Brevet FR2130122A1 — publié le 19721103

Cette invention se rapporte à la technique de la coulée des métaux par utilisation d'un appareil du type comportant un espace fermé situé au-dessus du bain de métal fondu e à partir duquel ce métal est déchargé vers le haut en passant par un tube pour gagner un moule monté au-dessus du bain par pressuri ation de cet espace fermé. Un appareil de ce genre sera appelé ci après "appareil de coulée des métaux du type spécifié". Jusqu'à présent, dans l'utilisation d'ui appareil de ce genre, après que le métal fondu a été déchargé par utilisation d'air sous pression, on laisse s'écouler un laps de temps suffisant pour permettre la solidification appropriée du métal dans le moule, puis on épuise l'air sous pression par écoulement vers l'atmosphère de façon que le niveau du métal fondu demeura dans le tube tombe au niveau du bain. Be moule est ensuite ouver pour dégager la pièce moulée en métal. Bes recherches qui ont conduit à l'in ention ont permis de faire cette constatation intéressante que, ei particulier avec les métaux légers comme l'aluminlum, les oxydes qui se forment par suite de la réaction de l'oxygène atmosphérique avec le métal fondu ne demeurent pas nécessairement à la surface du bain mais peuvent pe- nétrer dans la masse principale du métal fondu et peuvent être ainsi inclus dans le métal déchargé dans le mo e. Bes paillettes d'oxyde peuvent donner lieu à des défauts dans es pièces coulées en métal. Conformément à la présente invention, au lieu-d'utiliser de l'air sous pression, on envoie de l'azote ou un autre-gaz inerte sous pression dans l'espace fermé pour décharger le métal fondu à partir du bain, et la dépressurisation est effectuée avant l'ouverture du moule par épuisement du gaz i erte à partir de cet espace fermé dans des conditions propres à assurer sa récupération en vue de son usage ultérieur. La façon dont la décharge du métal est opérée non seulement présente cet avantage de réduire con idérablement la formation des oxydes mais, en outre, cet autre avantage que par suite de la récupération de gaz, le coût de ltemploi zozote ou autre gaz inerte au lieu d'air peut être maintenu faibl , de sorte que les pièces en métal coulé peuvent être produites hconomiquement. Il est préférable que de l'azote soit employé ca c'est le moins coûteux des gaz inertes contenus dans des bouteilles ou cylindres de stockage. L'invention présente une valeter particulière pour la coulée des métaux par utilisation de fours à induction car, ainsi qu'on a pu le constater, les champs magnétiques qui s'y produisent au cours du fonctionnement ont un effet de brassage sur le métal fondu, ctest- à-dire ont un ffet qui ne se produit pas avec le chauffage par flamme ou par immersion, ce qui augmente dans une mesure considérable le risque que des paillettes d'oxyde soient présentes dans les pièces coulées. Suivant l' invention, en outre, l'appareil de coulée des métaux du type spécifié est combiné avec un système de fourniture d'un gaz inerte relié à u; espace fermé situé au-dessus du récipient contenant le métal, ce système de fourniture de gaz inerte étant étudié en vue de pouvojfonctionner tout d'abord pour faire arriver le gaz inerte afin d; pressuriser l'espace pour assurer la coulée du métal fondu, puisage réopérer le gaz inerte à partir de l'espace précité en vue de Qe dépressuriser. Suivant un mode de réalisation de l'invention, le système de fourniture du gaz inerte comprend un réservoir qui est divisé en deux chambres séparées par un organe mobile, l'une de cés chambres étant destinée au ggz inerte et étant reliée à l'espace situé audessus de la masse de métal fondu tandis que la seconde chambre peut être reliée dans des conditions réglables à une arrivée d'air sous pression.Au cours du fonctionnement, la chambre à air est pressurisée alternativement et mise à l'atmosphère, ce qui déplace alternativement l'orgale mobile pour décharger le gaz inerte depuis la chambre afin de pressuriser espace situé au-dessus du bain et de recharger la chambre à gaz inerte par augmentation de son volume et en permettant par là même au gaz de refluer par détente dans sa chambre. Suivant une réaliNation rationnelle, l'organe mobile ou dépla çable est constitué par un diaphragme élastique qui peut se présenter sous la forme d'un sac gonflable dont le col est adapté sur un raccord d'arrivée d'air. Suivant une autre > articularité de ce mode de réalisation de l'invention, le système de fourniture du gaz inerte comprend, de préférence, un dispositif compensateur pour permettre une lente arrivée continue du gaz dans le complexe réservoir/four pendant le déroulement de l'opération de coulée du métal. Ceci présente des effets importants en ce sns que l'organe mobile peut être astreint à être déplacé au même degré pour chaque opération de coulée, meme si le volume de métal maintenu dans le four dim nue et que le volume de gaz inerte qui est nécessaire de ce fait dans le complexe augmente, et