Brevet FR2080888A1 — publié le 19711126

~1~ 2080888 La présente invention concerne un appareil et un procédé destinés à réduire la friabilité de morceaux d'alliages coulés en les refroidissant de façon commandée après la coulée. On fait passer par gravité des alliages, par exemple des ferrosiliciums,des 5 silicosianganèses, des ferromangansses et analogues, convenablement mis en forme à l'aide de moules possédant des cavités de forme déterminée, dans une tour ou un tube isolé possédant un dispositif d'évacuation réglable. On peut régler automatiquement le temps nécessaire pour que les pièces en alliage traversent le tube en 10 ajustant le dispositif d'évacuation, ce temps étant suffisant pour le refroidissement de façon commandée, des pièces à la vitesse et de la quantité,nécessaires à l'alliage particulier. On coule actuellement les alliages dans de grands moules et on les broie, après refroidissement à la température ambiante, à 15 l'aide de dispositifs classiques permettant de donner diverses formes aux alliages. Du fait de la friabilité de l'alliage, on forme une grande quantité de matières fines et de particules hors-dimension au cours du broyage et ensuite au cours du transport des morceaux choisis du fait des déplacements brutaux et turbulents 20 subis. Il est pratiquement impossible de vendre ces matières fines et ces pièces hors-dimension, ce qui diminue la quantité des morceaux qu'on peut utiliser. On a essayé de fondre à nouveau ces matières fines, mais il faut pour cela une opération supplémentaire qui augmente le prix total des pièces obtenues. 25 Un autre procédé de fabrication de pièces consiste à couler l'alliage directement dans des moules ayant des cavités de forme déterminée. On refroidit à la température ambiante les pièces coulées retirées des moules et on les expédie directement à un emplacement déterminé. Ces moulages sont encore friables et, au cours 30 du transport, il se forme des matières fines et des pièces hors-dimension qui diminuent la quantité des pièces utilisables, L'invention présente l'avantage qu'on retire les moulages des moules et on les refroidit de façon délibérée avec une vitesse uniforme et d'une valeur telles qa'il se forme des pièces en alliage 35 tenace et non friable qu'on peut transporter sans former de matières fines ou de pièces hors-dimension. 70 44382 ~2~ 2080888 L'invention présente aussi davantage de la mise en oeuvre d'un procédé continu de recuit à l,aide d'une tour de recuit, car on peut alimenter de façon continue la partie supérieure de la tour en pièces en alliage qu'on évacue automatiquement à la partie 5 inférieure. De façon générale, l'invention concerne un procédé et un appareil destinés à la réalisation de pièces en alliage coulé tenace et non friable, par exemple en ferrosilicium, en silico-manganèse, en ferromanganèse et analogues. On procède au durcisse-10 ment délibéré en refroidissant les pièces moulées à la vitesse et de la valeur nécessaires, lors d'un procédé de mise en oeuvre, on utilise une tour ou armature cylindrique verticale, isolée et comportant une ouverture à sa partie supérieure ou au voisinage de celle-ci pour permettre l'introduction de pièces chaudes en alliage 15 provenant de moules ou analogues, ainsi qu'une ouverture dans sa partie inférieure ou à son voisinage en vue d'évacuer les pièces moulées relativement refroidies. Il est commode de placer un convoyeur à bande sans fin et à vitesse variable près de l'orifice d'évacuation en vue de transporter les pièces arrivant par gravité 20 loin de la tour. Si on supprime le convoyeur, l'orifice d'évacuation peut s'obstruer et empêcher l'écoulement des pièces dans la tour . Ainsi, en réglant la vitesse du convoyeur, on peut régler le temps nécessaire à l'écoulement des pièces dans la tour et qui dépend de la vitesse et de l'importance du refroidissement qu'on 25 veut faire subir aux pièces particulières. Par exemple, il faut refroidir des pièces en alliage de ferrosilicium à 50,,#. avec une vitesse de diminution de la température d'environ 1°C par minute jusqu'à 650°C environ. Ensuite, on peut exposer les pièces à l'air libre poiu/qu'elles se refroidissent à la température ambiante. 