Brevet FR2640534A1 — publié le 19900622

i MOYENS COLLECTEURS POUR RECUEILLIR LES CRASSES SUR LA SURFACE D'UNE MASSE 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 provenant 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 moyen collecteur pour recueillir les crasses sur la surface d'une masse fon- due dans un creuset comprenant une lèvre ou un bec verseur ou analogue, comportant un bobinage d'induction électroma- gnétique situé au-dessus de la surface de la masse en fu- sion, qui est conformé et positionné par rapport au creuset de façon à engendrer des courants de Foucault qui éloignent les crasses de la lèvre ou bec verseur ou analogue. Un mode de réalisation de la présente invention va maintenant être décrit à titre d'exemple en se référant aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 montre un dispositif de fusion à creuset froid incorporant un collecteur de crasses selon l'invention La figure 2 est une vue, dans la direction de la flè- che "A" de la figure 1, d'un collecteur de crasses compre- nant une coquille de refroidissement séparée. - La figure 1 montre un four de fusion propre..En 10 est montée une partie d'une paroi d'un four à vide compre- nant une chambre fermée de façon hermétique, dans laquelle est disposé un four de fusion à arc désigné dans son ensem- ble en 12 et comportant une paire d'électrodes 13 entre les- quelles est formé un arc électrique. Une tige 14 qui est constituée par le métal à couler est lentement avancée dans l'arc et de ce fait fondu. 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 21a,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 21a 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 21 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!5a 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 E 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. Moyens collecteurs pour recueillir les crasses sur la surface d'une masse en fusion dans un creuset (15) du type comprenant une lèvre (19) ouun bec verseur (16) ou analogue, caractérisés en ce qu'ils comportent un bobinage d'induction électromagnétique (21) situé au-dessus de la surface de la masse en fusion qui est conformé et positionné par rapport au creuset (15) de façon à induire des courants de Foucault qui éloignent les crasses de la lèvre (19), ou du bec verseur (16) ou analogue. 2. Moyens collecteurs selon la revendication 1, carac- térisés en ce que le bobinage d'induction (21) est monté, par rapport au creuset (15) de façon à effectuer des mouvements de balayage au-dessus de la surface de la masse en fusion. 3. Moyens collecteurs selon la revendication 2, carac- térisés en ce que les mouvements de balayage du bobinage (21) sont prévus pour éloigner les crasses de la lèvre (19) ou du bec verseur (16) ou analogue. 4. Moyens collecteurs selon la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisés en ce que le bobinage (21) est monté de façon à effectuer un mouvement pivotant autour d'un axe vertical (x). 5. Moyens collecteurs selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisés en ce que le bobinage (21) est monté de manière à pouvoir s'abaisser et venir en contact avec la surface de la masse en fusion. -6. Moyens collecteurs selon l'une quelconque des re- vendications précédentes, caractérisés en ce qu'ils com- prennent, en outre, une coquille de refroidissement (21a) qui est susceptible d'être abaissée et amenée en contact avec les crasses sur la surface d'une masse en fusion pour les solidifier. 7. Moyens collecteurs selon la revendication 6, carac- térisés en ce que la coquille de refroidissement comprend le bobinage d'induction (21) muni de moyens de refroidisse- ment. 8. Moyens collecteurs selon la revendication 7, carac- térisés en ce que les moyens de refroidissement comprennent également le bobinage d'induction (21) et sont formés par un tube creux par lequel, en cours d'utilisation est envoyé un agent de refroidissement pour refroidir le bobinage de façon qu'il agisse en tant que coquille de refroidissement. 9. Moyens collecteurs selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 6, comprenant, en outre, une coquille de refroidissement séparée (21a). 10. Moyens collecteurs selon la revendication 9, ca- ractérisés en ce que la coquille de refroidissement (21a) est montée de façon à pouvoir être abaissée et amenée en contact avec la surface de la masse en fusion. 11. Moyens collecteurs selon la revendication 10, caractérisés en ce que la coquille de refroidissement (21a) est montée de façon à pouvoir effectuer un mouvement de pivotement autour d'un axe vertical (y).