Brevet FR2068812A1 — publié le 19710903

i. 2068812 Lorsqu'un lingot est coulé par le processus de coulée par en haut, suivant lequel du métal est versé dans la lingotière ;par le haut, des éclaboussures risquent d'atteindre les faces latérales de la lingotière. Le métal de ces éclaboussures se solidifie rapi-5 dement, ce qui se traduit par des défauts de surface pour le lingot. Pour éviter cet inconvénient et d'autres encore, il est connu d'utiliser le processus de coulée en source au cours duquel des lingots uniques ou des groupes de lingots sont coulés en versant du métal d'une poche dans un système de conduits communiquant avec le 10 fond de la ou des lingotières. Un inconvénient du processus de coulée en source est qu'une partie du métal reste dans le puits vertical et dans le ou les conduits transversaux formant le système de conduite, et que ce métal doit être mis au rébus. La perte de rendement qui en est la conséquence peut atteindre jusqu'à cinq pour cent lorsqu'il s'agit de la coulée d'un seul lingot. De plus, en comparaison avec le processus de coulée par le haut, la coulée en source connue implique des frais supplémentaires considérables par lingot en raison des matériaux rëfractaires pour le système de conduits, ce matériau ne pouvant pas être ré-utilisé, 20 d'équipements de coulée supplémentaires et de main-d'oeuvre supplémentaire nécessaire pour l'assemblage. L'invention a pour objet un procédé de coulée en source dans lequel du métal fondu est versé dans un canal vertical appelé "canon ou mère" formant une partie d'un système de canaux communiquant 25 avec l'extrémité inférieure d'une lingotière, caractérisé en ce que du métal est tout d'abord versé dans le canal vertical en vue de sa pénétration dans la lingotière., ensuite on applique la pression d'un fluide sur le métal dans le canal vertical afin de refouler au moins une partie du métal restant dans le système de canaux, 30 jusque dans la lingotière. Cela se traduit par une économie de métal fondu. L'invention a également pour objet un dispositif pour la coulée en source, ce dispositif qui comporte un canon vertical et une base dans laquelle est formé un canal transversal, le canon verti-35 cal et le canal transversal formant un système de canaux agencé de telle manière que, lors de l'utilisation du dispositif, du métal fondu peut être versé dans le canon et peut s'écouler à travers le canal transversal dans une lingotière placée sur la base, étant caractérisé par des moyens d'étanchéité destinés à rendre étanche le 40 système de canaux de sorte qu'un fluide sous pression peut être ap 70 43302 2. 2068812 pliqué sur le métal dans le canon vertical en vue du refoulement d'au moins^urie partie du métal restant dans le système de canaux, jusque dans la lingotière. In avantage de l'invention est que le canon vertical du fait 5 qu'il est complètement débarrassé de métal, peut être réutilisé, ce qui réduit les frais de matière et de main-d'oeuvre. Le métal peut être versé tout d'abord dans le système de canaux jusqu'à ce que la lingotière soit remplie à un niveau inférieur au niveau désiré, et ce dernier peut ensuite être atteint au moment 10 de l'application de la pression dudit fluide. La pression du fluide est de préférence maintenue pendant un temps assez long pour que le métal puisse suffisamment se solidifier poilr empêcher son écoulement hors de la lingotière au moment de la suppression de la pression. 15 La pression peut être réglée d'une manière appropriée quelcon que pour assurer que le métal fondu atteigne le niveau désiré dans la lingotière et, suivant un procédé, on applique du gaz sous pression jusqu'à ce que des bulles s'ébhappent de la surface du métal dans la lingotière. 20 Le conduit ou canon vertical utilisé dans des appareils de coulée en source connus est normalement composé d'éléments réfrac-taires creux enfermés dans une ou plusieurs enveloppes. Cet ensemble n'est pas étanche à la pression et, par conséquent, le dispositif destiné à rendre étanche, le système de canaux comporte de pré-25 férence un tube étanche à la pression ayant toute section transversale désirée et agencé de manière à entourer le canon vertical et à pouvoir être fixé de façon étanche à la base. Le dispositif destiné à rendre étanche le système de canaux comprend de préférence également un couvercle pouvant être fixé de façon étanche à la pression 30 sur l'extrémité supérieure du tube de pression après la coulée du métal dans le canon vertical, ce couvercle présentant un paçsage à travers lequel du fluide sous pression peut être admis sùr le métal. Dans des appareils connus, le canal transversal est horizontal et formé dans la base ; ce canal est pourvu d'un revêtement