Brevet FR2640533A1 — publié le 19900622

DISPOSITIF POUR LE VERSAGE DE METAUX EN FUSION L'invention concerne la coulée de pièces en métal pur. Il existe une nécessité, quand on coule des pièces en métal, de pouvoir verser un métal pur; c'est-à-dire des métaux ne contenant pas d'impuretés, scories ou crasses pro- venant de la masse en fusion. Un but de la présente invention est de fournir des moyens efficaces pour séparer les crasses et autres impu- retés d'une masse en fusion. Selon l'invention, il est fourni un dispositif pour verser du métal en fusion, comprenant un creuset ouvert à sa partie supérieure et monté de façon pivotante pour pou- voir être basculé et verser le métal en fusion, ce creuset comprenant un évidement adjacent de sa partie supérieure, un bec verseur disposé dans l'évidement, en un emplacement qui, en cours d'utilisation, se trouve audessous de la surface supérieure de la masse en fusion, et l'évidement définissant une lèvre au-dessus du bec, qui est conformée et positionnée de manière qu'en cours d'utilisation, elle assure la formation d'une hauteur de pression constante au-dessus du bec, quel que soit l'angle selon lequel le creuset a été basculé. Un mode de réalisation de la présente invention va maintenant être décrit à titre d'exemple seulement en se référant au dessin annexé qui montre un dispositif selon la présente invention. Le dessin montre en 10 une partie d'une paroi d'un four à-vide comprenant une chambre fermée de façon hermé- tique, dans laquelle est disposé un four de fusion à arc, désigné dans son ensemble en 12 et comportant une paire d'électrode 13 entre lesquelles est formé un arc électri- que. Une tige 14 qui est constituée par le métal à couler, est lentement avancée dans l'arc et de ce fait fondue. Le métal en fusion est recueilli dans un réceptacle du type connu sous le nom de creuset froid 15 dans lequel s'établit un contact minimal entre la masse en fusion et les parois du creuset pour éviter la contamination de la masse en fusion par contact. En variante, on peut utili- ser un creuset en cuivre 15 refroidi à l'eau. Le creuset, ou plutôt ce qu'il contient, est également chauffé par un dispositif de chauffage par induction 15a pour maintenir le métal à une température désirée. Les crasses, c'est-à- dire les contaminants, les scories et analogues ont ten- dance à remonter à la surface. On peut faire passer un gaz inerte tel que de l'argon sous forme de bulles par le fond du creuset, de manière à faciliter ce processus de séparation naturelle. Le creuset 15 est monté de façon pivotante dans la chambre de manière à permettre le versage du métal en fu- sion par un bec 16. Le bec 16 est réalisé en une céramique et est disposé dans une région évidée en 18 et formée, en direction du pourtour du creuset et dans l'un de ses côtés, par une saillie inférieure externe de la paroi du creuset et par une lèvre supérieure rentrante 19. La région 18 et la lèvre 19 permettent d'être certain que le bec 16 est toujours disposé juste au-dessous de la surface de la masse en fusion. Elle permet également d'être certain que la hau- teur de pression de la masse en fusion, quand elle est versée, reste sensiblement constante sur pratiquement la totalité de la plage des angles de basculement. La région évidée a essentiellement la forme et la fonction d'un entonnoir qui agit pour accumuler sur le bec verseur une réserve de métal en fusion prélevée de dessous la surface de la masse en fusion. Les côtés de cette région en forme d'entonnoir vont en se réduisant en direction du bec 16, c'est-à-dire du côté inférieur de la lèvre 19 et de sa paroi correspondante opposée au moins, de manière à maintenir une hauteur de pression sen- siblement constante au-dessus du bec verseur 16 quand le creuset est progressivement basculé pendant le versage. L'avantage de la région est plus marqué vers la fin de l'opération de versage quand le creuset est presque vide; dans ces conditions, il est difficile de maintenir un dé- bit adéquat à partir d'un creuset de forme conventionnelle, mais avec un creuset, selon la présente invention,la réser- ve de la région 18 maintient une hauteur suffisante de métal en fusion. Un moyen d'étranglement électromagnétique 