1 MODULE DE PRESSAGE DE PASTILLES DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE Le sujet de l'invention présente est un module de pressage de pastilles à partir de poudres, qui comprend, pour augmenter les cadences de production, un barillet tournant pourvu d'une série circulaire de matrices dans lesquelles le pressage est fait successivement à mesure que le barillet tourne. Un exemple de l'art connu peut être trouvé dans le document US-A-2003/0 042 639. Les matrices sont creusées dans un plateau au centre du barillet, au-dessus et au-dessous duquel se trouvent deux évidements circulaires occupés par les extrémités de travail de poinçons supérieurs et de poinçons supérieurs, dont chacun est associé à une des matrices. Les extrémités opposées des poinçons inférieurs et supérieurs s'étendent à l'extérieur du barillet, où elles sont saisies par des cames s'étendant autour du barillet. A mesure que le barillet tourne, les poinçons glissent sur des cames qui les animent de façon à exécuter un pressage en les faisant pénétrer tous deux dans les matrices, puis un démoulage en relevant les poinçons supérieurs et en poussant les poinçons inférieurs pour chasser les pastilles hors des matrices. Le barillet passe aussi devant un dispositif de remplissage qui emplit successivement les matrices de poudre, et devant un dispositif d'éjection qui enlève les pastilles une fois qu'elles sont formées. Un tel dispositif donne entière satisfaction pour les cadences de production et 2 peut être appliqué à des comprimés pharmaceutiques ou à des pastilles de combustibles nucléaires par exemple ; mais certains de leurs inconvénients limitent leur emploi pour cette dernière application, et d'une façon générale pour le pressage de matériaux toxiques chimiques ou irradiants. Les dispositifs connus pèchent en effet en ce qu'ils permettent une dissémination importante de poudre dans le barillet et autour de lui, qu'il est difficile ou impossible de retirer commodément par aspiration ou par un autre procédé. De la poudre tend donc à s'accumuler dans le module et à produire donc ce que l'on appelle un inventaire (hold-up) important. Cet inconvénient, tolérable avec certains combustibles nucléaires, ne l'est pas quand on projette d'utiliser des éléments fortement actifs tels les actinides mineurs, la contamination du module devenant excessive. Il est aussi embarrassant de s'accommoder d'une perte d'une telle matière à la fabrication, qu'il est ensuite impossible de contrôler et de comptabiliser. Si l'on considère le dispositif du document antérieur susmentionné, on s'aperçoit que la poudre déposée en excès ou qui a échappé à l'agglomération des pastilles demeure sur la surface supérieure du plateau dans lequel les matrices sont creusées, avant d'être dispersée par les mouvements du barillet et des poinçons et de choir ou de se déposer sur les surfaces environnantes, dont la superficie est importante et la disposition très compliquée, ce qui rend vaines les tentatives de récupérer complètement cette poudre. 3 C'est pour obvier à ces inconvénients que l'invention fut conçue. Elle repose sur deux aspects principaux : un fonctionnement différent du barillet, avec une rotation discontinue ou hachée et une possibilité supplémentaire de mouvement ; et une répartition différente des étapes du pressage sur la circonférence du module. Au lieu d'être étalé sur toute la circonférence du module ou sa plus grande partie, le pressage est en effet concentré sur un secteur angulaire particulier, de faible étendue, pendant lequel le barillet reste immobile, et le démoulage a lieu normalement au même endroit. La poudre en excès a alors moins de possibilités de se disséminer et peut être plus facilement récupérée par un dispositif d'aspiration. Sous une forme générale, l'invention concerne un module de pressage de pastilles comprenant une enveloppe, un barillet tournant dans l'enveloppe autour d'un axe vertical et muni d'un cercle de matrices pour les pastilles, d'un évidement sous lequel les matrices s'étendent et dans lequel elles débouchent, ainsi que de poinçons inférieurs et de poinçons