Brevet FR2088310A1 — publié le 19720107

1S868 î 2088310 La présente invention a trait à un procédé propre au moulage des lingotières destinées à la fabrication de lingots d'acier et autres produits analogues, et dans lequel la fonte se trouve coulée entre un noyau de sable dressé 5 dans le sens vertical et un moule extérieur disposé autour dudit noyau. lin outre, la présente invention est relative audit moule extérieur, ainsi qu'aux lingotières réalisées au moyen d'un semblable moule extérieur. Dans les opérations de laminage des produits en 10 acier, l'on débute habituellement avec des brames d'acier obtenues par coulage de l'acier à partir de fours y afférents dans ce que l'on désigne communément par le terme de lingotière . Ces dernières sont habituellement réalisées en fonte, leur configuration affectant celle d'un tube légèrement conique et à parois 15 épaisses, dont la section droite est essentiellement rectangulaire ou carrée. Lors de l'opération de coulée de l'acier dans de telles lingotières, la lingotière se trouve placée sur une plaque de coulée en fonte du type lourd qui détermine le fond de la lingotière. Après que le lingot d'acier se soiu suffisamment 20 refroidi, la lingotière est enlevée en la démoulant vers le haut d'avec le lingot d'acier. Par ailleurs, les blocs d'acier destinés au forgeage sont produits de façon identique. Au cours du coulage et du refroidissement de la pièce d'acier, la lingotière est soumise à des variations de tem-25 pérature considérables, lesquelles entraînent à leur tour des contraintes élevées dans ladite lingotière. Du fait, en particulier, que les lingotières présentent des parois extrêmement é-paisses, de telles contraintes donnent lieu à la détérioration de ces dernières. A cet effet, le matériau constitutif des lin-30 gotières doit répondre à des normes métallurgiques rigoureuses. En particulier, il est fort peu souhaitable que le matériau constitutif des lingotières présente une structure incluant des structures dendritique et cémentite. C'est pour cette raison que jusqu'à présent il 35' n'a jamais été proposé de fabriquer les lingotières selon une autre technique que celle du moulage y afférent en sable. En pareil cas, les corps de sable se trouvent formés tout autour d'un modèle correspondant à la forme de la lingotière à réaliser, lesdits corps de sable étant utilisés ensuite en guise de moule 40 extérieur lors du coulage ou moulage de la lingotière. Un moule 71 15868 2 2088310 à sable est formé à l'intérieur d'un moule approprié en vue de constituer le noyau destiné à l'obtention de l'intérieur évidé de semblables lingotières. Les corps de sable formés de la façon décrite ci 5 dessus doivent être soigneusement séchés avant de pouvoir y couler la fonte. Toutefois, il est apparu que la fabrication des deux corps de sable précités constitue une opération particulièrement coûteuse et de longue durée. De plus, un espace considérable est requis pour le stockage des moules à sable au cours 10 de la phase de durcissement. Ceci s'avère particulièrement vrai pour ce qui concerne le moule extérieur. Il convient de remarquer que la fabrication de pièces moulées en fonte grâce à l'utilisation de moules en fonte constitue une technique connue en soi. Cette dernière offre 15 la possibilité de réaliser des économies considérables du fait qu'il est possible d'utiliser de tels moules à plusieurs reprises, de sorte que l'on bénéficie d'un certain gain de temps relativement à la fabrication des moules. En outre, l'espace requis pour le stockage des moules en fonte est négligeable en 20 comparaison de celui exigé dans le cas des moules de coulée issus du sable durci. Toutefois, en règle générale les moules en fonte sont uniquement utilisés dans les cas où le processus de moulage et le résultat y afférent sont d'importance moins grande que dans le cas du moulage des lingotières. En particulier, 25 les exigences extrêmement strictes présidant au choix du matériau constitutif des moules de coulée faisaient jusqu'à présent obstacle à l'utilisation de moules de coulée en métal pour la fabrication des lingotières. Bien que dans l'exposé qui précède, ainsi que 30 dans la description qui suit, il soit fait référence spécifiquement à des lingotières, il doit être bien entendu que des considérations correspondantes s'appliquent également dans le cas de la coulée