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"PROCEDE ET APPAREIL POUR MUNIR LES TUBES METAL-
LIQUES DE PROLONGEMENTS RAPPORTES"'.
Cette invention a pour objet un procédé et un appareil permettant de munir un tube de bossages ou pro- longements rapportés et plus particulièrement d'établir un prolongement métallique propre à. transmettre la chaleur sur un tube de circulation préalablement établi- dans le but de constituer des éléments muraux pour les foyers de chau- dières et applications analogues, et plus spécialement pour les écrans ou murs aquatubulairea en vue de la production ou de la surchauffe de la vapeur d'eau,. ou du maintien à l'.état relativement froid d'un mur de four au foyer ou d'une autre surface exposée, en empêchant ainsi. un échauffe-
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ment exagéré susceptible de résulter d'allures et de tempé- ratures de combustion élevées.
Le présent procédé est pratique, efficace et éco- nomique et permet d'obtenir un prolongement rapporté extrê- mement efficace,, résistant et durable,
Dans les dessins annexés :
Figures 1 et 2 sont des coupes transversales d'éléments de mur constituant des modes de réalisation pré- férés de l'invention.
Figure 3 est une vue perspective représentant la structure longitudinale préférée d'un élément de mur aquatubulaire possédant une section transversale telle que celle représentée dans la figure 1.
Figure 4 est une vue de face d'un mur aquatubulai- xe établi à l'aide d'éléments tels que ceux représentés dans la figure 3.
Figure 5 est une coupe transversale suivant V-V (figure 4) et indique comment le mur peut être obturé et complété à l'aide d'une garniture réfractaire convenable et d'une chemise externe,
Figure 6 est une coupe transversale d'un appareil ou moule permettant de réaliser l'invention.
Figure 7 est un plan d'un appareil analogue à figure 6 et disposé poux produire un élément de mur possé- dant une structure longitudinale telle que celle indiquée dans la figure 3.
Figure 8 est une coupe transversale d'un autre genre d'appareil ou moule permettant de réaliser l'invention, dans lequel le métal en excès passe dans une cavité située sur le coté opposé ou côté arrière du tube dans le but de chauffer ce côté et de compenser l'effet de dilatation qui 'se produit de l'autre côtés .Figure 9 est une vue. partie en coupe et partie en élévation ,. en regardant de la droite, la coupe étant prise
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sensiblement suivant la ligne brisée IX-IX de figure 8 et aucun métal fondu n'étant représenté dans le moule,
Figure 10 est une coupe longitudinale d'un appa- reil permettant de fabriquer l'élément de mur de figure 3 de telle sorte que les sections de prolongement sont appli- quées en même temps ou par la même opération de fonderie.
Figure 11 est une vue perspective du produit résultant de la mise en pratique de l'invention par l'appa reil de figure 8, mais représente le surplus de métal déta ché du côté arrière du tube après que le métal s'est solidi- fié.
L'élément demur tubulaire 10 de figure 1 est com- posé de l'élément de tube 11 présentant le conduit à eau 12,et du prolongement externe, ou élément de parement, 13.
On entend ici par "eau'r soit de l'eau à l'étatde liquide ou de vapeur, soit un autre fluide circulant. Le prolon- gement ou élément de parement 13 représenté-comprend un corps 14 et deux ailes apposées 15 qui donnent à l'élément une largeur notablement plus grande que le diamètre du tube, la face avant ou surface de parement 16 s'étendant sur la largeur entière du carps et des ailes,
Ainsi qu'il sera décrit plus loin, le métal constituant le prolongement 13 fait carps avec le tube de circulation 11,maiscomme l'élément de mur est préférable- ment composé de différents métaux, le dessin indique une division théorique ou ligne d'union centre eux.
L'élément complet 10 est composé du tube préalablement établi 11, qui est préférablement en acier, et d'un prolongement 13 uni au tube de façon qu'il fasse corps avec luipar une sou-= dure autogène, ce prolongement étant préférablement en fonte de fer. Le tube peut être un tube d'acier fargé sans soudure du type normal employé pour les tubes de chau- dière, tandis que le prolongement est préférablement constitué par de la fonte grise coulée directement et soudée
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de'façon autogène sur le tube comme il sera décrit.
Les résultats désirés de la transmission ou de la conduction de chaleur ne pourraient pas être obtenus dans la pratique si l'union de l'élément de tube et du prolongement n*était pas réalisée d'une façon intime, et la ligne ou zone ou union 17 indique par conséquent une ligne ou zone de contact intime ou absolu entre les deux éléments, avec des molécules ou cristaux enclavés ou mutuellement en prise suivant une zone continue s'étendant le long des parties contigües du tube original et du prolongement rapporté.