supérieurs opposés par paires dont chacun coulisse verticalement dans le barillet, les poinçons supérieurs étant aptes à pénétrer dans les matrices et à les traverser pour dépasser dans l'évidement, les poinçons inférieurs étant aptes à pénétrer dans les matrices et à se retirer dans l'évidement, le module comprenant des dispositifs statiques de réglage de position des poinçons inférieurs et supérieurs agissant 4 sur des extrémités extérieures des poinçons inférieurs et supérieurs qui dépassent hors du barillet, caractérisé en ce qu'il comprend un support du barillet qui est mobile alternativement en direction de l'axe en entraînant le barillet, et en ce que le dispositif de réglage de position des poinçons supérieurs comporte une interruption à un secteur angulaire du module où il est remplacé par un dispositif mobile de compression d'un des poinçons supérieurs. Le mouvement vertical du barillet rendu ainsi possible assure le démoulage des pastilles sans devoir tourner le barillet pour produire un démoulage en déplaçant le piston inférieur sur sa came. Le dispositif de réglage de position des poinçons supérieurs n'est par ailleurs pas utilisé pour réaliser le pressage, un appareil autonome étant utilisé pour cela. Une construction particulière du module est obtenue quand le piston comprend une cloison entourant le barillet et entourée par l'enveloppe, la cloison étant immobile en rotation et soutenant le barillet par un palier à roulements. La cloison entourant le barillet limite les possibilités de dissémination de poudres tout en lui procurant un support ferme. La fermeté est encore plus grande quand la cloison glisse dans l'enveloppe cylindrique. La cloison peut être posée sur un socle fixe par un vérin à section circulaire. Un obstacle à la dissémination est réalisé quand la cloison comprend un rebord s'étendant au- dessus d'un fond de l'évidement. Ce rebord peut délimiter des fenêtres de la cloison qui s'étendent à hauteur des matrices, la cloison s'étendant au-dessus des fenêtres, et le palier à roulements comprend un roulement supérieur au-dessus des fenêtres et un palier inférieur au-dessous des fenêtres. 5 Un aspect caractéristique de l'invention apparaît quand le module est divisé en secteurs angulaires égaux correspondant chacun à un poste de travail, comprenant chacun une des matrices et au moins un appareil auxiliaire disposé autour de l'enveloppe, les appareils auxiliaires effectuant chacun une fonction différente et comprenant en particulier un dispositif de remplissage des matrices, le dispositif mobile de compression et un dispositif de déchargement des pastilles hors du barillet, avantageusement à des secteurs angulaires voisins et successifs du module. Les appareils auxiliaires peuvent comprendre encore un appareil de contrôle des pastilles situé au même secteur angulaire que les dispositifs mobiles de compression ou un dispositif de nettoyage à un autre des secteurs angulaires. Dans une réalisation préférée, les secteurs angulaires sont six et comprennent successivement, comme appareils auxiliaires : le dispositif de remplissage des matrices ; le dispositif mobile de compression ; le dispositif de déchargement des pastilles ; le dispositif de nettoyage ; un dispositif de lubrification des poinçons ; et un dispositif d'inspection des poinçons. En variante, le dispositif de remplissage des matrices, le dispositif mobile de compression et le dispositif d'éjection des pastilles peuvent être 6 répétés à plusieurs exemplaires, le dispositif de lubrification des poinçons et le dispositif d'inspection restant à un seul exemplaire autour du barillet, et le dispositif de nettoyage pouvant être à un seul exemplaire ou disposé après chaque dispositif d'éjection des pastilles. Une cadence de production plus importante peut alors être espérée. L'enveloppe délimite avantageusement une enceinte étanche contenant le barillet et le support, et des conduits de modification d'atmosphère en pression ou en composition aboutissent alors dans l'enceinte, afin de créer une atmosphère neutre pour empêcher l'oxydation ou la combustion, ou pour créer une dépression.