50 Pour le fonctionnement, on chauffe d'abord l'intérieur de la tour à une température supérieure à 1000°C. On effectue de préférence cette opération en plaçant un lit de matière isolante, par exemple de la vermiculite ou du sable, à l'intérieur de la tour, puis en déposant une première fournée de pièces moulées chaudes en 35 alliage. La matière isolante empêche que la chaleur des pièces moulées ne s'échappe et amène ainsi rapidement la température à l'intérieur de la tour à plus de 1000°C. On ouvre alors une porte 70 4^382 2080888 qui ferme l'ouverture placée à la partie inférieure de la tour ou à son voisinage de la valeur nécessaire pour créer une aspiration destinée à former un gradient de température à l'intérieur de la tour, de manière que la zone supérieure soit au-dessus de 1000°G 5 et la zone inférieure à 650°C environ. On peut utiliser un compresseur d'un type classique pour chasser de l'air supplémentaire vers le haut de la tour de façon à régler plus commodément le gradient de température à l'intérieur de celle-ci et à maintenir une vitesse de refroidissement voulue des pièces en alliage qui passent à l'in-10 térieur. Si la vitesse de refroidissement augmente, ou que le gradient de température change, on peut placer un couvercle sur l'ouverture de la partie supérieure et/ou on peut fermer complètement l'orifice d'évacuation puisque l'une quelconque de ces dispositions interrompt l'aspiration à l'intérieur et ralentit la 15 vitesse de diminution de la température. On peut aussi placer à la circonférence de la tour des trous de dimension réglable disposés à diverses hauteurs, de manière à pouvoir régler indépendamment les trous placés à un certain niveau pour purger une partie de l'air passant dans la tour/le manière à régler comme on le désire 20 la température à une hauteur particulière. Ainsi, grâce à la combinaison de ces différentes caractéristiques de réglage, propres à la tour, on peut régler le gradient de température et le maintenir de façon à satisfaire aux conditions propres au recuit d'un type quelconque de pièces moulées en alliage. 25 On évacue la matière isolante introduite dans la tour par l'orifice inférieur sur un convoyeur, avec une vitesse suffisante pour régler le passage des pièces en alliage dans la tour, de manière que la vitesse de diminution de température ne soit pas supérieure à celle qui est nécessaire au recuit de l'alliage par-30 ticulier. On peut alors placer directement des lots suivants de pièces en alliage sur les lots précédents, de manière à faire fonctionner l'appareil automatiquement et de façon continue. On peut ajouter un lit de matière isolante entre les lots de pièces lorsque la différence de température entre eux excède environ 150°C. Il peut 35 aussi être avantageux dans certaines conditions d'ajouter une matière isolante en même temps que les pièces, de manière à former un mélange global qui passe dans la tour avec une vitesse réglée, 70 44382 -4_ 2080888 ce qui assure que les pièces ne se refroidissent pas plus rapidement que voulu, lorsque le refroidissement s'effectue à une vitesse très faible, on peut utiliser le compresseur pour augmenter le débit d'air dans la tour en vue d'accroître cette vitesse. 5 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention res- sortiront mieux de la description qui va suivre, donnée en référence au dessin annexé, sur lequel : la figure 1 est une élévation latérale d'une tour de recuit comportant un convoyeur à vitesse variable ; 10 la figure 2 est une coupe de la figure 1 suivant les lignes A-A ; la figure 3 représente un sélecteur à grille fixé à l'extrémité du convoyeur. Sur le dessin, les figures 1 et 2 représentent une tour 15 cylindrique 1 comportant un garnissage isolant 21 en brique réfractaire , en matière réfractaire coulée ou ei^natière analogue, porté par des supports en acier 2. La partie supérieure de la tour comporte un couvercle 3 placé sur un orifice de réception 4. La partie inférieure de la tour forme un angle de 30 à 60° environ, 20 de préférence voisin de 45°» de manière à former une ouverture elliptique. Une plaque isolante 5 de fermeture de forme elliptique correspondant à l'ouverture est fixée à la paroi de la tour dont elle ferme l'ouverture. Un orifice incurvé 6 d'évacuation ou de sortie est découpé