Brevet FR2459097A1 — publié le 19810109

La présente invention, due à MEDOVAR Boris Izrailevich, BOIEO Georgy Alexandrovich, DUBINSKY Rudoie Solomonovich, EGOROV Sergei Petrovich, concerne un procédé et un dispositif pour la production de pièces coulées avec une partie terminale à section transversale élargie, telles que des ébauches de bielles, de tiges de piston, de soupapes de moteurs marins, ces pièces étant obtenues par coulée de métaux sous laitier électroconducteur. Dans la majorité des cas les ébauches du type mentionné sont en acier et elles sont formées par forgeage et par matriçage La refusion sous laitier électroconducteur permet d'obtenir des métaux destinés à des organes jouant un r81e essentiel dans des installations ou machines. Ces métaux présentent une teneur en impuretés minimale et une haute homogénéité chimique et physique. On connaît l'application de la refusion sous laitier électroconducteur pour obtenir une gamme assez large de lingots de forme relativement simple, mais les tentatives faites en vue d'obtenir des pièces coulées d'une forme plus compliquée se sont heurtées à un grand nombre de difficultés. C'est ainsi que, pour la production de pièces coulées à section transversale variable en hauteur ou en longueur, par refusion sous laitier électroconducteur, on utilise une électrode consommable à section transversale variable ou bien plusieurs électrodes ayant des sections transversales différentes. L'électrode, ou les électrodes, fondent alors dès le début du processus de refusion et jusqu a sa fin, lesdites électrodes étant connectées à une source d'énergie électrique d'après un schéma électrique unique, en général un schéma monophasé "électrode plaque de fond" (v. Latash Yu. V., Medovar B.I., Elektroshlskovy pereplav, "Metallurgia", M., 1970, pp. 125-127). Des dispositifs monophasés (à une électrode) représentent actuellement le type principal d'installatinns industrielles pour la refusion sous laitier électroconducteur, installations sur lesquelles on coule généralement des lingots à affiner de section carrée et des lingots à forger de section ronde. Les dispositifs monophasés existants, pour la production de pièces coulées par refusion sous laitier électroconducteur, comportent une alimentation en courant non compensée,le circuit d'alimentation étant de grande longueur et comportant généralement une électrode en acier magnétique. Ces dispositifs présentent par conséquent une réactance élevée et des caractéristiques techniques et économiques relativement faibles. Une augmentation du poids et de la section du lingot nécessite un élargissement de la section de l'électrode. Pour procéder à la refusion sous laitier électroconducteur, on a besoin d'un courant toujours plus élevé. La réactance des dispositifs monophasés de conception traditionnelle augmente considérablement avec le poids du lingot, tandis que les valeurs du cos et du rendement s'abaissent au-dessous des valeurs limites admissibles. En outre, la longueur et la forme du circuit des dispositifs monophasés connus se modifient considérablement au cours de la fusion par suite du raccourcissement graduel de l'élec- trode consommable, ce qui provoque une variation de tension sur le bain de laitier et des modifications des conditions de fusion de l'électrode et de solidification du lingot, ce qui à son tour influence défavorablement la qualité du métal. le problème d'une utilisation efficace de la puissance électrique utile est résolu dans un dispositif décrit dans le brevet d'invention Grande-Bretagne nO 1 117 202 au nom du déposant de la présente demande. Dans ce brevet, on a proposé de brancher dans le circuit du dispositif deux électrodes en série avec le secondaire d'un transformateur monophasé, grâce à quoi le courant électrique passe par l'une des électrodes, par le bain de laitier et une partie du métal partiellement fondu, pour aboutir à l'autre électrode.Tous les éléments de ce circuit, que l'on va qualifier par la suite C1? circuit "électrode-électrode", sont disposés en parallèle et en opposition à une distance telle que sa compensation est assurée d'une façon similaire à celle qui a lien dans un enroulement bifilaire de bobines de résistance. En fabriquant des pièces coulées à section transversale variable selon leur longueur ou leur hauteur, dans des installations de refusion sous laitier