L'invention sera maintenant décrite en liaison aux figures suivantes, qui sont données à titre purement illustratif : - les figures 1 et 2 sont des vues générales d'une réalisation d'un module de pressage selon l'invention, en coupe diamétrale et en vue de dessus, - et les figures 3, 4 et 5 illustrent trois postes de travail de ce module. La figure 1 représente tout d'abord une vue en coupe du module de pressage. Une enveloppe (1) cylindrique entoure un barillet (2) de même forme. L'enveloppe (1) a une épaisseur choisie pour absorber les radiations produites par le matériau à presser dans le cas d'une application à des pastilles de combustibles nucléaires, tout en comprenant des ouvertures (3) réparties sur sa circonférence à 7 différents postes de travail sur lesquels on reviendra, les ouvertures (3) servant à l'introduction d'appareils depuis l'extérieur jusqu'au barillet (2). L'enveloppe (1) est posée sur un socle (4) comprenant un logement (5), ouvert vers le haut, en son centre. Le barillet (2) comprend des poinçons supérieurs (6) et des poinçons inférieurs (7) répartis sur des circonférences superposées, en nombres égaux et disposés face à face par paires. Ils comprennent tous une extrémité de travail (8) (orientée vers le bas pour les poinçons supérieurs (6) et vers le haut pour les poinçons inférieurs (7)) apte à entrer dans une matrice (9) respective cylindrique traversant un plateau (10) à mi-hauteur du barillet (2). Le barillet (2) comporte un évidement (11) circulaire au milieu duquel le plateau (10) fait saillie et qui comprend donc une portion supérieure (12) et une portion inférieure (13). Un insert (14) de forme annulaire s'étend autour du barillet (2), mais l'enveloppe (1) l'entoure.
Il comprend des fenêtres (15) en face des ouvertures (3) et de l'évidement (11). Il est soutenu par un vérin circulaire (16) posé dans le logement (5) du socle (4) et il soutient le barillet (2) par un roulement supérieur (17) et un roulement inférieur (18) situés au-dessus et au-dessous des fenêtres (15). Le barillet (2) accompagne ainsi l'insert (14) dans ses mouvements de translation verticale produits par le vérin pneumatique (16), mais reste libre de tourner par rapport à lui autour d'un axe vertical également. La rotation est produite par un moteur (19) présent dans le logement (5). La figure 1 représente encore une 8 enclume (20) elle aussi présente dans le logement (5) et située sous un des poinçons inférieurs (7), une presse supérieure (21) munie d'un piston (22) mobile de compression dirigé vers le bas et pouvant être chassé de manière à heurter le piston supérieur (7) en face du poinçon inférieur (7) qui repose sur l'enclume (20). Des dispositifs d'étanchéité dynamique (43, 44, 45 et 46) sont disposés entre l'insert (14) et l'enveloppe (1), entre l'insert (14) et le barillet (2), au-dessus et au-dessous de l'évidement (11), et entre les poinçons supérieurs (6) et les poinçons inférieurs (7) d'une part, le barillet (2) d'autre part. Le volume intérieur du module, dont l'évidement (11) forme la partie principale, est alors isolé, à l'exception des parties donnant sur les ouvertures (3), mais qui sont obstruées par les appareils des postes de travail, munis de dispositifs d'étanchéité propres qui complètent l'isolation de ce volume intérieur. Le module (figure 2) comprend six postes répartis sur la circonférence de l'enveloppe (1) et du barillet (2) et comprenant chacun un poinçon supérieur (6), une matrice (9) et un poinçon inférieur (7), dont un poste de remplissage (23), un poste de compression et démoulage (24), un poste de déchargement (25), un poste de nettoyage (26), un poste de lubrification (27) et un poste d'inspection (28). Les appareils correspondants sont placés autour de l'enveloppe (1) et assemblés à sa face extérieure. Les sections des ouvertures (3) sont entièrement couvertes par ces appareils, qui peuvent être rendues étanches par des bouchons classiques et complètent l'isolation du volume interne au barillet 9 (2). Une description des postes les plus importants sera maintenant donnée. Le poste de remplissage (23), représenté à la figure 3, comprend une goulotte (29) oblique originaire d'un réservoir (30) supérieur qui traverse une fenêtre (15) de l'insert (14) et dont l'extrémité frotte sur la face supérieure du plateau (10) par un joint racleur (31). D'une façon générale, les poinçons supérieurs et inférieurs (6 et 7) ont leurs mouvements verticaux commandés par des cames (32 et 33) ou d'autres dispositifs statiques de réglage de positon, comme des