ré-35 fractaire. La base est avantageusement constituée par une plaque inférieure, dans laquelle est formé le canal, et par une plaque supérieure recouvrant ce canal. Dans un tel agencement, il est difficile de refouler le métal fondu restant dans le canal transversal et, afin d'éviter cet inconvénient, le canal transversal dans l'un 40 des modes de réalisation suivant l'invention est incliné par rap 70 43302 3- 2068812 port à l'horizontale et s'étend vers le bas à partir du canal vertical. Au moment où, dans un tel agencement, le fluide sous pression est appliqué, le métal fondu contenu dans le canal vertical et dans la majeure partie du canal transversal peut être refoulé sans 5 que le fluide entre dans la lingotière. Dans un autre mode de réalisation suivant l'invention, le canal transversal comprend une partie courbe près de l'extrémité communiquant avec la lingotière, cette partie courbe étant conformée de telle manière que du fluide sous pression introduit dans le ca-10 na-l vertical peut pénétrer dans la partie du canal transversal située entre ladite partie courbe et le canal vertical, et peut refou' 1er du métal fondu de cette partie, sans pénétrer dans la lingotière. Par conséquent, la majeure partie du canal transversal peut être horizontale, ce qui est plus commode du point de vue de la fa-15 brication de la base. La lingotière peut être du type à goulot de bouteille comportant un bouchon conducteur de la chaleur et établissant, au sommet de la lingotière, une fermeture qui n'est pas étanche au gaz. Dans une telle lingotière, le fluide sous pression peut être appliqué 20 de manière que le métal dans la lingotière vienne avec certitude en contact avec le bouchon. La lingotière peut tout d'abord être remplie jusqu'à un niveau situe au-dessous du bouchon, de sorte que le contact avec le bouchon est seulement établi lors de l'application de fluide sous pression. Suivant une variante, une quantité de rné-25 tal suffisante pour que le contact avec le bouchon soit établi est tout d'abord introduite dans la lingotière, et du fluide sous pression est ensuite appliqué pour refouler plus de métal dans la lingotière afin de compenser le retrait qui se produit sous l'effet de la solidification du métal. Dans les deux cas, si un fluide sous 30 pression n'est pas appliquéj il se forme initialement une mince peau de métal solidifie qui est en contact avec le bouchon. Cette peau s'écarte ensuite du bouchon du fait du retraits formant ainsi un intervalle rempli d'air, ce qui réduit fortement l'efficacité du bouchon comme élément de dissipation de chaleur. La solidification 35 se poursuit, mais le métal liquide perd le contact avec la peau (en raison de la diminution de volume accompagnant le passage de l'état liquide à l'état solide), et une nouvelle peau se forme à la surface du métal liquide restant en raison de la cession de chaleur à la peau formée en première, par radiation et convection. Le niveau du 40 liquide descend ensuite à nouveau et ce processus se poursuit jus 70 43302 4. 2068812 qu'à ce que la solidification du lingot soit complètes ce qui se traduit, par la formation d'un lingot comportant seulement une peau mince enfermant une retassure primaire intermédiaire. L'application d'un fluide sous pression prolonge le contact de la peau formée en premier avec le bouchon et empêche en outre 1'écartement, par suite du retrait du métal liquide de la peau en cours de solidification, jusqu'à ce que la solidification dans le canal de coulée soit terminée. Le résultat en est que les cavités produites par le retrait sont contenues dans une peau pratiquement solidifiée qui reste intacte pendant le laminage. La mise en oeuvre de l'un quelconque de ces procédés a l'avantage supplémentaire que la formation d'une retassure primaire ouverte et indésirable darjs la tête du lingot peut être évitée. L'un quelconque des procédés décrits permet l'augmentation de la section transversale du canal de coulée verticale, sans que cela implique des pertes de rendement. Un entraînement d'air se produit invariablement pendant le remplissage du canal, provoquant une turbulence pendant le remplissage de la lingotière, et la formation d'un lingot ayant des défauts superficiels. Cet entraînement d'air est réduit par l'augmentation du diamètre du canon sans que cela entraîne, comme dans les procédés de coulée classiques, une augmentation proportionnelle des pertes découlant de l'envoi à la ferraille du métal solidifié dans le canal de coulée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor-tiront plus clairement de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, ainsi que des dessins an-néxés dans lesquels : la Fig. 1 est une vue en coupe verticale d'un dispositif pour la coulée en source suivant l'invention ; . les Pig. 2 et 3 sont des vues en coupes verticales partielles d'une partie de dispositifs de coulée, suivant d'autres modes de réalisation de l'invention ; la Pig. 4 est une vue en coupe verticale d'un dispositif d'e coulée en source, suivant encore un autre mode de réalisation de l'invention. La Fig. 1 représente un dispositif de coulée en source classique, perfectionné conformément à l'invention. La lingotière 1, présentant un masselotage 2, est disposée sur une base 3 qui est constitué par une plaque inférieure 4 et une plaque supérieure 5-Un système de canaux 6 communique avec l'extrémité inférieure de la 70 43302 5. 