Brevet FR2371985A1 — publié le 19780623

La présente invention concerne un dispositif pour produire rapidement et de façon continue des petites coulées métalliques et notamment des ferro-alliages utilisés comme addition lors de la production de l'acier, de la fonte et d'autres aciers alliés par exemple. I1 est connu que les métaux et les ferro-alliages utilisés tomme additions dans la production d'acier, de fonte, et d'autres aciers servent d'agents désoxydants et d'éléments d'addition pour l'alliage. Récemment l'automatisation et la standardisation ont fait des progrès remarquables dans le domaine de la fabrication de l'acier, afin d'économiser la main d'oeuvre humaine et, comme résultat de ces développements, il est apparu des exigences accrues en ce qui concerne les qualités de ces métaux et ferroalliages d'addition, relatives à leurs configurations et à leur composition chimique ; en particulier ces additions doivent présenter des dimensions très faibles et un poids unitaire uniforme1 ceci afin de faciliter leur manipulation et abaisser les dépenses intervenant lors delta production de ces additions.C'est ainsi que, dans le cas de petites coulées de ferro-manganèse et de silico-manganèse, on a souvent demandé des diamètres de 20 à 50 mm. De telles petites coulées des métaux d'addition ont été, jusqu'à présent, fabriquées par les procédés suivants. Par exemple, dans le cas de ferro-alliage, tels que le ferromanganèse, le ferro-chrome, le ferro-silicium, le silico-manganèse et le silico-chrome, on verse des charges fondues de ces ferroalliages dans un moule à sable ou un moule métallique afin d'obtenir des lingots d'environ 1 tonne, ensuite on refroidit ces lingots et on les concasse manuellement ou à laide d'un broyeur pour obtenir des produits finis présentant les dimensions désirées, ou bien encore on coule des charges fondues de ferro-alliages en des lingots ayant un poids unitaire de l'ordre de 50 w à 200 kg, les lingots sont ensuite refroidis et broyés en produits finis de dimensions désirées. Cependant, les procédés classiques présentent un certain nombre d'inconvénients parmi lesquels on peut notamment mentionner le fait que l'on produit beaucoup de fragments sous-dimensionnés lors du concassage, ce qui diminue le rendement. oes fragments sous-dimensionnés, bien que certains d'entre eux puissent être vendus, doivent être refondus et le prix de revient de cette re fusion, ainsi que les pertes de métal qui se produisent pendant la refusion, accroit le coût total de la production-, que le prix de ce travail est élevé et que l'on crée ainsi des conditions de travail mauvaises et dangereuses pour les ouvriers, résultant des bruits et des poussières engendrés pendant le concassage. En outre il existe un problème de pollution de l'environne- ment. Lors de la production de petites coulées-de métal, telles que du nickel pur et du cuivre pur, on découpe des cathodes électrolytiques-de ces métaux, de dimensions prédéterminées, en utilisant une machine à cisailler. Cependant, ce procédé cause des problèmes résultant en particulier du fait que le bruit provoqué par le cisaillage est important et que les cathoaes électrolytiques sont inhérentement, relativement minces si bien que la dimension, comparable à une feuille, est trop importante comparée au poids. On a donc été amené à proposer un certain nombre de solutions pour surmonter les inconvénients et défauts mentionnés cidessus. C'est ainsi que, par exemple, le brevet américain 3 429 362 décrit un procédé de production de petites coulées de ferro-alliages, selon lequel on ménage dans un moule de coulée, une pluralité d'empreintes de moulage ayant la même capacité et la même forme, on relie chacune de ces empreintes de moulage à une nervure dont la section présente des dimensions plus faibles que celles de l'empreinte de moulage, et l'on coule le ferroalliage dans les empreintes de moulage et dans les nervures. Après solidification, lé ferro-alliage coulé est enlevé du moule. Le ferro-alliage coulé, ainsi extrait du moule, présente une structure mixte couplée dans laquelle les ferro-alliages coulés dans l'empreinte de moulage présentant une dimension de sec-tion plus importante, sont reliés par les ferro-alliages coulés dans les nervures et qui présentent une section de dimension plus faible. Lorsque l'on laisse tomber les coulées de ferroalliage ainsi obtenues, sur un objet dur, elles se rompent aux emplacements des nervures et l'on obtient des petites coulées de