Brevet FR2308097A1 — publié le 19761112

L'invention est relative à un dispositif de prélèvement d'échantillon de métal en fusion du genre de ceux qui comprennent un moule, prolongé par un tube propre à être plongé dans le métal en fusion, ce moule étant disposé dans une enveloppe tubulaire, notamment en carton déshydraté, le tube faisant saillie hors de ltenveloppe tubulaire, des moyens de fermeture étant prévus entre le tube et l'enveloppe tubulaire de manière que l'intérieur de cette enveloppe tubulaire forme une chambre comportant une ouverture, notamment axiale, le moule comportant au moins un évent débouchant dans la chambre intérieure de l'enveloppe. L'invention concerne plus particulièrement, parce que c'est dans ce cas que son application semble devoir présenter le plus d'intérêt, mais non exclusivement, les prélèvements d'échantillons effectués dans des poches, des lingotières, des répar;ti- teurs, des canaux de coulée haute température, des cubilots, des fours électriques contenant du métal en fusion. L'invention a pour but, surtout, de rendre le dispositif tel qu'il réponde mieux que jusqu'à présent aux diverses exigences de la pratique et notamment tel qu'il permette d'opérer le prélèvement d'échantillon rapidement et sans qu'il soit nécessaire de plonger l'enveloppe tubulaire dans le métal en fusion, ce qui évite notamment des projections lorsque cette enveloppe tubulaire est en carton déshydraté. Selon l'invention, le dispositif de prélèvement d'échantillon du genre défini précédemment est caractérisé par le fait qu'il comprend des moyensd'aspiration propres à créer un vide relatif dans la chambre intérieure de l'enveloppe tubulaire, des moyens de liaison entre ces moyens d'aspiration et l'ouverture de l'enveloppe tubulaire, et des moyens de fermeture pour obturer ladite ouverture de l'enveloppe tubulaire et établir une jonction, suffisamment étanche pour la réalisation du vide relatif, entre les moyens de liaison et ladite enveloppe tubulaire. Les moyens d'aspiration sont avantageusement constitués par une pompe manuelle, notamment à piston. Les moyens de liaison sont de préférence constitués par un tube rigide, notamment coudé, relié de manière rigide, à une extrémité aux moyens d'aspiration, notamment la pompe manuelle, et à son autre extrémité à l'enveloppe tubulaire, de telle sorte que ces moyens de liaison servent également de canne de manipulation de l'enveloppe tubulaire. Les moyens de fermeture sont avantageusement constitués par un embout, propre à former un bouchon, port par l'extrémité des moyens de liaison éloignée des moyens d'aspiration, et propre à être engagé de manière suffisamment étanche, dans l'ouverture de l'enveloppe tubulaire. Cet embout peut être métallique et avoir une forme sensiblement tronconique dont la petite base est tournée vers l'enveloppe tubulaire de telle sorte que l'embout est enfoncé à force dans l'ouverture de l'enveloppe tubulaire. Généralement cette ouverture de l'enveloppe tubulaire est constituée par une extrémité axiale ouverte de l'enveloppe et ladite enveloppe est en carton déshydraté de telle sorte que l'on peut prévoir des crans à la surface de l'embout propres à pénétrer dans le carton de l'enveloppe tubulaire. Lorsque cette enveloppe tubulaire est cylindrique, ledit embout peut comporter un filetage extérieur propre à s'imprimer dans le carton de l'enveloppe tubulaire et à établir la jonction étanche. Cet embout est notamment réalisé en aluminium. On prévoit avantageusement un filtre entre l'élément tubulaire et les moyens d'aspiration. Ce filtre peut être placé dans l'embout ou dans un manchon disposé à l'autre extrémité des moyens de liaison. Ce filtre peut être un filtre mécanique et constitué par des chicanes, ou une matière filtrante telle que de l'éponge, de l'étoffe ou de la paille de fer. Les formes des moules peuvent être très diverses car le vide relatif créé par les moyens d'aspiration permet d'assurer un remplissage satisfaisant sans que la forme du moule soit réellement gênante. On peut notamment prévoir un prolongement du moule formé par un canal situé du côté opposé au tube destiné à être