Brevet FR2668967A1 — publié le 19920515

) Machine de coulée à pression pulsatoire La présente invention concerne une machine de coulée à pression pulsatoire, destinée à être utilisée pour la coulée de l'aluminium, du magnésium, du zinc et d'autres alliages possédant une température de fusion inférieure à celle de l'aluminium. On connaît une machine de coulée sous pression fonctionnant sous l'effet de forces électromagnétiques, constituée d'une pompe élec- tromagnétique à conduction à action unidirectionnelle, d'une machine à coquilles et d'un réservoir réchauffeur du métal liquide La pompe à conduction est constituée d'un corps cylindrique fabriqué en un maté- riau réfractaire, dans lequel sont incorporés deux circuitsmagnétiques, l'un dénommé circuit principal et l'autre circuit secondaire, et un ou plusieurs conducteurs de courant Les circuits magnétiques sont à sec- tion rectangulaire et à boucle (contour) également rectangulaire, ayant leurs parties inférieures situées dans des plans verticaux et parallè- les, et sont incorporés en hauteur dans le corps cylindrique réfractaire. Les parties supérieures des branches verticales des circuits magnétiques sont inclinées vers l'extérieur, tandis que les branches horizontales sontdistantes l'une de l'autre et se trouvent en dehors du corps, ayant les bobines d'alimentation disposées sur elles La partie inférieure du circuit magnétique principal possède une ou plusieures branches hori- zontales et superposées, dans lesquelles est ménagé un jeu ou écarte- ment à travers lequel passe le canal de pression de la pompe, lequel présente une section rectangulaire et est disposé verticalement avec l'ouverture de succion en bas et l'ouverture de refoulement du métal en haut Au niveau des branches horizontales du circuit magnétique principal, sont disposés horizontalement les conducteurs électriques. Chaque conducteur électrique représente un enroulement unitaire encer- clant l'une des branches verticales du circuit magnétique secondaire. L'une des branches du conducteur de courant atteint le canal de pression et se termine par une électrode formant la paroi du canal L'autre branche du circuit de courant traverse la branche horizontale du cir- cuit magnétique en traversant le jeu dans lequel est disposé le canal de pression, fait ensuite un tour de 1800 et se termine par une élec- trode formant la paroi opposée du canal de pression Le corps de la pompe, et l'ensemble des circuits magnétiques, et des conducteurs de courant ainsi que le canal de pression, sont répartis dans des plans horizontaux en trois sections ou plus suivant le nombre des conducteurs de courant Les sections sont serrées avec des éléments de fixation. La pompe est immergée verticalement dans le métal liquide du creuset du dispositif d'alimentation de manière que l'ouverture de succion se trouve en bas et l'ouverture de refoulement en haut La machine à coquilles est à surface de joint horizontale et est disposée à côté et sur le dispositif d'alimentation La liaison entre l'ouverture de refoulement de la pompe et le moule, fixé à la machine à coquilles, est réalisée au moyen d'une conduite à métal de forme complexe. Un inconvénient de la machine connue précitée réside dans les con- ditions thermiques lourdes en fonctionnement Un autre inconvénient est l'augmentation irrationnelle du jeu dans le circuit magnétique principal par lequel passent le canal de pression et l'une des branches du conducteur de courant Tout ceci entraîne une dispersion importante des lignes de force magnétiques, donc une réduction de l'induction magnétique et une augmentation de l'énergie nécessaire pour atteindre le régime de fonctionnement de la pompe (pression et débit) Il en résulte que pour atteindre une pression technologique suffisamment éle- vée, il est nécessaire d'utiliser un certain nombre de cellules de pression, respectivement plusieurs conducteurs de courant Ceci conduit à une complication de la construction et à un allongement important du canal de pression, ce qui favorise une obturation accélérée de celui-ci, sans que soit offerte pratiquement la possibilité de nettoyer et réparer facilement les parties qui le constituent La réparation nécessite le démontage de la pompe tout entière avec un temps mort de longue durée et, lors de la réparation,il peut s'avérer nécessaire d'échanger une grande partie des éléments, ce qui équivaut le plus souvent au remplace- ment de la pompe toute entière- Un autre inconvénient est la direction unique de fonctionnement de la pompe qui impose que la machine à coquil- les soit disposée au-dessus de la pompe et que la conduite de métal soit d'une longueur importante; en outre