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"Procédé de fabrication de pièce* durcis$ à partir de mélangea bitumineux"
L'invention concerne un procède de fabrication de pilota moulées et durcies à partir de mélangée bitumineux et plus particulièrement d'électrodes, de briquettes de charbon ou de minerai , de plaques, de dallent etc.
Le électrodes convenant aux applications métallur giques sont en carbone pur, généralement en coke de pétrole ou en graphites Le constituant carbone est généralement en graine, dont la grosseur ne dépasse pas celle des parti- ! culte de poudre et qu'on mélange avec un liant bitumineux,
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@ par exemple du brui de goudron dit houille nu de l'asphaite pour former une musa plastique avec laquelle on obtient par extrusion de* pliait en forme. ces pièce* en tome au* biesent ensuite l'acition il 'un* température élevée (de 800 à 1200 C pendant. un période de longue durée) pour éliminer tous les constituante volatil$ et plastiques du liant.
bi- tumineux et carbonisa? le complément de façon à former des masses solides constituées par du carbone pratiquement pur (procédé de cuisson) .
La demanderesse a découvert que contrairement à toute atteinte dans certaines condition. une masse bitumineuse comprimée .'échauffe spontanément, c'est-à-dire que sa terni pérature t'élève de quelques centaines de degrés sans apport à la masse de chaleur provenant d'une coure* extérieure.
Ce résultat est obtenu lorsqu'on entoure pu enrobe la masse sortant de la presse, c'est-à-dire l'électrode "verte", en- core chaude, dans une masse calorifuge, d'un type dans lequel l'action calorifuge est exercée de préférence par les cel- Iules remplies d'air que contient la mate*, telle que par exemple la perlite gonflée, la vermioulite exfoliée, l'argile expansée, etc, Ces matières non seulement retiennent la chaleur rayonnée par les pièces moulées chaudes mais encore la retransmettent par rayonnement dans ces pièces moulé..
et la chaleur s'accumule donc dans ce* pièces* On obtient ainsi à partir d'une certaine température de départ un réac* tion exothermique dans les pièces en y dégageant un supplé- ment de chaleur à l'intérieur. La température N'élevé spon- tanément à l'intérieur des pièces et atteint la valeur né-
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cessaire à la cuisson. Cette réaction consiste en une oxy- dation, une polymérisation et une évaporation des matières volatil., qui donne lieu à une carbonisation totale du liant bitumineux.
Le principe de l'invention est fondé sur 1'observation que dans les mélanges bitumineux qui con- tiennent des cellules ou cavités remplies d'air convenable. mont réparties, certaines réactions , telles que les réac- tions précitées s'accomplissent, qu'une réaction d'oxyda- tion peut se déclencher et se poursuivre spontanément à partir d'un certain état, et que cette réaction peut être obtenue, non plue par une source extérieure, maie par re- rayonnement de la chaleur d'une matière calorifuge entourant les pièces moulées à traiter.
Le procédé de l'invention consisteà préparer un mélange plastique de particules solides en graine et en poudre et d'un liant bitumineux, à mouler de mélange à chaud par compression en pièces de dimensions voulues, en exerçant la pression de moulage de façon à laisser sub- sister dea cavités uniformément réparties dans les pièces moulées, puis à enrober les pièces moulées chaudes dans une chambre recouverte d'une couche d'une Manière calorifuge, perméable. l'air. qui absorbe la chaleur dégagée par les pièces comprimées chaudes et rayonne de nouveau cette cha- leur dans les pièces pour y déclencher une réaction exo- thermique d'oxydation.
Dans un exemple de mise en oeuvre du procédé de l'invention, à choisir de préférence, pour la préparation d'électrodes en carbone, on mélange à chaud des particules
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broyées de coke de pétrole d'une grosseur comprise entre celle des particules de poussière et environ 1 mm, avec une proportion d'environ 20% en poids d'un bitume d'asphalte mou. Le mélange doit s'effectuer par le procédé décrit dans le brevet des Etats-Unis No. 2 572 068 du 13 mai 1948 qui consiste à faire tourbillonner les particules solides dans un récipient clou, dans une zone de suspension flottante dans laquelle elles mont arrosées par un liant liquéfié ato- misé sous forte pression, de façon à recouvrir chacune des particules d'une pellicule de liant extrêmement mince.
