Brevet FR2379340A1 — publié le 19780901

On sait qu'il est très difficile de réaliser, à ltintérieur dtune masse métallique d'épaisseur notable, des cavités tubulaires de faible section présentant des profils complexes, tels que, par exemple, un profil hélicoïdal du type serpent:i;7. ou tout autre profil permettant le passage d'un liquide pouvant être destiné à refroidir ou réchauffer ladin te masse métallique. Llidée de réaliser une telle cavité tubulaire sous la forme d'un serpentin independant de section annulaire, obtenu par formage d'un tube métallique, et de noyer ensuite ce serpentin métallique è l'intérieur d'une masse métallique coulée n'est pas nouvelle, mais sa mise en oeuvre effective pose certains problèmes layant pas reçu dans tous les cas de solution acceptable I1 est facile, en effet, de comprendre, que, pour réaliser une coulée de métal liquide adherant parfaitement sur un tel serpentin tubulaire, il est nécessaire, ai lion veut éviter toute discontinuité entre ledit serpentin et le métal coulé, d'utiliser, pour cette coulée, un métal ayant un point de fusion comparable à celui du métal constituant ledit serpentin tubulaire. Toutefois, dans ce cas, on conçoit qu'il soit très difficile d'empecher la déformation dudit serpentin tubulaire, au moment ot l'on coule, autour de ce serpentin, une masse importante de métal fondu de mEme nature et de meme point de fusion que celui constituant ce serpentin, car les échanges de calories qui se produisent au contact entre le métal coulé et ledit serpentin au cours de la coulée, entraînent la fusion du métal de ce serpentin, et des déformations telles, que la position et la forme de la cavité qui se trouve au centre dudit serpentin, se trouvent modi- fiées de façon notable par rapport au profil externe de la masse métallique coulée. Bien entendu, lorsqu'on emploie, pour constituer ce serpentin, un métal different de celui qui est ensuite coulé extérieurement audit serpentin, par exemple un serpentin en acier que l'on noie à l'intérieur dXune masse de cuivre, la différence des points de fusion respectifs de placier (1,450 C) et dn cuivre (1.100 C), permet d'effectuer cette coulée sans crainte de faire fondre le tube dtacier de faible épaisseur (3 a 4 "'a) qui constitue ledit serpentin. Mais toutefois, on constate, dans ce cas, qu'il apparaît des so- lutions de discontinuité entre l'acier et le cuivre dans la pièce finie, qui ne permettant pas ensuite d'utiliser cette dernière avec un bon rendement comme échangeur thermique Lorsqu'on emploie au contraire le meme métal, pour constituer par exemple un serpentin et la pièce coulée dans laquelle on veut noyer ce serpentin, on constate qu'il n'est possible d'obtenir une pièce correcte, en particulier lorsque le serpentin n'a que quelques millimb- tres d1épaisseur, qu'a la condition d'absorber très rapidement les calories apportées par le métal liquide lors de sa coulée, et qui traversent la paroi dudit serpentin, de façon à éviter notamment que le tube constituant le serpentin puisse se percer a certains endroits, en permettant au métal coulé de venir obstruer ledit serpentin. L'utilisation d'eau sous pression comme fluide d'absorption des calories transmises à travers a paroi du serpentin, qui avait été initialement envisagée,présente toutefois de grands dangers en cas de percement accidentel du tube, car elle peut entrallner, dans ce cas, une forte explosion pouvant entratner parfois mort dthomte. Quant à l'utilisation d'air sous pression, inddpendamment du ceofficient d'échange thermique en général insuffisant pouvant etre obtenu entre le métal constituant le serpentin et cet air sous pression, la présence de l'oxygène contenu dans cet air sous pression entratne une oxydation brutale de la paroi du serpentin dit "effet de chalumeau" et la destruction de ce serpentin. Lorssquton utilise un gaz neutre aux lieu et place d'air sous pression, on évite bien l'effet de chalumeau, mais le coefficient d'6chanw ge thermique et la capacité d'extraction des calories restent dans ce cas encore insuffisants. Le procédé objet de la présente invention, consiste & faire passer a grande vitesse b I'intérieur dudit serpentin, et sous une pression appropriée, variable suivant les différents cas envisagés, un mélange diphasique