plongé dans le métal en fusion. L'invention concerne également l'ensemble destiné à réaliser un vide relatif dans I'enveloppe tubulaire d'un dispositif de prélèvement d'échantillon, cet ensemble étant caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'aspiration propres à créer un vide dans cette chambre intérieure, des moyens de liaison entre les moyens d'aspiration et l'enveloppe tubulaire et des moyens de fermeture portés par ces moyens de liaison pour obturer l'ouverture de l'enveloppe tubulaire et réaliser une jonction suffisamment étanche entre les moyens de liaison et ladite enveloppe tubulaire. Cet ensemble est de préférence rigide et comprend une pompe manuelle, à piston, reliée rigidement à l'extrémité d'un tube métallique, notamment un tube d'acier, formant les moyens de liaison, ce tube portant à son autre extrémité les moyens de fermeture avantageusement formés par un embout. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en certaines autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un mode de réalisation préféré décrit avec référence aux dessins annexés, mais qui n'est nullement limitatif. La'figure 1 de ces dessins montre, partie en coupe, partie en extérieur, un dispositif de prélèvement conforme à l'invention. La figure 2 montre, à plus grande échelle, une variante de réalisation des moyens de fermeture, avec présence d'un filtre. La figure 3 montre une autre variante des moyens de fermeture. Les figures 4, 5 et 6 illustrent, en coupe longitudinale, divers modes de réalisation possible pour le moule de prélèvement. La figure 7 est une variante de réalisation du dispositif de la figure 5. Les figures 8 à 11, enfin, montrent différents échantillons qui peuvent être obtenus, avec des moules appropriés, en utilisant le dispositif conforme à l'invention. En se reportant à la figure 1 des dessins, on peut voir un dispositif 1 de prélèvement d'échantillon de métal en fusion. Ce dispositif comprend un moule 2 (fig. 1 et 5) ou 2a (fig.4) ou 2b (fig.6) ou 2c (fig.7) disposé dans une enveloppe tubulaire 3 en carton déshydraté. Le moule est prolongé par un tube 4 (figures 1 et 4 à 6) faisant saillie hors de l'enveloppe tubulaire. Ce tube 4 est notamment réalisé en quartz. Des moyens de fermeture 5 (figures 4 à 6) sont prévus entre le tube 4 et l'enveloppe tubulaire 3 de manière que l'intérieur de cette enveloppe 3 forme une chambre 6. Cette chambre comporte une ouverture 7, axiale, située à l'extrémité opposée aux moyens de fermeture 5. Ces moyens de fermeture peuvent être constitués par un bouchon réalisé en sable de fonderie aggloméré et formant une couronne annulaire autour du tube 4 entre ce tube et l'enveloppe 3. D'autres réalisations peuvent être prévues pour ces moyens de fermeture, par exemple une simple plaque en carton épais, collée sur l'enveloppe, ou un bouchon en liège enfoncé à force dans l'en- veloppe. Le moule est disposé dans la chambre 6 et comporte au moins un évent 8 débouchant dans cette chambre intérieure 6 de l'enveloppe. La susdite enveloppe tubulaire peut avoir une section circulaire ou une section aplatie sensiblement rectangulaire à angles arrondis. Le dispositif de prélèvement 1 comprend également : des moyens d'aspiration 9 propres à créer un vide relatif dans la. chambre intérieure 6 ; des moyens de liaison 10 entre ces moyens d'aspiration et l'ouverture 7 de l'enveloppe tubulaire et des moyens de fermeture 11 pour obturer ladite ouverture 7 et établir une jonction suffisamment étanche pour la réalisation du vide relatif, entre les moyens de liaison et ladite enveloppe tubulaire. Les moyens d'aspiration 9 sont avantageusement constitués par une pompe manuelle, notamment à piston 12 propre à se déplacer de manière étanche dans un cylindre 13. Le piston 12 est relié à une poignée 14 sur laquelle on peut exercer un effort de traction. Les moyens de liaison sont de préférence constitués par un tube rigide en acier, coudé de manière à former un angle obtus de l'ordre de 135 à 1500, comme visible sur la figure 1. Ce tube est relié rigidement, à une extrémité, à la pompe 9 et à son autre extrémité aux moyens de fermeture 11. La