Brevet FR2299634A1 — publié le 19760827

L'invention est relative à un dispositif pour prélever un échantillon de métal notamment dans un jet ou courant de métal fondu. L'invention a pour but, surtout, de rendre le dispositif tel qu'il soit d'une mise en-oeuvre simple et rapide, tout en assurant le prélèvement d'échantillon de bonne qualité. Selon l'invention, le dispositif pour prélever un échantillon de métal notammént dans un jet de métal fondu est caractérisé par le fait qu'il comprend en combinaison, un corps en matière réfractaire, facile à briser, comportant une cavité intérieure formant réceptacle, propre à recevoir l'échantillon de métal, et un tube porté par le corps, communiquant avec le réceptacle et faisant saillie sur le corps de manière à pouvoir être introduit dans un jet de métal fondu en vue d'assurer l'écoulement du métal liquide vers le réceptacle pour réaliser l'échantillon. Avantageusement, la matière réfractaire est constituée par du sable pré-enrobé d'un liant notamment constitué par une résine phénolique et le corps du dispositif est obtenu par moulage de ce sable. Le corps en matière réfractaire a de préférence une forme de révolution, sensiblement cylindrique, et est destiné à être maintenu avec son axe sensiblement vertical, le tube étant disposé à une extrémité axiale du corps, notamment ltex- trémité destinée à être située à la partie supérieure du corps, tandis que l'autre extrémité axiale de ce corps est fermée. Le tube est avantageusement rectiligne et incliné, notamment à 450, sur l'axe du corps, ce tube faisant saillie sur la surface enveloppe extérieure du corps. Le tube est de préférence, en quartz ou en silice. L'extrémité du tube éloignée du corps est coupée en biseau de telle sorte que le plan de cette extrémité soit perpendiculaire à 1' axe du corps. Selon un premier mode de réalisation, le réceptacle prévu dans le corps a une forme de révolution, notamment tronconique, dont la petite base est située du côté fermé du corps, c'est-à-dire est située à la partie inférieure du corps lorsque ce dernier a son axe sensiblement vertical pour une opération de prélèvement, tandis que la grande base est située à la partie supérieure; le rapport de la longueur axiale du réceptacle à son diamètre moyen est de préférence inférieure à trois de telle sorte que l'on obtienne un échantillon massif. Le réceptacle comporte avantageusement, à sa partie supérieure, une zone de protection évasée, destinée à empêcher la formation d'un défaut, notamment d'une retassure, dans l'échantillon, cette zone évasée étant située, dans le dispositif maintenu en position de prélèvement, au-dessus de la zone destinée à la formation de l'échantillon proprement dit. Généralement, dans ce premier mode de réalisation, le corps est fermé par une paroi en matière réfractaire, faisant partie intégrante du corps, à sa partie supérieure, le tube traversant ladite paroi et un évent,au moins, étant en outre prévu dans cette paroi pour permettre l'évacuation de gaz. Selon un autre mode de réalisation, le réceptacle a une forme allongée, est ouvert à sa partie supérieure, et le corps est surmonté par un manchon, notamment en acier, traversé latéralement par le tube de prélèvement, ce manchon constituant une zone de protection destinée à empecher la formation d'un défaut à la partie supérieure de l'échantillon. Selon le deuxième mode de réalisation, le dispositif est avantageusement agencé pour permettre de former un échantillon cylindrique, notamment pour essai de traction ou essai Jominy, et un échantillon prismatique à section rectangulaire, notamment pour essai de résilience, la section transversale du réceptacle étant formée par un cercle réuni à un rectangle. L'échantillon unique ainsi obtenu est ensuite tronçonné pour donner naissance à un échantillon cylindrique et à un échantillon prismatique. Quel que soit le mode de réalisation, le corps en matière réfractaire présente avantageusement à sa partie inférieure un diamètre extérieur plus faible de telle sorte qu'une zone soit formée pour permettre de saisir le corps par des moyens de préhension. 