ferro-alliage ayant toutes sensiblement le même volume et le même poids. Le brevet américain mentionné ci-dessus décrit -également diverses conditions pour empêcher la rupture des petites coulées de ferro-alliage elles-memes, telles que notamment la température des coulées de ferro-alliage lorsqu'on les laisse tomber sur l'objet dur Cependant, ce procédé antérieur présente encore un certain nombre d'inconvénients. On ne peut pas éviter la production d'une certaine quantité de ferro-alliage pulvérulent étant donné que les petites coulées de ferro-alliage sont obtenues en laissant tomber les coulées mixtes sur 1'objet dur. En outre les conditions de travail des ouvriers sont perturbées en raison des bruits et, par ailleurs l'opération qui consiste à laisser tomber les coulées sur un objet dur est compliquée et augmente les coûts de production.Enfin ce procédé antérieur présente un inconvénient important résultant de ce qu'il ne permet de traiter que des métaux relativement fragiles, tels que les ferro-alliages. Le brevet américain 3 052 934 décrit un dispositif de coulée pour produire des coulées présentant des caractéristiques uniformes. Dans ce dispositif, on prévoit dans le moule de coulée, un bord antérieur et un bord postérieur, et le moule est conçu de façon à passer sur une trajectoire de chargement pourvue de moyens de mesure afin d'enlever du moule tout métal fondu en excès et d'agiter le métal en fusion dans le moule, ce qui permet d'obtenir des coulées de forme, de poids, de structure et d'aspect uniformes. Cependant cette publication antérieure -ne fait connaître aucun procédé spécifique permettant de réaliser des petites coulées, et si on applique le procédé qu'elle décrit à la production de petites coulées, l'élimination du moule du métal fondu en excès et l'agitation de ce métal fondu dans le moule, afin d'obtenir des caractéristiques uniformes, présentent des difficultés considérables et sont presque impossibles à réaliser selon la pratique actuelle, étant donné que la solidification des petites coulées de métal est très rapide (la quantité de chaleur contenue dans le métal fondu lors de la coulée est d'autant plus faible que la quantité de métal en fusion est petite). En conséquence, la présente invention s'est fixé pour objectif d'apporter un dispositif de coulée permettant de produire des petites coulées de métal, présentant une configuration uniforme et un poids pré-déterminé, par exemple de 0,2 à 5,Q kg, directement à partir de métaux en fusion ; ce dispositif ne présentant pas les inconvénients et défauts des procédés classiques ou dé crits dans l'art antérieur. lie dispositif selon cette invention comporte une cuve réfractaire pourvue au travers de son fond d'une busette de coulée, une plaque réfractaire fixée sur le fond de la cuve réfractaire et munie d'un ajutage de buse communiquant avec la busette de la cuve et une plaque de moulage, pouvant glisser de façon étanche et selon une surface de contact uniforme, avec la plaque réfractaire, selon un-mouvement linéaire horizontal, cette plaque de moulage étant munie d'empreintes de moulage espacées régulièrement et disposées en files dans le sens du mouvement de glissement, ces empreintes communiquant avec î'ajutage de buse de la plaque réfractaire, ce qui assure leur remplissage par le métal en fusion. D'autres caractéristiques et avantages de cette invention ressortiront de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés, qui en illustrent un exemple de réalisation non limitatif. Sur les dessins - la figure 1 est une vue schématique, en perspective cavalière du dispositif de coulée selon l'invention, - la figure 2 est une vue en élévation du dispositif-représen té à la figure 1, - la figure 3 est une coupe selon A-A' de la figure 2, - la figure 4- est une vue en plan du syst-ème de moule 7 re présenté à la figure 1, - la figure 5 est une vue en coupe selon- A-A' de la figure 4 et - la figure 6 est une vue en coupe selon B-B' de la figure 4. On se réfère en premier lieu aux figures I à 3. La référence 1 désigne le métal en fusion devant être coulé pour réaliser des petites coulées, la référence 2 désigne une cuve réfractaire, pourvue d'un garnissage réfractaire 3, pour contenir le métal fondu, 4 désigne la busette-de coulée traversant le fond de la cuve réfractaire 2 et 5 représente une plaque réfractaire fixée au fond de la cuve 2, un ajutage de busetétant prévu au travers de cette plaque 5, afin de communiquer avec la busette 4.En 7, on