la poudre.

Le gaz exempt de particules quitte les sépara-

teurs 72 via une conduite 78, pour pénétrer ensuite dans un premier échangeur de chaleur 80 qui dissipe l'énergie thermique transférée au gaz par les particules chaudes, de telle sorte que la température d'admission dans le

système compresseur/pompe de circulation de gaz réfrigé-

rant 82 venant à la suite, soit de 29 à 320C dans des conditions de fonctionnement normales. Le compresseur 82 porte le gaz réfrigérant à sa pression de travail désirée et le gaz ainsi comprimé est amené à un second échangeur

de chaleur 84 afin d'en dissiper la chaleur de compres-

sion et de réduire sa température à une valeur se situant 3( dans l'intervalle allant de 26 à 290C avant que ce gaz soit acheminé à la conduite toroldale 32 via la conduite 86.

Les figures 3 et 4 permettront de mieux compren-

dre le mode de fonctionnement et la construction des tu-

bes de tourbillon 46. Suivant la présente invention, le gaz réfrigérant sortant de chaque tube 46 doit pénétrer dans la chambre de refroidissement brusque 22 sous

forme d'un cône tourbillonnaire 100 allant en s'élar-

gissant comme le montre la figure 3. A cet effet, un tourbillon est créé dans le gaz s'écoulant dans chaque tube. Par exemple, dans la présente forme de réalisa-

tion, les tubes 46 comportent une ou deux paires de fen-

tes rectangulaires, allongées verticalement et diamé-

tralement opposées ayant une hauteur H et une largeur W.

Les tubes 46 contenus dans les cercles a, b et c compor-

tent chacun deux paires de fentes, tandis que les tubes 46 contenus dans les cercles d et e en comportent une seule. Dans les figures 3 et 4, le tube de droite 46 appartient au cercle c et comporte deux paires de fentes désignées par 47A et 47B respectivement. Le tube de gauche appartient au cercle d et comporte une paire de fentes 47C. Comme le montre la figure 4, chaque fente comporte deux parois latérales parallèles 102, 104, une

des parois latérales (104) de chaque fente étant prati-

quement tangentielle à la surface de paroi cylindrique

intérieure 106 du tube 46. De la sorte, le gaz réfrigé-

rant venant du volume 28 du collecteur et pénétrant dans le tube est dirigé pratiquement tangentiellement à la

surface de paroi 106, créant ainsi l'écoulement tourbil-

lonnaire désiré à l'intérieur du tube.

La présence ou l'absence d'un c6ne du type dé-

crit ci-dessus à la-sortie 56 dépend 1) de la vitesse tangentielle du courant pénétrant dans les fentes 47, mesurée à la surface de paroi 106; 2) de la vitesse

axiale du courant (c'est-à-dire le rapport entre le dé-

bit volumétrique et la surface de la sortie 56); et 3) du rapport entre la longueur effective L du tube et le diamètre intérieur D de ce'dernier, cette longueur L étant la distance axiale comprise entre la sortie du tube et la base de la fente. Pour ce qui concerne les tubes ayant les dimensions adoptées par la Demanderesse,

la longueur du tube depuis le sommet de la fente 47 jus-

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qu'au bouchon o) n' influence pas sensiblement la vi-

tesse ou le mode d'écoulement du fluide réfrigérant à travers le tube. Toutefois, si un effet quelconque se faisait sentir, il pourrait être éliminé en localisant le bouchon 60 au sommet de la fente 47. Pour de faibles rapports L/D, soit moins de 5,0, une équation permettant de déterminer le demi-angle À du

cône 100 de gaz tourbillonnaire avec une très bonne approxi-

mation est la suivante:

-1 A

= _

4) At s o A est la somme des sections transversales des fentes s des tubes, la section de chaque fente étant mesurée dans un plan perpendiculaire aux surfaces de parois 102,104 de la fente et parallèle à l'axe du tube. At est la

section transversale intérieure du tube 46, mesurée per-

pendiculairement à son axe. Pour des tubes adjacents d'une géométrie connue, la distance à laquelle les cônes 2' de gaz réfrigérant s'intersectent en dessous des sorties

de ces tubes, peut être aisément prédite ou du moins éva-

luée avec une très bonne approximation. On peut trouver

une description plus détaillée concernant l'écoulement

obtenu à la sortie d'un tube de tourbillon cylindrique dans un article de Donaldson et Snedeker, intitulé "Experimental Investigation of the Structure of Vortices in Simple Cylindrical Vortex Chamber" (Etude expérimentale

de la structure des tourbillons dans une chambre cylindri-

que simple), "Aero. Res. Associates of Princeton", Rap-

port N 47, décembre 1962.