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 de modes de réalisation préférés décrits avec référence au dessin ciannexé, mais qui ne sont nullement limitatifs. La figure 1 de ce dessin montre, en coupe axiale, un premier mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'inven-- tion. La figure 2 montre, en coupe axiale, un autre mode de réalisation. La figure 3, enfin, est une coupe suivant SII-III, figure 2. En se reportant à la figure 1, on peut voir un dispositif 1 pour prélever un échantillon de métal dans un jet de métal en fusion J. Ce dispositif comprend un corps 2 en matière réfractaire, facile à briser, comportant une cavité intérieure 3 formant réceptacle, propre à recevoir l'échantillon de métal, et un cube 4 porté par le corps 2. La matière réfractaire utilisée pour le corps 2 est avantageusement constituée par du sable pré-enrobé d'un liant. Ce liant est notamment constitué par une résine phénolique de telle sorte que le corps 2 peut être obtenu par moulage du sable. Généralement, ce sable pré-enrobé, auquel la forme du corps 2 a été donnée est mis dans une étuve à une température de l'ordre de 25O; le sable se prend en masse et on obtient le corps 2. Ce corps 2 est facile à briser. Par cette expression,il faut entendre que le corps 2 du dispositif conforme à l'invention peut être brisé, par exemple en le laissant tomber sur un sol dur, notamment en béton, d'une hauteur d'environ 1,50 mètre. Il est à noter que le corps 2 est essentiellement cons titué par la matière réfractaire qui assure elle-même la tenue et la résistance mécanique du corps. De préférence, aucune enveloppe extérieure n'entoure le corps 2 en matière réfractaire. La surface de la cavité intérieure 3 peut être habillée d'une paroidestinée à isoler l'échantillon prélevé de la matière réfractaire,notamment en vue d'empêcher une modification de la composition de l'échantillon par des composants provenant de la matière réfractaire. Ce peut être le cas, en particulier, pour le dosage du silicium. L'habillage de la surface de la cavité 3 peut être réalisé avec deux demi-coquilles en tôle d'acier mince. Le sable pré-enrobé ainsi utilisé peut être du sable utilisé en fonderie. Le corps 2 en matière réfractaire a de préférence une forme de révolution, sensiblement cy)nirique, et destinée à être maintenue, lors de l'opération de prélèvement, avec son axe sensiblement vertical comme représenté sur le dessin. Le tube 4 porté par le corps, communique avec le réceptacle 3 et est disposé de manière à pouvoir être introduit dans le jet J de métal fondu, représenté schématiquement sur la figure 1. Le tube 4 assure l'écoulement du métal liquide vers le réceptacle 3 et le remplissage de ce réceptacle pour la réalisation de l'échantillon. Ce tube, comme visible sur le dessin, est disposé à une extrémité axiale du corps 2, notamment l'extrémité destinée à être située à la partie supérieure du corps lorsque ce dernier est maintenu dans la position de prélèvement. L'autre extrémité axiale du corps 2 est fermée par un fond 5 en matière réfractaire, faisant partie intégrante du corps. Le tube 4 est avantageusement rectiligne et incliné, notamment à 450, sur l'axe du corps 2. Ce tube fait saillie, transversalement, sur la surface enveloppe extérieureEdicorps 2. Le tube 4 est de préférence en quartz ou en silice. L'extrémité 6 du tube éloignée du corps 2 est coupée en biseau de telle sorte que le plan de cette extrémité soit perpendiculaire à l'axe A du corps. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le réceptacle 3 prévu dans le corps a une forme de révolution tronconique. La petite base 7 est située du côté fermé 5 du corps 2, c'est-à-dire à la partie inférieure du corps lorsque ce dernier est maintenu dans la position prévue pour le prélèvement. La grande base 8 du réceptacle est située à la partie supérieure du corps 2, en position de prélèvement. Le rapport de la longueur axiale 1 du réceptacle à son diamètre moyen d est de préférence inférieur à trois de telle sorte que l'on obtienne un échantillon massif du type lingotin. La longueur 1 correspond à la distance axiale séparant les bases 7 et 8, tandis que le diamètre moyen d correspond au diamètre du réceptacle 3 à la moitié de sa longueur axiale. Le réceptacle 3 comporte avantageusement, à sa partie supérieure, une zone de protection 9 évasée du côté opposé à l'extrémité 5. Cette zone 9 est constituée notamment par un espace tronconique admettant pour petite base 8 et, pour grande base, la partie supérieure 10 de la cavité inférieure du corps Les génératrices de l'espace tronconique 9 sont plus inclinées sur l'axe A que les génératrices du réceptacle 3. Cette zone 9 située au-dessus de la zone du réceptacle destinée à la formation de l'échantillon proprement dit, permet d'empêcher la formation d'un dépôt notamment d'une retassure, dans l'échantillon, lors du refroidissement et de la solidification du métal prélevé. Le corps 2 est fermé à sa partie supérieure, par une paroi 11, formant couvercle, en matière réfractaire faisant partie intégrante du corps. Le tube 4 traverse cette paroi et affleure la base 10 de la zone de protection, comme visible sur la figure 1. Le centre de la section du tube se trouve sur l'axe A, Des évents, tels que 12 sont prévus dans la paroi 11 pour mettre en communication la cavité intérieure du corps 2 avec l'atmosphère et pour permettre l'évacuation de gaz lors du remplissage du réceptacle 3 en métal. La partie inférieure 13 du corps 2 présente un