à la partie inférieure du segment le plus 25 grand de la paroi de la tour. Des plaques latérales 7 fixées de chaque côté de l'ouverture 6 permettent le guidage et le maintien des pièces à évacuer. La plaque 5 peut aussi se prolonger en formant des angles droits pour coopérer avec les plaques latérales verticales 7? de manière à former une goulotte inclinée. La porte 8 pla-30 cée verticalement peut coulisser sur des plaques latérales 7» à l'aide d'un dispositif quelconque convenable, et les figures la montrent en position partiellement ouverte. Un moteur 10 entraîne un convoyeur 9 à bande sans fin, à vitesse variable et placé au voisinage de 1|orifice d'évacuation 6.L'angle que fait le con-35 voyeur avec la porte verticale 8 peut varier entre 15 et 90° environ, et on l'a représenté comme faisant un angle de 55°. 70 44382 2080888 Une grille 13 de tamisage représentée sur les figures 1 et 3 comporte deux plaques latérales parallèles 12 et se trouve près de l'extrémité du convoyeur, de manière que, lors du dépôt des pièces en alliage sur elles, les pièces de dimension trop 5 petite 2? passent dans des ouvertures de dimension prédéterminée de la grille et tombent dans un récipient 14» les pièces de dimension voulue 11 étant guidées dans le récipient 15. Ainsi, le procédé de recuit des pièces s'effectue automatiquement depuis le moment du dépôt dans la tour jusqu'à l'arrivée dans le récipient 15. 10 Des trous de purge 20 placés au moins à un niveau horizon tal sur une-Circonférence de la tour coopèrent avec des trous 18 de couronnes annulaires 19. En tournant les couronnes 19» on peut régler l'ouverture des trous 20 de la valeur désirée entre une position d'ouverture totale et une position de fermeture totale. 15 On peut aussi relier les trous 20 à un compresseur par des canalisations convenables, de manière à chasser de l'air dans la tour à un niveau particulier, de manière à régler le refroidissement de l'appareil de façon améliorée. Au cours du fonctionnement, on ferme d'abord la porte 8 et 20 on place un lit de matière isolante, de vermiculite ou de sable par exemple, par l'orifice 4 sur une hauteur suffisante pour recouvrir au moins l'orifice 6 dans la tour. On introduit des pièces moulées 11, préalablement mises en forme à l'aide de moules spéciaux, par l'orifice 4 sur le lit de matière isolante. La cha-25 leur des pièces porte, rapidement la température à l'intérieur de la tour au-dessus de 1000°C. On ouvre ensuite en partie la porte d'évacuation 8, si cela est nécessaire, de manière à former une aspiration ou un courant de convection à l'intérieur de la tour, de manière que la partie inférieure de celle-ci se refroidisse 30 plus vite que sa partie supérieure puisque les gaz chauds s'élèvent. Lorsque la zone inférieure de la tour atteint environ 650°C, on peut évacuer les pièces de cette zone par l'orifice 6. Si le refroidissement est trop rapide, on place le couvercle 3 sur l'orifice 4 et on ferme la porte 8 de manière à interrompre le 35 courant d'air. En réglant correctement le courant d'air, on peut fortaer dans la tour un gradient de température tel qu'on maintient une température de 650°C environ dans la partie inférieure et une 70 44382 ~6~ 2080888 température supérieure à 1000°C dans la partie supérieure. Pour augmenter le oourant d'air par convection, un compresseur 16 chasse de l'air par des trous 17 de la plaque 5. On peut,en cas de nécessité, ouvrir des trous de purge 20 pour ré&Ler la température 5 à un niveau particulier de la tour, de manière à faire sortir une partie du courant d'air et à chasser à l'intérieur de la tour de l'air, cette disposition permettant de régler le gradient de température dans la tour à divers niveaux. Lorsqu'il existe une grande différence de température entre 10 les pièces placées dans la tour et les pièces qu'on veut ajouter, on peut introduire une qiantité suffisante de matière isolante avant de mettre les pièces chaudes. De cette manière, les pièces chaudes restent dans la partie supérieure de la tour à une température supérieure à 1000°C pendant des temps déterminés,avant de descendre 15 par gravité dans la tour si la température diminue. L'ouverture de la porte 8 de valeurs différentes influe aussi sur le débit des