Brevet FR2077552A1 — publié le 19711029

i 2077552 l'invention concerne un procédé en continu ^^'pour couler des barres, des tôles, des tuyaux, etc. Le but de l'invention est de proposer un procédé de coulée en continu qui ait un rendement très supérieur à celui des procédés de coulée 5 en continu connus jusqu'ici, ainsi qu'un nombre plus faible d'arrêts dans la coulée éontinue. ! i Xa coulée en continu de métaux et d'alliages a'fait l'objet, ces'dernières années,: d'études approf ondies* Dans un procédé de coulée en continu, on Xo utilise un ajutage en graphite massif, dans lequel le métal en fusion est solidifié, et peut être extrait vers l'extérieur de ? façon continue à travers l'ajutage. Il existe plusieurs types de * machines de coulée basées sur ce principe. Parmi elles, on peut ,, ^ distinguer deux types principaux ï X5 1) coulée verticale, dans laquelle j'a- jutage en graphite équipé de son refroidisseur est fixé au fond de la cuve (le .four) contenant le métal en fusion, et l'extraction s'effectue verticalement vers le bas j 2) coulée horizontale, dans laquelle l'a-20 jutage avec son refroidisseur est fixé sur le côté du four et l'extraction s'effectue dans une direction horizontale,. Sauf en ce qui concerne la direction de l'extraction, les deux procédés sont similaires. Chacun comporte une cuve réfractaire (four) contenant le métal en fusion, et 25 l'ajutage en graphite doit traverser la maçonnerie du fora» En conséquence, la maçonnerie doit comporter une ouverture correspondant à l'ajutage. Ceci soulève de nombreuses difficultés dans l'application du procédé. En premier lieu, l'ajutage et son refroidisseur doivent être fixés de façon étanche à la paroi de la 30 cuve de fusion, de telle sorte que le métal en fusion ne puisse fuir à travers une fissure quelconque. Cette exigence entraîne une surveillance et un entretien poussés des ouvertures de la maçonnerie. En second lieu, la partie de la paroi de la cuve de fusion à laquelle est attaché l'ajutage doit être libérée du mé-35 tal en fusion lorsque l'on change l'ajutage (la cuve de fusion doit être, soit vidée, soit basculée). En conséquence, lorsque l'on emploie plusieurs ajutages, il faut les changer tous en même temps, auquel cas le rapport durée/profit de l'ajutage est peu intéressant. En outre, en cas de trouble de fonctionnement, 4-0 le métal en fusion peut passer à travers l'ajutage et endommager BAD ORlGfNAt 70 44919 2 20)7552 î .... V l'équipement et "blesser les ouvriers» Du fait que l'ajutage et son refroidisseur doivent être fixés de façon étanche à la paroi de la cuve de fusion, l'alignement de l'ajutage et de l'installation d'extraction est difficile et astreignant f cet alignement 5 est même rendu plus difficile par les déplacements provoqués par , la dilatation thermique de la paroi de la cuve .de fusion» La fojrme de l'orifice de l'ajutage en graphite détermine la forme de la section .transversale .de la pièce coulée. Cette forme peut être circulaire ou de différents, pro-10 fils. Par ailleurs, on peut couler des objets tubulaires en é- quipant l'ajutage d'un noyau en graphite. Cependant, dans ce cas, . la coulée, est plus difficile et l'ajutage doit être changé plus souvent. „ Il est possible de placer l'équipement de 15 coulée au-dessus de la surface libre du bain de fusion, de telle soyte que ïa coulée, ou l'extraction s'effectuent vers le hauts Dans ce cas,, on peut éviter les inconvénients énumérés ci-dessus. Une coulée vers le haut analogue de ce genre a été décrite dans le brevet Etats-Unis d'Amérique n° 2 .171132: 20 le métal fondu est soulevé par une succion s'exerçant dans la zone de refroidissement, où il se solidifie, et la barre formée peut: être tirée en continu, vers le haut. Selon ce brevet, la zone de refroidissement . est formée par une pièce tubulaire verticale» dont le diamètre 25 interne détermine le diamètre de la barre, coulée. A l'extrémité inférieure, de cette pièce tubulaire, est raccordé un prolongement en matériau r.