Brevet FR2113948A1 — publié le 19720630

La présente invention concerne un: assemblage de tuyère pour une machine de coulée sous pression , dans laquelle l'ajutage est chauffé par des moyens électriques. Dans une machine de coulée sous pression ,en se référant plus particulièrement à une machine à chambre chaude , la tuyère comprend habituellement un cylindre en acier en une pièce avec un alésage de relativement petit diamètre pour le passage de métal en fusion.Deux procédés sont utilisés couramment pour chauffer l'alésage de la tuyère jusqu'à la température requise pour 1' écoulement du métal.Le procédé habituel consiste à diriger une flamme de gaz sur la pEriphériedet'ajutage.Un autre procédé , utilisé moins fréquemment, implique l'enveloppement d'un élément chauffant électrique autour de la périphérie d'ajutage.Lors de 1' utilisation, la tuyère est chauffée soit par une flamme de gaz, soit par un élément de chauffage électrique en contact avec la surface extérieure.Ce chauffage est -fréquemment inefficace et inégal , avec un suréchauffement ou un échauffement insuffisant entraînant des temps de mise en route polongés et des coulées irrégulières. Utésavantage particulier du procédé à flamme de gaz est qu'il provoque fréquemment un échauffement inégal ou un:- suréchauffement de la tuyère.Ceci provoque des effets indésirables tels qu'une déformation de tuyère et un endommagement des joints d'extiMité de celle-ci , c'est-a-dire le joint d'étanchéité formé entre la tuyère et la pièce d'appendice et entre la tuyère et le" godet de coulée.Une érosion de l'alésage de la tuyère peut être accédée localement dans le cas du suréchauffement de cette tuyère, enOparticulier lors de la coulée de zinc ou d'aluminium. Le chauffage électrique externe offre d'autres désavantages. Par exemple, une puissance élevée est habituellement requise pour obtenir le transfert thermique nécessaire vers l'armé sage de la tuyère, une éventuelle destruction de l'élément chauffant peut provenir d'une fuite de métal à l'endroit de la tuyère et de sés joints, et un espace supplémentaire est requis pour 1' installation de l'élément sur la périphérie de la tuyère.D'autres désavantages des deux procédés antérieurs résident dans un pourcentage plus élevé de coulées défectueuses,dli a une commande in suffisante de la température de la tuyère , et des frais d'entretien élevés de la tuyère.Depuis de nombreuses années, par conséquent, l'industrie de la coulée sous pression cherché des moyens pour chauffer la partie de tuyère d'une machine à chambre chaude qui sointplus rapides ,plus efficaces, moins encombrants et n' offrent pas les problèmes d'entretien des procédés actuels. ouisan* la présente invention, on a conçu une tuyère perfectionnée destinée à être utilisée pour la coulée de métal sous pression et qui est chauffée intérieurement La tuyère suivant l'invention est constituée par un organe de noyau cylindrique présentant un alésage axial offrant un conduit destiné au transport de métal en fusion , un élément chauffant à résistance électrique supportéi en contact intime avec la surface extérieure de l'organe de noyau et un organe de manchon présentant une surfce de paroi interne en contact face contre face avec la surface extérieure de l'organe de noyau et enfermant l'élément chauffant .Avantageusement, l'élément chauffant est porté dans une gorge en spirale sur la surface extérieure de l'organe de noyau.De préférence,les spires de la gorge en spirale sont rapprochées les unes des autres au voisinage de l'extrémité de sortie de l'organe de noyau.Il est très désirable que l'assemblage comporte des moyens de détection de tem -pérature situés en contact avec l'organe de noyau. L'invention concerne en outre un procédé perfec tisonné de chauffage de la tuyère lors de la mise en pieuvre d'une coulée de métal sous pression , qui consiste à chauffer intérieurement la tuyère en appliquant une énergie électrique à un élément chauffant à résistance situé sur un organe de noyau cylindrique à l'intérieur d'un organe de manchon de l'assemblage. Ainsi, l'invention concerne une tuyère à chauffage interne pour un appareil de coulée de métal sous pression.La partie interne de la tuyère est une sectionne noyau constituée par un organe cylindrique avec un