2068812 lingotière 1. Le système de canaux 6 est constitué par un canon ou "mère" vertical 7 et par un canal transversal 8 formé dans la plaque inférieure 4, et couvert par la plaque supérieure 5- Le canal transver-5 sal 8 est revêtu d'un matériau réfractaire 9» Le canon vertical 7 est constitué par des manchons 27 en matériau réfractaire, mais, suivant l'invention, ce canon 7 est entouré par un tube métallique 10 étanche à la pression qui est fixé de façon étanche à la pression sur la plaque supérieure 5 de la base 3 au moyen de vis 11. L'espa-10 ce entre le canon 7 et le tube 10 est rempli de matériaux de bourrage 28 tels que des déchets de briques réfractaires, du sable, ou des matériaux de moulage appropriés, bien que cela ne soit pas essen tiel. La plaque supérieure 5 présente une ouverture 12 qui communique avec le canal transversal 8, de sorte que, pendant l'utilisa-15 tion du dispositif, du métal fondu puisse être coulé dans le canon vertical 7 et que ce métal fondu s'écoule ensuite dans la lingotière 1 placée sur la base 3. L'extrémité supérieure du canon vertical 7 présente un couvercle 13 qui peut être fixé de manière étanche à la pression sur l'ex-20 trémité supérieure du tube de pression 10, après la coulée de métal dans le canon vertical. Ce couvercle 13 est articulé en 14 et porte un verrou 15 destiné à retenir le couvercle en position de fermeture. L'étanchéitë entre le couvercle et le tube 10 est assurée au moyen d'une garniture 19 en métal, caoutchouc, amiante, ciment réfrac-25 taire ou autre produit d'étanchéité. Le couvercle 13 est percé d'un trou 16 qui est relié à un tuyau 17 pour l'amenée de gaz sous pression jusqu'à l'extrémité supérieure du canon vertical 7- Le dessus du couvercle 13 porte un manomètre 18 pour l'indication de la pression à l'intérieur de ce canon 7« 30 A l'utilisation, le couvercle 13 étant ouvert, du métal fondu est tout d'abord coulé dans le canon vertical 7s et ce métal remplit la lingotière 1 j'usqu'au niveau indiqué par la ligne A-A en traits mixtes. Un mélange exothermique peut être appliqué à la manière habituelle, sur la tête du lingot et également, de préférence, 55 au sommet du canon vertical 7 afin de maintenir la surface du métal à l'état liquide. Le couvercle 13 est ensuite rabattu et serré de façon étanche sur le tube 10 et du gaz sous pression est appliqué sur le métal dans le canon vertical 7 au moyen du tuyau d'alimentation 17j en i^q vue du refoulement d'au moins une partie du métal restant dans le 70 43302 6. 2068812 système de canaux, «jusque dans la lingotière 1 où ce métal se mélange, avec celui qui y est déjà contenu. La pression est augmentée jusqu'à ce que le niveau du métal dans le cancn vertical J soit descendu au niveau B-B et que le niveau dans la lingotière atteigne le niveau désiré C-C. La pression du gaz est indiquée par le manomètre 18 et doit être suffisante pour abaisser le niveau du métal jusqu'au niveau B-B, mais pas au-delà de ce niveau, si l'introduction des gaz dans le canal.transversal 8 et le lingot doit être évitée. Par exemple, si la différence entre les niveaux A-A et B-B est de 135 cm, une pression de gaz d'une atmosphère relative est nécessaire pour faire descendre le niveau du métal de A-A à B-B. Cette pression est maintenue pendant une durée suffisamment longue pour que le métal restant dans le canal transversal 8 ne soit complètement solidifié. Par exemple, quatre à cinq minutes peuvent être nécessaires pour un système de canaux ayant un diamètre interne d'environ 5 cm. Bien entendu, le tube de pression 10 et le couvercle 13 doivent être verrouillés sur la base et sur le tube 10 respectivement d'une façon suffisamment solide pour pouvoir résister à la pression * mise en jeu. En appliquant ce procédé, seul le métal restant dans le canal transversal 8 doit être envoyé au rebut. La Pig. 2 représente une variante de réalisation du dispositif de la Pig. 1, dans laquelle le canal transversal 19 est incliné par rapport à l'horizontale et s'étend vers le