Brevet FR2670697A1 — publié le 19920626

La présente invention est relative à un chenal pour la mise en oeuvre d'un procédé de coulée sous pression d'un alliage métallique. Plus particulièrement, elle concerne la coulée à température élevée, au moins égale à 14000C, dans un moule en sable d'un alliage métallique qui peut etre un super-alliage, une fonte, un acier, un acier allié ou faiblement allié. Le brevet français nO FR-A-2 532 866 au nom de la Demanderesse décrit un chenal ou goulotte de coulée, du type à section transversale fermée comportant sur toute sa longueur un inducteur en forme de bobine ou de solénoïde dont les spires refroidies sont noyées dans le garnissage réfractaire du chenal et parcourues par un courant électrique primaire fourni par un générateur apériodique. Autour du lit de coulée de la goulotte et coaxialement à ladite goulotte, est disposé un manchon suscepteur en graphite parcouru par un courant induit ou secondaire de chauffage lorsque l'inducteur est alimenté en courant primaire.Par rapport au chauffage par résistance électrique, ce dispositif de chauffage par induction présente l'avantage d'éliminer les risques de refroidissement et de solidification d'un alliage métallique à température de coulée élevée, au moins égale à 140O0C, entre deux coulées successives d'un moule en sable, en chauffant la goulotte même lorsqu'elle ne contient pas d'alliage ou de métal liquide. En effet, un alliage métallique à température de coulée élevée se solidifie rapidement en cas de baisse de température. Pour eviter cette solidification, on préfère conserver le plus longtemps possible cet alliage métallique à l'intérieur d'une enceinte fortement chauffée telle que celle d'un four, en évitant de le laisser stagner dans une goulotte de coulée ou un chenal de coulée du four, entre deux coulées destinées à remplir un moule alimenté en métal, de manière ascendante par l'intermédiaire de la goulotte de coulée. Grâce à l'agencement décrit dans le brevet français nO FR-A-2 532 866 au nom de la Demanderesse, la goulotte de coulée est chauffée par induction lorsque l'inducteur est parcouru par un courant électrique primaire, même quand l'alliage métallique liquide n'est pas introduit dans la goulotte, de sorte que la goulotte peut être chauffée d'avance, avant même la première coulée, et bien entendu entre deux coulées successives à une température assurant la fluidité de l'alliage métallique. Cet avantage est particulièrement intéressant lorsque le moule de coulée est alimenté sous pression, de manière ascendante à partir de l'enceinte chauffée contenant le métal ou l'alliage à l'étant liquide, puisque entre deux coulées il subsiste de l'alliage inutilisé dans la goulotte. Cependant, l'inducteur requiert une forte puissance électrique et des fréquences élevées qui imposent l'utilisation d'un générateur et qui provoquent une pollution électro-magnétique perturbant les appareils de mesures placés à proximité. La présente invention remédie à cet inconvénient. Elle a pour objet un chenal de coulée solidaire d'une enceinte chauffée contenant un alliage métallique à l'étant liquide en vue de l'alimentation d'un moule sous pression par coulée ascendante, le chenal remontant vers le haut et débouchant à sa face supérieure par un orifice de coulée dans le bas du moule, et comportant des moyens de chauffage constitués par un inducteur en forme de bobine alimenté en courant électrique, ledit inducteur étant combiné avec un manchon suscepteur en graphite parcouru par un courant induit de chauffage lorsque l'inducteur est alimenté en courant, tandis que le graphite de revêtement cylindrique du chenal de coulée est constitué de couches successives concentriques et séparées présentant chacune au moins une fente longitudinale. Grâce à cette disposition, la goulotte est maintenue à une température élevée tout en présentant un encombrement réduit. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, sur lesquels - la Fig. 1 représente une vue schématique en coupe partielle de l'installation de coulée comprenant la goulotte selon l'invention - la Fig. 2 est une coupe longitudinale, d'un tronçon de la goulotte selon l'invention - la Fig. 3 est une coupe radiale schématique de la goulotte - la Fig. 4 est une vue éclatée du revêtement réfractaire, des couches de graphite et de l'inducteur de la goulotte. Comme représenté à la Fig. 1, l'invention est relative à une goulotte G de coulée d'un alliage métallique maintenu à l'étant liquide dans une poche P, dont la goulotte est solidaire. Ladite goulotte G est reliée, du côté opposé à celui de la poche P, à la base d'un moule M qui est alimenté en alliage métallique à partir de la poche P, la coulée s'effectuant sous pression. De préférence, l'alliage métallique est une fonte, un acier, un acier allié ou faiblement allié ou un superalliage. Comme défini dans le brevet FR-A-2 532 866 au nom de la Demanderesse, les super-alliages se classent en trois catégories : les aciers et alliages austénitiques contenant plus de 20 % de fer, c'est-à-dire composés essentiellement d'une austénite de fer, nickel, chrome ou de fer, chrome, nickel, cobalt, et les alliages contenant moins de 20 % de fer, soit à base de nickel, soit à base de cobalt. Les superalliages contiennent encore les éléments susceptibles de former des carbures ou des phases inter-métalliqués : le molybdène, le tungstène, le vanadium, le niobium, le titane, l'aluminium. Leur principal intérêt est leur résistance mécanique et chimique à des températures d'utilisation permanente continue de plus en plus élevées, c'est-à-dire 900 ou 1000 C. Leur résistance au fluage est appréciée. Pour cette raison, on les emploie au moulage des pièces mécaniques destinées à résister à de hautes températures, telles que des pièces pour les industries aéronautique ou aérospatiale, en particulier les rotors ou ailettes de turbines à gaz et de turboréacteurs, les soupapes d'échappement, les éléments chauffants et les dents de manutention pour fours industriels, les produits tubulaires pour raffineries de l'industrie pétrolière, etc etc Comme représenté à la Fig. 2, le tronçon de goulotte de coulée sous pression d'un alliage métallique, à température élevée, au moins égale à 14000C dans un moule en sable, comporte des moyens de chauffage constitués par un inducteur 5 en forme de bobine alimenté en courant électrique.Ledit inducteur 5 est placé autour d'un manchon suscepteur en graphite parcouru par un courant induit de chauffage lorsque l'inducteur 5 est alimenté en courant. Le chenal de coulée, portant un revêtement cylindrique 1 de graphite, est constitué de couches 2 successives concentriques et distinctes, qui entourent le revêtement 1 intérieur, cylindrique et réfractaire de la goulotte. Le graphite constituant les couches 2 est obtenu sous forme cristallographique par craquage d'hydrocarbure pour être très fortement isotrope et conducteur électrique. Chaque couche 2 présente une fente longitudinale 3. L'épaisseur de chaque couche 2, prise séparément, de même que leur épaisseur totale, est plus faible que celle des manchons en graphite réalisés en une seule pièce. Les spires d'induction 5 sont noyées dans un milieu 4 à basse réluctance. Le milieu 4 est un graphite quelconque. Le revêtement des couches successives 2 en graphite isotrope concentrique au revêtement 1, présentant chacune une fente longitudinale 3 permet le confinement du courant induit par les spires 5 noyées dans un milieu 4 à basse réluctance. Ce confinement oriente le circuit électrique, à l'intérieur duquel le courant induit est guidé par les couches de graphite. Au niveau des fentes 3 qui constituent un obstacle à sa circulation, le courant passe dans une couche 2 voisine de celle dans laquelle il circule. Ce changement de couche 2 constitue une perte qui génère une montée en température due à l'effet Joule. Donc, il se produit une élévation de température dans les masses de graphite orienté vers l'intérieur des spires. Cela permet d'utiliser des fréquences de courant beaucoup plus basses qu'avec une masse unique de graphite. De plus ces courants de basses fréquences sont de meilleurs récepteurs d'induction. Sur la Fig. 3, on a