On moule ensuite mous pression le mélange à une température d'environ 150 à 170 C pour obtenir des pièces de dimensions voulues, de façon à laisser subsister dans les pièces moulées une proportion de cavités d'environ 5 à 15% en vo- lume, puis on charge les pièces qui peuvent être chauffées à une température légèrement supérieure à 170 C dans une chambre où elles mont entourées par une couche de perlite ou autre matière calorifuge perméable à l'air, contenant de préférence une forte proportion de cellules remplies d'air.
L'épaisseur de la couche calorifuge peut être comprise entre environ 10 et 20 cm, suivant les dimensions dee pièces moulées Celles-ci, qui sont destinéceà servir d'électrodes, ont principalement la forme de tiges ou barrie cylindriques et comme elles sont à l'état plastique en sortant de la presse d'extrusion, on peut les introduire dans des cy- lindres de support en tôle métallique pour les suspendre dans la chambre de nuisson recouverte d'une couche de per- lite.
Les cylindre de support peuvent être perforés.
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gi# après que les éleotredew 'vartaa ont été char* aa dont la chambre de 0\' loson, leur température est de" venue inférieure A 17000o on fait arriver de l'air chaud dame li chambre pour élever cette température à un valeur aupdrieure à 1''* Us pilota enrobé* oomminoant à 4#4ohautter spontanément au voisinage de cette température# Suivant le* dimension# des pilota MOU1404 et l'épsiseaur de 1 couche calorifuge de la chambre, la température 1 l'intérieur des pièce* t'élève et atteint une valeur comprît* antre environ 300 et 700 C, On peut empêcher la température
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,de dépasser la valeur indésirable de 'N3aC,
par exemple en enlevant en partie la couche calorifuge de la chambre de
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cuisson, de façon à refroidir les pièces qui y sont ouepen. duos, Un moyens commode pour régler la température des pièces pendant qu'elle? durcissent consiste à faire varier le vo- lume d'oxygène introduit dans la chambre de cuisson* En diminuant ce volume d'oxygène, on ralentit la réaction d'oxy- dation et on refroidit les électrodes, tandis qu'en le faisant augmenter, on en élevé la température.
La durée de l'opération de cuisson ou de durcissement des pite.. moulées dans la chambre de cuisson dépend des dimensions des élec- trodee. Dans la plupart des cas, cette durée de cuisson cet comprise entre quelques heures et quelques jours* Une fols terminé le traitement de durcissement, on retire les @
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pièces de la chambre oalorifugéOt
Suivant une exemple d'application de l'invention dans la pratique, on mélange du coke de pétrole broyé en particules d'une grosseur de 0 à 0,
2 mm avec une proportion
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do 20% en poids de bitume d'asphalte On refoule par ex-
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trubien le melangw tltumraux une tompdrature de 160 0 et tout une pression de HO kg/ cm8 pour former des cylindres d'une longueur de 3 cm et d'un diamètre de 4 cm, qui con* tiennent une proportion de cavité de 0 à <0% en volumet On charge le pi4ots moulée dan une chambre do euiwaon rue couverte d'une oouoho calorl.fuge de perlite et, aprbe avoir chauffé U chambre à 17000# on y laisse reposer l<te pilots sans apport de chaleur supplémentaire# La température des pièces cylindriques noyées dans la perlite *'élève alors jusqu'à 30000 environ.
On laisse séjourner pendant 24 heure* dans la chambre les pièces enrobées dans la perlite et au
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bout de ce temps on les laisse refroidir lentement* La den- aité des pièces cylindriques ayant subi ce traitement de chauffage est d'environ 1,25 et la qualité d'eau absorbée
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dans le vide est de 10 a 12A en volume.
