Brevet FR2273622A1 — publié le 19760102

La présente invention se rapporte au procédé de refonte électrique sous laitier, et elle concerne plus particulièrement un appareil et un procédé pour souder ensemble des surfaces opposées, séparées, d'articles metalliques, par le procédé de refonte électrique sous laitier. Il est connu par le brevet britannique n0 1.291.654, de réunir par soudage électrique sous laitier les surfaces opposées d'articles métalliques suivant une jonction de direction générale verticale. Antérieureeent, les surfaces délimitant l'intervalle entre les articles devant être remplies de soudure étaient fermées par des plaques latérales ou des patins latéraux refroidi(e)s, touchant directement les surfaces latérales des articles. Cette disposition n'est pas satisfaisante, parce que le joint de soudure se contracte en produisant une zone d'gpaisseur réduite sur la jonction.En outre, si les surfaces latérales des articles ne sont pas parfaitement lisses et régulières, du laitier fondu ou du métal liquide peut fuir par les intervalles entre les plaques latérales et ces surfaces latérales, dûs à des imperfections des surfaces latérales. L'invention permet de remédier à ces inconvénients en interposant un élément tubulaire entre chacune des portions terminales superposées de chacune des plaques latérales et les surfaces opposées respectives de tous les articles métalliques, et au contact de celles-ci de façon que les articles métalliques délimitent avec les plaques latérales et les éléments tubulaires un espace clos autour do l'électrode consustptible utilisée pendant l'opération de refonte. Les articles métalliques peuvent être des lingots de section transversae rectangulaire produits par le procédé de refonte électrique sous laitier. Les éléments tubulaires peuvent avoir une section transversale circulaire et être constitués de cuivre ; de préférence, chaque élément tubulaire est refroidi intérieurement par un courant d'eau continu qui le traverse. L'une ou chacune des deux surfaces séparées des articles peut être inclinée d'un certain angle par rapport à la verticale, de façon que l'intervalle formé entre les surfaces augmente à partir du bas vers le haut.Dans le cas de cette disposition, ltélee~ trode consumptible est cunéiforme et est supportée dans l'intervalle, ses côtés étant séparés de chaque surface au moyen d'une couche de matière solide formant du laitier. Les couches de matière formant du laitier peuvent être constituées chacune par une feuille préalablement coulée préformée de cette matière. En variante, on peut former les couches en immergeant l'électrode dans un bain de laitier fondu pendant une courte période, pour en provoquer la solidification d'une certaine quantité et la faire adhérer aux côtés de l'électrode.On peut prévoir des moyens pour introduire dans l'intervalle une certaine quantité de laitier fondu au moment de la formation d'une masse fondue, ou immédiatement avant. Des blocs de prolongement séparés peuvent être placés audessus et au-dessous des articles métalliques, au voisinage des côtés supérieur et inférieur desdites surfaces séparées, les éléments tubulaires et les plaques latérales s'étendant sur toute la hauteur des articles et des blocs de prolongement. On va décrire à présent un exemple d'exécution non limitatif de l'invention en regard du dessin annexé dont La figure 1 est une vue en plan de dessus, en coupe partielle, de l'appareil selon l'invention La figure 2 est une coupe suivant la ligne Il-Il de la figure 1 La figure 3 est une coupe d'un autre appareil selon l'invention. L'appareil représenté sur les figures 1 et 2 comprend une paire de lingots d'acier 1, 2 de section transversale rectangulaire qui sont sur le point d'être réunis ensemble par leurs surfaces opposées, respectivement 3 et 4. Les lingots 1, 2 sont montés respectivement sur des blocs de prolongement en acier doux 5, 6. Des blocs de prolongement semblables 7, 8 sont placés sur les surfaces supérieures des lingots, leurs faces opposées se trouvant près des bords de l'intervalle 9 formé entre les lingots 1, 2. Des plaques latérales 10, 11 refroidies à l'eau, de longueur supérieure à l'intervalle entre les lingots, obturent les faces latérales de l'intervalle 9. L'extrémité inférieure de l'intervalle 9 est fermée au moyen d'une plaque de base 12. Entre les portions terminales superposées des plaques latérales 10, 11 et les surfaces opposées des lingots 1, 2 se trouvent des profilés tubulaires creux 13, 14, 15, 16, en cuivre ; un collecteur commun (non représenté) assure l'amenée d'agent de refroidissement, de préférence d'eau, à chaque élément tubulaire et son départ de celui-ci.Une électrode consumptible (de préférence, sectionnée a une extrémité des lingots 1, 2) 18 reliée au secondaire 20 d'un transformateur de puissance 19 descend dans l'intervalle 9 délimité entre les surfaces 3, 4 les éléments tubulaires 13, 14, 15, 16 et les plaques latérales 10, 11. Le primaire 21 du transformateur 19 est relié à une alimentation secteur et l'électrode est supportée dans l'intervalle 9 au moyen d'un agencement à montant et support classique. Selon une variante, ltélectrode 18 est reliée à