voit la plaque de moulage maintenue en contact étanche et selon une surface uniforme, sur la plaque réfractaire fixe 5, cette plaque de moulage 7 pouvant glisser selon un mouvement linéaire horizontal ; 8 désigne l'une des empreintes de moulage prévue sur la plaque de moulage 7, 9 est un dispositif permettant de maintenir la pression de contact de surface entre la plaque de moulage 7 et la plaque fixe réfractaire 5 et la r- férence 10 désigne un dispositif permettant de faire glisser la plaque de moulage 7. lie métal en fusion 1 délivré à la cuve réfractaire 2 traverse la busette de coulée 4 et l'ajutage de buse 6 de la plaque réfractaire fixe 7 et est ainsi coulé dans les empreintes de moule 8, réalisant des petites coulées de métal, telles que 14. La plaque réfractaire fixe 5 est fixée à la cuve réfractaire 2, et la plaque réfractaire fixe ainsi que la plaque de moulage 7 sont maintenues en contact de surface, l'une contre l'autre, sous une pression uniforme et déterminée, pendant que la plaque de moulage 7 est entraînée selon une translation linéaire horizontale (vers la droite en regardant la figure 2) par le dispositif d'entraînement 10.Je préférence, le dispositif maintenant la pression de contact de surface est un système hydraulique, cependant il peut être constitué par des moyens de pression tels qu'un ressort et une fixation par écrous et, le dispositif d'entraînement 10 peut être réalisé sous la forme d'un vérin pneumatique ou hydraulique, ou bien d'un système à commande électrique. Lorsque la plaque de moulage 7 est amenée à glisser sous l'action du dispositif d'entraînement 10 et que l'on fait communiquer l'empreinte de moulage 8 avec l'ajutage de buse 6 de la plaque réfractaire fixe 5, le métal fondu 1 s'écoule vers le bas afin de remplir l'empreinte 8. Lorsque la plaque de moulage 7 continue à glisser et obture la communication de l'ajutage de buse 6 de la plaque réfractaire 5 avec l'empreinte de moulage 8, le métal en fusion 1, cesse de s'écouler dans l'empreinte 8. Etant donné que la pression de contact uniforme, maintenue par le dispositif 9 entre la plaque de moulage 7 et la plaque réfractaire 5, est suffisamment faible pour permettre le glissement de la plaque de moulage 7-, mais est cependant assez importante pour assurer un contact étroit et étanche entre la plaque de moulage 7 et la plaque réfractaire 5, l'empreinte de moulage est remplie d'une quantité constante de métal en fusion, pour autant qu'une quantité suffisante de métal liquide est contenue dans la cuve réfractaire 2, si bien que l'on évite un poids excessif ou poids trop faible des coulées. Par conséquent, grâce à cette invention, on peut obtenir de petites coulées de métal 14 de poids et de forme uniformes, de façon continue, en faisant glisser lesplaques de moulage successives, les un à la suite des autres. Grâce à cette façon d'opérer, après que soient terminés le remplissage et la coulée du métal fondu dans les empreintes de moulage 8 de la plaque de moulage 7, la plaque de moulage 7, qui est déplacée, à glissement par le dispositif d'entraînement 10 et qui s'éloigne de la plaque réfractaire fixe 5, est refroidie à l'eau ou à l'air afin de permettre d'enlever les petites coulées 14, des empreintes de moulage 8. Ainsi qu'on peut le voir sur les figures 4 à 6, la plaque de moulage 7 est constituée par l'élément de moule supérieur 17 et l'élément de fond inférieur 12, ces éléments pouvant être séparés. L'élément de moule supérieur 11 est muni d'un ajutage de coulée 13 ou bien l'on dispose une pluralité de ces ajutages de coulée, selon une ou plusieurs colonnes dans le sens du glissement et l'on constitue les empreintes de moulage 8, en assemblant l'élément de moule supérieur Il à l'élément inférieur 12. Par conséquent, après avoir effectué la coulée du métal fondu dans les empreintes de moulage 8 et que la plaque de moulage se soit refroidie, on peut facilement enlever les petites coulées de métal 14 en fixant l'élément de fond 12 par un système hydraulique ou à pression pneumatique et, en soulevant l'élément de moule supérieur 11 sur une hauteur supérieure à son épaisseur, à l'aide d'un dispositif hydraulique ou pneumatique, ce qui permet aux petites coulées métalliques 14 de rester sur l'élément de moule inférieur 12. Afin de faciliter la séparation de l'élément supérieur de moule Il de l'élément de fond inférieur 12, l'ajutage de coulée 13 présente une section pyramidale polylatérale tronquée ou tronconique, de préférence une