Brevet FR2447765A1 — publié le 19800829

a présente invention concerne la technique de la coulée centrifuge de demi-produits tubulaires et notamment un procédé d'application d'une couche calorifuge sur la surface interne d'un moule tournant. L'invention peut être utilisée dans la technique de la coulée centrifuge des ébauches tubulaires mono- et bi-métalliques. Dans la majorité des pays industriellement développés, une grande extension a été donnée à la fabrication des tubes monoet bi-métalliques par coulée centrifuge, pour les besoins de diverses branches de l'industrie. Be métal obtenu par cette méthode a des propriétés physico-mécaniques qui se situent au niveau de celles du métal forgé. a complexité de la fabrication des ébauches tubulaires bi-métalliques, surtout de grandes dimensions, réside dans ltobten- tion d'une soudure uniforme des deux métaux sur toute la longueur de la pièce moulée. Un facteur particulièrement important et nécessaire pour obtenir une soudure résistante des deux métaux, dans une pièce moulée élaborée par coulées successives, est la température bien déterminée que doit avoir la surface interne de la première couche avant la coulée sur celle-ci du métal suivant. On sait que la température du métal de la pièce moulée au cours de la solidification n'est pas la même sur toute la longueur du moule. A l'endroit où le jet de métal issu du dispositif de coulée tombe dans le moule, la température du métal est plus élevée qu'à l'autre extrémité du moule. La différence peut atteindre des centaines de degrés, et elle augmente quand les dimensions du demi-produit augmentent. Tout cela se traduit par le non-soudage des métaux ou leur mélange. Le problème, dans la branche de la technique en question, est d'obtenir des tubes bimétalliques de grandes dimensions, avec une soudure résistante et uniforme des deux métaux sur toute la longueur de la pièce moulée, tout en abaissant les dépenses de main-d'oeuvre et en augmentant le rendement du processus. L'opération d'application d'une couche calorifuge sur la surface interne du moule est étroitement le aux particularités de la coulée centrifuge, à la qualité du métal coulé par centrifugation des demi-produits tubulaires, et elle vise les objectifs suivants dans ce processus : diminution de la vitesse et du degré d'échauffement des moules afin d'accroître leur tenue ; réglage de la vitesse de refroidissement de la pièce moulée, tant sur la longueur que dans la section ; conservation du métal coulé à l'état liquide pendant un temps plus long, afin d'assurer son étalement en couche uniforme sur la surface du moule. A l'heure actuelle on connaît plusieurs procédés d'application d'une couche calorifuge sur la surface interne d'un moule tournant : roulage d'un mélange de moulage à l'aide de rouleaux profileurs ; application d'une peinture pour coquilles à l'aide d'un dispositif pulvérisateur spécial et introduction d'une matière calorifuge à l'aide d'un auget. L'application d'une couche calorifuge sur la surface interne d'un moule tournant par roulage d'un mélange de moulage à l'aide de rouleaux profileurs s'effectue de la façon suivante. Le mélange de moulage, préparé à l'avance avec une charge et un liant, est insufflé à l'aide de dispositifs spéciaux dans le moule tournant à petite vitesse. Après insufflation, le mélange est égalisé et passé par des raclettes et des rouleaux., Les excès de mélange non tassé se déversent hors du moule à travers les couvercles avant et arrière. Pour éliminer l'eau, la couche calorifuge tassée est séchée par chauffage du moule. Après séchage, le moule est assemblé par mise en place des couvercles. Ce n'est qu'après ces opérations que le moule est prêt à la coulée. Ce procédé d'application d'un revêtement calorifuge sur la surface interne d'un moule tournant présente les inconvénients suivants : il est lourd du point de vue de la main-d'oeuvre, requiert une préparation préliminaire du mélange de moulage, lequel doit avoir une certaine plasticité à vert ( 9 = 0,7 à 0,9 kg/cm); il requiert des dispositifs spéciaux pour l'introduction, l'éga- lisation, le tassage ou serrage et le séchage du revêtement calorifuge dans le moule ; il est utilisé principalement pour couler des demi-produits cylindriques courts et de petit diamètre ; en outre, il ne permet pas l'égalisation de la température du métal sur toute la longueur de la pièce moulée au cours