Brevet FR2201149A1 — publié le 19740426

La présente invention concerne un procédé pour la coulée des métaux. Dans les procédés usuels pour la coulée des métaux en demi-rqdaits ou en produits finis, la chaleur se dissipe, ainsi qu'on le sait, de la masse fondue qui se solidifie, à travers la coque extérieure de la pièce moulée, dans l'environnement ( coquille, eau, air ou autre élément ).La solidification de la fonte a lieu, par conséquent, dans tous les cas, de l'extérieur vers l'intérieur, la vitesse de solidification étant déterminée principalement par les propriétés de transmission de la chaleur de la couche marginale déåà solidifiée de la pièce moulée et la transmission de la chaleur dans Ibnvironnement. Surtout quand la pièce moulée préente une très grande section transversale, la direction d'un côté et la limitation de la transmission de la chaleur se font sentir d'une manière défavorable. Les temps de solidification sont relativement longs et il en résulte un faible rendement de la coulée. De plus, la structure est au centre à grain grossier et montre dans le noyau des ségrégations indésirables. a présente invention a pour objet de supprimer les inconvénients des procédés de coulée connus. A cet effet, la présente invention a pour objet d'éliminer la chaleur qui se dégage pendant la solidification de la pièce moulée non d'une manière prédominante à l'extérieur à travers la paroi du moule, mais d'une manière prédominante à l'intérieur de la masse fondue. Ceci est obtenu par le fait que du métal froid à l'état solide est ajouté au métal fondu à l'état liquidc, îu centre du moule, pendant la coulée, sous la formé de petits morceaux. Le métal solide se réchauffe dans la masse fondue, en enlève la chaleur et l'amène ainsi à se solidifier, ce qui fait que les morceaux de métal se combinent avec la masse fondue qui se solidifie en une pièce moulée.so- lide .En règle générale, on obtient par cette mesure que la solidification de la masse fondue ait lieu simultanément à partir de la paroi de la coquille et de l'intérieur de la pièce moulée. En employant des moules appropriés mauvais conducteurs de la chaleur ou ne touchant pas le métal coulé, la solidification de la masse fondue peut pratiquement avoir lieu exclusivement à partir des morceaux de métal ajoutés. Dans la mise en application de l'invention, les morceaux de métal peuvent recevoir des dimensions et des structures qui ne dépendent plus des propriétés de refroi dissement des coquilles. Le métal solide est ajouté, de préférence, à la masse fondue dans des quantités et dans des grosseurs telles que l'on obtienne lors de leur réchauffement dans la masse fondue des températures qui se situent juste au-dessous de la température du solidus. De plus, l'addition des morceaux de métal à la masse fondue a lieu suivant les données en discontinu ou en continu. Les morceaux de métal utilisés dans le procédé d'après l'invention peuvent en principe recevoir une forme quelconque. On utilise de préférence, cependant, des morceaux sous la forme de grenaille, c'est-à-dire ayant une forme sphérique. Sar un choix approprié de la grosseur et de la forme des morceaux de métal à ajouter, ainsi que par un règlage convenable de la température de la masse fondue, le processus de solidification peut être influencé de telle sorte que les morceaux se soudent à la matière de la masse fondue sans pores et sans fondre eux-mmes. Par l'addition de morceaux de métal d'une composition s'écartant du métal de base et/ ou de différents diamètres de grain, le procédé suivant l'invention peut être modifié de telle sorte qu'une partie des morceaux fonde et conduise ainsi à une modification recherchée de la composition du métal de base. Le procédé suivant l'invention peut être appliqué aussi bien pour la coulée de l'acier que pour la coulée des métaux non ferre et de leurs alliages. Son utilisation est avant tout indiquée à une vitesse de coulée élevée doit être atteinte et où des ségrégations, une structure grossière ou des macroretassures doivent être évitées. I1 est ainsi possible d'obtenir des avantages, par exemple, dans le moulage en coquille des lingots ou des brames d'acier. L'emploi du procédé dans le filage des métaux permet d'obtenir, avec une qualité améliorée, des