Brevet FR2133580A1 — publié le 19721201

la présente invention concerne la coulée continue et plus spécialement la coulée continue d'une billette creuse en cuivre dimensionnée pour l'utiliser dans un appareil d'extrusion de tubes.-On utilise un moule cylindrique relativement court refroidi 5 par eau ayant un diamètre important, par exemple un diamètre interne supérieur à 23 cm. Un mandrin est suspendu au sommet du moule ■et comporte une tige en un alliage résistant à-la chaleur, un manchon supérieur en matière réfractaire,par exemple en silice, et un manchon inférieur en graphite, le manchon inférieur en gra-10 phite du mandrin présente une partie supérieure cylindrique et une partie inférieure légèrement conique qui empêche un coincement lorsque la solidification de la billette descendante provoque sa contraction. le cuivre fondu est introduit dans l'espace annulaire compris 15 entre le moule refroidi par eau et le mandrin à partir d'une descente de coulée qui est commandée par un flotteur-mobile verticalement dont la partie inférieure est supportée par la partie supérieure du métal fondu contenu dans le moule. -Au fur et à mesure que le niveau du métal contenu dans le moule descend au cours du 20 processus de coulée continue, le flotteur dose continuellement le débit du métal fondu dans le moule pour maintenir la surface supérieure du métal fondu à un niveau sensiblement constant. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressort iront de la description qui va suivre, faite en regard du 25 dessin annexé et donnant à titre explicatif,mais nullement limitatif, une forme de réalisation de l'invention. Sur ce dessin : la figure 1 est une vue en plan de l'appareil de coulée continue ; 30 la figure 2 est une élévation latérale avec coupe partielle de l'appareil représenté sur la figure 1 ; et la figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure t» l'appareil comporte un moule cylindrique 10 refroidi par eau, ayant dans un cas particulier un diamètre interne d'environ 23 cm 35 et une hauteur légèrement supérieure à 30 cm. Ce moule est convenablement refroidi par eau, par exemple au moyen d'une chemise d'eau 11 dans laquelle de l'eau refroidie peut être mise continuellement BAD ORIGINAL 72 09631 2 2133580 en circulation. Le moule est supporté de façon que son axe soit vertical, comme on le voit en particulier sur la figure 3 par un moyen convenable, par exemple un anneau 12. Sur l'anneau 12, est monté un anneau de liaison 14 formé de deux parties curvilignes 5 16 reliées entre elles par une entretoise transversale 18 qui est horizontale sur le sommet, mais qui présente des surfaces inférieures inclinées pour lui donner une. plus grande épaisseur au centre,comme on le voit en particulier sur la figure 2. I1entretoise 18 présente une ouverture centrale désignée par 20 dans 10 laquelle est introduit un long boulon 22 à tête en un alliage métallique convenable résistant à la chaleur, par exemple l'alliage de molybdène "IZM",qui est un alliage à base de molybdène vendu par Climax Molybdenum Company. Toutefois, on peut utiliser d'autres métaux et on a obtenu des résultats satisfaisants en utilisant 15 le superalliage à base de nickel "Inconel 718". pur la partie supérieure du boulon 22 est monté -un manchon 24 en matière réfractaire convenable pouvant être utilisé dans les conditions rigoureuses du point de vue chimique qui régnent à la surface du cuivre fondu. Habituellement, un laitier formé 20 d'oxyde fondu flotte à la surface supérieure du cuivre fondu, par exemple un complexe de cuivre et d'oxyde phosphoreux. Un tel oxyde fondu attaque gravement le métal solide et le graphite. En conséquence, le manchon 24 .est réalisé en un matériau supportant de hautes températures qui peut résister à une attaque du laitier. 25 A cet effet, un excellent matériau est la silice fondue. Sur la figure 3, on voit que le niveau supérieur du cuivre fondu est maintenu par un moyen convenable qui sera décrit plus loin, sensiblement comme indiqué en L, et cette surface supérieure du métal fondu où se trouve le laitier est située entre les. extré-30 mités supérieure et inférieure du manchon 24 en silice fondue ou autre matériau résistant à la chaleur et chimiquement inerte.„ le mandrin qui est désigné dans son ensemble par M présente sur sa partie inférieure un manchon 26 en graphite. Les manchons 24 et 26 sont retenus bout à bout, et l'extrémité supérieure du man-35 chon 24 est maintenue contre la surface inférieure de 1'entretoise transversale 18 de l'anneau de liaison 14 par une rondelle 28 et des écrous 30 vissés sur l'extrémité inférieure du boulon 22. BAD ORIGINAL COPY ' 72 09631 3 2133580 Le manchon 24 en matière réfractaire a une forme externe cylindrique et, dans un exemple particulier, il a un diamètre d'environ 5 cm. L'extrémité supérieure du manchon en graphite 26, comme indiqué en 32, présente une partie cylindrique ayant un diamètre exter-5 ne égal à celui du manchon 24. La partie inférieure du manchon