liaison rigide entre le-tube 10 et la pompe 9 peut être effectuée par l'intermédiaire d'un manchon 15 fixé sur l'extrémité du tube 10 ; ce manchon est muni à son extrémité éloignée du tube 10 d'un couvercle 16 démontable sur lequel est fixée une tubulure d'aspiration 17 de la pompe 9. Un filtre 18 est avantageusement disposé dans le manchon 15 entre la pompe et le tube 10, de telle sorte que les poussières de l'air ambiant ne puissent pénétrer dans la pompe et nuire à son fonctionnement. Selon une variante, ce filtre 18 au lieu d'être placé directement entre la pompe 9 et le tube 10, peut être placé à l'extrémité du tube 10 raccordée à l'enveloppe tubulaire 3. Cette variante est illustrée sur les figures 2 et 3. Sur la figure 2, le filtre 18 est disposé dans les moyens de fermeture Il et est formé par un filtre mécanique constitué par des chicanes 19. Sur la figure 3, le filtre 18 est encore disposé dans les moyens de fermeture 11, mais est formé par une matière filtrante 20 telle que de l'éponge, de l'étoffe ou de la paille de fer. Les moyens de fermeture 11 sont constitués par un embout, de préférence métallique, notamment en aluminium, propre à former un bouchon. Cet embout Il est fixé à l'extrémité du tube 10 éloignée de la pompe 9 ; cet embout 11 est propre à être enfoncé à force dans l'ouverture 7 de l'enveloppe tubulaire. Des crans 21 (figures 1 à 3) sont prévus à la périphérie de l'embout 11 pour pénétrer dans le carton de l'enveloppe tubulaire. Lorsque cette enveloppe tubulaire est cylindrique, ces crans peuvent être constitués par un filetage extérieur propre à s'imprimer dans le carton de l'enveloppe tubulaire. De préférence, les sections transversales de cet embout 11 ont des dimensions qui diminuent progressivement suivant que l'éloignement de la section par rapport à la pompe 9 augmente.Lorsque l'enveloppe tubulaire 3 est cylindrique, l'embout 11 est avantageusement tronconique, sa petite base étant destinée à être introduite dans la chambre 6. Cet embout 11 comporte un passage central communiquant avec la chambre 6 et avec l'intérieur du tube 10. Selon une variante, la surface extérieure de l'embout peut être lisse. Les réalisations possibles pour le moule sont nombreuses. Sur la figure 4 on a représenté un moule 2a métallique permettant d'obtenir un échantillon en forme de médaille. Ce moule 2a est prolongé d'un côté par une tubulure métallique dans laquelle est engagé le tube 4. Ce moule 2a est prolongé du côté opposé au tube 4 par un autre tube ou canal 22, coaxial, ouvert à son extrémité intérieure. Un fil d'acier 23, dont une partie recourbée est introduite dans l'extrémité ouverte du tube 22, est prévu pour provoquer le figeage du métal en fusion parvenant jusqu'à cette partie recourbée, par refroidissement du métal en fusion. L'extrémité ouverte du tube 22 peut en outre servir d'évent 8. Le moule 2a peut s'ouvrir en deux parties symétriques par rapport à leur plan de juxtaposition. Les deux parties sont maintenues l'une contre l'autre par une bague 24 en carton.Le tube 4 comporte de manière classique, à l'intérieur, un fil 25 d'un métal propre à calmer le métal en fusion à prélever. Pour de l'acier ce fil 25 est en aluminium. Un capuchon 26 peut être prévu pour fermer le tube 4 lors du stockage, et permettre le passage a' travers les poudres de couverture ou des scories, lors du pré lavement de l'échantillon ce capuchon peut être en papier, auquel cas il brûle lors du prélèvement, ou en métal de faible épaisseur, auquel cas le capuchon fond lors du prélèvement. Le moule 2a permet d'obtenir un échantillon tel que l'é- chantillon 27 de la figure 9 formé par une médaille prolongée à ses deux extrémités longitudinales par deux tiges. Selon le mode de réalisation des figures 1 et 5, le moule 2 est réalisé en deux demi-coquilles juxtaposées en sable de fonderie aggloméré, et le volume intérieur i de ce moule a une forme tronconique permettant d'obtenir un lingotin 28 (figure 10). Le tube 4 débouche dans le volume intérieur de ce moule. La paroi du moule 2 éloignée du tube 4 comporte les évents 8 débouchant dans la chambre 6. L'échantillon obtenu, a la forme