eau-gaz a phase liquide dispersée, se présentant sous la forme d'une suspension turbulente, qui, par lteffet des chocs et de la vaporisation des fines gouttelettes liquides de ladite suspension sur les parois internes de ce serpentin, favorise l'échange thermique, en évitant cependant tout percement du métal peu épais entourant la cavité dudit serpentin et toute possibilité d'obstruction de cette cavité par le métal coulé, Conformément 8 la présente invention, l'eau est injectée dans le tube constituant ledit serpentin suivant une direction tangente a une section droite dudit tube, cette eau étant amenée par une sorte de gicleur de diamètre compris entre 2 et 4 mm avec un débit variable entre 1 et 5 litres/minute. Immédiatement en aval de l'arrivée d'eau est placé dans le tube un diaphragme servant a augmenter la turbulence et améliorer lato- misation de l'eau. Bien entendu, cette disposition n'est pas limitative et tout autre dispositif permettant d'atomiser de l'eau dans un tube dans lequel circule un gaz, peut être utilisé, la condition de pouvoir faire varier les débits d'eau entre les proportions limites indiquées ci-dessus, et que le dispositif permette d'obtenir des gouttelettes d'eau de diame- tre suffisamment faible. On comprend qu'il est nécessaire d'éviter toute aggloméra- tion de ces gouttelettes pour ne pas provoquer de freinage du gaz circulant dans ledit serpentin et pour ne pas engendrer éventuellement des surpressions dangereuses. On prendra donc soin d'adopter des dispositifs susceptibles de produire des mélanges diphasiques fortement dispersés, de façon è éviter tout risque d'obstruction accidentelle au cours de la coulée. Le procédé objet de la présente invention peut etre utilisé dans tous les cas ou l'on veut couler autour d'un serPentin tubulaire identique métallique de faible épaisseur un métallo celui constituant leditserperin.Ce procédé peut donc être utilisé en fonderie comme en sidérurgie. - I1 permet notamment de couler des pieces de fonderie ayant leur plus grande dimension disposée verticalement, et présentant, de ce fait, un volume et une section plus réduits que ceux des pièces pouvant être obtenues par les procédés traditionnels, une telle coulée pouvant titre obtenue avec une sécurité parfaite, et avec un prix de revient par faitement compétitif. Les caractéristiques de la présente invention seront mieux comprises la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre donné å titre d'exemple non limitatif et décrit en se référant au dessin annexe sur lequel - la fig.l est une coupe par son plan médian, d'un serpentin ayant son axe logé en totalité dans un plan ; - la fig.2 est une coupe diamétrale suivant II-II de la fig.3, d'un dispositif permettant d'engendrer la suspension turbulente susvisée ; et la fig.3 est une coupe suivant III-III de la fig.2. te serpentin visible sur la figura 1 est réalisé au moyen d'un tube l visible en coupe sur la gauche de ladite figure 1, et z l'intérieur duquel se trouve une cavité tubulaire la. Bien que l'exemple décrit concerne l'utilisation d'un serpentin ayant son axe logé en totalité dans un plan, il va de soi que nlimporte quelle forme de serpentin se développant sur trois dimensions peut egalerent titre utilisé sans modification du procédé faisant l'objet de l'invention. Le tube 1 est noyé ensuite dans une masse métallique 2 que l'on coule autour dudit serpentin, comme cela a été indiqué plus haut, et qui est constituée de préférence par le même métal que le serpentin, de façon d éviter toute solution de continuité au niveau de la surface de contact entre ledit serpentin et ladite masse coulée. Sur les figures 2 et 3, on voit que l'eau de ladite suspen8ion est projetée dans une chambre d'atomisation 3a par une sorte de gicleur 4 de 2 A 4 mm de diamètre, dans une direction tangente une section droite de ladite chambre, dont la paroi externe est constituée par un élément 3 prévu pour se visser sur le tube 1 et qui est solidaire d'un tube d'arrivée de gaz 5. Le filetage prévu sur le tube 1 est visible en 3b sur la figure 2, et le filetage interne de. ltélément 3 est visible en 3c sur la -mEme figure. Le débit d'eau au gicleur 4 peut varier entre 1 litre et 5 litres/minutes. Entre le tube 1 fileté à son extrémité postérieure, et le gicleur 