Brevet FR2116465A1 — publié le 19720713

La présente invention concerne les fours à rayonnement électronique pour la refusion de métaux ou d'alliages sous vide ou sous atmosphère protectrice. Le four à rayonnement électronique de l'invention est destiné à la refusion d'ébauches métalliques et vise l'obtention de métaux et d'alliages fins à teneur minimale en impuretés nocives, présentant des caractéristiques physiques, chimiques et mécaniques améliorées. Au point de vue construction, les fours les plus simples sont ceux où, après l'élaboration et le refroidissement des lingots, on supprime entièrement l'étanchéité du laboratoire du four et on le prépare pour une nouvelle fusion les fours industriels utilisés dans ce but n'ont pas de sas pour le chargement des ébauches et le déchargement des lingots du laboratoire. Ces fours sont peu productifs, étant donné que les opérations auxiliaires exigent beaucoup de temps : refroidissement du lingot dans le laboratoire, chargement des ébauches et déchargement des lingots, création du vide dans lé laboratoire du four ou remplissage de celui-ci par une atmosphère protectrice, notamment l'argon. On a tenté d'améliorer la productivité de ces fours en chargeant dans le laboratoire plusieurs ébauches afin d'obtenir simultanément plusieurs lingots. Toutefois, dans ce cas, l'utilisation pratique des fours est renduedifficile par la complexité de la manutention des lingots et des ébauches dans le laboratoire, et aussi par le fait que la fusion des métaux, dans ce cas, n'est pas continue. On connait d'autre part des fours pour fusion sous vide ou dans un milieu gazeux protecteur, qui comportent des sas sous forme d'antichambres servant de sas pour les ébauches ou les lingots. Lesdites antichambres comportent des obturateurs de sas, qui permettent d'étanchéifier les enceintes de l'antichambre et du laboratoire au cours du sassage, les antichambres étant placées dans l'axe de la lingotière au-dessus et au-dessous,ouseulennt au-dessous, du laboratare. Dans ce cas, on p.lace les ar?tic3laaes surBlaboratoire, à demeure ou encore de manière à pouvoir être séparées du laboratoire et décelées par rapport à l'axe de la lingotière. La présence des antichambres permet d'éviter les pertes d'étanchéité du laboratoire au cours du sassage, mais elle entraîne une augmentation sensible de la hauteur du four et des temps auxiliaires, étant donné la nécessité de manoeuvrer les obturateurs des antichambres elles-mêmes, de les déplacer ou, dans le cas où les antichambres sont montées à demeure, d'arrêter la fusion au cours du sassage. Pour réduire la hauteur du four et les temps auxiliaires on a proposé une unité pour la refus ion de métaux et d'alliages sous vide ou sous atmosphère de gaz protecteurs, installation qui comporte un sas pour le chargement des ébauches et le déchargement des lingots sans casser le vide du laboratoire du four. Ce laboratoire communique par l'intermédiaire d'un sas avec au moins une antichambre qui sert à utiliser des lingots et des ébauches déplacées par au moins un mécanisme comportant sur une partie pivotante de celui-ci, des palettes, mobiles verticalement, de lingotière pour l'élaboration de lingots, par dépôt de métal fondu. La partie pivotante du mécanisme servant au déplacement des lingots et des ébauches conjointement avec les palettes de lingotière est logée dans le laboratoire du four et comporte, pour son étanchéification, plusieurs clapets de sas qui sont appliqués par ce mécanisme contre le couvercle supérieur du laboratoire, sur lequel est disposée l'antichambre. les clapets de sas sont réunis soit aux palettes de lingotière, sur lesquelles s'effectue l'élaboration des lingots par dépôt de métal fondu, soit à des fûts porte-ébauche. Toutefois, dans une telle unité (four) la palette portelingot et le fût porte-ébauche sont décalés de 1800 l'un par rapport à l'autre et, pour cette raison, on est obligé de manoeuvrer un assez grand nombre de fois la partie pivotante du mécanisme de déplacement des ébauches et des lingots pour décharger chaque lingot et introduire une ébauche destinée à la fusion suivante. la palette porte-lingot et le fût porte-ébauche sont montés en porte-à-faux à l'extrémité inférieure d'une tige verticale destinée à les déplacer verticalement et à les faire tourner autour de son axe. Il s' ensuit que la capacité de charge du sas dépend de la rigidité de la tige. En outre, la refusion d'une ébauche métallique directement dans une lingotière ne permet pas d'obtenir les meilleurs résultats au point de vue de la qualité des lingots métalliques finals. La présente invention vise à supprimer les