Ainsi qu'on l'a mentionné précédemment, l'appa-

reil de la présente invention est destiné à former une

poudre métallique par solidification rapide de gouttelet-

tes de métal en fusion. Les gouttelettes sont formées en coulant le métal en fusion sur un disque en rotation qui projette le métal radialement vers l'extérieur dans un plan pratiquement horizontal à peu près parallèle au plan du rebord du disque. Ces gouttelettes passent à travers le fluide réfrigérant entourant le disque et elles sont refroidies à une vitesse qui est déterminée par le flux massique du gaz réfrigérant à travers le-

quel elles passent, lequel varie, de préférence, radia-

lement de la même manière que le flux de chaleur dégagé

des particules. En tout cas, suivant la présente inven-

tion, la vitesse de refroidissement sera déterminée par

le nombre, la dimension, la construction et l'emplace-

ment des tubes de tourbillon. Quelle que soit la confi-

guration sous laquelle le gaz réfrigérant s'écoule des tubes pour pénétrer dans la chambre de refroidissement brusque, il existe une condition critique selon laquelle, dans le plan des gouttelettes métalliques en mouvement, on doit avoir essentiellement le même écoulement de gaz

au même emplacement radial de 360 autour du disque, si-

non des particules différentes seront soumises à des vi-

tesses de refroidissement différentes et même des parti-

2( cules d'une granularité semblable auront des propriétés différentes. Suivant la présente invention, l'écoulement à la sortie de chaque tube de tourbillon forme des cônes allant en s'élargissant vers le bas. Des espaces libres subsistent entre des cônes adjacents au-dessus du point d'intersection de ces derniers. Dès lors, les tubes disposés sur le même cercle a, b, c, d ou e doivent être

espacés l'un de l'autre, de telle manière que les cônes-

issus de tubes adjacents s'intersectent en un point si-

3( tué au-dessus du plan dans lequel se déplacent les gout-

telettes de métal, soit à peu près le plan du disque 38.

En dessous de ce point d'intersection, les cônes forment une couronne ou un rideau annulaire et continu de fluide

réfrigérant qui se déplace verticalement et à travers le-

quel les gouttelettes de métal doivent passer. De la

même manière, l'écartement entre les cercles concentri-

ques de tubes a, b, c, d et e doit être calculé de telle

sorte que les cônes issus de cercles concentriques adja-

cents s'intersectent également au-dessus du plan dans

lequel les gouttelettes se déplacent, afin d'éviter tou-

te interruption dans l'écoulement de gaz réfrigérant en-

tre les couronnes annulaires concentriques de fluide ré-

frigérant. En d'autres termes, si le cône de fluide tourbillonnaire issu de chaque tube intersecte les cônes issus de tous les tubes périphériques adjacents en un

* point dont la distance perpendiculaire au plan des sor-

ties des tubes est inférieure à la distance perpendicu-

laire comprise entre le disque et le plan précité, il n'y aura aucune interruption dans l'écoulement de fluide réfrigérant dans le plan de circulation des particules

l.S métalliques.

La description ci-dessus est illustrée plus

clairement dans les figures 3 et 5 dans lesquelles les cones engendrés par les tubes faisant partie des deux

cercles concentriques extérieurs extrêmes a et b s'inter-

sectent sur la circonférence d'un cercle AB. De la même

manière, les cônes engendrés par les tubes faisant par-

tie des deux cercles b et c s'intersectent sur la cir-

conférence d'un cercle BC, tandis que les cônes engen-

drés par les tubes faisant partie des cercles c et d s'intersectent sur le cercle CD. Il est évident que l'on peut construire les tubes de chacun des cercles a, b, c, d, e et sélectionner le diamètre de ces cercles de telle sorte que les cercles d'intersection AB, BC et CD aient

un diamètre présélectionné et que les plans de ces cer-

cles soient situés à une distance présélectionnée (XI,

X2, X3 respectivement) en dessous des sorties 56 des tu-

bes. De plus, il est possible de construire, de dimen-

sionner et de disposer les tubes de telle manière que les plans de certains ou de tous ces cercles d'intersection

soient situés à la même distance (soit X1=X2=X3) en des-

sous des sorties 56 des tubes, encore que cette condition

ne soit pas requise. Toutefois, ce qui est indispensa-

ble, c'est que les c8nes s'intersectent au-dessus du parcours suivi par les particules de métal en fusion lorsqu'elles sont projetées radialement à l'écart du disque en rotation 38. Dans la forme de réalisation préférée illustrée, des zones annulaires de-fluide réfrigérant (désignées par I, II, III et IV en figure 5) sont créées entre les cercles d'intersection adjacents (Dans cette forme de