en graphite, comme indiqué en 34, est légèrement effilée vers le bas et est reliée à la partie supérieure cylindrique 32 par un petit épaulement 36. Dans une forme de idéalisation type de l'invention, la partie supérieure cylindrique 32 et la partie inférieure 10 effilée 34 du manchon en graphite ont toutes les deux une longueur de 15 -cm environ. Le diamètre externe de la partie inférieure effilée diminue de 4,72 cm à l'épaulement 36 à 4,57 cm à son extrémité inférieure. La conicité a pour "but de permettre un retrait de la billette en cuivre lorsqu'elle se solidifie et descend de 15 manière à empêcher un coincement de la billette sur le mandrin pendant sa contraction. -Au-dessus de l'épaulement 36, le cuivre fondu, en se refroidissant, conserve essentiellement un état fluide, de sorte qu'une conicité n'est pas nécessaire sur la partie supérieure 32 du mandrin. 20 Le métal fondu est introduit à l'intérieur du moule 10 à partir d'un bassin 40 ayant une descente de coulée tubulaire 42 au centre et au-dessus de la surface-supérieure du moule 10. Un flotteur 44 détermine le débit du métal fondu dans la descente de coulée 42 pour maintenir sa surface supérieure sensiblement 25 au. niveau désigné par L à mesure que le métal se solidifie continuellement et se déplace vers le bas. Le flotteur 44 est en un matériau réfractaire relativement léger qui peut résister à la haute température et a l'action chimique du cuivre fondu ainsi qu'au laitier flottant sur sa 30 surface et en outre, il est en un matériau suffisamment léger pour qu'il flotte sur la surface supérieure du cuivre fondu. Le flotteur est réalisé avec une poudre réfractaire et chimiquement inerte moulable qui peut être essentiellement de la silice en poudre. La poudre est mélangée avec de l'eau, moulée à une 35 forme désirée et chauffée dans un four. La densité de la matière est inférieure à 20 $ de celle du cuivre de sorte que le flotteur se maintient sensiblement au-dessus de la surface du métal fondu COP^ BAD ORIGINAL 72 09631 4 2133580 comme représenté. le flotteur 44 présente une surface externe généralement cylindrique 46, une surface inférieure plate 48,et un canal 49 ouvert transversalement et vers le bas présentant des-surfaces latérales 5 50 et une surface supérieure 52. Le canal 49 permet au flotteur de chevaucher 1'entretoise transversale 18 de l'anneau de liaison 14. Un canal transversal 54 s'étend en travers de la surface supérieure du flotteur 44, la partie intermédiaire du canal 54 étant •10 approfondie en 56 pour former une paroi inférieure 58. lu centre de la paroi 58 se trouve un cône en saillie 60 destiné à constituer un clapet pour fermer l'extrémité inférieure de la descente de coulée 42„ la partie intermédiaire 56 du canal transversal 54 constitue un réservoir qui reçoit le métal fondu à partir de la descente 15 de coulée 42 et ce métal passe par des canaux verticaux 62 reliés par des canaux inclinés 64 à l'intérieur du canal 49.'Lorsque les pièces occupent la position représentée sur la figure 3, on remarquera que la sortie des. ûanaux inclinés 64 est sensiblement centrée au niveau L du métal liquide et que le cône 60 est en position de 20 fermeture par rapport à la descente de coulée 42. Le flotteur 44 flotte sur la surface supérieure du métal fondu et constitue" une soupape qui maintient le niveau7comme indiqué'sur la figure 3. Au fur et à mesure que le métal contenu dans le moule 10 se solidifie en partie à cause du refroidissement du mandrin .25 par le moule 10 refroidi par eau, le métal fondu se solidifie progrès sivement dans une zone situéë sensiblement au niveau de l'épaulement 36 du mandrin. A mesure que le métal sensiblement solidifié de la billette continue à descendre et se refroidit davantage, il subit un retrait que permet la forme effilée de la partie inférieure 30 34 du manchon en graphite. En outre, le manchon en graphite, bien qu'il puisse être utilisé aux températures élevées du cuivre fondu, a encore pour fonction de favoriser le mouvement descendant de la billette en cours de solidification grâce à sa caractéristique inhérente de lubrifiant solide. 35 En fonctionnement, le métal liquide peut être ajouté continuel lement, par l'intermédiaire de la descente de coulée 42,à un débit déterminé pax* le flotteur 44 pour permettre la formation en continu BAD ORIGINAL C0P*J 72 0963Ï 5 2133580 de la billette. la "billette peut être sectionnée par un dispositif convenable en tronçons appropriés destinés à être utilisés dans un. appareil d'extrusion de tubes. Bien que les dimensions réelles du moule et du mandrin importen-5 peu, on a donné ci-dessus un exemple particulier pour souligner le fait que le produit est très différent d'un tube métallique classiqu COP^ 72 09631 6 2133580 BEVENPIOATIONS t. Procédé de coulée continue d'une billette métallique creuse, caractérisé en ce qu'il consiste à supporter un mandrin allongé de section droite circulaire dans un moule cylindrique placé de façon 5 que son axe soit vertical et ouvert au sommet et à la base, à introduire un métal fondu dans la partie supérieure ouverte du moule à un débit susceptible de maintenir constant le niveau du métal fondu contenu dans le moule et à déplacer continuellement le métal contenu dans le moule vers le bas au fur et à mesure qu'il se soli- 10 difie et à tirer continuellement la billette creuse" solidifiée à partir de l'extrémité inférieure ouverte du moule. . 