pistes à galets, qui s'étendent sur la plus grande partie de la circonférence du module en étant fixés à l'enveloppe (1) ; des extrémités extérieures (34) des poinçons supérieurs (6 et 7), opposées aux extrémités de travail (8) mentionnées auparavant et en forme de collerettes saillantes, y sont retenues. Au poste de remplissage (23), les poinçons supérieurs (6) sont relevés pour passer à l'écart de la goulotte (29) et les poinçons inférieurs (7) sont abaissés de manière à libérer un volume suffisant dans les matrices (9) pour recevoir la poudre nécessaire à la fabrication des pastilles. Le poste de compression et de démoulage (24) est représenté à gauche de la figure 1. Les poinçons inférieurs et supérieurs (6 et 7) y quittent les cames (32 et 33), ceux-ci reposant sur l'enclume (20) et ceux-là étant à portée du piston (22), qui effectue alors la compression. Une pastille est formée au coeur de la matrice (9). L'insert (14) est ensuite abaissé par une action du vérin circulaire (16), ce qui démoule la pastille, toujours retenue entre les 10 poinçons (6 et 7). Elle peut alors être contrôlée par un appareil optique non représenté situé devant la fenêtre (15). Un mouvement inverse de l'insert (14) et du barillet (2) en direction verticale remet ensuite le module en position de travail. Le rebond radial des pastilles, c'est-à-dire leur dilatation par détente des contraintes internes au moment du démoulage, fait que leur diamètre est désormais plus grand que celui des matrices (9) et qu'elles n'y retombent donc pas : elles restent posées sur le plateau (10) et repoussent les poinçons supérieurs (6) vers le haut. Le poste de déchargement (25) comprend (figure 4) un déflecteur (35) qui fait glisser la pastille sur le plateau (10) vers l'extérieur, à travers la fenêtre (15) correspondante, puis sur un toboggan (36) d'évacuation. Le poste de nettoyage (26) représente, comme on le voit à la figure 5, deux buses (38 et 39) dirigées respectivement vers la face supérieure (37) du plateau (10) et la face de fond (40) de l'évidement (11). Ces deux surfaces, toutes deux orientées vers le haut, reçoivent presque toute la poudre en excès qui ne s'est pas agrégée aux pastilles. Un rebord (47) de l'insert (14), sous les fenêtres (15), s'élève au- dessus de la face de fond (40) et empêche la dissémination de la poudre couvrant celle-ci. On a donc la garantie qu'une très faible portion de cette poudre échappe à la reprise pour les buses (38 et 39). Il est à noter que le nettoyage par aspiration crée une dépression dans le volume de l'évidement (11), qui est souhaitable en soi pour éviter les rejets possibles de 11 poudre vers l'extérieur, de même que pour faciliter le remplissage par l'entraînement de la poudre à partir du réservoir (30). Le poste de lubrification (27) permet la lubrification locale des poinçons (6 et 7) et des matrices (9) par pulvérisation par une buse spécifique à chacun de leurs passages. Et le poste d'inspection (28) comprend des capteurs d'inspection par endoscopie pour les poinçons et la matrice, afin de détecter d'éventuels phénomènes d'usure ou d'endommagement. Un dispositif à clapet d'inertage (41) peut être installé, par exemple sur le réservoir (30) de poudre, dont l'ouverture, calibrée à une dépression déterminée, permet une entrée d'un gaz inerte originaire d'un réservoir (42) qui limite les risques de combustion ou d'oxydation de la poudre. La dépression dans l'évidement (11) est donc maintenue à une valeur déterminée. Il est à noter que l'ordre des différents postes n'est en général pas imposé, que certains de ces postes peuvent être regroupés, que certains encore sont optionnels ou peuvent être remplacés par d'autres, et enfin que leur nombre ainsi que leurs proportions peuvent être modifiés, c'est-à-dire que plusieurs postes de remplissage et plusieurs postes de compression et d'éjection peuvent être associés à un seul poste de lubrification par exemple, ce qui fait que le barillet peut avoir un nombre total de postes plus important, plusieurs pastilles étant ensemble à une même phase de fabrication. 12 Quoi qu'il en soit, le procédé conforme à l'invention comporte une rotation discontinue ou hachée du barillet (2), chacune des matrices (9) restant immobile pendant un moment à chacun des postes. Le poste au travail le plus long détermine la vitesse de rotation du barillet (2) et la cadence de production, qui reste cependant excellente par rapport aux procédés classiques, où le barillet est animé d'une rotation continue et comprend un grand nombre de matrices.