au surplus que toutes les pertes ues à des fuites sont continuellement compensées.Ceci présente un intérêt particulier dans les installations utilisant un diaphragme déformable (par exemple un sac gonflable) puisque ceci p rmet d'éviter la difficulté dtune contrainte exagérée et égalemen le risque que le diaphragme ne se déforme à un degré tel qu'i obture la sortie du gaz inerte à partir du réservoir. Le dessin schématique annexé représente simplement à titre d'exemple d'ailleurs, un mode de mise en oeuvre convenable de l'invention dans son application à la coulée en coquille sous basse pression d'objets en aluminium par utilisat on d'azote comme gaz inerte. Le four 10 représenté est un four de maintien à chauffage par induction qui comporte, comme ceci est classique dans cette technique, un pot en fer désigné par 10a servant de logement à un creuset en plombagine 10b pour maintenir le métal fondu, une plaque supérieure 10c serrée de toute manière convenable pour être étanche aux gaz sur le pot 10a et une tige ou quelque d'écoulement 10d affectant la forme d'un tube s'étendant de b en haut depuis le voisinage du fond du creuset 10b jusqu'à son endroit de montage sur la plaque 10c. Le moule (non représenté) q doit être chargé du métal fondu est monté sur la plaque 10c de fa on à communiquer avec l'alésage de la queue 10d. Le métal fondu est envoyé dans le Ioule par pressurisation de l'espace fermé 12 situé au-dessus du creuset 10b à l'aide d'azote, de telle sorte que la coulée du métal sXopère par refoulement dans la queue 10d avant sa pénétration dans le moule. Quand une solidification suffisante dumétal dans le moule s'est produite, l'espace 12 est dépreFsurisé de façon que le niveau du métal fondu dans la queue 10d tombe à la hauteur du niveau régnant dans le creuset lOb0 L'équipement de fourniture de 1.1 azote gazeux représenté pour assurer la pressurisation de l'espace 12 comprend un réservoir d'assez grandes dimensions 15 reliétpar un tuyau 13 au four 10, le tuyau 13 débouchant dans l'espace fermé 12 au-dessus du creuset 10b. Â l'intérieur du réservoir 15 se trouve un organe déplaçable formant diaphragme constitué par ut sac élastique 14 dont le col est adapté po être étanche aux gaz par raccordement avec un conduit 16 de pas age de l'air. Il est préférable que la partie du conduit 16 sit ée à l'intérieur du réservoir 15 soit perforée et mesure une notable longueur (comme représenté). Be réservo r 15 est initialement rempli d'azote provenant d'une bouteille de stockage 17 par l'intermédiaire de régulateurs de pression 18,1 , d'une valve 20 dtétablissement et de coupure du circuit et d régulateur d'écoulement 21. La valve 20 est commandée par un m o-interrupteur 22 qui est placé dans le réservoir 15 de manière à être commandée par le sac 14, se dilatant à un degré prédéterminé ors du gonflage de ce sac 14 par l'air provenant du conduit 16. La valve 20 s'ouvre quand le sac 14 vient en contact avec le micro-inte rupteur 22. Cette disposition donne la certitude que le sac 14 n'es pas surgonflé et aplati contre la paroi du réservoir 15.En out e, étant donné que l'azote ne peut s'écouler dans le complexe foir/réservoir en passant à travers la valve 20 tant que le sac 14 'est pas complètement gonflé, on évite la possibilité qu'un équi ibre de pression entre l'air de gonflage et le gaz qui se trouve à 8 le réservoir 15 ne soit atteint avant que le sac ne soit compl tement gonflé et ainsi qu'une trop grande quantité de gaz pénètre ans le complexe four/réservoir en empêchant une dépressurisation correcte de l'espace 12. Le conduit 16 d'+rrivée d'air est alimenté à partir d'une source convenable quelconiue, par exemple un réseau 24 de distribution d'air comprimé par pas age à travers un détendeur 25, un régulateur d'écoulement 26 e une valve 27 commandée par un solénotde et établissant le passage ou provoquant la coupure0 Dans la position de fermeture de ce te valve 27 qui est commandée par une minuterie 28, le conduit 16 communique avec l'atmosphère0 Lorsqu'on raccorde le conduit 16 au réseau principal 24 de distribution d'air par ouverture de la valve 27 sous l'action de la minuterie 28, la pressio d'air s'élève dans le sac 14 en le gonflant et en refoulant a si de l'azote depuis le réservoir 15, afin de pressuriser l'espace 19 situé au-dessus du creuset 10b.Ceci refoule de bas en haut le métal à travers lafqueue 10d dans le moule. Lorsque l'air est ép isé à partir du sac 14 vers l'atmosphère, du fait que la minuterie p déplace la valve 27 pour l'amener à la position de coupure, le sa 14 s'affaisse et l'azote se détend et est récupéré dans une gran e mesure par retour dans le réservoir 15. Pendant l'opération de coulée du métal, li valve 20 est ouverte, du fait que le sac 14 vient en contact ave le micro-interrupteur 22, de sorte qu'un afflux lent de l'azote a la possibilité de gagner le complexe four/réservoir pour faire ace au déclin de volume du métal dans le creuset 10b et compense toutes les fuites qui peuvent se produire. Ainsi, le sac 14 estl gonflé sensiblement au même degré, que le creuset 10b soit rempl ou presque vide. 1l est évident que le volume d'azote en oyé dans le système pendant chaque opération de coulée du métal est faible par comparaison avec la quantité qui serait nécessaire si l'espace 12 devait être mis à l'atmosphère après cette opérati n de coulée. le conduit 16, le réservoir 15 et le four 10 sont chacun équipés (comme représenté) d'une valve d'échap ement par soufflage 29 pour éviter des accidents dus à une montée de pression excessive dans ces éléments, les détails de construction peuvent titre modifiés, sans s'écarter de l'invention, dans le domaine des é uivalences techniques. RE VEHD i C AT iONS 1.