représentée sur la figure 10, le lingotin étant prolongé par une tige correspondant au tube 4. Selon une variante, représentée sur la figure 7, le rnoule 2c peut être réalisé e sole, en une seule pièce, mais la Ca- vité intérieure i de ce moule est ouverte vers la chambre 6. La fermeture de cette cavité intérieure i est assurée par une plaque 29 métallique. notamment une rondelle dans le cas où l'enveloppe 3 est cylindrique de révolution, portant les évents 8. Cette plaque 29 est maintenue contre le moule 2c par une bague d'arrêt 30, notamment en carton, enfoncée à force dans l'enveloppe 3. La figure 6 montre un moule 2b réalisé à l'aide de deux demi-coquilles de cuivre 31, dont le plan de juxtaposition correspond au plan de coupe de la figure 6. Chaque demi-coquille comprend une empreinte 32 correspondant à la moitié du volume intérieur du moule, cette empreinte se prolongeant, vers le tube 4, par un passage semi-cylindrique 33. La réunion des deux passages semi-cylindriques 33 forme un canal dans lequel est engagée l'ex- trémité du tube 4. Les évents 8 sont formés par des canaux traversant les demi-coquilles du côté oppose au tube 4. Les demi-coquilles 31 sont maintenues axialement en bu tée contre les moyens de fermeture 5 par l'embout il vissé dans l'enveloppe tubulaire 3, comme visible sur la figure 6 ; la surface extérieure des demi-coquilles épouse la surface intérieure de l'enveloppe 3. Généralement, la surface extérieure de chaque demi-coquille est demi-cylindrique. Les demi-coquilles 31 sont récupérables et peuvent servir un nombre de fois considérable Leur mise en place dans 1'en- veloppe tubulaire est très rapide. Sur les dessins, certaines pièces, notamment les demicoquilles 31 ont été représentées hachurées pour faciliter la lecture de ces dessins. il est clair que les dispositifs de prélèvement conformes à l'invention peuvent convenir au prélèvement de différents métaux en fusion, notamment de fonte blanche. La matière propre à calmer le métal à prélever pour éviter une graphitisation est alors choisie en fonction de la nature de ce métal. En particulier, on adopte le tellure pour les prélèvements de fonte. Les figures 8 et 11 montrent, en plan, d'autres échantillons 34 et 35, de formes différentes, susceptibles d'être prélevés, avec des moules convenables, grâce au dispositif conforme à l'invention. L'échantillon 34 a la forme classique d'une médaille prolongée par une tige. L'échantillon 35 est constitué par une tige cylindrique prolongée à une extrémité par une autre tige de diamètre plus faible. Un échantillon semblable à l'échantillon 27 de la figure 9 convient particulièrement bien pour l'estima- tion des éléments de l'échantillon par spectrographie et chimie, notamment pour l'estimation du carbone, du soufre ou du phosphore. il en est de même pour les échantillons ayant une forme semblable à celle de l'échantillon 28. Un échantillon ayant une forme semblable à celle de l'échantillon 35 de la figure 11 convient bien pour l'estimation de la teneur en gaz, notamment en azote, oxygènect hydrogène, et des éléments tels que carbone, soufre. L'opération de prélèvement est très simple. On plonge l'extrémité du tube 4 dans le métal en fusion, et on tire sur la poignée 14 de la pompe de façon à éloigner le piston 12 de la tubulure 17. On produit ainsi un vide relatif dans le tube 10 et dans la chambre 6, ainsi qu'à l'intérieur du moule qui communique avec cette chambre 6 par les évents 8. Ce vide relatif provoque la montée du métal en fusion dans le moule ; le métal se fige dans le moule. On a constaté, aux essais, que le temps de remplissage du moule, avec un dispositif conforme à l'invention, est de l'ordre d'une seconde. Avec ce dispositif, on évite d'avoir à plonger l'enveloppe tubulaire 3 dans le métal en fusion puisque la pénétration du métal dans le moule n'est plus obtenue par la pression ferrostatique due à l'immersion, mais par la création d'un vide relatif. On évite ainsi des projections du métal en fusion. L'ensemble destiné à réaliser le vide relatif, formé par la pompe 9, le tube 10 et l'embout 11 est réutilisable ; il peut servir très longtemps