la machine de coulée présente une structure qui ne peut être rendue compacte et dès lors exige un espace important et un entretien compliqué avec l'unique possibilité d'utiliser des moules à surface de joint horizontale. Le but de la présente invention est lacréation d'une machine de coulée à pression pulsatoire, de structure compacte et munie d'une conduite de métal courte pour les moules à surface de joint verticale, assurant une pression moyenne maximale d'au moins 0,3 M Pa, sans risque d'une obturation du canal de pression de la pompe, et offrant la pos- sibilité d'un échange aisé des parties formant le canal de pression. Ce but est atteint par une machine de coulée des métaux à pres- sion pulsatoire des forces électromagnétiques, comprenant un réservoir de métal liquide, une pompe électromagnétique à conduction, une conduite de métal et une machine à coquilles, associés en série et disposés sur un châssis commun, mabhine dans laquelle, selon l'invention, la partie supérieure du réservoir est disposée au-dessus du circuit magnétique de la pompe à pression réversible, et sa partie inférieure est rétrécie, encerclée par le circuit magnétique, et se termine par une bride dont l'ouverture est liée au canal de pression de la tête, reliant la pompe électromagnétique par la conduite de métal à la machine à coquilles Sur les parois verticales du canal de pression de la tête, sont disposés des couvercles enduits d'un revêtement résistant à l'aluminium en fusion et sur les deux électrodes, dans la zone du canal, sont montées des plaques de protection en forme de T, dont la base pénètre dans le canal, les deux électrodes étant serrées contre le circuit magnétique par deux serre- flans presseurs électriquement isolés La partie arrière du canal de pression s'élargit sous une forme trapézoïdale, ce qui rend le châssis incliné, avec des rails montés en longueur, qui portent un chariot sur lequel est fixée la pompe électromagnétique de conducteur avec le ré- servoir de métal liquide La pompe électromagnétique possède un cir- cuit magnétique disposé horizontalement, dont les deux branches laté- rales portent des bobines et sa boucle ou contour embrasse l'une des branches du conducteur de courant formant l'enroulement secondaire du transformateur; la branche avant du circuit magnétique comprend quant à elle deux parties ou embouts magnétiques, entrant dans un ensemble à part, dénommé tête de puissance et délimitant le canal de pression d'une longueur atteignant 25 % de la longueur de la conduite de métal. L'élargissement dans la partie arrière du canal de pression est de forme trapézoïdale et possède une longueur atteignant 20 % de la longueur du canal Le revêtement, résistant à l'aluminium fondu, des couvercles formant les parois verticales du canal de pression,est en émail résistant aux hautes températures Les plaques de protection en forme de T sur les deux électrodes dans la zone du canal sont en titane. Le réservoir de métal liquide est fabriqué en un matériau non magnéti- -que ou paramagnétique, résistant à l'aluminium fondu, par exemple "le tchougal", réchauffé par un four à résistance en deux parties, supérieure et inférieure, à commandes indépendantes, et l'enceinte des fours comprend trois écrans remplis par un matériau non magnétique ou paramagnétique, par exemple une tôle au chrome-nickel La conduite de métal peut être réchauffée et est fabriquée en un matériau non magnéti- que ou paramagnétique résitant à l'aluminium fondu, comme par exemple "le tchougal". Les avantages de la machine selon l'invention résident dans les deux directions de fonctionnement de la pompe électromagnétique, qui permettent de disposer le moule au-dessous du niveau du métal dans le réservoir d'alimentation Cela permet de rendre la machine compacte et de réaliser la liaison du canal de pression avec un moule à surface de joint verticale au moyen d'une conduite de métal de longueur mini- male, Les deux directions de fonctionnement garantissent en outre de meilleures performances technologiques de la machine, notamment en ce qui concerne le possibilité de succion du métal liquide du système Le canal de pression est formé dans une tête de puissance séparée qui est facilement amovible et démontable, facilitant les réparations de la pompe et de la machine toute entière Le jeu minimal du circuit magnéti- que par lequel passe le canal de pression, proche de la largeur du canal de pression, assure la réduction des pertes en induction magnéti- que comme résultat de la réduction de la dispersion des lignes de force magnétiques Cela permet d'atteindre une pression élevée, supérieure à 0,3 M Pa, en formant un canal de pression court