17 est prévu pour commander l'écoulement du métal par le bec 16 et il comprend un bobinage enroulé autour du bec et relié à des moyens d'excitation électriques qui sont décrits ci- dessous. Le bobinage 12 est excité pour commander l'écoule- ment du métal en fusion par le bec, par réaction électro- magnétique. L'effet de l'étranglement dépend du débit du métal passant par le bec 16 et, de ce fait, de l'angle de basculement du creuset. S'il est excité en totalité, il peut agir pour arrêter l'écoulement du métal en fusion. Nor- malement, le courant d'excitation envoyé au bobinage 17 est modifié pour commander le débit de versage par le bec 16 selon un taux prédéterminé, le taux de versage découlant de la sortie d'un indicateur de niveau prévu dans un panier de réception de coulée, comme décrit ci-après: Un second bobinage à induction électrique 21 est monté de façon pivotante en direction de la partie marginale de la lèvre 19. Le bobinage 21 est enroulé en spirale dans un plan commun et peut être soit équilibré par rapport à sa fixation pivotante à la lèvre 19, soit maintenu dans une position horizontale de toute autre manière de façon que lorsque le métal en fusion est versé, quel que soit l'angle de bascu- lement du creuset, le bobinage 21 reste sensiblement hori- zontal juste au-dessus de la surface du métal en fusion. Quand le bobinage 21 est excité électriquement, des courants de Foucault sont induits dans la surface du métal en fusion et déplacent et maintiennent d'éventuelles crasses se formant sur la surface de la masse en fusion éloignées du bec verseur. Il n'est pas nécessaire que le bobinage 21 recouvre la totalité de la surface de la masse en fusion et il peut être limité à une région plus petite. De préférence, le bobinage 21 est monté de façon pi- votante de façon à pouvoir se déplacer autour de deux axes orthogonaux x,y, l'un étant horizontal et l'autre vertical. L'axe de pivotement horizontal x permet de soulever et d'abaisser le bobinage 21 au-dessus de la masse en fusion. L'axe vertical y permet de faire effectuer au bobinage un mouvement de balayage de la surface de la masse en fusion. Quand on désire retirer les crasses de la'surface de la masse en fusion, on abaisse le bobinage en direction de la surface, mais sans établir de contact avec elle, et on la balaye en éloignant le bobinage du voisinage de la lèvre 19 ou du bec verseur 16. Le bobinage d'induction 21 peut également former une coquille de refroidissement qui peut être abaissée dans les crasses qui se sont accumulées pour les refroidir avant leur évacuation. Quand on utilise la coquille de refroidissement, les crasses solidifiées peu- vent être soulevées de la surface de la masse en fusion. Une forme de coquille de refroidissement pourrait compren- dre une électrode tubulaire creuse jetable par laquelle passerait un réfrigérant. L'électrode est enroulée sous forme d'une spirale plane pour donner au bobinage d'induc- tion 21 la forme d'une "galette". Dans un autre mode de réalisation de l'invention, une coquille de refroidissement séparée, refroidie si désiré, est abaissée dans les crasses accumulées pour les amener à se solidifier sur la coquille de refroidissement. Les crasses refroidies sont alors soulevées et retirées de la masse en fusion en adhérant à la coquille de refroidissement. De préférence, la coquille de refroidissement est jetable avec les crasses refroidies qui y adhèrent car, sur le plan économique, il est certainement presque impossible d'envi- sager un nettoyage. Le bobinage d'induction et la coquille de refroidissement d'un seul tenant de la figure 1 peuvent être également jetables pour les mêmes raisons économiques. Sur le parcours du métal versé par le bec du creuset est disposée une trémie d'alimentation 22 à hauteur de pression constante. La trémie 22 comprend un réceptacle 23 en métal refroidi, qui présente une paroi de séparation 24 pour subdiviser la partie supérieure de la trémie en une section de réception 25 et en une zone "tranquille" 26. La masse en fusion reçue dans la trémie 22 est maintenue à l'état de fusion au moyen d'un dispositif chauffant par induction 28. Le fond de la trémie va en se réduisant en direction d'une sortie inférieure 