difficultés précitées. On s'est donc proposé de créer un four à rayonnement électronique assurant un meilleur rendement grâce à une augmentation du temps de travail effectif, et se présentant sous une forme plus ramassée et simplifiée au point de vue construction, tout en étant plus facile à desservir. On a trouvé que ce problème pouvait être résolu en utilisant un four à rayonnement électronique pour la refusion de métaux ou d'alliages sous vide ou sous atmosphère protectrice, du type comportant une lingotière refroidie, un dispositif pour l'admission de l'ébauche à refondre dans la zone de fusion et un mécanisme muni de commandes faisant tourner autour de son axe vertical les palettes pour les lingots et les fûts pour les ébauches et les résidus, et comprenant une tige pour leur déplacement vertical, lesdites palettes et fûts comportant des clapets pour leur raccordement étanche à une antichambre servant de sas pour les palettes porte-lingots et des fûts porte-ébauches, four dans lequel, suivant l'invention, le mécanisme précité comprend une colonne rotative à enceinte axiale dans laquelle se déplace la tige, et comporte en outre une rainure de guidage longitudinale pour un châssis d'entraînement articulant ladite tige à un chariot sur lequel sont disposés, de part et d'autre de l'axe de rotation dudit mécanisme, des ensembles composés chacun d'une paire fût-palette à clapet obturateur commun, les axes des palettes porte-lingot, des fûts porte-ébauche, de la lingotière et dudit dispositif d'admission des ébauches étant équidistants de l'axe de rotation dudit mécanisme. Un tel agencement du mécanisme de dépXacement des palettes porte-lingot et de fûts porte-ébauche permet de réaliser un four plus ramassé, plus commode à desservir et plus fiable au point de vue de l'étanchéité. En outre, la meilleure maniabilité et la capacité de charge accrue du mécanisme permettent de réduire les pertes de temps utile du four et d'en améliorer le rendement. Il est avantageux de munir le four à rayonnement électronique d'un récipient intermédiaire fixé à une tige de commande et capable de pivoter autour d'un axe horizontal et de se déplacer le long de celui-ci, ledit récipient servant à alimenter la lingotière en métal liquide résultant de la fusion de l'ébauche. La présence du récipient intermédiaire recevant le métal refondu prévient les pénétrations dans la lingotière de particules de métal se détachant et tombant de l'ébauche à refondre et permet, par conséquent, d'uniformiser la composition chimique du métal liquide en améliorant ainsi la qualité du lingot solide obtenu. Pour une meilleure compréhension de l'invention, un exemple non limitatif d'exécution d'un fourà rayonnement électronique conforme à l'invention est décrit dans ce qui suit, avec références aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente une vue en plan d'un four à rayonnement électronique conforme à l'invention; - la figure 2 représente le même four vu en coupe suivant II-II de la figure 1 - la figure 3 représente le même four vu en coupe suivant III-III de la figure 2. lie four à rayonnement électronique pour la refusion de métaux ou d'alliages sous vide ou sous atmosphère protectrice comporte un laboratoire sous vide 1 (figures 1,2, et 3) dans lequel est disposée une lingotière refroidie 2 (figures 1, 2), et un dispositif 3 pour l'admission de l'ébauche à refondre 4 dans la zone de fusion du four. lie laboratoire sous vide 1 communique avec une antichambre 5 servant de sas pour des palettes porte-lingot 6 et des fûts porte-ébauche 7 (figure 3) comportant des clapets 8 (figure 2) pour leur raccordement étanche à l'antichambre 5. les palettes porte-lingot 6 et les fûts 7 recevant les ébauches et les résidus de métal sont fixés en porte-à-faux à un mécanisme 9 comportant des tiges 10 et 11 reliées à des commandes servant respectivement à les faire tourner autour de l'axe vertical du mécanisme 9 et à les déplacer verticalement dans le laboratoire sous vide 1. le mécanisme 9 comprend une colonne 12 entraînée en rotation et comportant une enceinte axiale 13 destinée à recevoir la tige 11, et une rainure de guidage 14 longitudinale pour un châssis 15 articulant la tige 11 à un chariot 16 portant des ensembles disposés diamétralement de part et d'autre de l'axe de rotation du mécanisme 9, chacun de ces ensembles comprenant un fût 7 et une palette 6. Chaque paire fût-palette (ces paires sont au nombre de deux) comporte un clapet d'étanchéité 8. les axes des palettes 6, des fûts 7, de la lingotière 2 et du dispositif 3 d'admission des ébauches dans la zone de fusion sont équidistants de l'axe de rotation du