réalisation, la zone IV est considérée comme une combi-

naison de l'écoulement de fluide réfrigérant provenant des tubes faisant partie des cercles d et e qui sont très proches l'un de.l'autre). Les particules de métal en fusion doivent traverser chacune de ces zones à mesure de leur refroidissement. Dans chaque zone, la vitesse de refroidissement est réglée par le nombre de tubes que renferme chaque zone, ainsi que par le débit de fluide réfrigérant circulant dans les tubes individuels. Dans cette forme de réalisation, les tubes faisant partie de chacun des cercles a, b-, c, d et e sont identiques, mais

les tubes peuvent être différents d'un cercle à l'autre.

Le tableau ci-après fournit des données concer-

nant les dimensions et les paramètres de mise en oeuvre du procédé pour ce qui concerne l'appareil illustré dans

les dessins annexés. Les données reprises dans ce ta-

bleau sont valables pour un débit total d'hélium de 454 g/seconde, unetempérature d'hélium de 26,70C dans le volume du collecteur, ainsi qu'une pression constante

de 1,24 bar dans la chambre de compression du collecteur.

La perte de charge pour l'ensemble du système en circuit fermé est d'environ 0,17 bar seulement. La perte de charge depuis la canalisation d'alimentation 30 jusqu'à

la chambre de refroidissement brusque 22 atteint seule-

ment 0,06 bar. A titre de comparaison, dans un système du type illustré dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4.078.873, on utilise un débit d'hélium de 454 g/seconde

et la perte de charge totale y atteint 0,68 bar.

TABLEAU

Paramètres Zone I Zone II Zone III Zone IV Rayon de la zone extérieure (cm) 16 32 48 64 Nombre de tubes dans chaque zone 20 20 30 30 Largeur W des fentes (mm) 2,71 3,37 3,86 3,25 Hauteur H des fentes (mm) 24,33 23,90 15,34 12,85 Diamètre intérieur des tubes (mm) 552 683 391 329 Rapport L/D 3,27 3,16 3,05 3,05 Rapport At/As 1,43 1,82 1,67 1,67 Débit par tube (g/seconde) 7,03 8,48 2,81 1,99 Vitesse axiale (m/seconde) 111 81 82 82

Vitesse tangen-

tielle (m/seconde) 146 147,5 137,5 136,5 Demi-angle de cône I (degrés) 55 61 59 59 Il est à noter que le rapport L/D est le même pour tous les tubes. De même, il n'y a pas une trop grande différence entre les rapports At/As des tubes, si bien que les demi-angles de cône I sont à peu près identiques. Cet appareil particulier peut produire une poudre de superalliage à base de nickel au départ du

métal en fusion à raison d'environ 0,15 kg par seconde.

Le flux massique du gaz réfrigérant dans les quatre zo-

îies de refroidissement 1, II, III et IV se rapproche

graduellement de la variation radiale du flux de cha-

leur dégagé par le métal en fusion à mesure du traite-

ment de celui-ci. On pourrait évidemment obtenir une approximation plus étroite en utilisant des cercles supplémentaires de tubes de tourbillon; toutefois, le

coût qu'implique l'adjonction de cercles supplémentai-

res de tubes, l'emporte finalement sur les avantages que l'on retirerait d'une meilleure concordance entre le profil du flux de chaleur dégagé des particules et

le profil radial du flux massique du gaz réfrigérant.

Bien que l'invention ait été illustrée et dé-

crite en se référant à certaines de ses formes de réali-

sation préférées, l'homme de métier comprendra que di-

verses modifications et omissions peuvent être envisa-

gées tant dans sa forme que dans ses détails, sans se

départir de son esprit et de son cadre.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Appareil pour la fabrication d'une poudre métallique, caractérisé en ce qu'il comprend: un logement;

un disque monté dans ce logement pour tourner au-

tour d'un axe; une plaque à ajutages disposée à l'intérieur de ce logement; un élément définissant un volume de collecteur de fluide réfrigérant d'un côté de cette plaque;

un élément définissant une chambre de refroidisse-

ment brusque de l'autre côté de la plaque; plusieurs tubes cylindriques de tourbillon comportant

chacun un élément définissant une surface de paroi cylin-

drique intérieure, au moins une première partie de cha-

cun de ces tubes étant disposée dans le collecteur pré-

cité, chacun de ces tubes comprenant un élément destiné à laisser un fluide réfrigérant s'écouler du volume du

collecteur dans le tube et à créer un écoulement tourbil-

lonnaire de ce fluide dans le tube, ces tubes comportant

chacun un élément de sortie de fluide réfrigérant dé-

bouchant dans la chambre de refroidissement brusque, tandis qu'ils sont construits, dimensionnés et disposés

de façon à obtenir le type d'écoulement de fluide réfri-

gérant souhaité des sorties précitées dans la chambre de

refroidissement brusque autour du disque.