alésage axial longitudinal destiné au transport de métal en fusion à travers la'tuyère.Un élément chauffant électrique est porté par la surface de paroi externe de l'orga- ne cylindrique , de telle sorte que l'élément chauffant se trouve en contact intime et continu avec la section de noyau.La partie externe de la tuyère est une section de manchon qui enferme l'élément chauffant et la section de noyau , avec la surface de paroi interne du manchon se trouvant en contact face contre face avec la surface de paroi externe de la section de noyau.La température de la sec tion de noyau peut être commandée par un détecteur de température situé en contact avec la section de noyau et associé activementà un système d'alimentation destiné à fournir du courant à l'élé- ment chauffant. DLazztres-détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue en élévation lateraleet en coupe d'une forme de réalisation de l'assemblage de tuyère suivant l'invention , cet assemblage étant illustrée position active dans une machine de coulée sous pression à chambre chaude. La figure 2 est une vue en coupe transversale de l'assemblage de tuyère suivant B ligne 2-2 de la figure 1. En se référant aux dessins et plus particulièrement à la figure 1, on a représenté une forme de réalisation d'assemblage de tuyère suivant l'invention , désigné dans son ensemble par la référence lO.L'assemblage de tuyère 10 est essentiellement un ensemble en deux parties qui comprend une section de noyau 11 et une sectiowde manchon 12.La section de noyau 11 est constituée par un organe cylindrique avec un alésage axial longitudinal 13 celui-ci offrant un conduit pour le transport de métal en fusion à travers l'assemblage de tuyère.Aussi bien la section de noyau 11 que la section de manchon 12 sont faites de matières métalliques connues , de préférence le type d'acier utilisé couramment pour la fabrication de tuyères destinées à des machines de coulée sous pression. Un élément chauffant électrique 14 constitue des moyens pour chauffer la section de noyau 11 à la température requise pour un écoulement convenable du métal en fusion à travers l'alésage 13.Le type d'élément chauffant préféré est un élément chauffant électrique miniature classique , dénommé généralement câble chauffant biaxial rentrant . En général, les câbles chauffants de ce type comprennent un élément de fil de résistance recouvert d'un isolant à base d'oxyde de magnésium , qui est enfermé dans une gaine métallique.Le câble chauffant 14 est de préférence supporté dans une gor-ge en spirale continue sur la surface de paroi externe de la section de noyau 11, de telle sorte que le câble maintient un contact intime et continu avec la section de noyau. Dans la présente forme de réalisation, par conséquent, le câble chauffant offre un système de chauffage interne pour l'assemblage de tuyère lO.Un autre avantage de l'assemblage de tuyère à chauffage interne se manifeste dans certaines opérations de coulée. souS~pression exigeaLune longue tuyère pour réaliser une pénétration profonde dans la face de moule stationnaire. En utilisant les procédés antérieurs de chauffage à partir de la périphérie de la tuyère,il est pratiquement impossible de chauffer toute la surface d'une tuyère extrêmement longue.Par opposition la tuyère à chauffage interne suivant l'invention rend possible un chauffage convenable d'une tuyère de pratiquement n'importe quelle longueur raisonnable. Comme représenté au mieux à la figure 1, la section de noyau 11 s'adapte à l'intérieur d'une section de manchon 12, de telle sorte que la surfacede paroi interne 15 de la section de manchon enferme le câble chauffant 14 et se trouve en contact face contre face avec la surface de paroi externe de la section de noyau. L'isolement pour l'assemblage de tuyère est offert par une matière isolante à haute température convenable 16, qui recouvre la section de manchon 12. Un puits à thermocouple 17 est situé dans la paroi de la section de manchon 12 au voisinage de l'extrémité de pénétration de métal de l'alésage 13 dans la section de noyau 11 (extrémité de droite à la figure 1).Plus précisément, l'extrémité inférieure du puits 17 s'étend sur une courte distance dans la surface de paroi externe de la section de noyau 11 , en un point situé entre