Introduction
À l'ère de la mobilité électrique et de la miniaturisation, les alliages de terres rares et les aimants permanents fabriqués à partir de ces alliages gagnent constamment en importance. Un facteur décisif pour la qualité et les propriétés des aimants permanents est une distribution étroite de la taille des particules avec la plus petite fraction possible de particules fines (< 2 µm) et grossières (> 8 µm).
Avec les broyeurs à jet et les classificateurs ultra-fins fabriqués par NETZSCH, les composés sensibles Nd-Fe-B et Sm-Co ou d'autres alliages de terres rares peuvent être broyés de manière fiable en poudres fines sous gaz inerte, donnant une distribution étroite de la taille des particules et une limite supérieure définie de la taille des particules avec des résultats reproductibles. Pour le broyage de ces alliages, NETZSCH a développé le broyeur à jet de lit haute densité optimisé m-Jet. Cette machine offre également la possibilité d'extraire automatiquement les composants difficiles à broyer pendant le fonctionnement sans contaminer les parties périphériques de l'usine avec des impuretés. Cette caractéristique permet un changement de produit rapide et sans problème à tout moment.
L'état de l'art
Composants difficiles à broyer lors du broyage d'alliages de terres rares
Lors du broyage d'alliages de terres rares destinés à la fabrication d'aimants (ou à d'autres applications), des dépôts résiduels de composants difficiles à broyer se forment fréquemment. Dans le cas des alliages Nd-Fe-B, il s'agit principalement de néodyme, d'autres fractions de terres rares ou de fer. Les résidus sont ductiles et difficiles à broyer dans les broyeurs à jet. Ils ont plutôt tendance à s'accumuler dans la chambre de broyage. Par conséquent, les capacités de production diminuent au cours du processus de broyage et la productivité de l'ensemble de l'installation baisse. En outre, si ces composants contaminent le produit final, cela a un effet négatif sur ses caractéristiques magnétiques. En outre, l'accumulation de composants difficiles à broyer peut également modifier la distribution de la taille des particules, ce qui influe également sur la qualité du produit. Un autre problème est la modification de la composition de l'alliage de la poudre de terres rares due au broyage sélectif dans le lit fluidisé.
Par conséquent, en fonction de la qualité des alliages de terres rares, il est nécessaire de retirer à intervalles réguliers les composants difficiles à broyer de la chambre de broyage
Extraction de composants difficiles à broyer dans les broyeurs à jet à lit fluidisé conventionnels
Le processus d'extraction dans les broyeurs à jet conventionnels est souvent très long et compliqué. Il est généralement effectué en fonction de la vitesse du broyeur, généralement lorsque 50 % de la capacité de production standard a été atteinte.
Il est bien connu que dans le cas des broyeurs à jet contrarotatifs, les composants difficiles à broyer sont extraits en réduisant la vitesse du classificateur. Ce processus est souvent facilité par l'utilisation de buses au sol (Fig. 1), qui sont toutefois très facilement susceptibles de se bloquer en raison de leur conception structurelle installée sur le sol de la machine.
Le processus d'extraction complet dans un broyeur à jet conventionnel peut prendre plusieurs heures, ce qui, en raison de la réduction de la vitesse du classificateur, peut entraîner une contamination par des composants grossiers et difficiles à broyer dans l'ensemble de l'installation. Par conséquent, le processus d'extraction doit toujours être suivi d'un temps de rinçage adéquat. Cela signifie que la production doit être interrompue pendant une période plus longue.
À la fin du processus d'extraction, le lit fluidisé doit à nouveau être rempli de poudre. Pendant le remplissage, des modifications de la distribution granulométrique, de la capacité de production et du broyage sélectif peuvent se produire (fig. 3), ce qui peut entraîner une modification des composants d'alliage de la poudre broyée.
En raison du volume important de la chambre de broyage (lit fluidisé) des broyeurs à jet à lit fluidisé, le processus de mélange et d'homogénéisation du lit fluidisé peut durer jusqu'à une heure. Avec ces broyeurs, on n'obtient des capacités de débit et des distributions de taille de particules constantes qu'après ce laps de temps.
Lors de l'utilisation de broyeurs à jet à lit fluidisé, la meilleure qualité de produit ne peut être obtenue que si le broyeur fonctionne sans interruption avec un lit fluidisé de masse constante. Toutefois, cela n'est possible que pendant une période limitée.