électroconducteur traditionnelles, on se heurte à des difficultés pour le choix des électrodes qui doivent assurer un remplissage uniforme du moule sans amoindrir l'efficacité d'utilisation de la puissance électrique. Ainsi, en fabriquant des pièces coulées du type mentionné sur des installations monophasées à une ou plusieurs électrodes consommables, branchées d'après le schéma "électrode - plaque de fond", outre les difficultés déjà mentionnées, on se trouve devant la nécessité de réajuster l'installation dès que le métal a rempli la partie du moule à section élargie. Pour cela on doit employer, soit plusieurs électrodes, soit une électrode de grande section transversale. D'autre part, la production de pièces coulées du type mentionné sur des installations monophasées avec au moins deux électrodes branchées d'après le schéma "électrode-électrode", malgré l'amélioratinn des performances économiques, donne lieu à des difficultés dues au remplissage par le métal de la partie du moule à section rétrécie, même si les électrodes mentionnées peuvent assurer un remplissage uniforme de la partie du moule à section élargie. Ceci provient de l'impossibilité d'introduire des électrodes dans la partie du moule de section rétrécie. D'après le brevet U.S. nO 3 783 168 on connalt un disposi- tif pour la refusion de métaux sous laitier électroconducteur, en pièces coulées, comportant une lingotière à refroidissement installée sur une plaque de fond reliée par un commutateur à l'une des deux bornes d'une source d'énergie électrique, et au moins deux électrodes consommables dont l'une est reliée à la même borne que la plaque de fond et l'autre à l'autre borne de la même source d'énergie électrique. Ce dispositif permet d'obtenir des pièces coulées de formes simples, mais, lorsqu'on essaye d'obtenir des lingots de formes profilées, en particulier du type mentionné précédemment, on se heurte aux difficultés évoquées ci-dessus. L'invention a précisément pour but d'éliminer ces difficultés. L'invention vise donc à procurer un procédé de production de pièces coulées avec une partie terminale à coupe transversale élargie, par coulée de métaux sous laitier électroconducteur, et à procurer également un dispositif pour la réalisation de ce procédé, dispositif qui, gracie à la continuité de fusion des électrodes dans un ordre déterminé, permettrait un remplissage plus uniforme de la lingotière par du métal fondu et, par conséquent, une qualité améliorée-de la pièce coulée. Le procédé selon l'-invention, pour la productinn de pièces coulées avec une partie terminale à coupe transversale élargie, est un procédé par caulée de métaux dans une lingotière de forme appropriée installée sur une plaque de fond connectée à l'une des deux bornes d'une source d'énergie électrique, avec fusion d'au moins deux électrodes consommables connectées respectivement aux bornes différentes de la susdite source d'énergie électrique, le susdit procédé étant caractérisé en ce que l'on forme la partie de la pièce coulée à section transversale non-élargie en faisant fondre l'électrode consommable connectée à la source d'énergie électrique en série avec la plaque de fond, et que l'on forme ensuite la partie de la pièce coulée à section transversale élargie en faisant fondre simultanément les deux électrodes connectées en série à la source d'énergie électrique en question. Un tel ordre de fusion des électrodes et de dép8t du métal dans la lingotière permet d'obtenir en continu des pièces coulées du type précité. En d'autres termes, la fusion de l'une des électrodes branchée d'après le schéma "électrode-plaque de fond", suivie de la fusion d'au moins deux électrodes branchées selon le schéma "électrode-électrode", rend possible la refonte, d'une part, à l'intérieur d'une partie étroite ou non-élargie de la lingotière, d'au moins une électrode, et, d'autre part, à l'intérieur de la partie élargie de la lirgotière, d'une pluralité d'électrodes, ce qui permet de remplir la cavité de la lingotière d'une façon uniforme. En disposant les électrodes d'une manière telle que l'une au moins d'entre elles soit introduite dans la partie étroite de la lingotière, tandis qu'au moins une autre électrode est installée à un niveau tel que, aussitôt achevée la formation d'une partie de la pièce coulée dans la partie étroite de la lingotière elle ferme