des spires adjacentes formées par le câble chauffant 14.Au cours d'une opération de coulée sous pression , un détecteur à thermocouple (non représenté) est supporté dans le puits de ther mocouple 17.En position de foncdDnnement, les extrémités de détection de température des fils du thermocouple se trouvent en contact effectif avec la surface de paroi externe de la section de noyau 11, à l'extrémité inférieure du puits 17. Le thermocouple dans le vits 17 est connecté dans un système d'alimentation (non représenté mais décrit plus en détail ci-après) qui fournit du courant au câble chauffant 14.Ceci permet à l'opérateur de commander étroitement la température de la section de noyau 11 afin d'obtenir l'écoulement de métal désiré à travers l'alésage 13.Comme indiqué à la figure 1, l'extrémité de connexion du câble chauffant 14 s'étend vers le haut à travers une fente longitudinale 18 de la section de noyau 11 et du recouvrement isolant 16 et est connectée à un adaptateur d'extrémité 14a.L Lors de la mise en oéuvre de la présente invention , une application typique de l'assemblage de tuyère réside dans la coulée sous pression d'un alliage de magnésium dans une machine à chambre chaude.Dans la forme de réalisation illutrée à la figure 1, par conséquent, l'assemblage de tuyère est représenté tel qu'il se 'présenterait en position de fonctionnement dans une machine à chambre chaude.Pour simplifier l'tlîustration, on a représenré uniquement les parties de i' appareil de coulée sous pression qui constituent le voisinage de 1' assemblage de tuyère Dans la position illustrée , l'assemblage de tuyère 10 est supporté dans une ouverture du plateau stationnaire 19 de l'appareil de coulée sous pression.L'écoulement de métal en fusion, tel qu'indiqué par les flèches au dessin , s' effectue à travers l'alésage de la partie en col de cygne 20 et de la pièce d'appendice 21 et dans l'alésage 13 de la section de noyau ll.Lorsque le métal sort de l'alésage 13, il s'écoule à travers le godet de coulée 22 et dans le moule stationnaire 23. Lors de la coulée sous pression d'un alliage de magnésium , la température de la tuyère est maintenue à -6500C.La puissance fournie au câble chauffant 14 provient d'un transformà- teur de 10 kva réglé de macère à fournir 130 volts. Sous cette tension appliquée, le câble chauffant prélève jusqu'à 9 ampères et produit 1170 volt ~ampères de puissance. Un système préféré (non représenté ) pour régler la température de la tuyère est un dispositif de commande de température propoutionnelle à l'état solide. Des éléments constitgtifs du système de commande comprennent une commande par cadran quatre chiffres, à lecture en degrés centigrades ,et un redresseur commandé au silicium. Au début d'une séquence de fonctionnement , la temprérature de tuyère désirée de 6500C est réglée sur la commande à cadran.Le dispositif de commande, qui reçoit une lecture en millivolts du détecteur a thermocouple dans le puits 17, indique au redresseur commandé au silicium de laisser la pleine puissance parvenir au câble chauffant 14.Alors que la lecture du thermocouple s'approche du point fixé sur la commande i:: cadran , le dispositif de commande indique au redresseur commandé au silicium de réduire la circulation de puissance,Lorsque la température effective de la section de noyau 11 atteint le point fixé sur la commande à cadran le dispositif or-comm-ande indique au redresseur commandé au silicum de laisser passer uniquement suffisamment de puissance pour maintenir la température constamment à 65O0C.Bien que des dispositifs de commande de température classiques à marche-arrêt ou en fonction du temps puissent être utilisés pour la mise en oeuvre de l'invention, le système de commande proportionnelledécrit précédemment est préféré. te dispositif de commande proportionnel offre certains avantages par rapport aux autres systèmes mentionnés précédemment , comme par exemple une commande de température plus précise et une plus longue durée de vie pour l'élément chauffant. En se référant à nouveau à la figure 1, on remarquera que la surface de paroi interne 15 de la section de manchon.12 est fixée à la surface de paroi externe de la section de noyau 11 par une légère soudure métallique continue 24. Ceci est effectué afin de