Brevet FR2695197A1 — publié le 19940304

Appareil de fusion par induction isolé vis-à-vis de l'atmosphère L'invention se rapporte à un appareil de fusion par induction, isolé visà-vis de l'atmosphère et comprenant un raccord en vue de la liaison avec une 5 source de dépression ou une source de gaz inerte, pour la fusion de métaux réactifs à haut point de fusion, l'appareil comprenant un creuset en métal non revêtu, entouré par une bobine d'induction, et un moule de coulée agencé au-dessous du creuset au-dessous d'un déversoir. Un tel appareil de fusion par induction est décrit par exemple dans le US-A-5 121 406 Dans cet appareil le creuset et le moule de coulée sont agencés l'un au-dessous de l'autre dans une chambre à volume relativement important afin que l'air puisse être tenu à l'écart de la fonte de métal lors de la fusion et du remplissage du moule. Le creuset est réalisé sous la forme d'un creuset dit "à induction froide" et il a une paroi formée de palissades individuelles De manière habituelle les palissades sont réalisées en cuivre et sont refroidies à l'eau Un mode de réalisation typique d'un tel "creuset à induction froid" est décrit dans le20 US-A-4 738 713 Dans ce document il est aussi indiqué que pour mener l'opération de fusion et de coulée, on doit agencer le creuset à induction et le moule de coulée dans une chambre étanche à l'air. En raison de la nécessité d'une chambre pour maintenir l'air à l'écart, les appareils connus de fusion par induction ont des volumes relativement importants et leur réalisation est coûteuse En outre, afin de produire un vide, on doit aspirer hors de la chambre une quantité d'air relativement importante de sorte qu'il est nécessaire de prévoir des pompes à vide de taille correspondante et qu'un temps important est nécessaire jusqu'à ce que30 le vide requis soit atteint après la fermeture de la chambre. Le problème sous-jacent à l'invention est de réaliser un appareil de fusion par induction du type mentionné au début, de telle manière qu'il soit de construction la plus compacte possible et puisse être réalisé de manière 2 2695197 économique, et qu'il requière des temps annexes les plus courts possible lorsqu'on mène l'opération de fusion et de coulée. Conformément à l'invention, ce problème est résolu en ce que le creuset comporte un couvercle qui le ferme hermétiquement et une projection en forme de jupe dirigée vers le bas, dans laquelle le moule de coulée est agencé de façon étanche vis-à-vis de la surface intérieure de la projection. Grâce à cette réalisation, on peut se passer entièrement de la chambre qui entoure le creuset et le moule de coulée Grâce au couvercle et à l'agencement étanche du moule coulée dans la projection du creuset, il devient possible d'évacuer l'intérieur du creuset et du moule de coulée, ou de les remplir avec un gaz inerte, le creuset formant la chambre à vide Grâce à ceci, la structure de l'appareil de fusion par induction est sensiblement plus compacte que celle d'appareils comparables En outre il est beaucoup rapidement prêt à l'emploi, parce qu'il ne faut évacuer qu'un volume relativement petit Par ailleurs, les pièces individuelles de l'appareil sont mieux accessibles en raison de l'absence d'une chambre qui les entoure, ce qui est avantageux pour la manipulation et pour la maintenance de l'appareil. Lorsqu'on veut faire fondre dans un creuset de petites quantités de métal, on peut arriver à ce qu'en raison des forces magnétiques engendrées par le bobinage d'induction, la fonte passe dans un état de lévitation et ne touche pas la paroi du creuset On peut encore réaliser "cette fusion en lévitation" avantageuse aussi pour des quantités de métal de plusieurs centaines de grammes, lorsque le creuset a, d'après un développement avantageux de l'invention, un fond qui descend en forme d'entonnoir jusqu'à son déversoir. Grâce à un tel fond, il apparaît des composantes de force dirigées vers le haut dans les forces magnétiques engendrées par le bobinage d'induction qui conduisent à un soulèvement de la fonte par rapport au fond. Dans des fours de fusion de plus grande taille, qui ne peuvent pas fonctionner d'après le principe de la fusion en lévitation, apparaît le problème de l'enlèvement du fond du moule hors du creuset après refroidissement de celui-ci Ce fond de moule peut être extrait du creuset de 3 2695197 manière très simple lorsque le creuset présente une surface de jupe qui s'élargit légèrement en diamètre vers le haut. Un développement tout particulièrement avantageux de l'invention consiste en ce que