de moulages en fonte extra lourde affectant me forme voisine de celle des lingotières et requérant égale-35 ment des caractéristiques correspondantes. Conformément à la présente invention, il est apparu possible de réaliser une économie considérable sur les coûts de fabrication des lingotières produites de la façon décrite ci-dessus, et ce sans aucunement compromettre leur qua-40 lité. Dans ce contexte, la présente invention réside dans le 71 15868 3 2088310 fait que seul le moule extérieur est constitué par des parties de moule en fonte qui sont assemblées de façon amovible, chacune s'étendant sur toute la hauteur dudit moule extérieur. Il s'est avéré que dans ce mode d'agencement d'un noyau en sa-5 ble avec un moule extérieur en fonte, le refroidissement du moulage peut s'opérer de manière suffisamment lente pour que le matériau constitutif du moulage soit mis à l'abri de toute apparition intempestive de microstructures. De plus, il appert que le moulage d'une semblable combinaison constituée par un 10 noyau en sable et un moule extérieur en fonte s'avère être particulièrement favorable du point de vue des techniques de moulage lorsque le moule extérieur peut être divisé en plusieurs parties. Si lesdites parties constitutives du moule 15 extérieur sont de mince épaisseur, ledit moule voit sa température rapidement élevée lors du coulage de la fonte, s'avérant néanmoins incapable par la suite d'absorber une grande quantité de chaleur en provenance de la pièce moulée. De la sorte, le refroidissement du moulage s'effectue assez lentement, ce qui 20 est éminemment favorable du point de vue métallurgique. Toutefois, il s'est avéré qu'un moule extérieur à parois minces eat sujet à une plus grande usure qu'un moule pourvu de parois é-paisses, bien que ce dernier accroisse le risque de ce que l'on désigne sous les termes de solidification blanche, à savoir sans 25 aucune séparation du graphite. Conformément à la présente invention, les meilleurs résultats sont obtenus si l'épaisseur des parois du-, moule extérieur est adaptée à l'épaisseur des lingotières devant être coulées, c'est-à-dire que la masse totale des parties 30 constitutives du moule extérieur s'établit entre 0,8 et 1,4 fois la masse totale des lingotières. En déterminant judicieusement l'épaisseur des parois du moule extérieur il est possible, tant du point de vue technique que métallurgique, d'obtenir une bonne structure par 35 recuit du moulage au moyen de la chaleur encore disponible. A cet effet, après l'enlèvement du moule extérieur, le moulage est recouvert, par exemple avec un four de recuit du type à cloche, durant environ 20 heures. La température de la paroi extérieure du moulage remonte à nouveau ensuite pour atteindre 40 une valeur permettant d'obtenir, durant la phase de recuit, la 71 15868 2088310 structure requise. Ledit rapport de masse entre le moule extérieur et les lingotières devant être coulées peut être influencé de plus par le choix d'une substance supplémentaire à 5 appliquer sur la paroi intérieure du moule extérieur, avant le processus de moulage. L'enduisage des moules avec une telle substance auxiliaire évitant toute adhérence de la pièce coulée avec le moule constitue un processus par ailleurs bien connu. L'on utilise souvent à cet effet un mélange de graphite. De 10 plus, l'on peut également avoir recours à l'utilisation de substances auxiliaires contenant du PeSi ou du CaSi. Ces dernières substances sont utilisées,en particulier, pour parer au phénomène de la solidification blanche (à savoir l'absence de toute séparation du graphite). 15 En fonction de la description qui précède, la présente invention est plus particulièrement relative au moule extérieur tel qu'utilisé en soi, lequel est caractérisé par le fait qu'il comporte plusieurs parties s'étendant sur toute la hauteur dudit moule extérieur, ainsi que des dispositifs des-20 tinés à raccorder lesdites parties de moule amovibles à une structure unitaire. En principe, il est possible d'assembler le moule extérieur à partir d'un très grand nombre de parties constitutives. Toutefois, en pareil cas l'assemblage et le démontage des parties du moule constituent une opération plutôt 25 compliquée, laquelle requiert en outre une grande dextérité de la part des opérateurs. Par contre, il s'avère que si le, moule est divisé seulement en deux ou trois parties le démoulage de la pièce hors d'un pareil moule donne lieu à certaines difficultés. 