2. Appareil suivant la revendication 1, carac-

térisé en ce que les tubes sont disposés autour de la circonférence de plusieurs cercles concentriques dont le centre est l'axe du disque, créant ainsi plusieurs zones annulaires concentriques de fluide réfrigérant entourant

le disque.

3. Appareil suivant la revendication 2, carac-

térisé en ce que le nombre de tubes que renferme chaque cercle, ainsi que la construction et les dimensions de chaque tube sont sélectionnés de telle sorte que le flux

massique du fluide réfrigérant dans la chambre de refroi-

dissement brusque se rapproche graduellement de la va-

riation radiale du flux de chaleur qui est supposé de-

voir se dégager du métal à traiter.

4. Appareil suivant la revendication 1, carac-

térisé en ce que le volume de collecteur est une source

de pression commune, tandis que la chambre de refroidis-

sement brusque est un piège à pression commun pour tous

les tubes.

5. Appareil suivant l'une quelconque des reven-

dications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément prévu pour l'admission du fluide réfrigérant et la création

d'un écoulement tourbillonnaire de ce fluide dans cha-

cun des tubes comprend au moins une fente traversant l'élément de paroi précité et s'étendant pratiquement

tangentiellement à la surface de paroi cylindrique inté-

rieure du tube pour permettre l'écoulement du fluide ré-

frigérant du volume de collecteur dans le tube pratique-

ment tangentiellement à la surface de paroi intérieure

de ce dernier.

6. Appareil suivant la revendication 4, carac-

térisé en ce qu'il comprend un système de recyclage de fluide réfrigérant en circuit fermé comportant un élément destiné à introduire un fluide réfrigérant sous pression

dans le volume du collecteur, un élément destiné à éva-

cuer le fluide réfrigérant de la chambre de refroidis-

sement brusque, un élément prévu pour dissiper la cha-

leur cédée au fluide réfrigérant au cours du fonctionne-

ment de l'appareil, ainsi qu'un élément destiné à recy-

cler ce fluide.

7. Appareil suivant la revendication 4, carac-

térisé en ce que les sorties des tubes sont situées au-

dessus du plan du disque, ces tubes étant orientés pour diriger le fluide réfrigérant de ces sorties vers le bas

autour du disque.

8. Appareil suivant la revendication 7, carac-

térisé en ce que les tubes sont disposés autour de la circonférence de plusieurs cercles concentriques dont le centre est l'axe du disque, l'élément prévu pour l'admission du fluide réfrigérant et la création d'un écoulement tourbillonnaire de ce fluide dans chacun de ces tubes comprenant des fentes traversant l'élément de paroi précité de chaque tube et s'étendant pratiquement

tangentiellement à la surface de paroi cylindrique inté-

rieure de ce dernier pour permettre l'écoulement du fluide réfrigérant du volume de collecteur dans le tube

pratiquement tangentiellement à la surface de paroi in-

térieure de ce dernier, le nombre de tubes que renferme

chaque cercle, ainsi que la construction et les dimen-

sions de chaque tube étant sélectionnés de telle sorte

que le flux massique du fluide réfrigérant dans la cham-

bre de refroidissement brusque se rapproche graduellement

de la variation radiale du flux de chaleur-qui est sup-

posé devoir se dégager du métal à traiter, cet appareil comprenant également un système de recyclage de fluide réfrigérant en circuit*fermé comportant 1) un élément

pour l'introduction d'un fluide réfrigérant sous pres-

sion dans le volume du collecteur; 2) un élément pour l'évacuation du fluide réfrigérant hors de la chambre de

refroidissement brusque; 3) un élément pour la dissipa-

tion de la chaleur du fluide réfrigérant; et 4) un élé-

ment pour le recyclage de ce fluide.

9. Appareil suivant l'une quelconque des reven-

dications l à 4, caractérisé en ce que les tubes sont construits pour engendrer un écoulement tourbillonnaire de fluide réfrigérant sous forme de cônes allant en s'élargissant des sorties précitées dans la chambre de refroidissement brusque, le nombre et la disposition de ces tubes étant étudiés de telle sorte que chaque cône

de fluide intersecte les cônes issus de tubes périphéri-

ques adjacents à une distance perpendiculaire du plan de

ces sorties qui est inférieure à la distance perpendicu-

laire comprise entre le disque et le plan précité.