La solution NETZSCH
Extraction de composants difficiles à broyer dans les broyeurs à jet hélicoïdal de type m-Jet
Pour combattre les inconvénients des broyeurs à jet à lit fluidisé conventionnels mentionnés ci-dessus, les ingénieurs de NETZSCH ont développé un broyeur à jet en spirale avec un classificateur d'air dynamique intégré. Le m-Jet combine les avantages d'un broyeur à jet à lit fluidisé avec ceux d'un broyeur à jet en spirale et est donc le broyeur idéal pour broyer les poudres de terres rares. Il est possible d'obtenir une finesse reproductible la plus élevée possible, indépendamment de la charge des jets de gaz. Le problème de l'extraction des composants difficiles à broyer a été élégamment résolu par des experts et s'effectue directement à partir de la chambre de broyage pendant le fonctionnement du m-Jet.
Ce processus peut être facilement automatisé. En diminuant le cycle de travail, il est possible de détecter les réductions de la capacité de production. Lorsqu'une valeur spécifiée est atteinte, un clapet installé dans la tuyauterie menant au filtre s'ouvre et le produit est expulsé du broyeur sous l'effet de la surpression dans la chambre de broyage. Pendant ce processus, la roue de classification fonctionne via le by-pass. Le contenu du broyeur est ensuite déchargé directement dans le filtre à poussière en aval par une tuyauterie séparée, qui n'est utilisée que pour la vidange du broyeur. Comme le bon produit est prélevé directement dans le cyclone, il n'y a pas de contamination de l'installation. La figure 2 montre la disposition de la tuyauterie d'extraction dans une installation de laboratoire de type m-Jet 10.
Un autre problème d'application est la vidange rapide et complète de la chambre de broyage lors d'un changement de produit. Ce système peut également être utilisé efficacement à cette fin, bien que le processus de vidange de la chambre de broyage puisse naturellement être lancé manuellement.
Grâce au faible volume de la chambre de broyage du broyeur à jet en spirale m-Jet, les phénomènes qui se produisent habituellement lors de l'utilisation d'un broyeur à jet à lit fluidisé, tels que le déplacement de la distribution de la taille du produit de la poudre broyée et l'affaissement de la capacité de production, sont extrêmement rares (figure 3).
Le processus d'extraction dans le site m-Jet en détail
La figure 4 illustre le processus d'extraction de la poudre active de la chambre de broyage : La chambre de broyage du broyeur de laboratoire m-Jet 10 a été vidée à des intervalles de temps déterminés. La diminution de la puissance du classificateur pendant et après le processus de vidange est clairement visible. Après chaque vidange, la finesse du produit du cyclone ainsi que la masse et la finesse de la poudre extraite dans le filtre ont été mesurées. La finesse (d50) du produit du cyclone était d'environ d50 = 2,95 µm et est restée relativement constante pendant toute la durée de fonctionnement. Il a également été démontré qu'il n'y avait pratiquement pas de fluctuations dans la finesse d50 du contenu du broyeur, collecté dans le filtre à poussière. En moyenne, la masse extraite était d'environ 330 g. Le produit extrait ne quitte pas le processus inerte en circuit fermé. Il n'y a donc aucun risque de combustion de la poudre pendant le processus d'extraction et aucun filtre à poussière supplémentaire n'est nécessaire, puisque le filtre à poussière installé dans chaque usine est utilisé à cette fin.
Après l'extraction du contenu de la chambre de broyage, le broyeur fournit à nouveau un produit conforme aux spécifications dans un délai de 10 minutes. Cela représente un gain de temps considérable par rapport aux broyeurs à jet à lit fluidisé conventionnels. Le temps nécessaire à l'extraction du produit de la chambre de broyage ainsi qu'à l'obtention d'une qualité de produit constante peut être transféré 1:1 aux broyeurs à l'échelle de production m-Jet.
Possibilités chez NETZSCH
A Hanau près de Francfort en Allemagne, NETZSCH Trockenmahltechnik dispose d'un laboratoire bien équipé pour les tests avec les poudres de terres rares. Dans ce laboratoire, il est possible d'effectuer des tests de broyage sur le broyeur à jet à lit fluidisé de type CGS et sur le broyeur à jet à spirale avec classificateur intégré de type m-Jet avec extraction intégrée des composants du produit qui sont difficiles à broyer. Une optimisation supplémentaire de la distribution de la taille des particules est effectuée par une classification sur le classificateur fin à haute efficacité m-Class dans des atmosphères inertes. De nombreuses analyses différentes telles que Malvern et REM peuvent également être effectuées à Hanau, ainsi que des analyses ONH, OCN, ICP en coopération avec un institut renommé. Si nos clients le souhaitent, nous pouvons également réaliser des programmes de frittage complets, y compris l'identification des propriétés magnétiques des aimants frittés dans un Permagraph.