et droit, ce qui élimine le danger d'obturation De meilleures conditions thermiques de fonction- nement du dispositif, ainsi que de meilleures conditions de contrôle du régime thermique de fonctionnement sont également assurées. Un mode de réalisation de la machine de coulée conforme à la présente invention va maintenant être décrit plus en détail, mais unique- ment à titre d'exemple ou limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente une vue générale de cette machine la figure 2 représente la pompe électromagnétique à conduc- tion avec le réservoir de métal liquide à réchauffeur; la figure 3 est un schéma du système électromagnétique de la pompe; la figure 4 est une vue de face de la tête de puissance la figure 5 est une vue en coupe faite selon les flèches A-A de la figure 4; et la figure 6 est un agrandissement de la partie B de la figu- re 4. La machine de coulée à pression pulsatoire mettant en oeuvre des forces électromagnétiques comprend, telle qu'elle est représentée sur la figure 1, une pompe électromagnétique réversible à conduction 1 avec un réservoir réchauffé pour le métal liquide et une machine à coquille 2 à surface de séparation verticale, montés le long du châssis 3, ainsi qu'un mécanisme d'inclinaison La machine à coquilles 2 est fixée sur le châssis 3, d'un côté du support autour duquel s'effectue la rotation lors de l'inclinaison du châssis 3, de telle manière que sa plaque immobile se trouve du côté de la pompe électromagnétique 1, tandis que sa plaque mobile est déplaçable dans le sens de la longueur du châssis L'inclinaison du châssis s'accomplit au moyen d'un cylindre hydraulique monté sur le châssis 3 du côté de la pompe électromagnéti- que 1 L'entraînement de la machine à coquilles 2 et du cylindre hydraulique réalisant l'inclinaison, s'effectue à l'aide du groupe hydraulique 4 posé sur le sol à côté-du châssis 3 La pompe électromagnétique 1 avec le réservoir est située de l'autre côté du support, autour duquel a lieu la rotation du châssis 3, la partie de la base du châssis située du côté de la pompe électromagnétique 1 étant plus longue que celle située du côté de la machine à coquilles 2. Comme le montre la figure 2, la pompe électromagnétique 1 avec le réservoir est fixée sur un chariot 5, sur des rails disposés sur la longueur du châssis 3 En avant du chariot, du côté de la machine à coquilles 2, est placé sur quatre appuis à vis, un second châssis 6 dont les deux barres latérales'portent deux montants 7 Entre les mon- tants, est fixé horizontalement le circuit magnétique 8 à section - rectangulaire et boucle rectangulaire Sur ses deux branches latérales, sont fixées les bobines d'alimentation 9 (voir fig 3) La branche avant du circuit magnétique 8 est constituée de deux parties 10 dénommées embouts magnétiques 10, également à section rectangulaire, entre les- quels est ménagé au milieu de la branche, un jeu Les surfaces délimi- tant le jeu sont parallèles dans la partie avant, tandis que dans la partie arrière, elles sont inclinées par rapport à un plan vertical, de manière à former un élargissement du jeu de forme trapézoïdale et d'une longueur atteignant 20 % de la longueur totale du jeu Le jeu est fermé au-dessus et en-dessous par des électrodes supérieure 12 et inférieure 11 en barre de cuivre d'une largeur égale à la largeur des embouts magnétiques 10, et de cette manière est formé le canal de pres- ->O sion Dans les électrodes, à l'intérieur de la zone du canal, se trou- vent incorporées des plaques en titane 13 (fig 4) en forme de T, dont la base pénètre dans le canal sur une profondeur de 2 mm Sur les em- bouts magnétiques 10, du-côté du canal, sont montés des couvercles 14 revêtus d'une couche d'émail résistant aux hautes températures 15 Les embouts magnétiques 10 avec les électrodes sont serrés entre deux serre-flans presseurs 16 formant un ensemble à part, dénommé tête de puissance 17 (fig 2) Le serrage s'effectue au moyen d'éléments de fixation, dans ce cas des goujons 18 (fig 4), isolés électriquement par rapport à l'un des serre-flans Les électrodes sont elles-aussi isolées électriquement par rapport auxserre-flans et aux embouts magnétiques, au moyen d'un matériau résistant aux hautes températures, par exemple le mica La tête de puissance 17 est serrée vers le circuit magnétique 8 au moyen de deux crampons 19 (fig 3), et les deux embouts magnétiques sont en contact étroit avec les surfaces avant des branches latérales du circuit magnétique 8 Chaque crampon possède une vis au milieu de la partie verticale avant du crampon, tandis que sur la partie arrière de ses branches horizontales, il porte des dents saillantes à surfaces inclinées, venant