Brevet FR2429634A1 — publié le 19800125

La présente invention concerne un procédé permettant de couler des pièces façonnées métalliques dans une coquille ou moule analogue et un dispositif permettant la mise en oeuvre de ce procédé. Dans les procédés de coulée en coquille, contrairement à ce qui se passe dans les procédés de coulée en lingotière, on fabrique des ébauches façonnées finies qui, certes, nécessitent la plupart du temps au point de vue de leur forme, un usinage supplémentaire (ébarbage, sablage, etc.) mais qui, néanmoins, ont en majeure partie reçu leur forme définitive. Dans la coulée en lingotière, on coule des lingots qui, après la coulée, doivent tout d'abord être laminés. Dans la coulée classique comportant un jet de coulée à l'air libre non protégé, le métal fondu risque de former, avec l'oxygène de l'air, des oxydes qui pénètrent dans la masse fondue en cours de solidification, de sorte que la pièce coulée solidifiée contient des inclusions d'oxyde et, en particulier, dans les coquilles refroidies ou métalliques, présente à sa surface des couches d'oxyde qui, après leur élimination, laissent subsister des surfaces irrégulières et rugueuses. Dans le domaine de la coulée en lingotière, il est déjà connu, d'après le brevet U.S. nO 1 978 222, pour éviter une oxydation du métal fondu à l'air, d'introduire de l'azote à l'état gazeux dans la lingotière avant et pendant la coulée. A cet effet, il est prévu des conduites qui pénètrent profondément dans la lingotière pour amener le gaz sur le fond de la lingotière vide. Après cette opération, les conduites sont retirées. Pendant la coulée, on introduit de nouveau de l'azote à l'état gazeux, par l'intermédiaire d'une conduite dont la courte extrémité recourbée pénètre dans la lingotière en passant au-dessus du bord de celle-ci. Le gaz qui se détend et remonte sous l'effet de l'échauffement est destiné à protéger le jet de coulée en chute contre l'oxygène de l'air. Les inconvénients de cette façon de procéder sont l'enlèvement et la remise en place de conduites compliqués et difficultueux, la forte consommation d'azote résultant de la grande section droite libre de la lingotière et, en particulier lors des courants d'air qui se produisent souvent dans les fonderies, la protection insuffisante du jet de coulée par suite de laquelle les lingots, indépendamment de l'élimination de l'extrémité éboutée, doivent souvent être décapés au chalumeau pour éliminer les couches d'oxyde adhérant à la surface. L'invention a pour but de réaliser, dans le domaine de la coulée en coquille ou autre moule analogue, un procédé et un dispositif au moyen desquels on peut fabriquer, d'une manière économique et épargnant du temps, des pièces façonnées de façon régulière, n'exigeant tout au plus au point de vue de leur forme qu'un léger usinage ultérieur et exemptes d'oxyde, ou tout au moins pauvres en oxyde. Le procédé suivant l'invention est remarquable en ce qu'avant le début de la coulée, une quantité prédéterminée de gaz inerte liquéfié est amenée dans la coquille à partir du haut, en ce que, pendant la coulée, du gaz inerte à l'état gazeux ou liquéfié est continuellement introduit dans la coquille et évacué à travers un orifice de passage pratiqué dans la partie supérieure extrême de la coquille, et en ce qu'immédiatement avant la fin de la coulée, l'admission de gaz est interrompue. Gracie au fait que le gaz inerte est versé dans la coquille à l'état liquéfié, il parvient de lui-même sous l'action de la pesanteur sur le fond de la coquille. Le gaz liquide qui se volatilise et qui chasse l'air de la coquille à travers l'orifice de passage ne peut pas être évacué ou s'échapper rapidement dans l'atmosphère, de sorte que la consommation de gaz peut être maintenue relativement faible. En interrompant l'admission de gaz immédiatement avant la fin de la coulée, on évite que la partie supérieure de la pièce façonnée prenne une forme irrégulière par formation de bulles entre la surface du bain et le côté supérieur de la coquille. Comme le métal fondu ne peut pas venir en contact avec l'oxygène de l'air dans la coquille, la qualité de la pièce façonnée solidifiée est considérablement améliorée. En particulier, les surfaces métalliques deviennent régulières et lisses et, par conséquent, de bel aspect. Une autre simplification pait être réalisée grâce au fait que, pendant la coulée, également, du gaz liquéfié est introduit dans la coquille à partir du haut, car avec cette disposition, on