pièces dans la tour, ce qui permet de régler d'une manière différente leur refroidissement. Un convoyeur 9 peut comprendre une bande sans fin munie 20 d'ouvertures de dimension plus petite que celle des pièces voulues, de manière à ne laisser passer que les pièces trop petites et les matières fines et à transporter les pièces de dimension voulue à un emplacement prédéterminé de recueil. Par pièces de dimension trop petite, on comprend aussi la matière d'isolation ou analogue 25 ajoutée avec les pièces. EXEMPLE On utilise un moule de coulée de fer comportant 12 poches pour réaliser des pièces en forme de pyramides tronquées en ferro-silicium à. 50 # et de dimensions égales à 12,5 et 5 cm ; 30 on veut qusau moins 90 % des pièces passent dans un crible de 12,5 cm , que 10 % au maximum de celles-ci passent dans un crible de 15 cm, et que 10 fo au moins des pièces passent: dans un crible de 5 cm. On réalise plusieurs coulées à température régLég&'un four par induction de 450 kg pour mouler 1350 kg de pièces en ferro-35 silicium à 50 On dépose un lit de vermiculite dans une tour de recuit élevée de 2 m de haut et de 60 cm de diamètre extérieur, le diamètre interne étant égal à 50 cm. On découpe la partie 70 44382 2080888 inférieure de la tour suivant un angle de 45° et on fixe une plaque d'isolation à la paroi de la tooi-, de manière à former une surface interne inclinée qui dirige la matière placée à l'intérieur de la tour vers un orifice d'évacuation placé dans la par-5 tie inférieure du segment le plus grand de la partie de la tour. Le lit de vermiculite remplit la tour et couvre l'orifice d'évacuation de la partie inférieur de la tour. On dépose les pièces en ferro-silicium à 50 % sur le lit de vermiculite à une température dépassant 1000°C. On fixe une courroie réglable à la partie infé-10 rieure de la tour (pour simuler un convoyeur à bande sans fin) de manière à régler l'évacuation de la vermiculite par l'orifice inférieur, permettant la descente par gravité des pièces dans la tour à une vitesse permettant un refroidissement dont la vitesse maximale est égale à 1°C par minute jusqu'à,une température d'environ les 15 650°0. Il faut environ 8 heures pour que/1350 kg de pièces passent à travers la tour. Le fonctionnement de la tour et du convoyeur simulé ne présente aucune difficulté et fournit des pièces en ferro-silicium à 50 $ ayant un aspect physique excellent qui satisfont à la norme de 12,5 x 5 cm précédemment citée, avec seulement 20 10 # de refus après qu'on a fait subir aux pièces un essai de friabilité consistant en six chutes successives d'une hauteur de 1,2 m. Les 10 # de déchets sont principalement dus à la cassure des pièces en morceaux trop petits pour satisfaire à la norme fixée. D'autre part, lorsqu'on expose rapidement du ferro-silicium 25 à 50 # moulé dans de grandes lingotières, à l'air libre, de manière à le refroidir rapidement à la température ambiante et qu'on le broie pour former des morceaux satisfaisant à la norme précitée, on note un déchet moyen d'environ 25 après l'essai de friabilité. Ainsi, on note que l'utilisation de la tour de recuit de l'inven-30 tion donne une amélioration substantielle de la quantité de produit final à vendre formé par les pièces en ferro-silicium'à 50 $. De plus, le recuit des pièces s'effectue automatiquement, les pièces chaudes étant déposées de façon continuelle à une extrémité de la tour et les pièces recuites étant évacuées à l'autre extrémité. Le 35 refroidissement délibéré des pièces en alliage avec une vitesse maximale plus faible que lorsqu'on les expose à l'air libre donne des pièces moins friables qui peuvent supporter la manipulation 70 44382 2080888 sans précautions habituellement utilisée lors du chargement et du déchargement à la destination finale. Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de ladite invention, qui est défini dans les revendications annexées. 