un circuit électrique comportant les deux susdites électrodes et la source d'énergie électrique, il devient alors possible de passer de l'opération de formation de la partie de la pièce coulée à section transversale non-élargie à la formation de la partie de la pièce coulée à section transversale élargie sans l'intervention de l'opérateur. Dans ce cas, le circuit se ferme par le bain de laitier et on fait fondre simultanément toutes les électrodes branchées selon le schéma "électrode-électrode". Le procédé selon l'invention, pour la production de pièces coulées avec partie terminale à section transversale élargie par coulée de métaux sous laitier électroconducteur, peut être réalisé à l'aide d'un dispositif comportant une lingotière à refroidissement installée sur une plaque de fond connectée, par l'intermédiaire d'un commutateur, à l'une des deux bornes d'une source d'énergie électrique, et au moins deux électrodes consommables, dont l'une est connectée à la même borne que la plaque de fond et l'autre à l'autre borne de la même source d'énergie électrique, le susdit dispositif étant caractérisé en ce que les électrodes sont installées de façon telle que leurs extrémités de travail soient disposées, par rapport à la plaque de fond, à deux niveaux différents, l'extrémité de travail de l'électrode connectée à la même borne de la source d'énergie électrique que la plaque de fond étant disposée au niveau le plus élevé. le dispositif suivant l'invention permet de mettre en oeuvre le procédé de production de pièces coulées avec partie terminale à section transversale élargie, par coulée de métaux sous laitier électroconducteur et, par conséquent, ce dispositif assure un remplissage uniforme de la lingotière, une qualité élevée des pièces coulées et une consommation d'énergie électrique réduite par rapport aux dispositifs dans lesquels l'électrode ou les électrodes sont branchées selon le schéma "électrode plaque de fond". L'invention peut être mise en oeuvre avec les mêmes effets si les électrodes sont de longueurs différentes et fixes l'une par rapport à l'autre, ou si elles sont de même longueur et fixes l'une par rapport à l'autre. L'électrode consommable dont l'extrémité de travail est disposée au-dessous de l'extrémité correspondante de l'autre électrode est montée mobile par rapport à la plaque de fond. En outre, cette électrode peut avoir une section transversale variable et peut comporter deux parties non coaxiales. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation préférés mais non limitatifs, description se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est la représentation schématique d'un dispositif selon l'invention, l'une des électrodes étant branchée selon le schéma "électrode - plaque de fond" - la figure 2 est la représentation schématique du dispositif de la figure 1 avec les électrodes branchées selon -le schéma nélectrode-électrode" ;; - la figure 3 est la représentation schématique d'un dispositif conforme à l'invention, comportant des électrodes mobiles l'une par rapport à l'autre - la figure 4 est la représentation schématique d'un dispositif conforme à l'invention, comportant une électrode mobile par rapport à la plaque de fond - la figure 5 est la représentation schématique d'électrodes conformes à l'invention, dont l'une est de section transversale variable --la figure 6 est la représentation schématique d'électrodes dont l'une est de section transversale variable, en conformité avec un autre mode de réalisation de l'invention - la figure 7 représente des électrodes dont l'une est composée de deux parties non coaxiales - la figure 8est la représentation schématique d'un dispositif selon l'invention,,les électrodes étant branchées parallèlement et en série au premier stade de travaill; - la figure 9 est semblable à la figure 8 mais correspond au deuxième stade de travail - la figure 10 est la représentation schématique d'un autre mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention, les électrodes étant branchées parallèlement et en série, au premier stade de travail - la figure li correspond à la figure 10, mais au deuxième stade de travail. les figures de 1 à 3 représentent schématiquement un mode de réalisation d'un dispositif pour la production de pièces coulées avec une partie terminale à section transversale élargie, telles que des