bas à partir du fond du canal vertical 7- Dans cette variante, le niveau du métal dans le système de canaux peut être abaissé jusqu'au niveau D-D lors de l'application d'un gaz sous pression, sans que ce gaz pénètre dans le lingot. De cette façon, seulement une faible quantité de métal, devant être envoyée au rebut, reste dans le canal transversal 19. La Pig. 3 représente une autre variante de réalisation, qui a l'avantage, par rapport à celle représentée à la Fig. 2, que le canal transversal 20 est horizontal sur la majeure partie de sa longueur. La plaque inférieure 4 et la plaque supérieure 5 sont plùs faciles à conformer si le canal est disposé horizontalement que s'il est incliné comme dans la variante représentée à la Pig. 2. La plaque inférieure 4 et la plaque supérieure 5 présentent un-évidement . 21 qui reçoit un bloc 22 de matériau réfractaire qui est traversé par un passage 23 faisant partie du canal transversal. Ce passage 23 comporte une partie courbe qui est conformée de telle manière que, lorsque du fluide sous pression est introduit dans le canon verti 70 43302 7. 2068812 cal 7, le niveau du métal peut être abaissé jusqu'au niveau E-E, sans que du gaz pénètre dans le lingot. De cette façon, du métal fondu peut être refoulé de la partie du canal transversal 20 située entre la partie courbe et le canon vertical 7-5 Au lieu d'utiliser le manomètre 18, une variante pour le con trôle ou la régulation de la pression du gaz introduit dans le canon vertical 7 de l'un quelconque des dispositifs représentés aux Pig. "1 à 3 consiste à produire une pression suffisante jusqu'à l'apparition de bulles de gaz s'échappant de la surface du. métal liquide 10 dans la lingotière 1. Cela indique que le système de canaux a été débarrassé de métal ; la pression est alors simplement maintenue à cette valeur jusqu'à ce qu'une peau suffisamment solide se soit formée au fond de la lingotière pour séparer le système de canaux de celle-ci. 15 La Fig. 4 représente un dispositif qui est dans l'ensemble analogue à celui de la Fig. 1, mais qui est appliqué en combinaison avec une lingotière semi-fermée 24 du type à goulot de bouteille, présentant un épaulement 25-,La lingotière 24 est pourvue d'un bouchon 29 conducteur de la chaleur, par exemple en fonte, qui établit 20 une fermeture - non étanche au gaz - de l'ouverture 26 ménagée dans le sommet de la lingotière 24. La lingotière est remplie comme décrit ci-dessus, jusqu'à ce que le métal liquide dans la lingotière 24 et le canon vertical 7 atteigne le niveau F-F situé légèrement au-dessous de l'ouverture 25 26 dans le sommet de la lingotière 24. Le niveau F-F. est prédéterminé de telle manière que le volume de l'espace non rempli de la lingotière soit légèrement inférieur au volume du métal refoulé ensuite du système de canon. Le bouchon 29 est à présent introduit dans l'ouverture 26, et 50 le couvercle 13 est fixé sur le sommet du tube de pression 10. Un gaz sous pression est appliqué, de sorte que le système de canaux est débarrassé de métal et que ce métal liquide soit refoulé dans la lingotière 24, jusqu'à ce que le métal vienne en contact avec le bouchon 29 et 1'épaulement 25 de la lingotière. Le bouchon 29 agit 35 comme un élément de dissipation de la chaleur et le métal fondu venant en contact avec ce bouchon se solidifie. Une croûte épaisse de métal solide s'étend alors à partir du bouchon 29 du fait que le métal liquide est maintenu en contact avec le métal en cours de solidification - depuis le bouchon 29 et 1~' épaulement 25 de la lingotiè-1|0 re - au moyen du gaz sous pression. Ce procédé a l'avantage que la 70 43302 8. 2068812 retassure primaire ouverte ou située sous la surface qui se forme normalement âans un lingot sans mattelotage est renfermée sous forme d'une ressature secondaire à l'intérieur d'une croûte solidifiée ayant une épaisseur considérable. 5 II n'est pas essentiel que le métal fondu soit coulé initia lement de manière à atteindre seulement le niveau F-F. Il peut être coulé directement jusqu'à atteindre le bouchon 29, et le fluide sous pression peut être appliqué ensuite au canon vertical, simplement pour refouler plus de métal dans la lingotière afin de eompen-10 ser le retrait qui se produit à l'intérieur de cette lingotière lors de la solidification du métal. Dans tous les modes de réalisation décrits ci-dessus, le ca- » non vertical - débarrassé de métal - peut être détaché par 1'enlèvement des vis 113 et peut être réutilisé plusieurs fois. 15 Le dispositif représenté à la Fig. 4 comporte plusieurs ca naux transversaux 8, si bien que plusieurs lingots peuvent être cou lés simultanément5 il est à noter que le dispositif représenté aux Fig. 1 à 3 peut être agencé d'une manière analogue en vue de la cou % lée simultanée de plusieurs lingots, 70 43302 2068812 REVENDICATIONS 1 - Procédé de coulée en source, selon lequel du métal fondu est versé dans un canal vertical formant partie d'un système de canaux communiquant avec l'extrémité inférieure d'une lingotière, ca-5 ractérisé en ce que du métal est tout d'abord versé dans le canal vertical en vue- de son entrée dans la lingotière et un fluide sous pression est ensuite appliqué sur le métal dans le canal vertical en vue du refoulement d'au moins une partie du métal restant dans le système de canaux, jusque dans la lingotière. 