29 qui incorpore un filtre en céramique poreuse 30, une pièce d'obturation en métal plein 31 et une buse interchangeable 32. La pièce d'obturation 31 bloque efficacement la sortie jusqu'à ce qu'elle fonde puis permet à la masse en fusion de s'écou- ler dans la cavité d'un moule ou autre réceptacle 33. Un capteur de niveau 34 est prévu à proximité de la partie supérieure de la trémie 22 et un capteur de tempé- rature 35 est prévu à la sortie. Les signaux provenant de ces capteurs 34,35 sont envoyés par un circuit de traite- ment de signaux 36 à un circuit de commande 37 qui commande la mise en marche et l'arrêt des bobinages de chauffage 15a et 28, l'ouverture et la fermeture de l'étranglement élec- tromagnétique 17, et le basculement du creuset 15 pour être certain qu'une hauteur de pression ou un niveau de masse en fusion sensiblement constant soit maintenu dans la trémie 22. L'angle de basculement du creuset est commandé de façon à suivre un programme déterminé prévu pour obtenir le débit de versage désiré. La température du métal en fusion qui se rassemble dans le creuset 15 est contrôlée et stabilisée par excita- tion du dispositif de chauffage par induction 15a et ceci sert à assurer que les crasses se rassemblent à la partie supérieure de la masse en fusion au-dessus du bec verseur 16. Le bobinage 21 permet d'écarter les crasses de la région du bec 16. On comprendra que d'autres formes de chauffage pour- raient être utilisées à la place de la fusion à l'arc dé- crite ci-dessus, par exemple des techniques de fusion par faisceau d'électrons ou par plasma. - REVENDICATIONS - 1. Dispositif pour verser du métal en fusion, du type comprenant un creuset (15) ouvert à sa partie supérieure et monté de façon pivotante pour pouvoir être basculé et ver- ser le métal en fusion, caractérisé en ce que le creuset (15) comprend un évidement (18) adjacent de sa partie supérieure, un bec verseur (16) disposé dans l'évidement (18), dans un emplacement qui, en cours d'utilisation, se trouve au-dessous de la surface supérieure de la masse en fusion, et l'évidement définissant une lèvre (19) au- dessus du bec (16) qui est conformée et positionnée de ma- nière qu'en cours d'utilisation elle assure une hauteur de pression constante au-dessus du bec (16), quel que soit l'angle de basculement du creuset. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évidement (18) a sensiblement la forme d'un entonnoir conique et la lèvre (19) est disposée à son ex- trémité étroite. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendi- cation 2, caractérisé en ce que le creuset (15) est un creuset pour masse en fusion refroidie et un bobinage (15a) de chauffage par induction électrique est prévu pour chauf- fer par induction le métal en fusion. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce que le bec (16) comprend un étranglement électromagnétique (17). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce qu'un bobinage à inductance électrique (21) comportant un conducteur enroulé en spirale dans un plan commun est fixé de façon pivotante à la lèvre (19) et est sollicité pour assumer une position horizon- tale dans un plan situé au-dessus de la surface de la masse en fusion. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu une trémie (22) sur le parcours suivi par le métal versé à partir du creu- set, et en ce que la trémie (22) comprend un réceptacle (23) à partie supérieure ouverte comportant une sortie (29) à sa partie inférieure, des moyens (28) pour chauffer le métal en fusion étant prévus dans le réceptacle (23) et une pièce d'obturation fusible (31) étant prévue pour fer- mer la sortie (29) jusqu'à ce qu'elle fonde. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un capteur de niveau (34) est prévu dans une posi- tion adjacente de la partie supérieure du réceptacle (23), en ce qu'un capteur d'écoulement (35) est prévu pour dé- tecter l'écoulement par la sortie (29) et en ce que des moyens de commande (37) sont prévus pour ouvrir et fermer l'étranglement électromagnétique (17), commander les bobi- nages de chauffage par induction (15a,21) et commander l'angle de basculement du creuset (15) pendant le versage du métal en fusion dans les trémies (22).