en prise avec des surfaces inclinées formées au-dessus et au-dessous des branches latérales du circuit magnétique 8 Sur la partie arrière du chariot 5 (fig 2), est fixé le transformateur d'alimen- tation 20 avec le tableau de commande 21 Le transformateur est mono- phasé, du type à noyaux, avec, disposé sur le noyau arrière, l'enroule- ment primaire, et sur le noyau avant, l'enroulement secondaire L'en- roulement secondaire est monofilaire sous la forme d'une barre en cuivre refroidie par l'eau ou conducteur de courant 22 L'une des branches du conducteur de courant passe en-dessous du circuit magnétique 8 et se raccorde à l'électrode inférieure 11 de la tête de puissance 17, tandis que l'autre branche est disposée de telle manière que sa partie verti- cale soit encerclée par le circuit magnétique 8, la partie restante étant disposée au-dessus de l'une des bobines et reliée à l'électrode supérieure 12 de la tête de puissance Au-dessus du circuit magnétique, la partie cylindrique supérieure 23 du four du réservoir 24 est placée sur les surfaces supérieures des montants 7 moyennant quatre appuis à vis La partie inférieure 25 du four est encerclée par le circuit magné- tique 8 Les deux parties du four sont à commandes indépendantes et leur enceinte possède trois écrans d'une t 6 le d'acier au chrome-nickel Le réservoir est fabriqué en un matériau paramagnétique, résistant à l'aluminium fondu, matériau couramment dénommé "tchougal" Sa partie inférieure est rétrécie formant une bride verticale et une ouverture centrée par rapport à l'ouverture arrière du canal de pression Sur les deux surfaces, entre la bride du creuset et de la tête de puissance et entre la bride de la conduite de métal et la tête de puissance, se trouvent des garnitures d'étanchéité La conduite de métal de forme cylindrique a une longueur de 350 mm Elle est fabriquée en un matériau paramagnétique, résistant à l'aluminium fondu, "le tchougal" Elle est encerclée par un four tubulaire à résistance 27 A l'avant, le canal de la conduite de métal possède un élargissement conique avec un angle de cône de 80 La partie avant de la conduite de métal passe par l'ouver- ture de la plaque immobile de la machine à coquilles 2 et rejoint le moule fixé sur celle-ci En état de fonctionnement, la pompe avec le réservoir est fixée par rapport à la machine à coquilles 2 et au châssis 3 au moyen de deux organes de fixation, situés sur les deux barres longitudinales du châssis 3 La position extrême finale de la pompe électromagnétique 1 est fixée par des butées au bout des barres longitu- dinales du châssis 3, ce qui fait que la distance entre la plaque immo- bile de la machine à coquilles 2 et la partie avant du circuit magnéti- que 8 est au minimum de 400 mm En position de fonctionnement, la machine toute entière est sous une pente de 80, en considérant que cet angle est formé entre le châssis 3 et l'horizontale du c 8 té de la pompe élec- tromagnétique 1. Le fonctionnement de la machine décrite ci-dessus est le sui- vant: La machine est mise en état de fonctionnement sous une pente de 80 par rapport à l'horizontale On branche le chauffage des deux parties 23 et 25 du four du réservoir, du four de la conduite de métal 27 et du moule La plaque mobile de la machine à coquilles 2 se déplace jusqu'à la fermeture du moule Après avoir atteint les tempé- ratures nécessaires à la coulée, on met en service le groupe hydrauli- que 4 On verse du métal liquide dans le réservoir 24 et on met en ser- vice la pompe électromagnétique 1 Transversalement au canal de pression, en direction horizontale, prend naissance l'induction magnétique, tandis que verticalement à travers les électrodes et le métal liquide présent dans le canal, circule le courant électrique Il en résulte alors, le long du canal, des forces tendant à pousser le métal liquide Les forces, respectivement la pression et le débit, sont déterminées par l'induction magnétique et l'intensité du courant circulant à travers le canal La machine peut fonctionner en régime manuel, ainsi qu'en régime semi- automatique et automatique Le régime peut être à étages multiples ou à pression variable et débit variable et par conséquent, lors du régime semi-automatique ou automatique, on effectue préalablement le réglage nécessaire Un cycle de travail est réalisé selon la séquence suivante on ferme le moule, on met en service la pompe électromagnétique pour un fonctionnement en régime dit de première marche avant "avec une pres- sion et un débit préalablement imposés; ensuite on la place en deuxième et troisième marches avant" au moyen de capteurs présents dans le moule ou de relais C'est alors que sont exécutés les