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à régler le débit d'introduction du métal dans le moule au moyen d'un clapet actionné par un flotteur flottant sur la sur- 15 " face supérieure du métal fondu contenu dans le moule. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérise en ce qu'il consiste à introduire le métal fondu dans le moule par l'intermédiaire d'une descente de. coulée et en ce que le clapet et le flotteur constituent un élément monté sur un flotteur et mobile de bas 20 en haut lorsque le niveau du liquide monte dans le moule pour réduire le débit dans la" descente de coulée. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le métal coulé sous forme d'une billette creuse est essentiellement du cuivre. 25 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la billette présente un diamètre externe supérieur à 15 cm et une ouverture qui ne dépasse pas 7,6 cm. 6. Appareil de coulée continue d'une billette métallique tubulaire, caractérisé en ce qu'il comporte un moule cylindrique 30 placé de manière que son axe soit vertical et ayant des extrémités supérieure et inférieure ouvertes, un mandrin allongé placé au centre du moule, un organe pour introduire le métal fondu dans la partie supérieure'ouverte du moule et un organe sensible au niveau du métal fondu dans le moule pour régler le débit du métal dans ce 35 dernier afin de maintenir la surface supérieure du métal fondu à un niveau sensiblement constant. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que Copy BAD ORIGINAL 72 09631 7 2133580 l'organe destiné à régler le débit du métal fondu comprend un flotteur dont la partie inférieure est plongée dans le métal fondu près du sommet du moule. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce 5 qu'il comprend un élément de support du mandrin s'étendant dans l'extrémité supérieure ouverte du moule et en ce que le flotteur, présente un canal transversal ouvert vers le bas 'dans lequel l'organe de support du mandrin est logé. 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce 10 que le métal fondu est introduit dans le moule à partir d'une descente de coulée et en ce qu'un clapet formé au sommet du flotteur est mobile pour fermer la descente de coulée lorsque le métal fondu contenu dans le moule atteint un niveau prédéterminé. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 7, 8 15 et 9, caractérisé en ce que le flotteur est en un matériau réfractaire relativement léger tel que la silice fondue. 11. Appareil selon l'une quelconque des revendications 7, 8 et 9, caractérisé en ce que le flotteur présente une chambre ouverte vers le haut dans sa partie supérieure et en-ce que des canaux 20 d'écoulement sont orientés vers le bas à partir de cette chambre vers des orifices ménagés dans la partie inférieure du flotteur. 12 „ Appareil selon la. revendication. 11_, caractérisé en ce que le flotteur comporte un canal d'écoulement de chaque côté du canal ouvert vers le bas. 25 13. Appareil selon la revendication. 12, caractérisé en ce què les canaux d'écoulement débouchent dans le, canal ouvert vers le bas. . 14. Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 13, caractérisé en ce que la surface externe de la partie supé- 30 rieure du mandrin qui est au niveau du métal fondu-contenu dans le moule est formée d'une matière réfractaire très, résistante à l'action chimique du laitier formé d'oxyde fondu. 15. Appareil selon la revendication 14, caractérisé en ce que la matière réfractaire est une céramique ou une matière vitrei 35 telle que la silice» 16o Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 à 14, caractérisé en ce que la surface externe de la partie inférioi. BAD ORIGINAL ■ * 72 09631 s 2133580 du mandrin qui se trouve ai^r-dessous de la surface du métal fondu contenant le laitier est en graphite. 17. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce que la surface en graphite située dans la partie de la "billette 5 qui reste essentiellement fluide est cylindrique, et en ce qu'elle est effilée vers le "bas dans la partie de la "billette qui s'est solidifiée et qui subit un retrait par. suite du refroidissement continu. 18. Appareil selon la revendication 17, caractérisé en ce 10 que le diamètre de la partie inférieure du mandrin diminue brusquement dans la zone où les parties cylindrique et effilée se rejoignent. 19. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le mandrin est formé d'une tige' sur laquelle sont assemblés 15 un manchon supérieur en matière réfractaire chimiquement inerte et un {nanchon inférieur en graphite.