Brevet FR2270969A1 — publié le 19751212

La présente invention concerne la fabrication par coulée de demi-produits en métaux ferreux et non ferreux. Elle se rapporte plus précisément aux procédés de coulée centrifuge de demi-produits métalliques. L'invention trouvera de nombreuses applications dans le génie chimique, les constructions de machines agricoles et de matériels de transport, ainsi que dans la fabrication, par exemple, de tubes d'eau, de grosses ébauches de cylindres sécheurs pour machines à papier, de chemises de cylindres pour moteurs à combustion interne, c'est-à-dire dans la fabrication de pièces devant satisfaire à des prescriptions sévères en ce qui concerne la structure et l'homogénéité chimique du métal, les propriétés mécaniques, la résistance à la corrosion et au frottement. La surface des pièces indiquées ne doit présenter aucun défaut dt à la scorie ou aux gaz. On connait un procédé de coulée centrifuge de demiproduits métalliques, consistant à couler dans un moule un métal pré-raffiné, puis à laisser séjourner le métal dans le moule pendant le temps nécessaire à sa solidification et à son refroidissement. Toutefois, les demi-produits métalliques obtenus par le procédé connu ont une particularité spécifique : les moulages présentent une zone avec des inclusions non métalliques, des impuretés nuisibles et des gaz occlus, zone qui est dite de défauts. Cette zone est située auprès de la surface intérieure des demi-produits et son épaisseur peut atteindre un tiers de l'épaisseur du demi-produit. La zone de défauts est d'ordinaire éliminée par enlèvement de matiere, ce qui implique de grandes dépenses de main-d'oeuvre et d'énergie. Dans les cas où l'épaisseur de la zone de défauts dépasse la valeur limite de la surépaisseur d'usinage, le demi-produit ne peut autre réparé. La cause de la formation de la zone de défauts est la suivante. Les inclusions non métalliques, les impuretés nuisibles et les gaz, toujours présents dans le métal, sont chassés lors de la coulée, par suite de l'action des forces centrifuges, vers la surface intérieure du demi-produit. Le refroidissement du métal coulé provoque le développement du front de solidification à la surface extérieure et à la surface intérieure I1 s'ensuit que la surface intérieure solidifiée du demi-produit s'oppose au igagemglt desdites inclusions, impuretés et gaz. Actuellement, il est connu que l'on peut notablement améliorer la qualité des demi-produits métalliques en réalisant la coulée centrifuge sous un flux liquide ou un autre produit réfractaire. Le procédé consiste à verser dans le moule tournant un métal pré-raffiné, puis à admettre un flux liquide ou un réfractaire dont la température est bien plus haute que la température du métal coulé. Le flux liquide ou le réfractaire calorifuge réchauffe en quelque sorte la surface intérieure du demi-produit et freine ainsi le développement du front de solidification à la surface intérieure du demi-produit, ce qui se traduit par une diminution de la zone de défauts. Toutefois, les procédés connus de coulée centrifuge sont compliqués, nécessitant la mise en oeuvre d'un équipement supplémentaire, car pour la coulée des demi-produits métalliques sous flux liquide il faut des unités de fusion et des poches de coulées spéciales, et pour la coulée avec utilisation de réfractaires il faut porter ceux-ci à une haute température, ce qui est lié à de grandes dépenses d'énergie. Mais le principal inconvénient des procédés de coulée centrifuge de demi-produits métalliques sous flux réside dans le fait qu'ils n'assurent pas une protection fiable du métal contre l'oxydation secondaire lorsque ce métal est coulé dans le moule. L'oxydation secondaire du métal a une influence nuisible sur la qualité des demi-produits obtenus, sur leurs propriétés mécaniques. En outre, il convient de noter que le métal coulé dans le moule est en règle générale pré-raffiné, mais la pratique a fait apparaître qu'on ne peut obtenir un raffinage suffisant poussé pendant la période précédant la coulée 2 le métal versé dans le moule contient une quantité notable d'impuretés indésirables. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients mentionnés. On stest donc proposé de créer un procédé de coulée centrifuge de demi-produits métalliques qui rendrait possible le raffinage poussé du métal initial, de supprimer son oxydation et d'assurer après la coulée le calorifugeage de surface intérieure du demi-produit métallique, ce qui permettrait d'améliorer la macrostructure et la microstructure des demi-produits ainsi que leurs propriétés mécaniques, tout en réduisant le cycle de fabrication. La solution consiste en un procédé de coulée centrifuge de demi-produits métalliques, consistant à verser le métal dans un moule tournant, à l'aide du chenal d'un dispositif d'alimentation, ainsi qu'un flux, puis à laisser séjourner le métal avec le flux dans ledit moule pendant le temps nécessaire à sa solidification et à son refroidissement, procédé dans lequel, d'après l'invention, on admet dans le moule, directement pendant la coulée du métal, un flux brut raffinant dont le point de fusion est de 100 à 65000 plus bas que celui du métal Grâce au procédé proposé, il devient possible de couler des demi-produits métalliques de haute qualité, de réduire les rebuts de coulée de 2 à 3 fois comparativement aux procédés de coulée connus. En outre, le procédé proposé permet la fabrication de dèmi-produits de grandes dimensions en alliages de fonderie contenant des éléments facilement oxydables tels que l'aluminium, le chrome, le titane. Une variante de réalisation de l'invention consiste à introduire dans le moule, directement pendant la coulée du métal, un flux brut raffinant exothermique. L'utilisation d'un flux brut exothermique dans la coulée continu par le procédé proposé permet, de pair avec l'amélioration de la qualité des demi-produits métalliques, de réduire le cycle de fabrication grâce à la suppression de la fusion préliminaire du flux brut. Il est avantageux d'introduire dans le moule, directement pendant la coulée du métal, une quantité de flux brut égale à 0,5-5 en poids. L'utilisation d'une telle quantité de flux brut assure un raffinage poussé de métal dans le moule et sa protection contre l'oxydation. Il est avantageux d'admettre le flux brut --dans le dispositif d'alimentation en métal directement pendant la coulée du métal. Une autre variante de réalisation de l'invention consiste à admettre le flux brut dans le chenal du dispositif d'alimentation en métal. D'après l'invention, le flux brut peut être versé sur le métal se trouvant dans le moule pendant la coulée. Grâce à la méthode proposée d'introduction du flux brut dans le moule, il devient possible d'assurer le raffinage le plus efficace du métal indépendamment de la construction du dispositif d'alimentation en métal et d'obtenir des demi-produits métalliques de haute qualité. D'autres objectifs et avantages de l'invention sont mis en évidence dans la description détaillée suivante d'un mode non limitatif de mise en oeuvre du procédé proposé de coulée centrifuge de demi-produits métalliques. Les constituants du flux brut raffinant, séchés au préalable à 120-150 C jusqu'à élimination totale de l'humidité, sont broyés jusqu'à l'état pulvérulent, criblés avec un tamis à maille de 0,5 mm, mélangés dans la proportion voulue et chargés dans le doseur ou dosomètre de l'installation pour la coulée centrifuge des demi-produits métalliques. L'invention prévoit la possibilité d'utiliser aussi bien desfluv bruts à bas point de fusion contenant de la cryolithe, de la fluorine, du chlorure de sodium, dont le point de fusion est de 100 à 6500C plus bas que celui du métal utilisé, que de? flux bruts exothermiques. Les auteurs de l'invention proposent d'utiliser les flux à bas point de fusion dans la coulée centrifuge des demi-produits de grandes dimensions (poids de 1 à 40 t) en aciers inoxydables et métaux non ferreux, car, dans ce cas on n'observe pratiquement pas d'abaissement de la température du métal versé dans le moule par suite de la fusion du flux à la surface de ce métal. Le flux brut raffinant exothermique est employé dans la fabrication des demi-produits métalliques dont le poids ne dépasse pas en général 5 à 20 kg. La combustion exothermique et la fusion dudit flux résultent des réactions chimiques entre ses constituants parmi lesquels figurent, d'après l'invention, des constituants combustibles : aluminium, silicocalcium, magnésium ; des oxydants : nitrate de sodium, minerai de manganèse, calamine des fondants : fluorine, silicate de sodium, scorie de haut fourneau ou de cubilot. L'interaction des constituants combustibles avec l'oxydant donne des composés gracie auxquels le métal peut être raffiné. Le raffinage des alliages s'effectue aussi gracie aux processus physico-chimiques se déroulant lors de leur mélange avec les flux. Le flux absorbe alors les inclusions non métalliques (oxydes d'éléments chimiques dont la composition dépend de la nuance de'alliage) et les impuretés nuisibles (soufre, phosphore). Le métal peut être raffiné par les flux grEce à -I'interaction chimique des inclusions non métalliques avec les constituants des flux. Par exemple, dans le raffinage du bronze d'aluminium par un flux liquide à base de cryolithe, contenant de la fluorine et du chlorure de sodium, la destruction de