et être monté sur des enveloppes tubulaires successives. REVENDICATIONS 1. Dispositif de prélèvement d'échantillon de métal en fusion comprenant un moule prolongé par un tube propre à être plongé dans le métal en fusion, ce moule étant disposé dans une enveloppe tubulaire, notamment en carton déshydraté, le tube faisant saillie hors de l'enveloppe tubulaire, des moyens de fermeture étant prévus entre le tube et l'enveloppe tubulaire de manière que l'intérieur de cette enveloppe tubulaire forme une chambre comportant une ouverture, notamment axiale, le moule comportant au moins un évent débouchant dans la chambre intérieure de l'enveloppe ,liL sitif ccipoend des mois d'a-tn poer créer un relatif dans la chambre intérieure de l'enveloppe tubulaire, des moyens de liaison entre ces moyens d'aspiration et l'ouverture de l'enveloppe tubulaire, i des moyens de fermeture pour obturer ladite ouverture de l'enveloppe tubulaire et établir une jonction, suffisamment étanche pour la réalisation du vide relatif, entre les moyens de liaison et ladite enveloppe tubulaire, caractérisé par le fait que les moyens de fermeture sont constitués par un embout, propre à former un bouchon, porté par l'extrémité des moyens de liaison éloignée desmoyens d'aspiration, et propre à être engagé de manière suffisamment étanche dans ouverture de l'enveloppe tubulaire. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les moyens d'aspiration sont constitués par une pompe manuelle, notamment à piston. 3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les moyens de liaison comprennent un tube rigide, notamment coudé, relié de manière rigide à une extrémité aux moyens d'aspiration, et å son autre extrémité à l'enveloppe tubulaire, de telle sorte que ces moyens de liaison servent également de canne de manipulation de l'enveloppe tubulaire. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'embout est métal lique et a une forme sensiblement tronconique dont la petite base est tournée vers l'enveloppe tubulaire de telle sorte que l'embout est enfoncé d force dans l'ouverture de l'envelop- pc tubulaire. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 4, caractérisé par le fait que l'embout comporte des crans sur sa surface extérieure. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte un filtre disposé entre l'enveloppe tubulaire et les moyens d'aspiration, ce filtre pouvant autre placé directement entre les moyens d'aspiration et les moyens de liaison ou titre placé dans les moyens de fermeture situés entre les moyens de liaison et l'enveloppe tubulaire. 7. Ensemble destiné à réaliser un vide relatif dans une enveloppe tubulaire d'un dispositif de prélèvement d'échantillon de métal en fusion, ladite enveloppe comportant un moule prolongé par un tube propre à être plongé dans le métal en fusion, ce tube faisant saillie hors de l'enveloppe tubulaire, des moyens de fermeture étant prévus entre le tube et l'enveloppe tubulaire, de manière que l'intérieur de cette enveloppe forme une chambre comportant une ouverture, notamment axiale, le moule comportant au moins un évent débouchant dans la chambre intérieure de l'enveloppe, caractérisé par le fait qu'il comprend en combinaison des moyens d'aspiration propres d créer un vide dans cette chambre intérieure, des moyens de liaison entre les moyens d'aspiration et l'enveloppe tubulaire et un embout porté par ces moyens de liaison pour obturer 1 'ou- verture de l'enveloppe tubulaire et réaliser une jonction suffisamment étanche entre les moyens de liaison et ladite enveloppe tubulaire. 8. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'il comprend une pompe manuelle reliée rigidement à l'extrémité d'un tube métallique, notamment un tube d'acier, constituant les moyens de liaison, ce tube portant à son autre extrémité les moyens de fermeture, formés par un embout. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que le moule est constitué par deux demi-coquilles en cuivre, juxtaposées et maintenues axialement contre les moyens de fermeture de l'enveloppe tubulaire, disposés autour du tube, par l'embout prévu à l'extrémité des moyens de liaison.