4, est prévue une série de diaphragmes 6 dont l'un s'appuie sur un épaulement7, et qui sont séparés les uns des autres par des en tretoises tubulaires 8. Ces diaphragmes 6, logés immédiatement en aval de l'arrivée d'eau, servent a augmenter la turbulence et améliorer l'atomisation de l'eau. Or on peut remarquerque tout autre système d'atomiseur d'eau dans le tube d'arrivée de gaz, pourrait être utilisé de la même façon, b la condition de pouvoir faire varier les débits d'eau entre les limites indiquées ci-dessus, et de permettre l'obtention dlune dimension très fine de gouttelettes d'eau. On voit sur la figure 3, qu'il est avantageux de prévoir sur l'élément 3, au niveau des filetages 3b et 3c, une partie 3d en forme d'écrou six pans, facilitant le vissage de l'ensemble du tube 5 et de l'élément 3 sur le filetage externe du tube 1. I1 est bien entendu que l'on peut apporter au mode de réalisation qui vient d'être décrit divers autres changements, perfectionnements ou additions, et que l'on peut remplacer certains éléments par des éléments équivalents sans altérer pour cela l'économie générale de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une pièce métallique massive comportant intérieurement des parties évidées de faible section et de profil quelconque, ledit procédé étant caractérisé par le fait, qu'en vue de pouvoir couler autour d'un tube entourant lesdites parties évidées le même métal que celui constituant ledit tube, sans risquer, lors de la-coulée de ce métal, que la paroi de ce tube puisse se percer et que lesdites parties évidées puissent se trouver obturées, ou bien que ledit tube subisse par ramollissement une déformation trop importante, on injecte dans ce tube une dispersion diphasique liquideZgaz se présentant sous la forme d'une suspension turbulente de très fines gouttelettes de liquide non susceptibles de se rassembler, en atomisant ce liquide à l'intérieur d'un courant gazeux suivant une direction tangente à une section droite d'une extrémité dudit tube. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'en vue d'augmenter la turbulence de ladite dispersion, et d'améliorer l'atomisation dudit liquide, on place,dans la chambre d'atomisation prévue en amont dudit tube, au moins un diaphragme, ou une série de diaphragmes écartés les uns des autres de façon appropriéei à une distance convenable du gicleur d'atomisation de ce liquide. 3. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'on utilise > pour engendrer ladite dispersion, un débit d'eau compris entre 1 litre et 5 litres/minute débouchant dans ladite chambre d'atomisation par l'intermédiaire d'un gicleur de 2 A 4 ima de diamètre. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'on utilise comme gaz un gaz neutre tel que l'azote, avec un débit compris entre 2m et 3m3/minute de façon å obtenir un rapport liquide compris entre 1/3.000 et 1/2.000 et une densité de ladite disper signe comprise entre 1,6 x 10 3 et 2 x 10 3. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé par le fait qu'on utilise une pression d'azote de l'ordre de ss kilos/cm2 et une pression d'eau en amont du gicleur de ltordre de 4 kilos/cm2, de façon à obtenir, sur le détendeur d'azote, une indication de l'ordre de 1 kilo/cm2, et sur celui de liteau, une indication de l'ordre de 2,5 kilos/cm2. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'on utilise comme liquide pour constituer ladite dispersion diphasique, un métal liquide tel que du sodium fondu, ou un sel fondu que l'on disperse à l'intérieur dudit gaz neutre. 7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 3 a 5, caractérisé par le fait qu'on attend environ 10 à 20 secondes apres avoir ouvert le robinet d'injection azote, pour ouvrir le robinet dfeau, et qu'on ne commence la coulée du métal sur ledit tube qu'après un nouveau laps de temps de l'ordre de 20 secondes. 8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé par le fait qu'après la fin de la coulée, on réduit de moitié la pression d'arrivée d'azote, et qu'après.un temps de l'ordre de 10 à 12 minutes après cette fin de coulée, on coupe l'arrivée d'eau, la pression d'azote pouvant alors ètre avantageusement remontée temporairement pour chasser toute l'eau contenue dans ledit tube avant de couper à son tour l'arrivée de gaz.