l'oxyde d'aluminium se trouvent dans le bronze a lieu par suite de la réaction chimique : Ai Q3 + 3CaF2 = 3Ca0 + 2A1F3! La réaction s'accompagne d'un fort dégagement de chaleur et de gaz ; l'oxyde d'aluminium est détruit et transféré au flux. D'après l'invention, pendant la coulée du métal dans le moule tournant autour de son axe longitudinal, on admet à partir du doseur ou dosomètre indiqué un ou plusieurs des flux bruts raffinants précités; La quantité de flux brut utilisée est de 0,5 à 5% en poids. La quantité concrete de flux brut à utiliser est déterminée selon la composition chimique du métal utilisé, sa teneur en inclusions non métalliques, impuretés nuisibles et gaz, ainsi que selon l'encombrement des demi-produits à couler. Ainsi, par exemple, pour la coulée de demi-produits en métaux non ferreux à base de cuivre ou en fonte, le poids d'un demi-produit étant de 5 à 1000 kg, on utilise 0,5 à 20 en poids de flux brut. Pour la fabrication de demi-produits en aciers au carbone on emploie 2 à 3% en poids de flux brut ; pour la fabrication de demi-produits en acier inoxydable on en emploie 3 à 5% du poids du métal. Si l'on utilise une quantité de flux brut supérieure aux limites recommandées, on obtient des demi-produits dans le métal desquels on peut déceler des traces de flux. Les auteurs de l'invention ont découvert que l'introduction du flux brut àu cours de la coulée du métal dans le moule assure I'obtention de demi-produits à hautes propriétés mécaniques. Cela s'explique par le fait que la méthode faisant l'objet de I'invention supprime pratiquement l'oxydation secondaire du métal, les inclusions non métalliques, les impuretés nuisibles et les gaz du métal, déterminant dans une mesure notable les propriétés mécaniques du produit réalisé avec le métal donné. Leffica-ité du raffinage du métal par les flux, toutes conditions égales par ailleurs, dépend notablement de la surface d'interaction du métal avec le flux. Quand le flux brut raffinant est introduit au cours de la coulée du métal, on obtient une interaction maximale des constituants du flux avec le métal, grâce à ltémulsification de ces constituants dans le metal. Quand le flux est introduit avant ou après la coulée du métal, la surface d'interaction du métal avec le flux est de plusieurs fois plus réduite que lorsque le flux est introduit pendant la coulée du métal. L'utilisation d'un flux brut à point de fusion plus bas que celui du métal, ou bien d'un flux brut exothermique, permet de réduire et de simplifier le cycle de fabrication des demi-produits métalliques, grtce à la suppression d'une série d'opérations liées au préchauffage des flux. Quand le flux liquide arrive dans le moule tournant autour de son axe longitudinal, il se mélange au métal qu t il débarrasse efficacement des inclusions non métalliques, des impuretés nuisibles et des gaz. Ensuite le flux est chassé parles forces centrifuges à la surface intérieure du moulage où il protège bien le métal contre l'oxydation secondaire et calorifuge le moulage en assurant ainsi une evacuation suffisamment complète des inclusions non métalliques, des impuretés nuisibles et des gaz restés au sein du métal lors du raffinage. Conformément à l'invention, le flux brut raffinant exothermique ou à bas point de fusion est admis soit directement dans le dispositif d'alimentation en métal, par exemple dans le chenal du dispositif de coulée pendant la coulée du métal dans le moule, soit sur le métal se trouvant dans le moule au cours de la coulée. Le choix de la variante d'admission dépend de la construction du dispositif de coulée. -Ladmission du flux brut dans le dispositif d'alimentation en métal s'effectue dans des machines centrifuges à chenaux courts (fabrication de tubes). L'admission du flux brut au chenal du dispositif d'alimentation en métal s'effectue dans des machines centrifuges à chenal long (fabrication unitaire de gros moulages). L'admission du flux brut directement dans le moule, sur le métal, s1 effectue dans les machines du type en porte-à-faux, dame lesquelles on coule des demi-produits de petites dimensions en grandes quantités (fabrication en masse des moulages). Les modes énumérés d'introduction du flux brut rendent la méthode proposée universelle pour des machines centrifuges de diverses constructions. EXEMPLE 1. Dans la fabrication de gros demi-produits, par exemple de chemises pour les cylindres sécheurs des machines à papièr grand format en bronze d'aluminium, on utilise un flux brut à-bas point de fusion, contenant de la cryolithe, de la fluorine et du chlorure de sodium. Avant l'utilisation les constituants du flux sont séchés à 120-1500C jusqutà élimination complète de lthumidité, broyés