La quantité d'eau absorbée correspond à peu pris à la porosité des pièces* La résistance à la compression des pièces durcies est d'en*
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viron 150 kg/=2 à la température ambiante, En préparant les pièces moulées en carbone et gra0
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phîte par le procédé de l'invention, on simplifie notablement' et on fait diminuer le prix de revient de la fabrication des électrodes* Il n'est plus nécessaire de faire subir aux électrodes une cuisson qui, jusqu'à présent,
durait une
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semaine ou davantage, à une température d'environ ltf0 0. Le nouveau procédé de durcissement des pièces moulées par
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chauffage spontané permet de supprimer pratiquement en tota o lité, ou presque, l'apport de chaleur provenant d'une tourae ' extérieure pour faire démai-ret la réaction d'oxydation exco thermique et le duroi4mimo,it des pièces moulées bitumineuse
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s'effectue en une fraction du tempe nécessaire aux procédés de cuisson ordinaires*
Quoique l'invention ait été décrite en tant que N'appliquant particulièrement à la fabrication d'électrides en carbone, il est évident qu'on peut fabriquer par le pro- cédé décrit ci-dessus des pièces moulées durcies avec d'autre)
types de mélange* bitumineux, par exemple des briquettes de minerai, avec un mélange de minerai an poudre et d'un liant bitumineux ou des plaques et dalles de,revêtement.
Un autre exemple d'application de l'invention con- siste à produire des briquettes de charbon' partir de poudre de charbon* De fine graine de charbon sont mélangés' à environ 2 à 3% en poide à un liant bitumineux, de préfé- ronce un asphalte mou au moyen du procédé de mélange décrit dans le brevet américain précité 2 572 068. Le bitume li- quide est atomisé' une température d'environ 150à 1800 et à une pression d'environ 20 atu our les particule. de char* bon qui sont recouvertes alors d'une fine couche de bitume d'une épaisseur ne dépassant pas 10 à 20 microns.
Le mélange de charbon et de bitume est alors pressé sous forma de briquettes en appliquant une pression sous de telles con- ditions qu'un espace vide de 5 à 20% retenu dans les bri- quettes terminées se forme entre les particules du . charbon.
Les briquettes ainsi formées sono enlevées de la presse et tombent sur une couche de perlite ou autre ma- titre calorifuge perméable à l'air contenant une grande pro- portion de cellule* remplies d'air. D'autre part, de la par* lite est déposée sur la fournée de briquettes de manière que ces dernières soient enrobées complètement de perlite.
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La fourni de briquettes est alors mise dans une chambre dans laquelle la température *,et portée à environ 170 C, A cette température, une oxydation exothermique ont amorcée à l'intérieur des briquettes dans lesquelles l'oxygène de l'air dans les vides réagit avec lois tinte couches de bitume recouvrant les particules de charbon, étant donné le volume du vidéo Il se produit des changements moléculaires dans les couchée de bitume qui transformant le bituma mou et fondant aisément en un bitume dur et Infusible Par suite de cette réaction,
du la chaleur est développée dans la tournés de briquettes enrobées dans la perlite* Cette cha- leur est absorbée par la matière isolant* et *et Irradiés vers les briquettes, La chaleur dans la fournée de briquets tes croît et tout apport de chaleur supplémentaire externe., dans la chambre peut être interrompu. La température dans la chambre est commandée de préférence en Introduisant de l'air fraie de manière qu'elle ne dépasse pas 270 C, Un traitement à une température de 200 Cà 230 0 durant 4 d'heure à environ 1 heure et cela d'après la grandeur des briquettes est suffisant pour donner aux briquettes de charbon une haute résistance à la rupture.
Un autre avantage provient du fait qu'on n'a basoint que d'une très petite quantité de liant bitumineux pour pré- parer le mélange. Etant donné d'autre part le peu de bitume utilisé qui eet changé, lors du traitement par chaleur en un bitume non fusible, les briquettes obtenues par la mise en oeuvre du procédé décrit brûlent pratiquement sans dé- gager de fumée et de suie