éf ractaire., dont le but est de conduire le métal en fusion de la cuve de fusion à la. zone de refroidissement, ou au tube mentionné ci-dessus. 30 .- Il est, cependant, très difficile de rac corder l'une à l'autre deux pièces en matériaux différents de façon si hermétique que le métal en fusion ne puisse s'infiltrer dans upe crique ou une cavité quelconque, particulièrement lorsque les températures des deux pièces sont différentes et qu'el-35 les se dilatent th.ermiquem.ent de façon différente. Le métal en fusion s'infiltre dans chaque petite cavité, poussé par sa pression interne, et s'y .solidifie. La mince surface extérieure en cours de solidification de la barre tirée adhère à ces particules solidifiées, et il en résulte au moins une fissuration de la 40 surface, et probablement un arrêt de la'coulée. BAD ORIGINAL 70 44919 3 2077552 Avec le procédé de coulée en continu selon la présente invention , les inconvénients précités peuvent être évités. la présente invention est fondée sur l'i-5 dée qu'un ajutage, par exemple un ajutage en graphite, est placé au-dessus de la surface libre du bain en fusion, de sorte que, seule l'extrémité inférieure de l'ajutage est immergée dans le métal en fusion, son extrémité supérieure étant entourée par un refroidisseur et que le métal en fusion est soulevé jusqu'à la 10 partie supérieure refroidie de l'ajutage par succion, he, dispositif de succion est raccordé par un tube d'aspiration à lapar-tie supérieure du refroidisseur. Ce tube a trois fonctions simultanées : supporter l'ajutage et le refroidisseur, amener l'eau de refroidissement au refroidisseur et l'en emmener, et 15 refroidir après coup , la pièce coulée. Plusieurs ajutages identiques à celui-ci peuvent fonctionner au-dessus de la même cuve de fusion. Cette disposition présente les avantages suivants : 20 1) chaque ajutage de coulée peut être remplacé, et l'on peut commencer ou interrompre la coulée sans déranger les autres ajutages j 2) le métal en fusion ne peut jamais sortir accidentellement à travers les ajutages ; 25 3) la dimension de l'ajutage est la plus faible possible, du fait que l'on élimine les traversées difficiles de maçonnerie, ainsi que les risques d'efforts de torsion en résultant et les exigences dimensionnelles. Il en résulte que l'on peut réduire au minimum la quantité de graphite d'usure 30 coûteux, et que les dispositifs sont de petite taille, de telle sorte que l'on peut en monter plusieurs sur la même cuve de fusion î 4Î l'entretien des trous dans la maçonnerie pour monter les ajutages est totalement éliminé ; 35 5) l'ajutage est toujours aligné avec le dispositif d'extraction, du fait qu'il peut être raccordé à ce dernier par des parties structurales rigides et qu'il est indépendant des parties structurales du four ; 6) le foaat lui-même n'a plus besoin d'être 40 basculable, et par voie de conséquence, sa structure est simplifiés. BAD original r 70 44919 4 2077552 Par ailleurs, le procédé de coulée présente les avantages suivants î 1) le front de solidification, ou Suinter-face entre le métal en fusion et' le métal solidifié, est perpen- ej diculaire à l'axe longitudinal de la pièce coulée, tandis qu'il est incliné sur cet axe dans la coulée horizontale. Il est évident que ceci constitue un avantage, particulièrement lorsqu'on coule un tuyau, car un front de solidification oblique autour d'un nàyau conique provoque un excentrement dans la paroi du tu-10 yau<>- A cet égard,, la coulée ascendante est comparable à la coulée verticale descendante j 2) de même, dans la coulée ascendante, la pesanteur n/applique pas trop fortement la pièce coulée contre la surface inférieure, d'où, il résulterait un refroidissement et 15 une usure de l'ajutage non uniformes ; 3) le métal en fusion dans le four est toujours plus chaud, et par voie de conséquence., plus léger que le métal en fusion le long d.u front de solidification..Ces différences de densité entraînent des courants dans le bain en fu- 2q sion, de telle sorte que, au voisinage des parois de l'ajutage, - le bain