une source de courant continu. En cours de fonctionnement, un bain de laitier liquide 23 est formé dans la portion inférieure de l'intervalle 9 et l'élec- trode 18 est placée dans l'intervalle, son extrémité inférieure se trouvant dans le bain de laitier.Du courant électrique passe de l'électrode à la plaque de base 12 pour chauffer le laitier par effet Joule à une température égale ou supérieure au point de fusion de l'électrode 18. Des gouttelettes de métal fondu provenant de l'électrode traversent le bain de laitier 23 et se rassemblent en une mare de métal liquide raffiné 24 qui se solidifie de nouveau progressivement pour former un lingot de liaison 25 qui s'étend entre les surfaces 3, 4 des lingots 1, 2 et s'y soude. Comme l'indique la ligne en traits mixtes 26 de la figure 2, les portions des surfaces 3, 4 en contact avec le laitier fondu 23 et la mare métallique 24 fondent dans une mesure limitée en assurant la liaison nécessaire entre le lingot de liaison 26 et les lingots 1, 2. Le degré de cette fusion de surface dépend des paramètres de fonctionnement et, en particulier, de la puissance électrique fournie au bain de laitier 23. Normalement, la profondeur de péné- tration du métal provenant de l'électrode 18 dans la surface 3, 4 est de l'ordre de 2254 cm. A mestre que l'électrode 18 fond progres vivement, elle descend de façon classique en maintenant un intervalle prédéterminé entre son extrémité inférieure et la surface de la mare de métal liquide 24. Une fois le processus de fusion achevé, les plaques latérales 10, 11 et les éléments tubulaires 13, 14, 15 et 16 sont retirés et les portions de la soudure qui dépassent des côtés, du haut et du bas des lingots 1, 2 réunis sont retirées par usinage. Comme on l'a indiqué sur la figure 1 par des lignes en traits mixtes 27, on peut conformer les plaques latérales de façon à rendre minimale l'extension de la soudure au-delà de la largeur normale des lingots réunis. Selon un uode d'exécution non représenté, les plaques latérales 10, 11 ont une hauteur inférieure à la hauteur de 1 'in- tervalle 9 et elles peuvent être déplacées vers le haut par ------ rapport aux éléments tubulaires 13, 14, 15, 16 et en contact avec eux, lorsque le bain de laitier 23 et la mare de métal liquide 24 monte dans l'intervalle 9 au-dessus du lingot de liaison 25. On notera que la présence d'éléments tubulaires 13 à 16 refroidis à liteau permet l'application d'une puissance suffisante au bain de laitier 23 par l'intermédiaire de l'électrode 18 pour permettre la formation d'un lingot de liaison de la structure voulue et également pour garantir une liaison adéquate entre le lingot de liaison et les surfaces opposées des lingots 1, 2.Les élé- mente tubulaires 13, 14, 15, 16 présentent les avantages supplémentaires de constituer des joints relativement bon marché, facilement démontables, pouvant se déformer pour suivre les irrégularités des surfaces des lingots à joindre et de supprimer également, grâce à leur refroidissement à l'eau, les risques que les surfaces latérales 3, 4 s'éliminent par fusion dans une mesure suffisante pour que du laitier ou du métal fondu puisse s'échapper de l'intervalle9. On va se référer à présent à la figure 4 sur laquelle les éléments qui se retrouvent sur les figures 1 et 2 sont désignés par les mêmes références numériques. Dans cette disposition, les surfaces séparées 3, 4 sont chacune inclinées par rapport à la verticale, de sorte que ltinter- valle 9 formé entre les lingots 1, 2 augmente à partir du bas vers le haut. L'électrode consumptible 18 comprend des portions inclinées sectionnées aux extrémités des lingots 1, 2 soudées ensemble pour former une électrode unique cunéiforme. Des feuilles solides 30, 31 de matière formant du laitier sont interposées entre les surfaces opposées des lingots 1, 2 ; des feuilles semblables sont placées entre les surfaces intérieures des plaques latérales 10, 11 et les faces latérales de l'électrode 18. Les feuilles 30, 31 peuvent être préalablement coulées à partir d'un laitier de refonte électrique sous laitier classique qui comprend du fluorure de calcium, de la chaux, de l'alumine et du magnésium.Selon une variante d'exécution, on forme une couche de matière solidifiée formant du laitier sur les surfaces de l'électrode 18 en l'immergeant dans un bain de laitier fondu pendant une courte durée et en laissant le laitier au contact de l'électrode se durcir sur les surfaces de l'électrode. Un tube consumptible 32 de petit diamètre est placé dans l'une des feuilles de matière formant du laitier 31 et il est relié à une source de matière formant du laitier en poudre. Un tube semblable 33 est positionné dans l'autre feuille 30 pour permettre aux gaz formés pendant la refonte de s'échapper dans l'atmosphère. Comme le montre la figure, un creux en forme de U désigné par la référence 34 est formé dans la surface supérieure d'une plaque de liaison centrale 35 placée immédiatement au-dessous de l'intervalle 9. Au cours du fonctionnement, l'appareil représenté sur la figure 3, l'électrodo 18 descend dans l'intervalle 9 et est reliée au secondaire 20 du transformateur 19. Une charge de laitier liquide est introduite, au