représenté en coupe la goulotte de la Fig. 2. Les éléments de la goulotte portent les mêmes références numériques que celles désignant les éléments correspondants de la Fig. 2. Les fentes 3 sont réparties sur les couches 2 et sont limitées chacune dans le sens radial par au moins une couche 2 voisine, de préférence sans qu'il y ait deux fentes contiguë dans le sens radial pour préserver la résistance mécanique du chenal. La résistivité du graphite très faible dans le sens des couches 2 permet des courants électriques assez forts. La tension qui en résulte est provoquée par la susceptibilité du graphite. Grâce à l'effet Joule, il est possible d'utiliser des couches 2 très fines pouvant atteindre un minimum de 0,5 mm. Le chenal étant réalisé en graphite cristallographique, il est possible de l'usiner pour lui donner une forme de coude à son extrémité en contact avec la base du moule P. La vue éclatée de la Fig. 4 représente des éléments de la goulotte avec les mêmes références numériques que celles désignant les éléments correspondants de la Fig. 2. Le graphite étant conducteur, le courant suit les couches 2, comme indiqué précédemment, puis il est arrêté par les entailles 3, lesdites entailles 3 étant plus larges que la distance séparant les couches 2 les unes des autres ; le courant passe ainsi d'une couche à l'autre, et génère un effet Joule qui chauffe la goulotte. Donc le chauffage est plus puissant que dans les dispositifs classiques, à énergie électrique identique. En outre la circulation du courant électrique d'une couche à l'autre augmente le chauffage ; et cet effet autorise une réduction de l'épaisseur totale de toutes les couches. En vue d'utiliser la tension du réseau et de supprimer le générateur, les spires 5 de l'inducteur sont noyées dans un milieu à basse réluctance. Afin d'augmenter l'isolation thermique et de conduire le courant dans chaque couche 2 de la goulotte selon l'invention, les couches 2 du manchon suscepteur sont en graphite sous forme cristallographique. Le diamètre intérieur du cylindre creux formé par les spires 5 est inférieur à trente millimètres, ce qui diminue l'encombrement de la goulotte et en permet l'allégement. Le courant d'alimentation des spires 5 est le courant du réseau électrique, de sorte qu'il est possible de supprimer un générateur onéreux et fragile. I1 est possible de voir que la fine épaisseur des couches 2 comprenant chacune une fente 3 permet d'utiliser des spires 5 contenues dans un diamètre plus petit que dans les solutions avec un seul manchon en graphite. En conséquence, les spires 5 sont plus proches du revêtement 1 circulaire réfractaire et donc du métal liquide chauffé avec moins d'énergie. REVENDICATIONS 1.- Chenal de coulée solidaire d'une enceinte chauffée contenant un alliage métallique à l'état liquide en vue de l'alimentation d'un moule sous pression par coulée ascendante, ce chenal étant du type remontant vers le haut et débouchant à sa face supérieure par un orifice de coulée dans le bas du moule, et comportant des moyens de chauffage constitués par un inducteur en forme de bobine alimenté en courant électrique, ledit inducteur étant combiné avec un manchon suscepteur en graphite, parcouru par un courant induit de chauffage lorsque l'inducteur est alimenté en courant, r caractérisé en ce que le graphite de revêtement cylindrique du chenal de coulée est constitué de couches (2) successives concentriques et séparées présentant chacune au moins une fente longitudinale (3). 2.- Chenal de coulée selon la revendication 1, caractérisé en ce que les spires (5) de l'inducteur sont noyées dans un milieu (4) à basse réluctance. 3.- Chenal de coulée selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les couches (2) du manchon suscepteur sont en graphite sous forme cristallographique. 4.- Chenal de coulée selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre intérieur du cylindre creux formé par les spires est inférieur à 30 mm. 5.- Chenal de coulée selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le courant d'alimentation des spires (5) est le courant du réseau.