ébauches de bielles de moteurs marins, par coulée de métaux sous laitier électroconducteur selon le procédé conforme à l'invention. le dispositif comprend une lingotière à-refroidissement 1 d'une forme déterminée appropriée à celle de la pièce et comportant une partie 2 à section transversale élargie et une partie 3 à section transversale non-élargie. La lingotière ouverte 1 est installée sur une plaque de fond 4 et peut être fixe, comme représenté aux figures 1 et 2, ou mobile, comme montré à la figure 11. Au moins deux électrodes consommables, à savoir une électrode consommable 5 et une électrode consommable 6, sont fixées au-dessus de la lingotière 1 en étant en partie engagées dans ladite lingotière. le nombre d'électrodes peut être supérieur à deux, compte tenu de l'aire de la section transversale de la lingotière et de celle des électrodes, ce qui découle d'une relation connue reliant les dimensions de la lingotière et celles des électrodes.Les électrodes 5 et 6 sont fixées dans un porteélectrodes 7 et sont isolées l'une de l'autre par des joints isolants 8. L'énergie électrique est amenée aux électrodes 5 et 6 à partir d'une source d'énergie électrique telle qu'un transformateur monophasé 9. Dans ce cas, l'électrode 5 est branchée dans le circuit du secondaire 10 du transformateur 9 (plus précisément elle est connectée à l'une des sorties du secondaire 10 qui est repérée en 11), tandis que l'électrode 6 est branchée dans le circuit du secondaire 10 par l'intermédiaire de sa deuxième sortie 12. Pour fermer le circuit électrique au cours du travail, la plaque de fond 4 est connectée à la sortie 12 par un commutateur 13 qui peut être de n'importe quelle conception convenable. De cette façon, dans le dispositif conforme à l'invention, on peut former-deux circuits électriques, à savoir : un premier circuit où les électrodes 5 et 6 sont branchées d'après le schéma "électrode-électrode", et un deuxième circuit où l'électrode 5 est branchée d'après le schéma "électrode - plaque de fond". Conformément à l'invention, l'électrode consommable 5 et l'électrode consommable 6 sont montées de manière que leurs extrémités de travail 5a et 6a soient disposées à deux niveaux différents par rapport à la plaque de fond 4, et notamment que l'extrémité de travail 5a soit disposée à un premier niveau et l'extrémité de travail 6a, à un deuxième niveau différent du précédent. On voit figure 1 que l'électrode 5 est plus courte que l'électrode 6 et que son extrémité de travail 5a est disposée plus haut que l'extrémité de travail 6a de l'éleùtrode 6. L'électrode consommable 6 étant plus courte que l'électrode consommable 5, on choisit la longueur et la sectinn transversale des électrodes, ainsi que leur nombre, en tenant compte de la capacité de la lingotière. La représentation schématique illustrée du dispositif conforme à l'invention ne comportant que las éléments constructifs nécessaires à comprendre l'invention, il est clair que, pour la réalisation industrielle de l'invention, on aura besoin d'autres moyens tels qu'un système d'amenée et d'évacuation de l'eau ou d'un autre. agent de refroidissement de la lingotière et de la plaque de fond, un système d'aspiration des gaz dégagés au cours de la fusion du métal, un système de contre du processus, et d'autres systèmes classiques en la matière qui ne sont ni représentés, ni décrits en détails. le procédé conforme à l'invention sera illustré dans ce qui suit dans le cas de son application à un dispositif pour le refusion de métaux sous laitier électroconducteur en vue d'obtenir des pièces coulées avec partie terminale à section transversale élargie. Après avoir formé dans la lingotière 1, par un procédé connu, par exemple par coulée d'un laitier préalablement fondu, un bain de laitier 14, on procède à la fusion des électrodes 5 et 6. Dans ce cas, on fait fondre l'électrode consommable 5. A mesure que l'on fait fondre l'électrode consommable 5, il se forme une partie de la pi8ce- coulée dans la partie 3 à section transversale non-élargie ou étroite de la lingotière 1. Pendant ce temps, 11 électrode consommable 5 est branchée en série dans un circuit comportant l'électrode 5 elleniAeme, un appareil de mesure ou ampèremètre 15, le secondaire 10 du transformateur monophasé 9,le commutateur 13, et la plaque de fond 4.Pendant que.la pièce coulée se forme dans la