Le prolongement est préférablement établi sous forme de sections relativement courtes, comme représenté en 1.4* Il dans la figure 3, au lieu d'être établi d'une façon continuelle long du tube. Il subsiste ainsi entre les sec- tions des espaces 23 qui facilitent la fabrication et per- mettent aux sections chaudes de se dilater en service sans déterminer une courbure nuisible de l'élément et une défor- mation,du mur. La disposition permet aussi la croissance ou développement graduel qui résulte d'échauffements répétés des métaux ferreux.
Un acier doux faible en carbone est préférable pour le tube préalablement établi, mais la fonte de fer, par exemple une fonte grise riche en carbone, est supérieure pour le prolongement ; et la transmission rapide de la chaleur protège le fer contre des températures excessi- ves. A titre d'exemple particulier, on peut constituer le tube Il par un tube de chaudière sans soudure d'un diamètre de 76 mm et prévoir des eapaces de 6,3 mm entre les sections, chaque section ayant environ 152 mm de longueur et une lar- geur un peu moindre que l'écartement des tubes de façon'à laisser des intervalles dans toutes les directions.
L'élément de mur aquatubulaire précédemment dé- crit peut être fabriqué sur une échelle induatrielle par le procédé suivante En commençant avec un tube d'acier sans soudure normal 11 de la forme et de la longueur désirées, il
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convient de nettoyer d'abord ce tube parfaitement avant les opérations de coulée. Il est bon de le Plonger dans un bain de décapage à l'acide dans le but de nettoyer au moins une moitié de la circonférence du tube et de soumettre ensuite cette partie à l'action d'un jet de sable jusqu'à, ce que la surface soit devenue brillante et propre,
On peut alors insérer une partie de la longueur du tube dans un moule spécial tel que celui indiqué dans la figure 6.
Ce moule comprend un chêssis inférieur/32 et, au- dessus de cette pièce, un châssis supérieur démontable au "dessus" 33. La cavité de moulage 34 correspond à la forme donnée en section au prolongement 13 dans la figure 1, et cette forme peut être obtenue à l'aide d'un modèle conve- nable placé contre le côté du tube 11 pendant le serrage du sable. 35 indique un jet en nappe au conduit large ser- vant à conduire la fonte en fusion à la partie inférieure de la cavité de moulage 34, et 36 désigne un trou de coulée re- lié au jet 35, Le sable que renferme le dessus 33 peut être supporté et maintenu par des équerres au agrafes 37 ou d'au- tres organes bien connus de l'homme du métier.
Pour des raisons qui ressortiront de ce qui souit, il est préférable de prévoir un conduit à masselotte 38 pour la fonte en fusion , de façon qu'on puisse couler un excès de métal dans le moule et que cet excès s'échappe par le conduit la¯ pour se déverser ensuite dans une rigole d'évacuation 39.Le conduit 38 part de préférence d'un point de la cavité 34 aussi rap- proché que possible de la partie supérieure du tube 11, Dans certains cas, un moule permanent pourrait être utilisé en remplacement du moule de sable décrit,
La disposition qui vient d'être décrite.peut être appliquée pour couler une section de prolongement unique 13 sur le tube d'acier au pour constituer simultanément plu- sieurs sections de ce genre à L'aide de la disposition repré- sentée dans la figure 7. L'ardre de production des sections
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de prolongement peut varier, Ainsi, on peut couler sur le tube une section sur deux et couler ensuite les sections al- ternantes entre les premières; ou bien on peut couler une série de sections et, lorsque les pièces de fonte ont été refroidies, déplacer le tube sur une certaine langueur pour produire une autre série de pièces coulées, et ainsi de , suite jusqu'à ce que le nombre désiré entier de sections ait été coulé.
Dans la figure 7, le trou de coulée 36 est muni de conduits de branchement 41 communiquant a vec les divers jets 3µ-se rapportant aux diverses sections; de même les divers conduits d'échappement 38 communiquent par des rigoles de trop-plein distinctes 42 avec une rigole d'évacua- tion commune,, Les diverses cavités de moulage 34 peuvent être établies primitivement sous forme d'une seule cavité puis espacées les unes des autres avant la coulée par une série de noyaux cuits 4 disposés entre les sections consécu- tives et constituant les espaces 23 de figure 3.