refroidi s'enfonce, et que, dans le milieu, le bain chaud s'élève- vers les parois le long de la surface de solidification. Ainsi, un courant continu de bain de fusion frais nettoie la surface de solidification, empêchant les impuretés 25 (par exemple des gaz) de se concentrer,: en avant de la surface de refroidissement, et de provoquer ainsi des pailles dans la pièce coulée ; 4) la pression métallo-statique régnant à l'intérieur de l'ajutage peut être réduite dans de plus fortes 3Q proportions dans la coulée ascendante que dans tous les autres procédés de coulée. En outre, cette pression a la même valeur tout autour de l'ajutage, ceci étant le contraire de la coulée horizontale dans laquelle la pression est plus grande sur la surface inférieure que sur la surface supérieure. La faiblesse 55 de cette pression est un avantage essentiel, du fait que la pression applique la mince couche superficielle déjà solidifiée contre la surface interne de l'ajutage, et crée ainsi dsa forces de frottement proportionnelles à la pression. La réduction de la pression réduit les bad original 70 44919 5 2077552 forces de frottement et, en premier lieu, réduit l'usure du graphite, et, en second lieu, limite la fissuration de la mince couche superficielle solidifiée lorsque celle-ci glisse le long de la surface de l'ajutage, lu voisinage du point de fusion,les 5 métaux sont souvent fragiles et ne supportent l'effort de cisaillement provoqué par les forces de frottement ; dans la coulée ascendante, l'effort est le plus faible possible. l'importance de la dépression peut être rendue suffisamment grande (par exemple en allongeant l'ajutage) pour faire 10 échapper les gaz du bain de fusion, permettant ainsi de réaliser une coulée en continu sous vide. Dans ce qui suit, le procédé selon l'invention sera décrit avec plus de détails en se référant aux dessins joints, sur lesquels deux applications du procédé de coulée selon l'in— 15 vention sont donnés à titre d'exemple : la figure 1 est une vue latérale en coupe d'un dispositif selon l'invention pour la coulée en continu de barres et de fils ; la figure 2 est une vue similaire d'un autre appareil 20 pour la coulée verticale ascendante en continu de tuyaux . La figure 1 représente l'application de la coulée à des fils ou des barres pleines. Le repère 7 indique l'ajutage en graphite dont l'extrémité inférieure est immergée en dessous de ' la surface du bain de fusion. Son extrémité supérieure est en-25 tourée par le refroidisseur 6. Des tubes concentriques 3, 4 et 5 constituent avec le bâti 2.1e bras support du refroidisseur. A l'extrémité supérieure du bâti 2, se trouve une pièce interchangeable 1, dont l'orifice correspond à l'objet à couler, et qui sert de manchon hermétique contre la pression de l'air ambiant» 30 Hne dépression appropriée est créée dans le tube 4 par l'ouverture C ; cette dépression soulève le métal fondu jusqu'à la zone de refroidissement de l'ajutage. L'extrémité inférieure du tube 4 ■est soudée au refroidisseur 6, et son extrémité supérieure est raccordée dé façon hermétique au bâti 2. L'eau de refroidisse-35 ment pénètre.par l'ouverture A dans le bâti 2, et circule d'abord dans l'espace compris entre les tubes 3 et 4, pour arriver à la partie inférieure du refroidisseur 6. Elle arrive alors dans l'espace étroit compris entre le tube 5 et la jaquette interne du refroidisseur, à un endroit où. le refroidissement est parti-40 culièrement efficace du fait de l'augmentation de la vitesse } T BAD ORfGWAL 70 kk919 6 2077552 de là, l'eau circule vers le haut le long de l'espace compris entre les tubes 4 et 5, pour s'évacuer par l'orifice B.