mécanisme 9. le laboratoire sous vide 1 contient un récipient ou creuset intermédiaire 17 fixé à une tige horizontale 18 mais pouvant pivoter autour de l'axe longitudinal horizontal de celle-ci et se déplacer le long de cet axe. lie récipient 17 alimente la lingotière 2 en métal liquide résultant de la fusion de l'ébauche 4. La lingotière 2 est immobilisée dans le laboratoire sous vide 1 au moyen d'une butée 19. Au-dessus du laboratoire sous vide 1, coaxialement au récipient intermédiaire 17, est monté le dispositif 3 destiné à déplacer verticalement l'ébauche à refondre 4 et à la faire pivoter autour de son axe vertical. Dans la partie supérieure du laboratoire sous vide 1 est prévue une chambre 20 contenant des dispositifs chauffants 21 à rayonnement électronique. Pour créer et maintenir le vide dans le four, on a prévu des pompes à vide 22, 23 et 24 (figure 1). Le four est équipé d'un pupitre de commande 25, d'une porte de visite 26 permettant de le desservir, et d'un regard 27. L'antichambre 5 comporte une pipe 28 qui la met en communication avec l'une des pompes à vide précitées. le four à rayonnement électronique fonctionne de la manière suivante. Avant de commencer fusion on dispose le chariot 16 de façon que l'un des ensembles comprenant une palette porte-lingot 6 et utût porte-ébauche 7 se trouve dans l'antichambre 5 et que par son clapet 8 il sort séparé du laboratoire sous vide 1. On dépose ensuite le chapeau formant l'antichambre 5 et l'on descend dans le fût 7 l'ébauche 4. On remet ensuite le chapeau de l'antichambre 5 à sa place. On crée S vide dans l'antichambre 5 et dans le laboratoire sous vide 1 après quoi on descend le chariot 16 jusqu'à sa position basse au moyen de la commande de la tige 11 et on fait pivoter la colonne 12 de 1800 au moyen de la commande de rotation appropriée par l'intermédiaire de la tige 10. Dans cette position, la palette 6 est disposée coaxialement à la lingotière 2 tandis que le fût 7 avec ébauche 4 se trouve sous le dispositif 3 destiné à la maintenir. On amène en position haute le chariot 16 par l'intermédiaire de la tige 11 au moyen de la commande appropriée, et on suspend l'ébauche 4 au crochet du dispositif 3, tandis que la palette 6 pénètre dans l'enceinte de la lingotière 2. lèndant ce temps la seconde palette 6 et le second fût 7, qui constituent la seconde paire (le second ensemble) fût-palette forment le fond de l'antichambre 5 avec le clapet 8 du second sas. Appliqués par le chariot 16 contre le couvercle supérieur du laboratoire à vide 1, ils séparent de façon étanche l'antichambre 5 du laboratoire sous vide 1. On introduit l'air dans l'antichambre 5, on enlève son chapeau et on place dans le fût 7 une seconde ébauche 4. On remet en place le chapeau de l'antichambre 5 et on y fait le vide au moyen de la pompe reliée à la pipe 28. le récipient intermédiaire 17, qui jusqu'alors était écartée par la commande de la tige 18 pour ne pas gêner l'extrac- tion de l'ébauche 4 du premier fût 7 et sa fixation au dispositif 3, retourne à sa position de travail, c'est-à-dire sous l'ébauche 4 de manière que le métal liquide s'écoule dans la lingotière 2. Pour opérer la fusion de l'ébauche 4 on met en circuit les éléments chauffants électroniques 21. Sous l'action de ces éléments, l'ébauche 4 fond et le métal liquide s'écoule dans le récipient intermédiaire 17, d'où il passe dans la lingotière 2 où le lingot se forme sur la première palette 6. A l'issue de la fusion, on remonte le résidu de l'ébauche au moyen du dispositif 3, afin qu'il n'entrave pas la rotation du récipient intermédiaire 17 au moyen de la tige 18 qui constitue son axe de rotation horizontal. Au cours de cette opération, le résidu de métal passe du récipient 17 dans la lingotière 2. Ensuite, au moyen de la tige 18, on écarte-le récipient intermédxtre 17 (on le déplace le long de son axe de rotation) et on amène en position basse le chariot 16 avec le lingot se trouvant sur la palette 6 et extrait de la lingotière 2, et on introduit dans le fût 7, le résidu de l'ébauche au moyen du dispositif 3. On met successivement en action la commande de la tige 10 qui fait pivoter de 1800 la colonne 12 avec le chariot 16, et la commande de la tige 11 qui déplace le chariot 16 verticalement et qui, dans le cas considéré, élève le chariot 16. lorsque le chariot 16 est en position haute, le lingot placé sur la première palette 6 et le résidu contenu dans le premier fût 7 se trouvent dans l'antichambre 5 tandis que la palette 6 de lai5econde paire fût-paette se trouve dans l'enceinte de la lingotière 2. La seconde ébauche 4 est alors fixée sur le dispositif 3. On casse l'étanchéité