section pyramidale quadrilatérale tronquée. Dans le cas d'une section tronconique, il est préférable que le rapport du diamètre plan supérieur au diamètre plan inférieur soit de 1 : 1,1 ) 1 :: 1,3 et, dans le cas d'une section pyramidale quadrilatérale tronquée, le rapport de la longueur d'un côté du plan supérieur à la longueur d'un côté de la base est, de préférence de 1 : 1,1 à I : 1,3. Lorsque le rapport est inférieur à11 : 1,1 il peut arriver quelquefois que la séparation de l'élément de moule supérieur Il de l'élément inférieur 12, soit difficile et, lorsque le rapport est supérieur à 1 : 1,3- il peut se produire que le métal fondu n'atteigne pas la partie inférieure de l'ajutage de coulée 13, si bien que la coulée résultante présente un poids insuffisant. De préférence, l'élément supérieur du moule Il est réalisé en fonte, alors que l'élément inférieur 12 est constitué de réfractaire en graphite ou à base de- graphite ou bien de fonte. Lorsque l'élément inférieur 12 est en réfractaire à base de graphite ou en graphite, il est préférable que ses surfaces soient protégées par une plaque d'acier ou de fonte On a donné ci-après un exemple de production de petites coulées de métal obtenues en utilisant le dispositif de l'invention Une charge fondue de ferro-manganèse ayant la composition indiquée dans le Tableau 5 a été coulée de façon à ob-tenir des petites coulées de 0,4 kg en utilisant le dispositif de coulée selon l'invention. Tableau I Composition chimique de Fe-Mn (en %) Designation C Mn Si P S ( JIS FXnH1 6,9Q 74,41 O,Q8 0,168 0,010 lies conditions de coulée étaient les suivantes. Poids de la charge Fe-Mn 5*500 kg Température de la charge 1 340 OC Poids unitaire des coulées 0,4 kg Temps de coulée 43 minutes Vitesse de coulée 130 kg/min. Les plaques de moulage, chacune capable de couler 40 coulées tronconiques de 0,4 kg, ont été placées dans le dispositif selon l'invention, successivement avec un intervalle de temps de 7 secondes ; 30 plaques de moulage au total étant utilisées 13 fois. lie rendement de la coulée était de 98,2%, ce qui montre-une amé- lioration remarquable par rapport aux rendements de l'ordre de 92 à 95% ob-tenus en mettant en oeuvre le procédé classique selon lequel les coulées importantes en forme de plaques ou de barres étaient concassées et dimensionnées afin d'obtenir des petites coulées de Q,4 kg. Par ai-lleurs, on n'a produit ni bruit ni pous sière, ce qui a améliorer les conditions de travail. Bien entendu cette invention n'est pas limités à l'exemple de réalisation décrit et représenté ici, mais elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1.- Dispositif pour couler de petites quantités de métal, caractérisé en ce qu'il comprend : une cuve réfractaire pourvue, au travers de son fond d'une busette de coulée ; une plaque réfractaire fixée sur le fond de la cuve réfractaire et comportant un ajutage de buse communiquant avec la busette de la cuve ré réfractaire et une plaque de moulage pouvant glisser, en contact étanche efen contact de surface uniforme avec la plaque réfractaire, selon un mouvement linéaire horizontal, cette plaque de moulage étant munie d'empreintes de moulage, espacées régulièrement et disposées en files dans le sens du glissement, ces cavités communiquant avec l'ajutage de buse de la plaque réfractaire et entraînant leur remplissage par le métal fondu. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque dé moulage est constituée d'un élément de moule supérieur et d'un élément de fond inférieur, ces deux éléments étant assemblés de façon séparable, et en ce que l'élément de moule supérieur est pourvu d'un ou de plusieurs ajutages de coulée pyramidal polylatéral ou conique tronqué et qui forment des empreintes de moulage en coopération avec l'élément inférieur de fond. 3.- Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que l'élément supérieur de moule est réalisé en fonte et l'élément inférieur est en réfractaire à base de graphite ou en graphite, ou en fonte. 4.- Dispositif-selon la Revendication 2, caractérisé en ce que l'ajutage de coulée présente une section tronconique et en ce que le rapport du diamètre plan supérieur au diamètre plan inférieur est de l'ordre de 1 : 1,1 à I : 1,3. 5 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ajutage de coulée présente une section pyramidale quadrilatérale tronquée et en ce que le rapport de la longueur d'un côté de plan supérieur à la longueur d'un côté de la base est de l'ordre de 1 : 1,1 à 1 : 1,3.