jusqu'à l'état pulvérulent, mélangés dans la proportion voulue et chargés dans le-doseur ou dosomètre de la machine centrifuge. Composition pondérale du flux cryolithe 75%, fluorine 5%, chlorure de sodium 20%. Lors de la coulée du métal dans le moule, ce flux est admis en quantité prédéterminée au chenal du dispositif d'alimentation, ou bien directement dans le dispositif de coulée de la machine centrifuge, au taux de 0,5 à 2% par rapport au poids du métal coulé. Quand le flux brut arrive sur la veine de métal, il fond sous l'action de la chaleur dégagée par le métal et constitue un flux liquide allant au moule conjointement avec le métal auquel il se mélange en le débarrassant des inclusions non métalliques, des impuretés nuisibles et des gaz. Au cours de la mise en forme du métal, le flux liquide est chassé par les forces centrifuges à la surface intérieure où il protège le métal liquide contre l'oxydation. Pendant le refroidissement du moulage, le flux se trouvant à sa surface intérieure se fissure et se détache. L'emploi du flux dans la coulée centrifuge des gros demiproduits en bronze d'aluminium a permis de supprimer les rebuts de moulage dus à la pollution, aux pailles et aux fissures. EXEMPLE ?. Dans la coulée centrifuge de chemises pour moteurs à combustion interne, par exemple de chemises pour cylindres de moteurs de tracteurs, on emploie un flux brut exothermique, contenant des constituants combustibles, des oxydants et des fondants. Composition pondérale du flux brut poudre d'aluminium 12g, silicoealcium (broyé) 8%, nitrate de sodium 14%, fluorlne 26, silicate de sodium (broyé) 20%, calamine 20%. Avant l'utilisation, tous les constituants du flux brut exothermique sont séchés à i20-1500G jusqutà élimination complète de l'humidité, broyés jusqu'à l'état pulvérulent, mélangés dans les proportions requises st chargés dans le doseur au dosomètre de la machine de coulée centrifuge. Lors de la coulée du métal dans 1? moule, le flux est admis au chenal du dispositif d'alimentation à raison de t à 2% par rapport au poids du moulage. Mis en contactarec le métal, le flux brut s'enflamme, fond et se surchauffe gracie aux calories des réactions exothermiques entre les constituants combustibles et les oxydants. Le flux liquide ainsi obtenu va au moule en se mélangeant au métal qu'il débarrasse des inclusions non métalliques, des impuretés nuisibles et des gaz. Au cours de la mise en forme du métal, le flux est chassé par les forces centrifuges à la surface intérieure où il calorifuge le moulage en favorisant sa solidification orientée. Le moulage est débarrassé du flux par enlèvement de matière. L'remploi du flux dans la coulée centrifuge des chemises de cylindre pour moteurs à combustion interne s'est traduit par une réduction des rebuts de moulage de 10-12% à 3-5g. 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 celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé de coulée centrifuge de demi-produits métalliques, consistant à verser un métal et un flut dans un moule tournant, ledit métal étant amené dans le moule le long du chenal d'un dispositif d'alimentation, puis à laisser séjourner le métal avec le flux dans ledit moule pendant le temps nécessaire à sa solidification et à son refroidissement, caractérisé en ce que l'on admet dans le moule, directement pendant la coulée du metal, un flux brut raffinant dont le point de fusion est de 100 à 6500C plus bas que celui du métal. 2. Procédé de coulée centrifuge de demi-produits métalliques selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on introduit dans le moule, directement pendant la coulée du métal, un flux brut raffinant exothermique. 3. Procédé de coulée centrifuge de demi-produits métalliques selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on introduit dans le moule, directement pendant la coulée du métal, une quantité de flux brut de 0,5 à 5% en poids. 4. Procédé de coulée centrifuge de demi-produits métalliques selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le flux brut est admis dans le dispositif d'alimentation en métal directement pendant la coulée du métal. 5. Procédé de coulée centrifuge de demi-produits métalliques selon la revendication 4, caractérisé en ce que le flux brut est admis dans le chenal du dispositif d'alimentation en métal. 6. Procédé de coulée centrifuge de demi-produits métalliques selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le flux brut est admis sur le métal se trouvant dans le moule, au cours de la coulée, dudit-métal. 7. Demi-produits ou pièces moulées métalliques, caractérisés en ce qu'ils sont obtenus conformément au procédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 à 6.