rendements supérieurs, car la coque du filé atteint rapidement l'épaisseur nécessaire pour éviter des ruptures et la profondeur de la rigole de fonderie est notablement raccourcie.Dans la coulée des gros lingots de fonderie, on peut attendre du procédé suivant l'invention moins de ségrégations et une structure plus fine. Les risques de rebut sont par là considérablement réduits. En règle générale, le métal ajouté à l'état solide à la masse fondue présente la même composition que la masse fondue elle-même. Cependant, la masse fondue et la grenaille peuvent avoir une composition différente à la condition que les deux métaux soient bien soudables. Par l'adoption de matières appropriées pour le métal à ajouter à l'état solide, il est possible, en faisant appel au procédé suivant l'invention, de fabriquer des matériaux composites déterminés.On peut, par exemple, fabriquer en partant des différents alliages d1un métal de base déterminé, des matériaux composites dotés de propriétés chimiques, physiques et/ou mécaniques s'échelonnant dans la section transversale de la fonte, si l'addition des morceaux de métal a lieu de telle sorte que ces matériaux se trouvent enrichis dans des zones bien délimitées des pièces moulées. On peut produire ainsi d'une manière simple des pièces moulées qui consistent en acier inoxydable sur le bord et en acier non allié dans le noyau. On peut aussi, en recourant au procédé suivant l'invention, fabriquer des pièces moulées dans lesquelles le bord et le noyau présentent des propriétés de résistance différentes Il est, de plus, possible de noyer, par exemple, des matières durcies en dispersion dans une masse fondue constituée par un matériau homogène. L'addition de métal à l'état solide dans le moule ou dans la coquille peut avoir lieu au moyen d'un tube disposé à ctté de l'axe du jet de coulée, en veillant à ce que l'addition de grenaille se fasse sans entraîneur de la crasse ou des scories. On peut utiliser, de préférence, pour I1addition,un tube plongeur en céramique. Il est également indiqué de protéger contre les scories le point de la masse fondue où la grenaille est ajoutée au moyen d'un jet de gaz inerte. Dans la pratique du procédé suivant l'invention, par exemple dans la coulée de l'acier, de la grenaille d'un diamètre de 5 mm a été ajoutée simultanément à la masse fondue au moyen d'un tube disposé à c8té de l'axe de la coulée. Le poids de la grenaille représentait 14 % du poids de la masse fondue. De cette manière, environ 50 % de la chaleur de la masse fondue ont été absorbés par la grenaille. La proportion désirée du mélange de masse fondue et de métal à l'état solide peut être obtenue d'une manière simple en coulant tout d'abord la masse fondue dans un récipient interné- diaire dont le fond est muni d'une descente de coulée et dans lequel un tube de céramique est disposé pour l'amenée du métal à l'état solide de telle sorte que le métal à l'état solide et le métal à l'état liquide soient versés ensemble dans le moule dans la proportion désirée. Cette proportion correspond à peu près au rapport entre la section transversale de la descente de coulée et la section transversale du tube d'amenée du métal à l'état solide. On peut faire en sorte, d'une manière simple, que le tube à plonger dans le récipient intermédiaire pour l'amenée du métal à l'état solide ait la forme d'un bouchon creux et que l'orifice de la descente de coulée du récipient intermédiaire puisse être obturé pendant le processus de coulée par déplacement axial du tube. R E VE N D I C A T I O N S I) - Procédé pour la coulée des métaux dans des moules, caractérisé en ce qu'au métal fondu à l'état liquide sont ajoutés au centre du moule lors de la coulée des petits morceaux de métal à l'état solide qui se combinent avec la masse fondue qui se refroidit en une pièce moulée solide 2) - Frocédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on utilise des moules en un matériau mauvais conducteur de la chaleur 3) - Procédé suivant les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le métal à l'état solide et la masse fondue consistent en matériaux différents et en ce que l'amenée des morceaux de métal a lieu de telle sorte que ces matériaux sont enrichis dans des zones déterminées de la pièce moulée.