de la solidification. On connaît encore un procédé d'application d'une couche calorifuge sur la surface interne d'un moule, consistant à peindre celle-ci avec une peinture pour coquilles à l'aide d'un dispositif pulvérisateur spécial. La peinture pour coquilles préparée au préalable avec une charge et un liant et mise à la viscosité requise à l'aide d'un solvant, est amenée à la tête de pulvérisation par une conduite, à partir d'un réservoir sous pression. Pendant l'application de la peinture sur la surface interne du moule, la tête de pulvérisation se déplace en translation, en retour, sur un monorail, à l'aide d'un mécanisme réversible spécial. La course de la tête de pulvérisation est réglable et correspond à la longueur du moule. L'épaisseur de la couche calorifuge se règle en faisant exécuter plus ou moins de passes à la tête.L'application de la couche calorifuge (peinture -pour coquilles) sur la surface interne du moule s'effectue pendant la rotation du moule préchauffé jusqu'à une température de 250 à 3000C. Le préchauffage du moule s'effectue sur le côté externe à l'aide de brûleurs à gaz disposés sur toute la longueur du moule. Après l'application de la peinture, le moule est assemblé par mise en place des couvercles. Ce n'est qu'après ces opérations que le moule est prêt à la coulée. Les inconvénients de ce procédé d'application d'une couche calorifuge sur la surface interne d'un moule tournant sont: les grandes dépenses de main-d'oeuvre liées à toutes les opérations préliminaires ; la nécessité d'avoir des dispositifs spéciaux pour la préparation, la transmission et l'application du revêtement ; la limitation de l'assortiment des demi-produits moulés la nécessité d'utiliser des moules spéciaux à paroi épaisse l'impossibilité d'égaliser la température du métal sur toute la longueur de la pièce moulée pendant la solidification. A l'heure actuelle, le procédé qui a été le plus développé est le procédé d'application d'une couche calorifuge sur la surface interne d'un moule tournant par introduction dans ce moule d'une matière calorifuge pulvérulente au moyen d'un auget de longueur égale à celle du moule. La mise en forme de la couche calorifuge s'effectue grâce à la répartition uniforme de la matière calorifuge pulvérulente sous l'action des forces centrifuges, sur la surface interne du moule et sur toute sa longueur (v. l'ouvrage de S.B.Judin, M.M.Levin, S.E.Rozenfeld "La coulée centrifuge", Editions "Mashinostroenie'r, Moscou, 1972). L'auget a une forme cylindrique (la forme d'un tube), dont le diamètre est plus petit que le diamètre de l'orifice du couvercle du moule, et il a une fente sur toute sa longueur pour le déversement de la matière calorifuge, destinée au garnissage de la surface interne du moule, par rotation de l'auget autour de son axe, à contresens de la rotation du moule. Après assemblage, le moule est mis en rotation jusqu'à la vitesse de travail, c'est-à-dire jusqu'à la vitesse à laquelle s'effectue la coulée du métal. L'auget est rempli de matière calorifuge et, à l'aide d'un mécanisme de manoeuvre suivant un monorail, il est introduit à travers l'orifice du couvercle dans le moule tournant. Une fois l'auget arrivé à sa position extrême, on le fait tourner lentement autour de son axe, à contresens de la rotation du moule, et la quantité nécessaire de matière calorifuge est versée dans le moule à travers la fente de l'auget. L'application de la couche achevée, l'auget est retiré du moule en sens inverse, le dispositif de coulée est rapproché et le métal est coulé dans le moule. A l'heure actuelle, en règle générale, on utilise en tant que matière calorifuge pulvérulente du sable de quartz. L'inconvénient de ce procédé d'application d'un rev!- tement calorifuge sur la surface interne d'un moule tournant est la grande différence présentée par la température du métal sur la longueur de la pièce moulée pendant sa solidification. Cette dif fèrence est d'autant plus grande que la longueur de la pièce moulée est importante. De ce fait, quand le second métal est coulé sur le premier, la jonction obtenue entre les deux métaux n'est pas résistante sur toute la longueur de la pièce moulée, et le demi-produit tubulaire bimétallique obtenu a un métal intérieur dont la composition chimique diffère de celle requise, par suite du mélange des deux métaux. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients précités. On s'est proposé d'élaborer un procédé d'application d'une couche calorifuge sur la surface interne d'un moule tournant afin d'égaliser la température du métal sur la longueur du moule pendant sa solidification et en vue d'obtenir une soudure résistante des deux métaux sur toute la longueur dans le cas de coulée centrifuge d'un demi-produit tubulaire, bimétallique, en modifiant la méthode d'application de la couche calorifuge. La solution consiste en ce que, dans le procédé d'application d'une couche calorifuge sur la surface interne d'un moule tournant dans lequel la matière calorifuge pulvérulente est introduite dans le moule au moyen d'un auget de longueur égale à celle du moule, suivant l'invention le coefficient de conductibilité thermique de la matière calorifuge pulvérulente est modifié sur la longueur de 11 auget, en fonction directe de la plage de température du métal coulé. Un tel procédé d'application d'une couche calorifuge sur la surface interne d'un moule tournant permet d'obtenir dans le moule des couches calorifuges à coefficient de conductibilité thermique variable suivant la longueur du moule, en accord avec la plage de température du métal coulé, ce qui a pour effet d'éga- liser la température du métal sur toute la longueur de la pièce moulée à sa surface interne pendant la solidification. Il en résulte que le demi-produit tubulaire bi-métallique coulé par centrifugation a un diamètre d'interface constant sur toute sa longueur, la soudure des deux métaux étant de bonne qualité et la couche de revêtement ayant la composition chimique prescrite. Un autre résultat favorable de la mise en oeuvre de l'invention est non seulement l'égalisation de la plage de température sur la longueur de la pièce moulée pendant sa solidification, mais, le cas échéant, la création d'un gradient de température inverse. L'invention sera maintenant décrite à l'aide d'un exemple de mise en oeuvre avec référence aux dessins annexés, dans lesquels : la Fig. 1 représente schématiquement l'introdustion de l'auget avec la matière calorifuge pulvérulente dans le moule tournant, suivant l'invention ; la Fig. 2 représente schématiquement l'application de la couche calorifuge pulvérulente à l'aide de l'auget ; et la Fig. 3 représente la courbe de la température du métal sur toute la longueur de la pièce moulée pendant la solidification, correspondant à l'instant 6,5 mn après le début de la coulée du métal. Suivant l'invention, le procédé d'application d'une couche calorifuge sur la surface interne d'un moule tournant est mis en oeuvre de la façon suivante. Un moule assemblé 1 (Fig. 1) est entraîné en rotation autour de son axe par des galets moteurs 2, à la vitesse prescrite pour la coulée du métal. Un auget 4, rempli de matière calorifuge pulvérulente 3, est introduit dans le moule tournant 1 à travers l'orifice central de son couvercle 6 à l'aide d'un mécanisme de manoeuvre, par roulage sur un monorail 5. Quand l'auget 4 est arrivé à sa position extrême, on le fait tourner autour de son axe, à contre-sens de la rotation du moule 1. Au fur et à mesure que l'auget 4 tourne, la matière isolante pulvérulente 4 se déverse progressivement dans le moule 1 à travers une fente 7 (Fig. 2), et les forces centrifuges tassent cette matière 4 contre la paroi interne du moule 1.Une fois l'application de la couche calorifuge 3 (Fig. 1) achevée, on retire l'auget 4 du moule 1 à l'aide du mécanisme réversible en lui faisant exécuter une course de retour. Ce n'est qu'après l'application de la couche calorifuge 3 sur la surface interne du moule tournant 1 que l'on rapproche le dispositif de coulée (non représenté au dessin) pour couler le métal. En tant que matières calorifuges pulvérulentes on peut utiliser, dans le procédé suivant l'invention, par exemple du sable de quartz, de la magnésite, du sable de quartz et de la magnésite additionnés de grenaille à divers taux. Les valeurs de la conductibilité thermique de certaines matières sont données dans le tableau 1. Tableau 1 Valeur de la conductibi Genre de matière calorifuge lité thermique kcal/m2.g1 OC 2 Sable de quartz 20,0 Sable de quartz + 20% de grenaille 28,1 Sable de quartz + 45% de grenaille 31,1 Sable de quartz + 70% de grenaille 35,5 Grenaille de fonte 39,0 Magnésite broyée 27,0 Magnésite broyée + 20% de grenaille 35,5 Le procédé d'application d'une couche calorifuge sur la surface interne