50 Conformément à la présente invention, les meilleurs résultats sont obtenus si le moule extérieur est constitué par quatre parties planes principales dont les bords jointifs affectent une forme susceptible de permettre un léger mouvement pivotant des parties constitutives du moule les unes 35 par rapport aux autres. Etant donné qu'en règle générale les brames devant être laminées présentent une section droite rectangulaire ou carrée, lesdites parties planes du moule peuvent facilement s'adapter aux quatre faces latérales des brames à usiner. De la sorte, il est possible d'obtenir un moule 40 de coulée aisément démontable et ne comportant qu'un nombre BAD ORIGINAL 71 15868 5 2088310 restreint de parties constitutives. Lors de l'opération de coulée des lingots et au cours du refroidissement y afférent, des efforts élevés se produisent dans le moule de coulée, lesquels ont tendarce à déformer le moule. Cependant, il est 5 possible de réduire considérablement lesdits efforts de déformation grâce à l'agencement en plusieurs parties séparées du moule. Ceci est particulièrement vrai dans le cas où les parties constitutives du moule s'ajustent les unes aux 10 autres de façon plus ou moins pivotante. Au cours du processus de coulée, les quatre parties planes principales du moule prennent une forme quelque peu convexe (vers l'extérieur), les bords pivotants ainsi que les dispositifs destinés à maintenir ensemble les parties constitutives du moule devant être adap-15 tés à cet effet. En ce qui concerne le mode de réalisation desdits bords mutuellement ajustables des parties constitutives du moule, il est possible de les réaliser de façon extrêmement simple en appariant lesdits bords comme des supports à couteau , ceux-ci formant de préférence un angle supérieur de 20 l'ordre de 1?0° à 160°. Il est vrai qu'avec ledit mode d'assemblage une fente ou jour se trouve formé entre les dites parties lorqu'on fait pivoter les parties du moule les unes par rapport aux autres, fente à travers laquelle peut s'écouler la fonte, mais en pratique il s'avère que ceci 25 ne donne pas lieu à des difficultés insurmontables. La réalisation des bords pivotants sous forme de couteau a pour avantage, comparativement à un mode d'assemblage pivotant effectué à l'aide de surfaces cylindriques tournant les unes sur les autres, le fait d'une mise en oeuvre infiniment plus simple. 30 II convient de remarquer que le débordement éventuel de la fonte liquide à travers la fente ainsi ménagée entre les parties constitutives du moule peut être contrecarré grâce à l'insertion d'une matière de garnissage réfractaire entre lesdites parties, ladite matière étant par ailleurs com-35 munément disponible sur le marché. Dans un mode de réalisation préférentiel des dispositifs destinés à l'assemblage des parties constitutives du moule, il est fait appel à des armatures d'acier qui sont appliquées tout autour desdites parties du moule, lesquelles 40 sont formées par des tiges ou tringles qui sont reliées au 71 15868 6 2088310 moyen, de coins ou clavettes. La configuration desdites tringles ainsi que le choix du matériau constitutif sont tels que les déformations des parties constitutives du moule à la suite des dilatations thermiques et des courbures entraînées par les dif-5 férences de température sont susceptibles d'être élastiquement compensées par lesdites armatures. C'est ainsi qu'au cours de la phase de refroidissement de la lingotière, les parties constitutives du moule se trouvent repoussées les unes contre les autres au moyen desdites armatures. Un autre avantage propre au 10 mode de réalisation des dispositifs de liaison en question consiste dans le fait que dans la zone des axes de pivotement s'étendent, à travers et transversalement par rapport aux bords des parties du moule s'ajustant les unes contre les autres, des axes qui sont de préférence assujettis ensemble à l'aide de 15 coins ou clavettes. Grâce à ce type d'agencement, les dispositifs de fixation n'ont pas à compenser la totalité de la dilatation thermique du moule, mais uniquement la tendance à tourner des diverses parties du moule les unes par rapport aux autres. Grâce à l'extension desdits axes à travers les axes de 20 pivotement, ladite rotation des parties du moule les unes par