début d'une fusion, dans le canal 34 formé dans la plaque de liaison 35 et du courant électrique parvient à 1'électrode 18 à partir du transformateur 19 pour augmenter la température du laitier à un niveau égal ou supérieur au point de fusion de l'électrode 18. Comme on l'a décrit plus haut on regard des figures 1 et 2, à mesure que l'électrode fond par contact avec le laitier liquide, des gouttelettes de métal fondu se rassemblent sous le laitier pour former une mare de métal liquide qui se solidifie progressivement pour former un lingot de liaison qui s'étend entre les faces inclinées 3, 4 des lingots 1, 2 et se sou- de à celles-ci. A mesure que l'électrode fond et que le bain de laitier monte, les feuilles de matière formant du laitier 30, 31 fondent progressive ont, en augmentant le volume du bain de laitier et en suivant l'intervalle croissant compris entre l'extrémité inférieure de l'électrode et la plaque de liaison 35. Au pours de la fusion, de la matière formant du laitier supplémentaire est ajoutée au laitier par le tube 32. il va de soi que l'on pout souder différents articles étalliques, non nécessairement de section transversale rectangulaire, par le proche et l'appareil décrits plus haut. Par exemple, on pourrait réunir des lingots de section transversale semicirculaire sur leurs faces planes. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Appareil pour souder ensemble des surfaces opposées séparées d'articles métalliques par le procédé de refonte électrique sous laitier, comprenant une électrode consumptible supportée dans l'intervalle formé entre lesdites surfaces et séparée de chacune de ces surfaces et des plaques latérales refroidies de longueur supérieure à l'intervalle entre lesdites surfaces placées chacune sur un côté latéral de l'intervalle, caractérisé en ce qu'un élément tubulaire (13, 14, 15, 16) est interposé entre chacune des portions terminales superposées de chaque plaque latérale (10, 11) et la surface opposée respective de chaque article métallique (1,2) et en contact avec elles, de sorte que les articles métalliques définissent avec les plaques latérales et les éléments tubulaires un espace clos autour de l'électrode consumptible 18. 2.- Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments tubulaires ont chacun une section transversale circulaire et sont constitués de cuivre. 3.- Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque élément tubulaire est refroidi intérieurement par un courant d'eau continu qui le traverse. 4.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les blocs de prolongement séparés (5, 6, 7, 8) sont placés au-dessus et au-dessous des articles métalliques au voisinage des bords supérieur et inférieur desdites surfaces séparées, les éléments tubulaires et les plaques latérales s'étendant sur toute la hauteur des articles et des blocs de prolongement. 5.- Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'une au moins des surfaces(3, 4) précitées est inclinée d'un certain angle par rapport à la verticale, de sorte que l'intervalle (9) formé entre les surfaces augmente de bas en haut, et en ce que l'électrode consumptible est conformée de façon à être supportée dans l'intervalle, ses côtés étant séparés de chaque surface au moyen d'une couche de matière solide formant du laitier (30, 31). 6.- Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que les couches de matière formant du laitier consistent en des feuilles préformées de cette matière. 7.- Procédé pour souder ensemble des surfaces séparées articles métalliques par le procédé de refonte électrique sous laitier, dans lequel on ferme les côtés latéraux de l'intervalle formé entre lesdites surfaces au moyen de plaques latérales refroidies de longueur supérieure à 1'intervalle entre les surfaces, et lton fait passer au moyen de l'électrode un courant électrique à travers une certaine quantité de laitier électriquement conducteur en contact avec l'extrémité inférieure de l'électrode, de fa çon à chauffer le laitier à une température à laquelle l'électrode fond progressivement pour former un lingot de liaison qui s'étend entre les surfaces séparées de chaque article métallique et Ser soude, caractérisé en ce que l'on place un élément tubulaire creux (13 14, 15, 16) entre chacune des portions terminales superposées de chaque plaque latérale (10, 11) et la surface opposée respective de chaque article métallique (1, 2). 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé on ce que l'une des surfaces séparées est inclinée suivant un certain angle avec la verticale, de sorte que l'intervalle 9 formé entre lesdites surfaces augmente à partir du bas vers le haut, et en ce qu'une électrode consommable 18 est supportée dans l'intervalle, une couche de matière solide formant du laitier (30, 31) étant interposée entre les surfaces opposées de l'électrode et lesdites surfaces séparées des articles métalliques. 9.- Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'on forme les couches de matière formant du laitier en immer- geant 11 électrode dans un bain de laitier liquide, de façon qu'une certaine quantité de ce lui -ci se solidifie et adhère à la surface de l'électrode.