70 44382 ~9~ 2080888 - REVENDICATIONS - 1. Procédé de réalisation de pièces en alliage coulé,tenaces et non friables, caractérisé en ce qu'on coule un bain d'alliage fondu dans des moules, on retire les pièces des moules et on les 5 place dans une zone de retenue de chaleur placée verticalement et entourée d'un isolant thermique, on fait monter de l'air dans la zone de f'açon à créer un gradient de température par convection, la temperature dans la partie supérieure étant supérieure à la température dans la partie inférieure, 10 et on règle l'écoulement par gravité des pièces dans la zone de manière que la température des pièces diminue de - plus de 1000°C à 650°C environ avec une vitesse qui ne dépasse pas 1°C par minute. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on place les pièces dans la zone de retenue de chaleur avec une 15 matière isolante. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on évacue automatiquement les pièces de la zone de retenue de chaleur lorsqu'elles atteignent la partie inférieure de celle-ci et on les expose à l'air libre pour qu'elles se refroidissent à la température 20 ambiante. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on dépose d'abord de la matière isolante à l'intérieur de la' zone de retenue de chaleur de manière à retenir la chaleur des pièces, de façon que celles-ci ne se refroidissent pas de plus de 1°C par minute. 25 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pièces sont en ferro-silicium à 50 #. 6. Dispositif destiné à recuire de façon commandée des pièces en alliage coulé, caractérisé en ce qu'ils/comprend un récipient vertical isolé comportant un orifice placé à sa partie supérieure 30 et destiné à recevoir les pièces et un orifice placé à son extrémité inférieurçfet destiné à évacuer celles-ci, un convoyeur à vitesse réglable,dont on peut régler la position au voisinage de l'orifice d'évacuation et destiné à éloigner les pièces de l'orifice d'évacuation de manière à laisser un espace pour les pièces 35 placées dans le récipient et prêtes à être évacuées, et un dispositif de réglage de la vitesse du convoyeur destiné à commander le temps de passage des pièces dans le récipient. 70 44382 -10- 2080888 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un compresseur destiné à chasser de l'air dans le récipient et à"-'régler avec une précision améliorée -la vitesse de refroidissement des pièces. 5 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le récipient est un tube cylindrique vertical comportant un orifice de réception à son extrémité supérieure et un orifice d'évacuation à son extrémité inférieure. 9-, Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce 10 qu'il comporte une porte réglable à l'orifice d'évacuation. 10. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le convoyeur est du type à bande sans fin, la bande comportant des orifices de dimension inférieure à celle des pièces voulues, ét étant destinée à laisser passer seulement les matières fines 15 et les pièces de trop petite dimension. 11 « Dispositif salon la revendication 6, caractérisé en ce qu8±l comporte ®ne grille inclinée vers le bas,placée au voisinage 0 G cLe l'extrémité cl:a convoyeur/comportant des orifices-suffisamment petits pour que les .pièces de dimensions désirées continuent à suivre une 20 direction, mais suffisamment grands pour laisser passer les matières fines et les pièces trop petites dans une direction différente. 12o Dispositif selon la revendication 7» caractérisé en ce que 1© récipient comporte dans au moins un plan horizontal des 25 orifices réglables placés à la périphérie du récipient et destinés à évacuer une partie du courant d'air du récipient. 13. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le récipient comporte dans au moins un plan horizontal des orifices réglables placés à la périphérie du récipient reliés 30 à un compresseur destiné à chasser de l'air dans la tour, et destinés à régler avec une précision améliorée la vitesse, de refroidissement des pièces en alliage. 14® Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la partie inférieure du récipient est découpée à un angle 35 compris entre 30 et 60° et forme une ouverture elliptique, fermée par une plaque plane de forme sensiblement elliptique, le segment le plus grand de la paroi du récipient comportant un orifice 70 44382 -,1" 2080888 d'évacuation à son extrémité inférieure. 15. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en que le convoyeur fait un angle compris entre 15° environ et 90° environ avec l'orifice vertical d'évacuation.