rapport aux autres n'engendre uniquement qu'un moment de flexion dans les axes, ces derniers n'étant pas de ce fait soumis " à des efforts de traction supplémentaires. Il convient de remarquer qu'il est également possible de combiner l'utilisation 25 desdites armatures et desdits axes, afin de tirer profit des avantages propres à ces deux modes de structures. De telles solutions sont considérées comme faisant partie intégrante de la présente invention. Grâce au procédé décrit ci-dessus, ainsi qu'à 30 la mise en oeuvre du moule extérieur également décrit ci-dessus il est non seulement possible de fabriquer des lingotières à moindre coût, mais également d'améliorer la qualité de ces dernières. Ceci résulte du fait que l'usage répété du même moule extérieur confère une plus grande expérience dans le moulage du 35 dit moule extérieur que dans le cas où il est besoin de réaliser chaque fois un nouveau moule à sable. De surcroît, il est plus facile d'influer sur le comportement du moulage au cours de-la phase de refroidissement en utilisant un moule extérieur en métal. 4° Des corrections locales peuvent Stre éventuel- 71 1S868 7 2088310 lement apportées au cours du refroidissement. A cette fin, il est possible de relever les températures sur ou à l'intérieur de la lingotière lors de la phase de refroidissement, si bien que ledit processus de refroidissement s'en trouve mieux sur-5 veillé et au besoin corrigé dans le bon sens. La présente invention sera maintenant décrite de façon plus détaillée en référence à deux modes de réalisation de moule, le tout en référence aux dessins ci-annexés, sur lesquels : 10 la figure 1 est une coupe verticale longitu dinale faite par I-I sur la figure 2 d'un moule de coulée ; " la figure 2 est une vue en coupe faite par II-II sur la figure 1 ; la figure 3 illustre un autre mode de réa-15 lisation du détail figurant sur la figure 2 sous la référence III 5 la figure 4 illustre une vue du détail IV représenté sur la figure 3* Dans les diverses figures précitées les élé-20 ments correspondants sont indiqués par des références identiques. Sur la figure 2, seules sont indiquées les parties les plus importantes de la structure illustrée en coupe longitudinale sur la figure 1. Sur la figure 1, la référence 1 désigne une 25 plaque de base ou embase sur laquelle est montée la structure de moulage. Le côté supérieur de ladite embase est de forme concave. Ladite partie concave est remplie avec du sable de moulage 2 jusqu'à une hauteur correspondant au bord supérieur de ladite embase. Un noyau de sable 3 est disposé de façon 30 connue en soi au-dessus de ladite couche de sable 2, ledit noyau de sable étant maintenu, après séchage éventuel, sur l'embase 1 au moyen d'une oreille 4, d'une tige de traction 5j d'une plaque de couverture 6 et d'un écrou 7» le tout de la façon illustrée sur la figure 1. Ce mode d'agencement est important 35 en vue d'empêcher, lors du moulage de la lingotière, que le noyau de sable ne soit amené à "flotter" et donc à se déplacer vers le haut. Un moule extérieur en fonte 8 est disposé sur le bord extérieur de l'embase 1. Ledit moule extérieur est 40 pourvu d'oreilles 9 et 10 afin de pouvoir le dégager de la 71 15868 8 2088310 lingotière après les phases de moulage et de refroidissement. Un espace annulaire 11 est ménagé entre le noyau de sable 3 et le moule extérieur 8, espace dans lequel la fonte est coulée et où, après solidification de cette der-5 nière, se trouve formée une lingotière. Sur la figure 2, laquelle est une vue en coupe faite par II-II sur la figure 1, l'embase 1 et le noyau de sable 3 sont omis. Il appert clairement d'après cette figure que le moule extérieur 8 destiné au moulage des lingo-10 tières est constitué par quatre parties ou sections de moule 8a, 8b, 8c et 8d, respectivement. Ainsi qu'on peut le voir, les bords constitutifs desdites parties de moule s'ajustant mutuellement sont réalisés sous la forme de supports de couteau. Une fente se trouve ménagée sur le bord extérieur y af-15 férent, de façon que les parties de moule 8a à 8d incluse soient susceptibles d'effectuer un léger mouvement pivotant les unes par rapport aux autres. Les parties de moule 8a à 8d sont assujetties ensemble au moyen de quatre armatures (se reporter égale-20 ment à la figure 1), lesquelles sont constituées par quatre tiges ou tringles. Deux