diamètre extérieur réduit par rapport à la partie supérieure 14 de telle sorte qu'un épaulement 15, de préférence incliné sur l'axe A comme montré sur la figure 1, est formé pour réunir ces deux parties. Cette partie rétrécie 13 facilite la prise du corps 2 par des moyens de préhension tels qu'une canne de manipulation. Pour fixer les idées, et à titre d'exemple numérique non limitatif, on peut indiquer que le diamètre moyen d est de l'ordre de 35 millimètres, tandis que la longueur 1 est de l'ordre de 60 millimètres. Les figures 2 et 3 montrent un autre mode de réalisation pour lequel on a utilisé des références numériques suivies de la lettre a pour désigner des éléments ou parties jouant des rôles semblables à des éléments déjà décrits avec référence à la figure 1. Comme visible sur la figure 2, le réceptacle 3a prévu dans le corps 2a a une forme allongée et est ouvert à sa partie supérieure, Le réceptacle comprend une partie inférieure 16 cylindrique dont les génératrices sont parallèles à l'axe du corps 2a et une partie supérieure tronconique 17 s'évasant en direction de l'extrémité supérieure du corps 2a. Ce corps est surmonté par un manchon 18, notamment en acier, admettant le même axe que le corps 2a; ce manchon 18 est ouvert à ses deux extrémités axiales et communique avec le réceptacle 3a. Le tube de prélèvement 4a, incliné à 45. sur l'axe du corps 2a traverse la paroi du manchon 18 et affleure la surface intérieure de ce manchon.Le manchon 18 permet de recueillir un surplus de métal en fusion de telle sorte qu'il constitue une zone de protection 9a empêchant la formation d'un défaut à la partie supérieure de l'échantillon. Ce défaut, s'il existe, est localisé à l'intérieur du manchon 18. Avantageusement, le dispositif de prélèvement la montré sur la figure 2 est agencé pour permettre de former simultanément un échantillon cylindrique, notamment pour essai de traction, ou pour essai Jominy, et un échantillon prismatique à section rectangulaire, notamment pour essai de résilience. Pour cela, comme visible sur la figure 3, la section transversale du réceptacle 3a est formée par un cercle 19 réuni à un rectangle 20. L'échantillon obtenu dans le corps 2a a donc une section pleine correspondant au contour de la surface intérieure du corps 2a, et sensiblement en forme de trou de serrure. Pour obtenir les échantillons respectivement cylindrique et prismatique, on sectionne l'échantillon initial suivant le plan dont la trace est figurée par la ligne 21 sur la figure 3. L'échantillon initial donne ainsi naissance à un échantillon cylindrique à contour sensiblement-circulaire et à un échantillon prismatique. On retrouve, à la partie inférieure du corps 2a, en position de prélèvement, la zone 13a de diamètre extérieur réduit facilitant la manipulation du corps 2a. Il n'est pas utile de reprendre en détail la description des éléments déjà décrits au sujet de la figure 1. L'opération de prélèvement avec un dispositif conforme à l'invention est très simple. Le corps 2 ou 2a est saisi, à sa partie inférieure 13 ou 13a à l'aide de moyens de préhension, notamment d'une canne dont la longueur peut atteindre plusieurs mètres et qui permet de se tenir à une distance relativement grande du jet de métal en fusion. Le dispositif 1, la est maintenu avec son axe sensiblement vertical; le tube 4, 4a tourné vers le haut est approché du jet de métal en fusion, sans qu'il soit nécessaire de réduire le débit de ce jet. L'extrémité supérieure coupée en biseau 6, 6a du tube de prélèvement 4, 4a est introduite dans le jet de métal jusqu'au remplissage du réceptacle 3,3a puis est retirée du jet de métal. Cette opération d'introduction et de retrait est effectuée en peu de temps car le remplissage du réceptacle 3, 3a est rapide. Le métal prélevé se solidifie rapidement à l'intérieur du corps 2, 2a. Pour récupérer l'échantillon solide, il suffit de briser le corps 2, 2a, ce qui est facile puisque la résistance au choc du corps 2, 2a est faible. On peut par exemple laisser tomber sur un sol dur, notamment du béton, le corps 2, 2a contenant l'échantillon, pour libérer cet échantillon solide. Le dispositif montré sur la figure 1 permet de réaliser des échantillons massifs, avec une bonne homogénéité de la teneur en carbone lors de prélèvements d'acier. Le dispositif des figures 2 et 3 permet d'obtenir des éprouvettes de traction ou dessai Jominy,ou d'essai de résilience. Le dispositif conforme à l'invention est économique et d'une mise en oeuvre simple et rapide qui ne nécessite pas de réduire le débit du jet de métal en fusion au moment du prélèvemen t. Les parties de métal correspondant aux zones de protection respectivement 9 et 9a, susceptibles d'avoir des défauts, sont séparées du reste de l'échantillon, notamment par tron çonnage. L'échantillon obtenu