le moule de coulée est agencé de manière à pouvoir être déplacé en hauteur dans le prolongement Grâce à ceci, il est possible de préparer le moule de coulée dans une région inférieure du prolongement et avant la coulée, o le moule s'échauffe progressivement depuis le fond vers le haut. Grâce à ceci, après la montée du moule, il se produit lors de son remplissage une solidification dirigée, ce qui augmente considérablement la qualité de la pièce coulée. La mobilité du moule dans le prolongement peut être réalisée de manière particulièrement simple lorsque le moule est agencé sur un plongeur qui peut être déplacé verticalement et qui pénètre à l'intérieur du prolongement. Pour des quantités plus importantes de fonte, on ne peut plus parvenir à ce que la fonte reste au-dessus du déversoir du creuset au moyen des forces magnétiques et de sa tension superficielle On peut empêcher de manière simple un écoulement jusqu'au moment désiré du remplissage du moule en agençant dans le déversoir du creuset un bouchon qui peut être évacué par fusion au moyen d'un chauffage additionnel, ou par coupure d'un refroidissement prévu pour ce bouchon. Il est toutefois également possible, pour des quantités de fonte plus importantes, d'empêcher un écoulement prématuré de la fonte, en ce que le moule comporte un raccord pour raccorder son volume intérieur avec le vide ou avec une surpression Grâce à ceci il est possible d'empêcher à la fonte de s'écouler hors du creuset via le déversoir lors de l'opération de fusion au moyen d'une surpression dans le moule et par conséquent également au niveau du déversoir du creuset Lors de la coulée, on doit alors réduire la surpression, et au lieu de ceci, de produire un vide Naturellement, on peut également prévoir pour la coulée une surpression au-dessus du creuset, ce qui peut se produire très rapidement, puisque le volume dans le creuset au-dessus du niveau de la fonte est petit. 4 2695197 Si le couvercle comporte le raccord pour la liaison au vide ou avec le gaz inerte, ceci contribue à une simplification supplémentaire de l'appareil. L'invention permet de nombreux modes de réalisation Pour mieux mettre en lumière son principe de base on a illustré schématiquement dans les dessins un de ses modes de réalisation et un détail modifié, qui sont décrits ci-après. Ces dessins montrent: Fig 1 une coupe verticale à travers un appareil de fusion par induction de l'invention, fig 2 une coupe à travers une zone partielle d'un appareil de fusion par induction modifié par rapport à la fig 1. L'appareil de fusion par induction illustré à la fig 1 comporte un creuset 1, de préférence en cuivre, qui ne possède aucun revêtement et forme une cavité de creuset 2 On n'a pas représenté que la paroi du creuset consiste dans la région de la cavité de creuset 2 en des palissades individuelles refroidies à l'eau, et est à cet égard réalisée exactement comme celle du20 brevet US-A-4 738 713. Il est important pour l'invention que le creuset 1 possède un couvercle 3 qui referme celui-ci hermétiquement, et qui est posé sur le creuset 1 avec interposition d'un joint 4 et peut être enlevé depuis le haut Ce couvercle 3 possède un raccord 5 auquel peut être raccordée une source de dépression 6 ou une source de gaz inerte. En direction du bas, le creuset 1 comporte un prolongement 7 en règle générale cylindrique, qui est entouré par un système 8 de refroidissement à l'eau A l'intérieur de ce prolongement 7 est agencé un moule de coulée 9 qui peut être déplacé en hauteur au moyen d'un plongeur 10 Il est ici important que ce moule 9 soit rendu étanche vis- à-vis de la surface intérieure du prolongement 7 au moyen d'un joint périphérique 11 Le moule 9 a une cavité intérieure 12 qui représente la forme en négatif de la pièce à produire et qui, dans des appareils de fusion par induction de plus grandes tailles peut 2695197 être reliée avec une source de dépression ou de surpression par l'intermédiaire d'un raccord 13. Le creuset 1 possède un fond 14 qui descend jusqu'à une sortie ou déversoir 15 central, ce qui est obtenu dans ce mode de réalisation par une forme de calotte sphérique Cependant, le fond pourrait être également réalisé en forme de cône Le fond 14 se transforme en une surface de jupe intérieure 16, qui s'élargit de manière conique en direction du haut jusqu'au couvercle 3 Pour le chauffage du creuset 1 on se sert d'un bobinage à induction 17 habituel. Le métal à fondre et à couler est mis dans la cavité 2 du creuset après avoir enlevé le couvercle 3 Après fermeture du couvercle 3, la cavité 