* A ce moment, elle refroidit simultanément le produit coulé 'tiré vers le haut à l'intérieur du tube 4.' L'équipement d'ex-traction se trouve, comme d'habitude, au-dessus de-la-partie'1 pour obtenir une coulée en continu, et, si nécessaire, on y trouve- également des dispositifs de coupe et de bobinage On doit noter qu'undiëpôsitif sêlon la figure 1 peut être employé pour couler des barres'dV dimensions différentes, en remplaçant seulement 'l'ajutage et le manchon hermétique à l'extrémité supérieure. Le dispositif représenté a été expérimenté pour couler des produits dont les diamètres vont de 2 à 20 mm. Même des alliages difficiles à couler (par exemple - des "alliages qui corrodent le graphite de l'ajutage) peuvent être coulés avec le procédé décrit, car le remplacement de l'ajutage ne perturbe pas de façon notable le fonctionnement effectif du four. ' ' Si l'on considère la figure 1 comme une coupe transversale d'un moule refroidisseur plus long et plat, -elle représente alors un dispositif pour couler des produits en plaques. La figure 2 représente une application du procédé à la cdulée d'ébauches tubulaires. À l'extrémité inférieure du dispositif, se trouvent la partie externe 9 tubulaire dé l'ajutage en graphite - le diamètre interne de cette partie déterminant le diamètre externe du tuyau à couler - et un noyaa conique 8, dont l'extrémité inférieure est raccordée â la partie extérieure 9 s le noyau déterminant le diamètre Interne du tuyau et, de ce fait, l'épaisseur de la paroi du tuyau. Dans le noyau, se trouvent des canaux pour amener le métal en fusion à la cavité annulaire de l'ajutage. Les organes de refroidissement sont constitués par un bâti 3, auquel sont fixés un tube extérieur 4, un tube intérieur 5 et un tube intermédiaire 6. Les tubes extérieur et intérieur sont raccordés, à leur extrémité Inférieure, par le refroidisseur 7 de l'ajutage. Le tube intermédiaire 6 s'étend aussi loin que possible dans l'intérieur du refroidisseur et forme, avec la jaquette interne du refroidisseur, un espace BAD ORIGINAL 70 44919 7 2077552 étrpit où la vitesse de l'eau de refroidissement s'accroît pour rendre le refroidissement plus efficace. L'eau de refroidissement pénètre par l'ouverture A dans le bâti 3. Elle circule dans l'espace compris entre les tubes 4 et 6, jusqu'à la partie inférieure du refroidisseur de l'ajutage, et de là, elle circule à travers l'espace étroit précité pour arriver dans l'espace compris entre les tubes 5 et 6. De là, elle circule vers le haut pours'évacuer finalement par l'ouverture B du bâti, en même temps, elle refroidit le tuyau coulé SB déplaçant vers le haut à 1'intérieur du tube 5. Le bâti 3 est fixé de façon hermétique par des cornières de fixation à la chambre de dépression 1 située au-dessus, dans laquelle la dépression nécessaire est maintenue par une succion appropriée. La chambre de dépression comporte les dispositifs d'extraction et de coupe nécessaires (non représentés sur la figure), et les dispositifs pour enlever le tuyau coulé. Les dispositifs selon la figure 1 furent utilisés pour couler une barre en bronze selon DIN CuSn6, avec un diamètre de 17 mm. La température du métal en fusion était de 1080-1100° C. La dépression régnant dans le moule refroidisseur était une pression standard de 500 om., et la vitesse de circulation de l'eau de refroidissement correspondait à 15 litrès/minute. Dans ce cas, la production était 50 cm/minute, ou 60 Kg/heure par ajutage. L'invention n'est pas limitée aux exemples d'application décrits ci-dessus et représentés sur les dessins, mais elle peut etre appliquée de plusieurs façons différentes. On peut ainsi couler en continu tous les types de profilés selon le procédé de l'invention. BAD ORIGINAL* 70 44919 8 2077552 - REVENDICATION Procédé en continu pour la coulée ascendante de barres plaques, tuyaux et autres profilés, dans lequel le métal en fusion est aspiré au-dessus du bain de fusion et le produit solidifié est tiré vers le haut en étant refroidi de façon continue, caractérisé 5 en ce que le métal en fusion est aspiré dans la zone de refroidissement de l'ajutage où le produit, qui est retiré de l'ajutage par traction; se solidifie suffisamment pour supporter cette traction; et en ce que le produit est en outre refroidi au-dessus de l'ajutage dans une zone ayant un diamètre au moins légèrement supérieur à ce-10 lui de l'objet à couler. BAD ORIGINAL