faciliter le remplacement du câble chauffant 14.Lorsqu'un nouvel élément chauffant est nécessaire , le cordon de soudure 24 est éliminé par usinage, de telle sorte que la section de noyau 11 puisse être glissée hors de la section de manchon 12.Après avoir installé un nouvel élément chauffant sur la section de noyau lu , une nouvelle soudure est effectuée afin de maintenir ensemble la section de noyau et la section de manchon.Une fonction plus importante de la section de manchon 12 est de servir d'élément de support pour la section de noyau ll.La pression interne engendrée dans la section de noyau 11 par I' écoulement de métal en fusion dans celle-ci peut prendre une valeur quelconque dans laplagzdzl41 à 246 kg/cm. La section de manchon 12, par conséquent, est de construction suffisamment lourde pour offrir la résistance nécessaire afin d'empêcher un éclatement de la section de noyau 11 sous l'effet de la pression interne élevée. Une autre caractéristique de l'assemblage de tuyère suivant l'invention est constituée par des moyens perfectionnés destinés à commander' la température au point de "solidification à la sortie".Il s'agit du point à l'extrémité de sortie de l'alésage 13 où le métal quitte ce dernier et s'écoule dans l'alésage du godet de coulée 22 .En ce point,le métal dans l'alésage 13 doit ESter à l'état de fusion.Alors que le métal s'écoule dans le godet de coulée 22 toutefois, il doit se Solidifier pour former le -jet de coulée.- . Lors d'une exploitation effective , il s'est révélé qu'une qunntité importante de chaleur est perdue vers le godet de coulée 22, en particulier au début de l'exploitation. Si l'apport de chaleur est trop élevé , la température à l'extrémité de sortie pour le métal de l'Alésage 13 peut tomber en dessous du niveau requis pour définir un bon point de "solidification de sortie". Pour éliminer ce problème, les spires de la gorge en spirale dans la section de noyau 11 peuvent être rapprochées au voisinage de l'extrémité de sortie pour le vital de la section de noyau.Ceci réduit le pas des spires du câble chauffant 14, comme indiqué à la figure 1, et apporte donc plus de chaleur à l'extrémité de sortie pour le métal-de l'assemblage de tuyère.L'importance de la diminution du pas des spires du câble chauffant et le point sur la section de noyau 11 où le pas est modifié ne sont pas critiques. Un facteur déterminant est la quantité de chaleur supplémentaire requise dans l'assemblage de tuyère pour une opération donnée.A titre de facilité pour commander la température au point de "solidification de sortie ", un second détecteur à thermocouple (non reprété) peut être situé dans un puits 25 qui se trouve dans la section de noyau 11 immédiatement au-dessus de l'extrémité de sortie pour le métal de l'alésage 13. I1 doit être entendu que la présente invention n' est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet. REVENDICATIONS 1. Assemblage de tuyère perfectionné pour un appareil de coulée de métal sous pression , caractérisé en ce qu'il comprend un organe de noyau cylindrique avec un alésage axial offrant un conduit destiné au transport de métal en fusion ,uS é- lément chauffant à résistance électrique supprté en contact intime avec la surface externe de l'organe de noyau et un organe de manchon présentant une surface de paroi interne en contact face contre face avec la surface externe de l'organe de noyau et enfermant l'élément chauffant. 2.Assemblage de tuyère suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de noyau porte l'élément chauffant dans une gorge en spirale de sa surface externe. 3.Assemblage de tuyère suivant la revendication 2, caractérisé en cette les spires de la gorge en spirale sont plus proches les unes des autres au voisinage de l'extrémité de sortie de l'organe. 4.Assemblage de tuyère suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détection de température situés en contact avec l'organe de noyau 5. Procédé de chauffage d'un assemblage de tuyère au cours d'un processus de coulée de métal sous pression, caractérisé en ce qu'il consiste à chauffer intérieurement la tuyère en appliquant de l'énergie électrique à un élément chauffant à résistance situé sur un organe de noyau cylindrique à l'intérieur d'un organe de manchon de l'assemblage.