Le confinement aux radiations est assuré par l'enveloppe (1), le socle (4) lui aussi épais, et par un couvercle non représenté au-dessus de la presse (21) si nécessaire ; il est rendu fiable par l'impossibilité pour la poudre de se disséminer. Le dimensionnement radiologique du mode a été rendu possible par des moyens de calcul de radio-protection. Les résultats ont permis de dimensionner le module selon une composition spécifique (70% d'uranium de retraitement ou appauvri et 30% d'américium) et un spectre donnant l'activité et la fluence neutronique pour 1,5 g de matière présente dans le module, de façon à garantir un débit de dose inférieur à 2,5 pSv/h au contact du module. Certains perfectionnements, aspects et avantages du mode de réalisation décrits jusqu'ici peuvent être ajoutés. C'est ainsi que les cames (32 et 33) de réglage de position du poinçon (6 et 7) peuvent être conçues pour appliquer un compactage préliminaire de la poudre dans les matrices (9), après le remplissage et avant la compression par la presse supérieure (21), en approchant les poinçons (6 et 7) 13 l'un de l'autre et en particulier en faisant pénétrer les poinçons supérieurs (7) dans les matrices (8). Cette opération est réalisée par une simple d'orientation du barillet (2) entre le poste de remplissage (23) et le poste de compression et démoulage (24). L'enclume (20) correspondant à une interruption de la came inférieure (33) au poste de compression et démoulage (24) peut être posée sur le socle (4) par un générateur de vibration (55) qu'il lui sert de base afin de favoriser le remplissage des matrices (9) aux postes précédents. L'enveloppe (1) peut être verrouillée au socle (4) par des moyens non représentés de façon qu'elle soit amovible et que le module puisse ainsi être démonté et transporté dans une salle d'entretien ou de réparation. Le module peut être dimensionné avec une enveloppe (1) ou d'autres écrans tenant une irradiation au contact de 2,5pSv/h avec deux pastilles contenues dans le module et composées de 70% d'uranium de retraitement ou appauvri et 30% d'américium. Le support (14) peut être mobile pendant les compressions par le dispositif mobile, en plus de ses mouvements visant à éjecter les pastilles hors des matrices après la compression ; mais ce mouvement simultané à la compression est de faible vitesse, son but étant de diminuer les frottements de la poudre pendant la compression dans les matrices (9) et de réduire ainsi les contraintes radiales dans les pastilles.
Le piston (22) de la presse supérieure (21) peut être déplacé à la même vitesse que les 14 compressions effectuées par les procédés habituels (quelques millimètres à la minute), mais aussi à grande vitesse, supérieure à 1 mètre à la minute et pouvant atteindre 10 mètres à la seconde. Cela représente un avantage à ne pas recourir aux cames (32 et 33) pour réaliser la compression. On a vu que la matière en excès des pastilles, déposée dans le barillet (2), pouvait être récupérée ; cela est facilité par la rotation du barillet (2) et la disposition circulaire de ses faces de dépôt (37 et 40), puisqu'un mouvement centrifuge de la poudre peut être obtenu sur ces surfaces, facilité par la rotation à vitesse modérée du barillet (2) qui favorise une centrifugation : les buses (38 et 39) peuvent être disposées seulement à la périphérie de la face supérieure (37) et de la face de fond (40). La création d'un vortex en une disposition judicieuse d'un moyen d'aspiration ou de soufflage peut aussi être envisagée.20