2 du creuset, et par conséquent également la cavité intérieure 12 du moule 9, est évacuée En variante il est également possible de pourvoir le couvercle 3 d'un sas de sorte qu'il ne doit pas être enlevé et que le vide reste maintenu à l'intérieur de l'appareil lors du chargement. Lorsque l'on fait passer un courant dans le bobinage à induction 17, il se produit des forces magnétiques si intenses que la fonte qui se forme ne touche pas la surface intérieure 16 et le fond 14 du creuset 1 Grâce à ceci il ne S 'écoule également aucune fonte à travers la sortie 15 Pendant le processus de fusion, le moule 9 se trouve dans une position abaissée à l'intérieur du prolongement 7 De ce fait, il s'échauffe dans la région supérieure plus que dans la région inférieure Lorsque la coulée doit commencer, on amène alors le moule au moyen du plongeur 10 en direction du haut aussi loin quil parvienne contre la sortie 15 Si l'on coupe le courant du bobinage à induction 17, les forces magnétiques qui maintiennent la fonte en lévitation disparaissent également Par conséquent, la fonte peut s'écouler30 via la sortie 15 dans la cavité intérieure 12 et peut ainsi remplir le moule 9. La fig 2 montre que la sortie 15 peut également être fermée au moyen d'un bouchon 18 Dans ce mode de réalisation, on prévoit autour de la sortie 15 dans la région du bouchon 18 un refroidissement 19 qui fonctionne avec de35 l'eau Tant que le refroidissement 19 fonctionne le bouchon 18 obture la sortie 15 Si l'on arrête le refroidissement 19, le bouchon 18 devient qu'il fond et libère par conséquent la sortie 15, de sorte que la fonte peut s'écouler dans le moule 9. il est naturellement également possible de réaliser le bouchon 18 en un matériau qui résiste aux températures qui se produisent On doit alors prévoir à la place du refroidissement 19 un réchauffage, et il peut alors s'agir d'un bobinage à induction qui doit être agencé exactement comme le refroidissement Si l'on doit faire fondre un tel bouchon 18, on doit enclencher ce chauffage. 7 2695197 Liste de références 1 Creuset 2 Cavité de creuset 3 Couvercle 4 Etanchéité Raccord 6 Source de dépression 7 Prolongement 8 Refroidissement à eau 9 Moule Enclume 11 Joint 12 Cavité intérieure 13 Raccord 14 Fond Déversoir ou sortie 16 Surface enveloppe intérieure 17 Bobinage à induction 18 Bouchon 19 Refroidissement 8 2695197 Revendications 1 Appareil de fusion par induction isolé vis-à-vis de l'atmosphère et comportant un raccord pour la liaison avec une source de dépression ou une source de gaz inerte, pour la fusion de métaux réactifs avec un point de fusion élevé, l'appareil comprenant un creuset en métal non revêtu,qui est entouré par un bobinage d'induction et comprend un moule agencé au-dessous du creuset au-dessous d'un déversoir, caractérisé en ce que le creuset ( 1) comprend un couvercle ( 3) qui le ferme hermétiquement et un prolongement ( 7) en forme de jupe et dirigé vers le bas, dans lequel le moule de coulée ( 9) est agencé de manière étanche vis-à-vis de la surface intérieure du prolongement ( 16). 2 Appareil de fusion par induction selon la revendication 1, caractérisé en ce que le creuset ( 1) a un fond ( 14) en forme d'entonnoir et qui descend jusqu'à son déversoir ( 15). 3 Appareil de fusion par induction selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le creuset a une surface de jupe ( 16) qui s'élargit légèrement en diamètre en direction du haut. 4 Appareil de fusion par induction selon l'un au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moule de coulée ( 9) est agencé de manière à pouvoir être déplacé dans le prolongement ( 7). Appareil de fusion par induction selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moule de coulée ( 9) est agencé sur un plongeur ( 10) qui peut être déplacé vers le haut et qui se projette dans le prolongement ( 7). 6 Appareil de fusion par induction selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que dans le déversoir ( 15) du creuset ( 1) est agencé un bouchon qui peut être évacué par fusion au moyen d'un chauffage additionnel ou en arrêtant un refroidissement prévu pour lui. 9 2695197 7 Appareil de fusion par induction selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moule ( 9) comporte un raccord ( 13) pour la liaison de sa cavité intérieure ( 12) avec un vide ou une surpression. 8 Appareil de fusion par induction selon l'une au moins des revendications précédentes, caractérisé en ce que le couvercle ( 3) comporte le raccord ( 5) pour la liaison avec la source de dépression ( 6) ou de gaz inerte.