est donc de très bonne qualité. Du fait que le métal prélevé est très peu en contact avec l'atmosphère, les phénomènes de décarburation et d'oxydation sur 11 échantillon récupéré sont très faibles. I1 est à noter enfin que le dispositif de prélèvement conforme à l'invention ne nécessite par d'entretien puisqu'à chaque opération de prélèvement le dispositif est détruit. Au point de vue économique, cela n'est pas gênant car le dispositif est bon marché et assure un gain de temps considérable. On peut noter enfin que le dispositif est léger et d'une manipulation aisée. -REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour prélever un échantillon de métal notamment dans un jet de métal fondu, caractérisé par le fait qu'il comprend, en combinaison, un corps en matière réfractaire,facile à briser, comportant une cavité intérieure formant réceptacle, propre à recevoir l'échantillon de métal, et un tube porté par le corps, communiquant avec le réceptacle et faisant saillie sur le corps de manière à pouvoir être introduit dans le jet de métal fondu en vue d'assurer l'écoulement du métal liquide vers le réceptacle pour réaliser l'échantillon. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la matière réfractaire est constituée par du sable pré-enrobé d'un liant, notamment constitué par une résine phénolique, et que le corps du dispositif est obtenu par moulage de ce sable. 3.- Dispositif selon la revendication bizou 2,caractérisé ter le fait que le corps en matière réfractaire a une forme de révolution, sensiblement cylindrique, et est destiné à être maintenu avec son axe sensiblement vertical, le tube étant disposé à une extrémité axiale du corps, notamment l'extrémité destinée à être située à la partie supérieure du corps tandis que l'autre extrémité axiale de ce corps est fermée. 4.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le tube est rectiligne et incliné, notamment à 45", sur l'axe du corps, ce tube faisant saillie sur la surface enveloppe extérieure du corps. 5.- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'extrémité du tube éloignée du corps est coupée en biseau, de telle sorte que le plan de cette extrémité soit perpendiculaire à l'axe du corps. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le réceptacle prévu dans le corps a une forme de révolution tronconique dont la petite base est située du côté fermé du corps, c'est-à-dire à la partie inférieure du corps lorsque ce dernier a son axe sensiblement vertical pour une opération de prélèvement, tandis que la grande base est située à la partie supérieure. 7.- Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le rapport de la longueur axiale du réceptacle à son diamètre moyen est inférieur à trois de telle sorte que l'on obtienne un échantillon massif. 8.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que le réceptacle comporte; à sa partie supérieure, une zone de protection évasée, destinée à empêcher la formation d'un défaut, notamment d'une retassure, dans l'échantillon, cette zone évasée étant située, dans le dis- positif maintenu en position de prélèvemexlt,au-dessus de la zone destinée à la formation de l'échantillon proprement dit. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que le corps est fermé, à sa partie supérieure, par une paroi en matière réfractaire, faisant partie intégrante du corps, le tubé traversant ladite paroi et un évent au moins étant en outre prévu dans cette paroi pour permettre 11 évacuation de gaz. 10.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le réceptacle a une forme allongée, est ouvert à sa partie supérieure et que le corps est surmonté par un manchon, notamment en acier, traversé latéralement par le tube de prélèvement, cé manchon constituant une zone de protection destinée à empêcher la formation d'un défaut à la ortie supérieure de 11 échantillon. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé par le fait qu'il est agencé pour permettre de former un échantillon cylindrique, notamment pour essai de traction ou essai Jominy, et un échantillon prismatique à section rectangulaire, notamment pour essai de résilience, la section transversale du réceptacle étant formée par un cercle réuni à un rectangle. 12.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le corps en matière réfractaire présente, à sa partie inférieure lorsqu'il est en position de prélèvement, un diamètre extérieur plus faible de telle sorte qu'une zone soit formée pour faciliter la prise du corps par des moyens de préhension. 13.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la surface de la cavité intérieure du corps en Datière~réfractaire,est habillée dtune paroi destinée à isoler ltéc t ntillon de la matière réfractaire, cet habillage pouvant notamment être réalisé avec deux demi-coquilles en tôle d'acier