- Procédé de coulée d'un métal fondu suivant lequel un espace situé au-desus de la masse de métal est pressurisé pour assurer la coulée par envoi du métal fondu par un tube d'écoulement vers un moule, uis dépressurisé après solidification du métal dans le moule, caraciérisé en ce que la pressurisation est effectuée par utilisation d'un gaz inerte sous pression et en ce que la dépressurisation e4t assurée par l'épuisement du gaz inerte à partir de cet espace dans des conditions permettant sa récupération en vue de son réemploi. 2.- Procédé uivant la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz inerte con enu dans la chambre d'un réservoir (15) est refoulé en diminuant volume de cette chambre afin d'effectuer la pressurisation de l'espace (12) au-dessus de la masse de métal et en ce que le gaz i inerte est récupéré en lui permettant de revenir par détente dans la chambre et d'augmenter son volume. 3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend l'al entation continue d'un gaz compensateur dans la chambre et l'espace pendant la coulée du métal. 4.- Appareil po la coulée de métaux comportant un espace fermé situé au-dessus d bain à partir duquel le métal fondu est envoyé vers le haut en Xempruntant un tube débouchant dans un moule monté au-dessus du b n par pressurisation de l'espace fermé, caractérisé par un système de fourniture d'un gaz inerte relié à un espace fermé (12) sit au-dessus du récipient à métal (10b), ce système de fourniture u gaz étant étudié en vue d'intervenir tout d'abord pour envoyer l gaz inerte,afin de pressuriser l'espace (12) pour assurer la coulée du métal fondu, puis de récupérer le gaz inerte à partir de espace (12) pour le dépressuriser. 5.- Appareil pour a coulée des métaux suivant la revendication 4, caractérisé en e que le système de fourniture d'un gaz inerte comprend un réservoir (15) comportant deux chambres séparées par un organe déplaçable (14), une de ces chambres étant destinée au gaz inerte et la seco de chambre étudiée en vue d?être raccordée de façon réglée avec une Source (24,27) d'air sous pression de telle sorte que l'organe (14t soit déplacé pour faire arriver le gaz inerte depuis une des chai bres et alternativement vers l'atmosphère, à seule fin que ce gaz inde te puisse refluer par détente dans lune de ces chambres. 6. - Appareil pour la coulée des métaux suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'organe déplaçafile (14) est constitué par un diaphragme élastique logé dans le réservoir (15). 7.- Appareil pour la coulée des métaux suivant la revendica tion 6, caractérisé en ce que le diaphragme 14) affecte la forme d'un sac gonflable. 8.- Appareil pour la coulée des métaux vivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une valve (27) réglée par une minuterie (28) pour régler le mode de raccordement alterné de la seconde chambre vec la source (24) d'air sous pression et l'atmosphère. 9.- Appareil pour la coulée des métaux suivant l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé n ce que le système de fourniture d'un gaz inerte comprend un dis ositif compensateur (17-20) apte à maintenir une arrivée cont ue du gaz pendant le déroulement de l'opération de coulée du métal. 10.- Appareil pour la coulée des métaux suivant la revendication 9, adaptable à une installation suivant l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce due le dispositif compensateur comporte une valve (20) commandant 'arrivée du gaz inerte, cette valve étant actionnée sous l'actio de l'organe déplaçable (14) afin de s'ouvrir pendant la coulée et de se fermer pendant la récupération du gaz. 11.- Appareil pour la coulée des étaux suivant l'une quelcon- que des revendications 7 et 9, caractérsé en ce que le dispositif compensateur comprend une valve (20) q i est ouverte à un degré prédéterminé par le gonflage du sac (14). 12.- Appareil pour la coulée des métaux suivant l'une quelconque des revendications 4 à 11, caract risé en ce que le four (10) est chauffé par induction. 13.- Objet en aluminium ou en un autre métal léger obtenu par coulée par l'utilisation du procédé vivant l'une quelconque des revendications 1 à 32par l'applicatilon de l'appareil suivant l'une quelconque des revendications 4 à 18.