peut se passer d'une conduite séparée de gaz en phase gazeuse. L'invention vise en outre des modes de mise en oeuvre avantageux du procédé défini ci-dessus dans lesquels - du gaz inerte liquéfié est introduit dans la coquille à partir du haut pendant la coulée - le métal fondu introduit dans la coquille et le gaz évacué traversent le même orifice de passage - le gaz est admis de façon continue pendant un laps de temps précédant le début de la coulée, qui correspond au moins au rapport entre la capacité de la cavité de la coquille et le volume à l'état gazeux de la quantité de gaz liquéfié introduite par seconde - le gaz inerte est de l'azote liquéfié et est introduit à raison de 1 à 5 ml par seconde - le gaz est amené dans la coquille à travers un autre orifice de passage. L'invention vise enfin des formes d'exécution avantageuses du dispositif défini ci-dessus, dans lesquelles - la coquille métallique comporte au moins une plaque-couvercle et l'admission du gaz s'5ffectue, pendant la coulée, par l'intermédiaire d'une ccnduite liée de façon amovible à la plaque-couvercle, et qui communique avec un autre orifice de passage ; - l'admission du gaz, avant la coulée, et l'admission du gaz pendant la coulée s'effectuent par l'intermédiaire d'une seule et même conduite et celle-ci présente une cloison à orifice calibré et un organe de fermeture - dans l'orifice de passage servant à l'échappement du gaz et à l'admission du métal fondu est inséré un tube faisant saillie vers le haut. Il est particulièrement prévu d'utiliser le procédé suivant l'invention pour la coulée d'alliages ferreux. L'invention sere mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen du dessin joint dont la figure unique en représente, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution. Une coquille métallique 1 présente, dans sa partie supérieure extrême, une plaque-couvercle plane amovible, également métallique 2, percée de deux orifices de passage 5 et 6. L'une des extrémités d'une conduite 7 d'admission d'azote liquide est liée de façon amovible et avec une herméticité aussi grande que possible, par l'intermédiaire d'un tronçon de tube 11, au moyen de colliers de serrage 12, ou d'un autre élément de fixation approprié, à la plaquecouvercle 2 et communique avec l'orifice de passage 6. L'autre extrémité de la conduite 7 est reliée à un réservoir, non représenté, d'azote liquide ou d'un autre gaz inerte liquéfié. A la plaque-couvercle 2 est fixé de façon amovible et aussi hermétique que possible, concentriquement à l'orifice de passage 5, un tube 15 faisant saillie vers le haut qui peut être, par exemple, en matériau ignifuge. Avant l'opération de coulée, on monte la plaque-couvercle 2, conjointement avec le tube 15 et le tronçon de tube Il, sur la coquille 1, dont la cavité 14 contient environ 15 litre; et l'on fixe la conduite 7 au tronçon de tube 11. Un récipient de coulée 16 rempli de métal fondu 17 est amené avec son trou de coulée 21 côté fond, encore fermé, au-dessus de l'orifice de passage 5 ou du tube 15. Pour s'assurer que l'air contenu dans la coquille 1 a été entièrement chassé de celle-ci avant la coulée, on introduit une quantité déterminée d'azote liquide 22 à partir de la conduite 7, à laquelle sont incorporés, pour assurer une régulation quantitative constante, une cloison à orifice calibré 23 et un organe de fermeture 27, dans la coquille 1 vide, quantité qui goutille sur le fond de la coquille. Etant donné que 1 ml d'azote liquide fournit, à la température ambiante, environ 600 ml d'azote à l'état gazeux, pour une admission de gaz liquide de 2 ml/s, il parvient environ 1,2 litre/seconde de gaz inerte dans la coquille ; la conduite 7 devrait donc être maintenue ouverte pendant un laps de temps précédant le début de la coulée, d'une durée d'au moins 15/1,2 = 12,5 secondes, pour l'admission de l'azote liquide. Immédiatement après ce laps de temps, le trou de coulée 21 est débouché et le métal liquide 17 parvient, sous la forme d'un jet 28, à travers le tube 15, dont le diamètre intérieur est légèrement plus grand que le diamètre du jet 28, dans la coquille 1. L'avantage de cette façon de procéder réside en ce que l'organe de fermeture 27 n'a plus besoin d'être actionné.La surface 29 du bain de métal liquide dans la coquille 1 s'élève lors de la coulée ; en conséquence, le gaz liquide volatilisé est déplacé et refoulé à travers le tube 15, de sorte qu'un rideau de gaz 33 s'écoulant vers le haut, qui est dévié