de l'antichambre 5, on extrait le lingot et le résidu d'ébauche et on met en place l'ébauche suivante en maintenant le vide dans le laboratoire sous vide 1. On écarte périodiquement le récipient intermédiaire 17 et on le ramène à sa position initiale pour la fusion. Ensuite, on répète les opérations dans l'ordre déjà décrit. On peut aussi effectuer la refusion de l'ébauche 4 suivant une méthode permettant d'éviter les résidus . Pour cela, la face en bout de chaque nouvelle ébauche est disposée au niveau du récipient intermédiaire 17 dans lequel on prépare un bain liquide et on y fait fondre le résidu résultant de l'ébauche 4 précédente. Après le refroidissement du bain, l'ébauche 4 est remontée par le dispositif 3 en position initiale en vue de la fusion. Le fait que les palettes et les fûts soient disposés par paires, avec un sas commun pour chaque paire, permet d'éliminer plusieurs opérations de manutention au cours du fonctionnement du four à vide, tout en permettant de faire passer les lingots et les ébauches par les sas au cours même du déchargement du lingot et du chargement de l'ébauche, ce qui permet de réduire sensiblement les temps auxiliaires et d'augmenter le rendement du four. Le fait que deux paires de palettes porte-lingot et de fût porte-ébauche soient disposées sur la partie pivotante du mécanisme 9 en vue de leur déplacement de 1800 l'une par rapport à l'autre, permet le passage par le sas de chaque lingot précédent, son enlèvement de la palette, l'évacuation du résidu d'ébauche, la mise en place de l'ébauche suivante et la création du vide de l'enceinte du sas, au cours même de l'accrochage de ébauche et du début de chaque nouvelle fusion. le fait que la partie pivotante du mécanisme de déplacement des lingots et des ébauches soit disposée sur uneacolonne pivotante et qu'elle soit articulée à la tige de déplacement vertical permet d'obtenir une capacité de charge élevée, car tous les efforts fléchissants sont encaissés par la colonne pivotante rigide dont les extrémités sont retenues dans le corps du laboratoire sous vide, tandis que l'articulation de la tige à la partie pivotante du mécanisme permet de libérer des charges en porte-à-faux de l'arbre de la commande de déplacement vertical. Cela augmente sensiblement la longévité de la tige 11 et de son dispositif d'étanchéité au vide. La combinaison décrite du dispositif d'extraction des lingots et du mécanisme de pivotement du chariot sur lequel sont placés par paires espacées de 1800 la palette porte-lingot et le fût porte-ébauche, ainsi que la possibilité de leur sassage (passage simultané par les sa, ont permis pour la première fois de résoudre les difficultés (décrites plus haut) de larefusion des métaux dans les fours électrothermiques à vide marche continue. L'invention permet de créer un four à rayonnement électronique à rendement élevé et à marche continue pour la métallurgie sous vide. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si cells-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. -REVEND I CATI ON8 - 1.- Four à rayonnement etectronique pour la refusion de métaux ou d'alliages sous vide ou sous atmosphère protectrice, du type comprenant une lingotière refroidie, un dispositif pour l'admission de l'ébauche à refondre dans la zone de fusion et un mécanisme à commandes faisant tourner autour de son axe vertical des palettes pour les lingots élaborés et des fûts pour les ébauches à refondre et leurs résidus, et- actionnant une tige pour le déplacement vertical des palettes et des fûts, cessserniers comportant des clapets pour leur raccordement étanche à une antichambre servant de sas pour les palettes et les fûts, caractérisé en ce que le mécanisme précité comprend une colonne entraînée en rotation et comportant une enceinte axiale dans laqilS se déplace la tige précitée, et une rainure longitudinale de guidage pour un châssis d'entraînement articulant ladite tige à un chariot sur lequel sont disposés, de part et d'autre de l'axe de rotation dudit mécanisme, des ensembles composés chacun d'une paire fût-palette à clapet obturateur commun, les axes des palettes porte-lingot, des fûts porte-ébauche de la lingotière et dudit dispositif d'admission de l'ébauche étant équidistants de l'axe de rotation dudit mécanisme. 2.- Four à rayonnement électronique suivant la revendicaton 1, caractérisé en ce qu'il contient en outre un récipient intermédiaire fixé à une tige de commande mais pouvant tourner autour de l'axe horizontal de celle-ci et se déplacer le long dudit axe, ledit récipient étant destiné à alimenter la lingotière en métal liquide résultant de la fusion de l'ébauche.