processus de remplis- sage du système de versement (de remplissage) et de l'empreinte, de cristallisation et de refroidissement de la coulée Après un certain temps, nécessaire pour le durcissement de la coulée, on place la com- mande de la pompe électromagnétique en régime de marche arrière Le résidu liquide dans la conduite de métal 26 est ramené dans le réservoir 24 et la pompe électromagnétique commence à jouer le rôle d'une ferme- ture électromagnétique Le moule est ouvert et on actionne les éjecteurs qui expulsent la pièce coulée hors de l'empreinte du moule Le cycle opératoire est alors terminé Sa répétition peut être obtenue par com- mande manuelle (en régime semi-automatique) ou automatiquement Pendant la durée du processus, on peut réaliser un apport de métal liquide dans le réservoir 24 sans interrompre le fonctionnement de la machine Après l'achèvement du travail de la machine, celle-ci est inclinée en avant et le résidu du métal liquide dans le réservoir 24 est soutiré à travers le moule ouvert. REVENDICATIONS 1 Machine de coulée à pression pulsatoire, fonctionnant sous l'effet de forces électromagnétiques, comprenant associés en série, un réservoir de métal liquide, une pompe électromagnétique à conduction, une conduite de métal et une machine à coquilles, disposés sur un châssis commun, caractérisée en ce que la partie supérieure du réser- voir ( 24) estsituée au-dessus du circuit magnétique ( 8) de la pompe qui est à pression réversible, et sa partie inférieure rétrécie est encerclée par le circuit magnétique ( 8) de la pompe ( 1) et se termine latéralement par une bride dont l'ouverture est liée avec le canal de pression de la tête de puissance ( 17), reliant la pompe électromagné- tique par la conduite de métal ( 26) à la machine à coquilles ( 2), et, sur les parois verticales du canal de pression de la tête de puissance sont placés des couvercles ( 14), tandis que sur les deux électrodes ( 11 et 12) dans la zone du canal sont montées des plaques de protec- tion ( 13) en forme de T, dont la base pénétre dans le canal, les deux électrodes étant serrées contre les embouts magnétiques ( 10) du cir- cuit magnétique ( 8) de la pompe par l'intermédiaire de deux serre- flans presseurs ( 16), et la partie arrière du canal de pression s'é- largissant sous une forme trapézoïdale, le châssis ( 3) étant incliné avec des rails montés dans le sens de sa longueur qui portent un chariot ( 5) sur lequel sont fixés la pompe électromagnétique à conduction ( 1) et le réservoir associé ( 24) de métal liquide. 2 Machine de coulée à pression pulsatoire, selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que la pompe électromagnétique ( 1) a son circuit magnétique ( 8) disposé horizontalement, avec ses deux branches latérales les bobines ( 9), et le circuit magnétique encercle l'une des branches du conducteur électrique ( 22) formant l'enroulement secondaire du transformateur ( 20), la branche avant du circuit magnétique étant constituée de deux parties ou embouts magnétiques ( 10) faisant partie d'un ensemble à part, la tête de puissance ( 17), et délimitant le canal de pression d'un longueur atteignant 25 % de la longueur totale de-la conduite de métal. 3 Machine de coulée à pression pulsatoire, selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que l'élargissement de forme trapézoïdale, il dans la partie arrière du canal de pression, est d'une longueur attei- gnant 20 % de la longueur du canal. 4 Machine de coulée à pression pulsatoire, selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que les couvercles ( 14) formant les parois verticales du canal de pression possèdent un revêtement ( 15) résistant à l'aluminium fondu, par exemple, en un émail résistant aux hautes températures. Machine de coulée à pression pulsatoire, selon la revendication 1, caractérisée en ce que les plaques de protection ( 13) en forme de T sur les deux électrodes ( 11 et 12) dans la zone du canal sont en titane. 6 Machine de coulée à pression pulsatoire, selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que le réservoir de métal liquide ( 24) est en un matériau non magnétique ou paramagnétique, résistant à l'aluminium fondu, réchauffé par un four en deux parties supérieure ( 23) et infé- rieure ( 25) à commandes indépendantes, l'enceinte des fours comprenant trois écrans, fabriqués en un matériau non magnétique ou paramagnétique, par exemple une t 8 le en chrome-nickel. 7 Machine de coulée à pression pulsatoire, selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que la conduite de métal ( 26) est réchauf- fée et est fabriquée en matériau non magnétique ou paramagnétique, résistant à l'aluminium fondu.