Suivant le présent procédé, le tube préalablement établi est préférablement préchauffé à une température assez élevée, par exemple 426 à 482 C.., de façon à amollir le métal ou à le préparer pour la soudure autogène par laquelle les prolongements de parement sont amenés à faire corps avec le tube. Dans le but d'effectuer ce préchauffage, on a indiqué un brûleur ou chalumeau 45 qui peut être employé pour projeter dans le tube des flammes obtenues par la combus- tion d'une huile ou d'un gaz. Un préchauffage uniforme est désirable , et la demanderesse a imaginé une disposition permettant de préchauffer électriquement le tube pour le but visé.
Lorsqu'on fait usage d'un chalumeau, il est préfé- rable de le faire fonctionner alternativement d'un côté et de l'autre coté du tube de façon à élever la température du tube à une valeur aussi élevée et aussi uniforme que possible sur toute la longueur au partie à traiter.
On remarquera que la coulée du métal est effectuée
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directement sur la surface du tube préchauffe Il La fonte' en fusion peut posséder une température de 1600 C. environ.
Suivant l'invention, le mode opératoire préféré consiste à permettre à la fonte de remplir la cavité de moulage et, , pendant qu'une partie du métal s'échappe par le conduit d'é- vacuation, à maintenir un courant continu le long du jet 35, de la cavité 34 et du conduit d'évacuation ±±pendant un temps assez long, afin d'élever encore la température du tube d'acier et la rapprocher du point de fusion, ce qui assure une union intime ou une soudure autogène du tube et du pro- longement.
Le jet en nappe 35 amène le fer dans la cavité sur la largeur entière de cette cavité,. et le conduit d'échap- pement 38 est aussi un conduit en nappe de la largeur entiè- re, cette disposition assurant le passage continu d'un cou- rant de largeur entière de métal fondu de lentrés µla sortie à travers la cavité 34, La fonte en fusion possédera son maximum .de température près de la partie inférieure du tube, mais elle assurera un chauffage sensiblement constant parce que cette disposition oblige le courant à se mouvoir en contact plus intime avec le tube à mesure qu'il progresse et pendant qu'il serefroidit,
Il en résulte que la surface exposée et préchauf- fée entière du tube sera portée à une température.assez uni- forme pour assurer sa soudure autogène avec le prolongement de fonte coulée sur elle.. On a estimé que, à la surface expo- sée du tube d'acier, la température de ce tube s'élèvera dans ce procédé presque à 680-700 C. sans toutefois dépasser cette température à laquelleil devient suffisamment mau pour se souder de façon autogène au métal fondu sans fondre ou couler lui-même.
La manipulation préférée est essentiellement la suivante :On coule la fonte à l'aide d'une poche de coulée dans le trou 36, la quantité de métal introduite par unité
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de temps étant grande au début dans le but de remplir le moule rapidement.. Aussitôt que le moule a été rempli et que l'excès commence à se déverser à la masselotte, il convient de ralentir la coulée jusqu'à une vitesse aussi faible que possible, De cette façon,- l'échauffement maximum du tube par la fonte est assuré avec le manimum d'érosion de l'acier par le courant de fonte..
On peut continuer la coulée pendant une minute plus ou moins, La meilleure façon de déterminer le poids de métal à couler est de se baser sur le poids de la pièce coulée, De préférence, il convient de faire passer à travers le moule plusieurs fois le poids de la piè- ce coulée elle-même. Par exemple, pour couler quatre sections de parement comme dans la figure 7 et en supposant que ces sections contiennent environ 10 kg. de métal, on emploiera une poche de coulée qui,- lorsqu'elle est remplie jusqu'à un certain niveau, contient 40 kg de fer fondu. On conti- nuera alors la coulée jusqu'à ce que tout le fer de la poche ait pénétré dans le moule ou en soit sorti.
Comme le trou de coulée 36 est à un niveau plus élevé que la rigole d'évacuation 39, la pesanteur maintien- dra le courant jusqu'à, ce que l'opération soit terminée,.
Lorsque tout le fer a été coulé, on laisse la pièce refroi- dir et durcir, et lorsqu'on la retire ensuite du moule, on constate qu'elle est soudée de façon autogène au tube d'acier.