desdites tringles portant les références 12 se présentent sous la forme de feuillards pleins qui sont pourvus d'oreilles à leurs extrémités, alors que les deux autres tringles désignées par la référence 13 sont destinées à 25 passer à travers les oreilles précitées. De plus, lesdites tringles 13 sont pourvues à leurs extrémités extérieures d'orifices fendus à travers lesquels peuvent être insérées des clavettes 14. Sur la figure 3 se trouve illustrée une va-30 riante du mode d'assemblage des parties de moule 8a à 8d, la partie indiquée par la référence III sur la figure 2 étant plus particulièrement représentée en soi. Dans ledit mode de réalisation, les feuillards 12 et les tringles 13 sont omis, les parties de moule 8a à 8d étant mutuellement assujetties au 35 moyen d'axes 18. A cette fin, des évidements 16 et 17, respectivement, sont ménagés dans les parties de moule, évidements dans lesquels viennent s'insérer la tête de l'axe 18 ainsi qu'.une clavette 19, respectivement. Les axes 18 viennent s'insérer dans des orifices s'étendant transversalement à travers 40 la face de séparation entre les parties de moule 8a à 8d, et 71 15868 9 2088310 plus particulièrement à travers l'axe de pivotement tout autour duquel lesdites parties de moule sont susceptibles d'effectuer un léger mouvement pivotant les unes par rapport aux autres. Il appert clairement que si lesdites parties de moule sont susceptibles de pivoter autour dudit axe de pivotement les axes 18 sont uniquement soumis à des efforts de flexion et non de traction. Ceci assure l'obtention d'une structure particulièrement rigide et solide, laquelle bénéficie cependant de toute la souplesse requise. 71 15868 10 2088310 REVENDICATIONS 1. Procédé pour le moulage de lingotières destinées à la production de lingots d'acier et autres produits analogues, procédé dans lequel la fonte se trouve 5 coulée entre un noyau de sable disposé dans, le sens vertical et un moule extérieur qui enserre ce dernier tout en ménageant un espace libre donné, caractérisé par le fait qu'un moule extérieur se trouve appliqué, lequel est constitué par plusieurs parties de moule en fonte qui sont assemblées de façon amovible 10 et qui s'étendent sur toute la hauteur dudit moule extérieur. 2. Houle extérieur destiné à être utilisé dans l'e procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte plusieurs parties de moule en fonte s'é-tendant sur toute sa hauteur, ainsi que des dispositifs desti- 15 nés à assujettir de façon amovible lesdites parties de moule à une structure unitaire. 3. Houle extérieur, suivant la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comporte quatre parties de moule principales de configuration plane dont les bords s'a- 20 justant mutuellement affectent une forme permettant auxdites parties de moule d'effectuer Tin léger mouvement pivotant les unes par rapport aux autres. 4. Moule extérieur, suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que lesdits bords s'ajustant mutuel- 25 lement sont appariés comme des supports de couteau, ces derniers formant de préférence un angle supérieur de l'ordre .de 120° à 160°. 5. Moule extérieur, suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que les- 30 dits dispositifs destinés à l'assemblage des parties de moule sont constitués par des armatures en acier qui sont fixées tout autour desdites parties de moule, lesdites armatures étant constituées par des tringles qui sont reliées au moyen de clavettes ou coins. 35 6. Moule extérieur, suivant l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé par le fait que lesdits dispositifs destinés à l'assemblage des parties de moule sont constitués par des axes s'étendant transversalement à travers les bords desdites parties de moule s'ajustant mutuellement dans la zone des axes de pivotement, lesdits axes étant BAD ORIGINAL 40 U 2088310 71 15868 maintenus en place de préférence au moyen de clavettes ou coins. 7. Moule extérieur, suivant l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé par le fait que l'épais- 5 seur des parties de moule est adaptée à l'épaisseur des lingotières devant y être coulées, la masse totale desdites parties de moule représentant 0,8 à 1,4 fois la masse des lingotières devant y être coulées. 8, Lingotières destinées au coulage de lin-10 gots et fabriquées conformément au procédé exposé dans la revendication 1. i