par le côté inférieur du récipient 16, protège le jet 28 s'écoulant vers le bas conte un contact avec l'air. La quantité de gaz liquide admise pendant la coulée et qui, en raison de la présence de l'orifice calibré constant de la cloison 23, est également de 2 ml/s, sert uniquement de quantité complémentaire pour entretenir le rideau de gaz, dont la présence peut être vérifiée au moyen d'un petit morceau de bois incandescent. En effectuant la coulée à travers deux orifices de passage 5, on peut réduire de moitié le temps de coulée ; toutefois dans ce cas, la quantité de gaz admise doit être doublée.Environ 1 à 4 secondes avant la fin de la coulée, l'admission de gaz dans la conduite 7 est interrompue car autrement, des poches de gaz entre la surface 29 du bain et la plaque-couvercle 2 pourraient créer des surfaces irrégulières dans la partie supérieure de la pièce façonnée. Lors d'essais avec des alliages chromés, on a pu fabriquer des pièces façonnées présentant des surfaces métalliques lisses et régulières. Au voisinage des orifices de passage 5, 6, un léger usinage supplémentaire fut parfois nécessaire. Dans le matériau, on n'a constaté aucune absorption d'azote mais, par contre, on a observé une forte diminution d'inclusions d'oxyde. Le taux de rebut a pu être fortement abaissé. La quantité de gaz admise avant la coulée ne doit pas être trop grande et doit de préférence s'effectuer en continu car, autrement, une dissipation d'azote dans le métal risque de se produire. Le plus économique consiste à introduire le gaz par l'intermédiaire d'un orifice de passage séparé 6 et à l'écart du jet de métal fondu 28, directement dans la cavité 14 de la coquille. Le procédé suivant l'invention peut aussi bien être utilisé pour la coulée en chute comme décrit, que pour la coulée en source. Il est particulièrement avantageux d'utiliser le procédé suivant l'invention pour des alliages ferreux et, par exemple, pour de l'acier moulé. REVENDICATIONS 1 - Procédé permettant de couler des pièces façonnées métalliques dans une coquille ou moule analogue, caractérisé en ce qu'avant le début de la coulée, une quantité prédéterminée de gaz inerte liquéfié est amenée dans la coquille à partir du haut, en ce que, pendant la coulée, du gaz inerte à l'état gazeux ou liquéfié est continuellement introduit dans la coquille et évacué à travers un orifice de passage pratiqué dans la partie supérieure extrême de la coquille, et en ce qu'immédiatement avant la fin de la coulée, l'admission de gaz est interrompue. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pendant la coulée, du gaz inerte liquéfié est introduit dans la coquille à partir du haut. 3 - Procédé de coulée en chute suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le métal fondu versé dans la coquille et le gaz évacué de celle-ci traversent un seul et même orifice de passage. 4 - Procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le gaz est admis de façon continue, avant le début de la coulée, pendant un laps de temps correspondant au moins au rapport entre la capacite de la cavité de la coquille et le volume à l'état gazeux de la quantité de gaz liquéfié admise par seconde. 3 - Procédé suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le gaz inerte est de l'azote liquéfié et est introduit à raison de 1 à 5 millilitres par seconde. 6 - Procédé suivant l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le gaz est amené dans la coquille à travers un orifice de passage séparé. 7 - Dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la-coquille ou moule métallique permanent comporte au moins une plaquecouvercle présentant un orifice de passage qui sert à l'évacuation du gaz et en ce que l'admission du gaz pendant la coulée s'effectue par l'intermédiaire d'une conduite liée de façon amovible à cette plaque-souvercle et qui communique avec un autre orifice de passage. 8 - Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que l'admission du gaz avant la coulée et l'admission du gaz pendant la coulée s'effectuent par l'intermédiaire d'une seule et même conduite et en ce que cette conduite contient une cloison à orifice calibré et un organe de fermeture. 9 - Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que, dans l'orifice de passage servant à l'évacuation du gaz et à l'admission du métal fondu, est inséré un tube faisant saillie vers le haut. 10 - Mode d'utilisation du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on coule des alliages ferreux.