partie 3 d-e la lingotière 1, le courant électrique traverse le corps de la pièce coulée, le métal fondu 16 et le bain de laitier 14. L'électrode consommable 5 est branchée selon le schéma "électrode - plaque de fond" et l'on contrôle l'avance de l'électrode d'après le courant, qui passe par l'électrode consommable 5 et qui est mesuré par l'ampèremètre 15. Quand la partie élargie 2, du fait de la formation de la pièce coulée dans la partie étroite de la lingotière 1, est remplie de bain de laitier 14, l'extrémité 6a de l'électrode consommable 6 est immergée dans ce bain de laitier 14. Ceci fait passer un courant électrique dans le circuit comportant le secondaire 10, un appareil de mesure tel qu'un ampèremètre 17, l'électrode consommable 6 et l'électrode consommable 5. L'intensité de ce courant, qui est contrôlée par l'ampèremètre 17, s'accroît en fonction de la profondeur d'immersion de l'électrode consommable 6, et, quand elle atteint une valeur égale à la moitié de l'intensité du courant de travail total, le commutateur 13 débranche la plaque de fond 4. Dès ce moment commence la fusion des électrodes dans la partie élargie 2. Conformément à l'invention, l'électrode consommable 5 et l'électrode consommable 6 peuvent être de longueur égale, mais, dans ce cas, elles sont montées mobiles l'une par rapport à l'autre dans des porte-électrodes indépendants 18 et 19 de manière que leurs extrémités de travail Sa et 6a soient disposées à des niveaux différents (figure 3). Cette condition sera également respectée Si l'on monte l'électrode consommable 5 mobile par rapport à la plaque de fond 4 et si l'on fixe l'électrode consommable 6 (figure 4). Dans ce cas l'électrode consommable 6 peut être fixée à la lingotière 1. Comme représenté aux figures Set 6 l'une des électrodes, par exemple l'électrode consommable 5, peut avoir une section transversale variable. Une telle électrode peut être fabriquée d'une seule pièce ayant des parties à sections différentes, ou bien être fabriquée par soudure de telles parties à sections différentes. L'une des électrodes peut comporter deux parties non coaxiales (figure 7). Comme représenté aux figures 8 et 9, un dispositif conforme à l'invention peut comprendre au moins trois électrodes consommables 25, 26 et 27. les électrodes 25, 26 et 27 sont alors connectées entre elles en parallèle et en série en fonction du circuit de connexion, c'est-à-dire que dans le circuit "électrode-plaque de fond" les électrodes 25 et 26 sont mises en parallèle et dans le circuit "ectrode-électrode11 elles sont mises en série, l'électrode 27 reliant, dans les deux cas, lesdites électrodes 25 et 26. Pendant le travail, l'électrode consommable 27 fond en étant branchée selon le schéma "électrode-plaque de fond". L'électrode consommable 27 étant complètement fondue, un appareil 28 de mesure de la résistance entre les extrémités de travail, ou bien entre les extrémités supérieures des électrodes 25 et 26, va enregistrer un accroissement de cette résistance. L'accroissement de la résistance est provoqué par la fermeture du circuit de l'appareil 28 par le bain de laitier 14 dont la résistance est sensiblement plus levée que celle du métal fondu 16. le commutateur 13 va débrancher la sortie 12 de la plaque de fond 4 et la brancher sur l'électrode consommable 25. Ensuite, la fusion des électrodes va s'effectuer selon le schéma "électrode-électrode" (figure 9). Un autre mode de réalisation de l'invention est représenté aux figures 10 et 11. Conformément à ce mode de réalisation, le dispositif comporte au moins cinq électrodes consommables 31, 32, -33, 34 et 35. les électrodes consommables 31 et 34 sont branchées parallèlement dans un circuit "électrode - électrode" avec les électrodes consommables 32 et 33 branchées, elles aussi, parallèlement dans le circuit. L'électrode consommable 35 est connectée aux électrodes consommables 32 et 33 en formant un circuit "électrode - plaque de fond". Àu cours du travail, pendant la formation de la partie de la pièce coulée à coupe transversale non-élargie, le courant électrique traverse les électrodes 32, 33 et 35 et ensuite la plaque de fond 4. l'électrode consommable 35 étant complètement fondue, les électrodes restantes commencent à travailler d'après le schéma "électrode - électrode, ctest-à-dire que le courant électrique va passer entre les électrodes consommables 31 et 32, 33 et 34, la plaque de fond 4 étant débranchée (figure 11). le dispositif décrit-permet d'obtenir des pièces coulées du type énoncé, le nombre et la forme des électrodes pouvant être choisis à volonté, compte tenu du schéma de branchement et de l'ordre de travail stipulés par les revendications ci-annexées. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à celui de ses modes d'application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus particulièrement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la production de pièces coulées avec une partie terminale à section transversale élargie, par coulée de métaux sous laitier électroconducteur dans une lingotière d'une forme déterminée installée sur une plaque de fond connectée à l'une des deux bornes d'une source d'énergie électrique, avec fusion d'au moins deux électrodes consommables connectées respectivement aux bornes différentes de la susdite source d'énergie électrique, le susdit procédé étant caractérisé en ce que l'on forme la partie de la pièce coulée à section transversale nonélargie en faisant fondre l'électrode consommable connectée à la source d'énergie électrique en surie avec la plaque de fond, et que l'on forme ensuite la partie de la pièce coulée à section transversale élargie en faisant fondre simultanément les deux électrodes connectées en série à la source d'énergie électrique en question. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on commence la formation de la pièce coulée à section transversale non-élargie par l'introduction de l'électrode consommable connectée à la source d'énergie électrique en série avec la plaque de fond, dans la lingotière jusqu'à ce que cette électrode vienne au contact de la surface du bain de laitier et forme ainsi le circuit électrique, ce qui entraîne le début de la fusion de i'extrémité de travail de cette électrode, l'autre électrode consommable, connectée conjointement avec ladite électrode en série à la même source d'énergie électrique, étant disposée de façon telle qu'après l'achèvement de la formation de la partie de la pièce coulée à section transversale non-élargie elle ferme le circuit électrique. 3. Procédé de production des pièces coulées avec partie terminale à section transversale élargie suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'après la fermeture du circuit électrique, par l'intermédiaire du bain de laitier, par l'électrode consommable connectée en série à la source d'énergie électrique conjointement avec l'électrode consommable connectée à ladite source d'énergie électrique en série avec la plaque de fond, on fait fondre simultanément les deux électrodes consommables. 4. Dispositif pour la réalisation du procédé suivant la revendication 1, comportant une lingotière à refroidissement installée sur une plaque de fond connectée, par l'intermédiaire d'un commutateur, à l'une de deux sorties d'une source d'énergie électrique, et au moins deux électrodes consommables dont l'une est connectée à la même sortie que la plaque de fond et l'autre est connectée à l'autre sortie de ladite source d'énergie électrique, le susdit dispositif étant caractérisé en ce que les susdites électrodes sont montées de façon que leurs extrémités de travail soient disposées à deux niveaux différents par rapport à la plaque de fond, l'extrémité de travail de l'électrode connectée à la même sortie de la source d'énergie électrique que la plaque de fond étant disposée au niveau le plus élevé. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites électrodes consommables sont de longueur différente et montées fixes l'une par rapport à l'autre. 6. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites électrodes consommables sont de longueur égale et montées mobiles l'une par rapport à l'autre. 7. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'électrode consommable dont l'extrémité de travail est disposée au niveau le plus bas est montée mobile par. rapport à la plaque de fond. 8. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'électrode consommable dont l'extrémité de travail est disposée au niveau le plus bas présente une section transversale variable. 9. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'électrode consommable dont l'extrémité est disposée au niveau le plus bas est composée de deux parties non coaxiales.