10 2 - Procédé suivant la revendication 1, earactérisé en ce que le métal est tout d'abord versé dans le canal vertical en vue du remplissage de la lingotière jusqu'à un niveau situé au-dessous du niveau désiré, ce dernier étant ensuite atteint par l'application dudit fluide sous pression. 15 3 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la pression dudit fluide est maintenue pendant assez de temps pour que le métal puisse se solidifier suffisamment pour empêcher son écoulement hors de la lingotière au moment de la suppression de la pression. 20 4 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé en ce que du gaz sous pression est appliqué jusqu'à ce que des bulles s'échappent de la surface du métal dans la lingotière. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 33 25 caractérisé en ce que, la lingotière étant du type à goulot de bouteille pourvu d'un bouchon conducteur de la chaleur et destiné à éta blir une fermeture non étanche au gaz au sommet de la lingotière, le fluide sous pression est appliqué de telle manière que le métal dans la lingotière vienne en contact avec le bouchon. 30 6 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3j caractérisé en ce que,la lingotière étant du type à goulot de bouteille pourvu d'un bouchon conducteur de la chaleur et destiné à éta blir une fermeture non étanche au gaz au sommet de la lingotière, une quantité suffisante de métal est tout d'abord introduite dans 35 cette lingotière pour que le métal vienne en contact avec le bouchon le fluide étant ensuite appliqué en vue du refoulement de plus de métal dans la lingotière pour la compensation du retrait qui se produit par suite de la solidification du métal. 7 - Dispositif pour la coulée en source, comportant un canon 40 vertical et une base comportant à l'intérieur un canal transversal, 70 43302 10. 2068812 le canon vertical et la canal transversal formant un système de canaux agencé de telle manière que, en cours d'utilisation, du métal fondu puisse être coulé dans le canon vertical, ce métal s'écoulant dans une lingotière placée sur la base, caractérisé par un système de canaux (6) qui est étanche, de sorte qu'un fluide sous pression puisse être appliqué au métal dans le canon vertical (7) en vue du refoulement d'au moins.une^partie du métal restant dans le système de canaux (6)a jusque dans la lingotière. 8 - Dispositif suivant la"revendication 7, caractérisé en ce que le système de canaux étanches (6) comprend un tube de pression (10) pouvant avoir toute section transversale désirée, qui est destiné à entourer le canon vertical (7) et q^i peut être fixé de façon étanche à la pression sur la base (5). 9 - Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que ledit système de canaux étanches (6) comprend un couvercle (13) destiné à être fixé de façon étanche à la pression sur l'extrémité supérieure du tube de pression (10), après la coulée de métal dans le canon vertical (7)s ce couvercle (13) étant percé d'un trou (16) par lequel du fluide sous pression peut être appliqué au métal. 10 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le canal transversal (19) est incliné par rapport à l'horizontale, et s'étend vers le bas à partir du fond du canon vertical (7). 11 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9j caractérisé en ce que le canal transversal (20) comporte une partie courbe (23) à proximité de l'extrémité qui communique avec la lingotière (1), cette partie courbe (23) étant conformée de telle manière que du fluide sous pression introduit dans le canon vertical (7) puisse entrer dans la partie du canal transversal (20) située entre ladite partie courbe (23) et le canon vertical (7), et puisse refouler du métal fondu depuis cette partie, sans que ce fluide sous pression pénètre dans la lingotière 1. 12 - La combinaison d'un dispositif suivant l'une quelconque des revendications 7 à 11 et d'une lingotière (24) du type à goulot de bouteille comportant un bouchon (29) conduisant la chaleur et destiné à établir une fermeture non étanche au gaz au sommet de la lingotière (24).