du moule tournant 1 conforme à l'invention a été essayé dans la fabrication de demi-produits tubulaires en acier au carbone ayant un diamètre externe de 250 mm, une épaisseur de paroi de 40 mm et une longueur de 1500 mm. La Fig. 3 représente la courbe "a" de variation de la température du métal sur la longueur de la pièce moulée au cours de la solidification, correspondant à l'instant 6,5 mn après le début de la coulée, obtenue dans le cas d'une couche calorifuge homogène (coefficient 1 de conductibilité thermique égal à 20 keal/m. g 2 C ; épais- seur 5 mm). La Fig. 3 montre que la température du métal présente un maximum à l'endroit où le métal tombe dans le moule, et un minimum à l'extrémité du moule, le gradient de température n'étant pas le même sur toute la longueur. Dans la zone de chute du métal dans le moule 1 ce gradient est le plus grand, puis il diminue quelque peu autour et à mesure que l'on progresse vers l'extrémité opposée à celle de la coulée. En accord avec la courbe de température suivant la longueur de la pièce moulée, obtenue dans le cas d'une couche calorifuge homogène dans le moule 1 (Fig. 1), on divise à l'aide de cloisons l'auget 4, utilisé pour introduire la matière pulvérulente 3, en une série de compartiments, de telle façon que le gradient de température ne varie pas dans la portion choisie, ou n'y varie que d'une manière insignifiante. En l'occurence, on a fractionné toute la longueur de la pièce moulée en quatre zones (Fig.3). Dans la zone I' la matière calorifuge utilisée était du sable de quartz avec 70 ffi de grenaille ; dans la zone II, du sable de quartz avec 45 % de grenaille ; dans la zone III, du sable de quartz avec 20 % de grenaille ; et dans la zone IV, du sable de quartz (les coefficients de conductibilité thermique des matières calorifuges utilisées sont indiqués dans le tableau 1 précédent) A la Fig. 3, la courbe b représente la température du métal suivant la longueur de la pièce moulée pendant la solidification, correspondant à l'instant 6,5 mn après le début de la coulée, dans le cas de l'application d'une couche calorifuge par le procédé suivant la présente invention.L'analyse de cette courbe permet de dire qu'à l'instant 6,5 mn après le début de la coulée, la température de la surface interne du métal est la même sur toute la longueur de la pièce moulée. Un autre résultat favorable de la mise en oeuvre de l'invention est la possibilité de créer un gradient de température inverse sur la longueur de la pièce moulée pendant sa solidification, c'est-à-dire de refroidir l'extrémité avant plus intensivement que l'extrémité arrière (opposée à l'extrémité où s'effectue la coulée). A cet effet, dans l'exemple considéré, il faut utiliser en tant que matière calorifuge de la magnésite broyée avec 30 % de grenaille dans la zone I ; de la magnésite broyée avec 20 do de grenaille dans la zone II, du sable de quartz avec 20 % de grenaille dans la zone III et du sable de quartz dans la zone IV.Dans le cas d'une telle couche calorifuge on obtient une différence de température de 900C sur la surface interne de la pièce moulée, sur une longueur de 1500 mm, à l'instant 6,5 mn après le début de la coulée du métal dans le moule. De la sorte, le procédé d'application d'une couche calorifuge sur la surface interne d'un moule tournant, suivant l'invention, permet d'obtenir dans le moule une couche calorifuge à coefficient de conductibilité thermique variable suivant sa longueur, ce qui a pour effet d'égaliser la température du métal sur la longueur de la pièce moulée ou de créer un gradient inverse de température à sa surface interne pendant la solidification. Grâce à ce fait, les demi-produits tubulaires bimétalliques fabriqués par coulée successive de deux métaux dans un moule tournant ont un diamètre d'interface constant sur toute leur longueur, la soudure des deux métaux étant de bonne qualité et la couche interne de revêtement ayant la composition prescrite. RvVES ATION Procédé d'application d'une couche calorifuge sur la surface interne d'un moule tournant, comprenant l'introduction d'une matière calorifuge pulvérulente dans ce moule au moyen d'un auget de longueur égale à celle du moule, caractérisé en ce qu'on fait varier le coefficient de conductibilité thermique de la matière calorifuge pulvérulente sur la longueur de l'auget, en fonction directe de la plage de température du métal coulé.