Brevet FR2150591A1 — publié le 19730413

La présente invention concerne un procédé pour accélérer le refroidissement d'un métal coulé dans un réceptacle. Les métaux sont généralement coulés à une température très nettement supérieure à leur température de solidification. Il en résulte que la solidification est lente, ce qui allonge la durée d'immobilisation des moules et provoque des ségrégations dans le métal ; dans le cas de la coulée continue, la longueur de métal coulé à partir de laquelle la croate solidifiée est assez épaisse pour maintenir le métal encore liquide, est d'autant plus grande que la solidification est plus lente. Il est connu d'arroser la surface externe des réceptacles dans lesquels se fait la coulée, mais on nota ainsi qu'unie action limitée parce que le refroidissement ne provient que de l'extérieur de la masse du métal coulé. Le procédé de la présente invention permet de réaliser un refroidissement très efficace. Il est caractérisé par le fait que l'on mélange au métal liquide des particules solides, très notablement plus froides que le métal qui coule et de composition identique à, ou voisine de, celle dudit métal. L'élévation de température des particules et, généralement, leur fusion, empruntent de la chaleur au métal liquide, qu'elles refroidissent donc. Par exemple l'-injection, dans 1 kg d'acier fondu, de 10 g de poudre du même acier, prise à la température ordinaire, abaisse de 160 la température de la masse liquide. Si le métal liquide est initialement à sa température de solidification, I kg de poudre, encore du même acier et prise à la tempe rature ordinaire, provoque la solidification de 3,8 kg de l'acier liquide. On peut également adopter un processus mixte, où une partie de la poudre est fondue et amène le métal à sa température de solidification, tandis que le reste est simplement réchauffé. Les figures ci-jointes représentent, schématiquement et à titre d'exemple non limitatif, deux modes de réalisation de l'invention. La figure 1 représente, en coupe par un plan vertical, un dispositif de coulée continue d'acier utilisant le procédé de l'invention. La figure 2 représente, en coupe par un plan vertical, un dispositif de coulée discontinue en lingotière. Dans le cas de la figure 1, l'acier 8 contenu dans une poche 10, s'écoule par un orifice 12, ménagé dans le fond de la poche, dans une lingotière 14 de coulée continu. Ainsi qu'il est usuel, la lingotière est refroidie par une circulation d'eau non représentée et oscille verticalement de quelques centimètres. Le métal descend dans la lingotière et s'y refroidit ; sa surface se solidifie, formant une croûte 18 qui maintien le métal encore liquide et sur laquelle des tubes 16 projettent de l'eau. L'orifice 12 est fermé, entre les coulées, par un tampon 20 situé à la partie inférieure d'une quenouille 22. Dans le but de hâter le refroidissement et la solidification du métal, la quenouille comporte un canal longitudinal 24 par lequel on peut, conformément à l'invention, insuffler des particules entraînées par un courant de gaz. Cette insufflation est effectuée pendant la coulée, au sein du jet 26 de métal provenant de la poche 10, de façon que les particules se mélangent au métal et le refroidissent. Le gaz qui a entraîné les particules se sépare dans la lingotière du bain métallique 28 qui s'y forme. Pour éviter les vibrations de la quenouille, celle-ci est terminée en bas par un tube 30 de diamètre plus faible que celui de l'orifice de la poche. Le haut due la quenouille comporte un raccord 32 par lequel le canal est alimenté en partieules, par un tuyau 34, par un dispositif représenté à échelle plus petite. Ce dispositif comprend essentiellement un réservoir à particules 36 dont le fond, conique, assène les particules à un éjecteur 38. Celui-ci est alimenté en gaz comprimé, par exemple en argon, par une canalisation 40 qui par une dérivation 42, met en pression l'intérieur du réservoir. Dans l'éjecteur, le gaz entraîne les particules qui y sont tombées et les-awène au raccord 32, puis dans le canal 24 et finalement dans le jet 26 de métal. A titre d'exemple, les compositions suivantes peuvent être indiquées Elémeat métal coulé particules ajoutées Carbone 0,03 % 0,03 % Chrome 18 % 18 % Nickel 10 % 10 % Silicium 1 ,% 7 % Nanganeae 1 % 1 % Titane non dosable 3 % Bore non dosable 0,01 % Fer le reste le reste. Le métal coulé, de température de solidification 14500C, était versé à la température de 1500 C. On lui a ajouté 3 % de particules de la composition indiquée, à la température ordinaire. I1 en est résulté un refroidissement du métal d'environ 500C, ce qui a beaucoup accéléré la solidification dans la lingotière. La figure 2 représente l'application de l'invention à une coulée discontinue dans une lingotière 44 que remplit un jet de métal liq;ide 46 > Dans le fond de la lingotière est prévue une tuyère 48, facilement amovible et alimentée par un tube 50. Divers cycles d'injection peuvent castre utilisés. Par exe-ple par le tube 50, on fait arriver du gaz seul avant de commencer à verser le métal 46 et au début de la coulée ;on fait ensuite arriver du gaz chargé en poudre, par exemple à l'aide du dispositif 36, 38 représenté à la figure 1. On arrente l'arrivée de gaz et de poudre un peu après le versement de métal. Une iois l'insufflation terminée,du métal pénètre dans la tuyère, s'y iige et la bouche. On remplace la tuyère une fois le lingot sorti de la lingotière. Un moule quelconque peut remplacer la lingotière. Le procédé et l'appareil décrits peuvent être modifiés sans sortir du domaine de la présente invention. Par exemple, un panier de coulée peut être disposé entre la poche et la lingotière ou le moulez les particules peuvent être versées dans le canal 24 et tomber sans qu'il soit nécessaire de les entraîner par un courant de gaz, etc... Le procédé de l'invention s'applique à tous les moulages, continus ou discontinus. REVENDICATIONS 1. Procédé pour accélérer le refroidissemént d'un métal coulé dans un réceptacle, caractérisé par le fait que l'on mélange au métal liquide des particules solides, très notablement plus froides que ledit métal et de composition identique à, ou voisine de, celle dudit métal. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les particules sont déversées dans le réceptacle dans lequel on coule le métal liquide en même temps que celui-ci. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le jet de métal qui coule est mélangé aux particules. 4. Procédé selon la revendication 1, dans le cas où le métal est coulé dans un moule, caractérisé par le fait que l'on introduit dans le moule par son fond les particules, entraînées par un courant de gaz, pendant et/ou après la coulée du métal dans le moule. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les particules ont un diamètre inférieur à 2 mm, de préférence ont un diamètre compris entre 0,05 et 0,8 =x. 6. Dispositif pour la mise en ouvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte une source de métal fondu et une source de particules solides, très notablement plus froides que le métal qui coule et de composition identique à, ou très voisine de, celle dudit métal. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comporte, pour le métal à couler, un récipient dont le fond est percé d'un orifice de coulée, une quenouille fermant ledit orifice avant la coulée et comportant un canal longitudinal débouchant en bas en dehors du volume occupé par le métal dans le récipient lorsque 11 orifice est fermé, la partie supérieure du canal étant raccordée à un appareil qui permet d'injecter dans le canal les dites particules entrainées par un courant de gaz. 8. Produit métallurgique, fabriqué en utilisant un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 ou un dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7.