L'étendue de la coulée du fer chaud le long de la surface d'acier doit être déterminée soigneusement. Une coulée ex- cessive aurait pour effet que le fer entraînerait certaines parties de l'acier chauffé et diminuerait ainsi la résistan- ce du tube Par contre, si la coulée n'était pas continuée d'une-façon suffisante, l'acier ne serait pas porté à la température de soudure et aucune union réelle ou fusion ef- fective ne serait établie entre le métal du tube et le pro- longement.
Le résultat de cette union défectueuse serait de diminuer considérablement la conductibilité, de sorte qu'un
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des buts principaux de l'invention ne serait pas réalisé, En outre, les parties qui ne sont pas unies d'une façon suffi- sante sont sujettes à se séparer les unes des'autres ultérieu- rement, Il convient que l'opération soit calculée de façon que le tube d'acier soit porté à la température de soudure, le fer se soudant par suiteau tube d'une façon intime impli- quant une structure inter-cristalline, La fo<rmatio.n de bulles à la ligne d'union est empêchée par l'opération décrite, étant donné que les bulles tendent à monter sans avoir accès à la surface du tube d'acier,
Le procédé indiqué dans les figures 8.9,
10 et 11 est différent à certains égards. En premier lieu les cavi- tés de moulage successives sont définies non pas par du sable vert moulé, mais par des noyaux durs ou cuits. Le. châssis extérieur 51 peut contenir une garniture de sable vert, ce sable supportant un groupe de noyaux cuits 53 qui possèdent la forme désirée et qu'on assemble dans le moule avant d'y insérer le tube 11. Ce système permet une production plus grande, étant donné que certains ouvriers peuvent fabriquer lea noyaux nécessaires pendant que d'autres posent les no- yaux et forment les moules.
La cavité 54 dans laquelle le prolongement est moulé est définie par le noyau cuit. 53. la surface du tube 11 et un nayau cuit plat 55 à chaque extré- mité de la cavité,
Pour conduire la fonte à l'intérieur de la cavité de moulage 54. on a représenté une série de jets en nappe 56 (figures 8 et 9).
Ces jeta ne sont pas parallèles au tube comme dans la disposition des figures 6 et 7, ils font avec le tube un certain angle, de préférence un angle droit,. de sorte que chaque jet délivre à 1 intérieur de la.. cavité ' un courant ou nappe vertical de métal fondu. Comme le tube est préférablement disposé horizontalement dans le moule, les jets seront préférablement verticaux,chacun d'eux étant relativement mince et allant en s'amincissant à son èxtzémité,
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de distribution afin de se comporter à la façon d'une tuyère pour injecter le métal fondu à une vitesse assez grande à l'intérieur de la capacité de moulage.
Les divers jets en nappe peuvent être sensiblement parallèles comme représenté et reçoivent tous le métal fondu d'un trou de coulée commun.
Au lieu de prévoir un conduit d'échappement en nappe comme dans la figure 6, on a représenté un canal de transfert en nappe ¯@1 débouche non pas à l'extérieur du moule mais à l'intérieur d'un évidement arrière 59 situé sur le coté du tube 11 opposé à la cavité de moulage 54, Grâce à cette disposition, l'excédent ou trop-plein de métal de la cavité de moulage est conduit à l'intérieur de l'évide- ment arrière et a pour effet de réchauffer le coté arrière du tube de façon à égaliser ou neutraliser la dilatation que tend à produire le chauffage de l'autre coté et de supprimer le gauchissement qui en résulterait, De préférence, l'évi- dement arrière 59possède une capacité 'en rapport avec celle de la cavité de moulage 54, afin que les effets de chauffage soient sensiblement égaux.
Le métal fondu se sera refroidi suffisamment au moment où il entre en contact avec le côté arrière du tube pour ne pas adhérer à ce tube, et l'on constate que la masselotte arrière 60 peut facilement être détachée et rejetée comme indiqué dans la figure 11, ce qui laisse le tube avec un prolongement faisant corps avec lui et possédant la forme désirée comme représenté dans les figures 1, 3 et 11.
Comme on emploiepréférablement plus de deux fois le volume de métal qui est nécessaire pour remplir la cavité de moulage 54 il est nécessaire de prévoir un conduit d'é- vacuation au trop-plein partant de l'évidement arrière 59,
A cet effet,, on a représenté un conduit d'évacuation 61 s'é- levant dudit évidements La relation entre le canal 58 et le conduit d'évacuatio 61 est telle qu'on évite toute tendance à chauffer exagérément le métal du tube 11. A son extrémité
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supérieure, le conduit d'évacuation 61 débauche dans une rigole 62 par laquelle le métal en excès est amenéà tout point collecteur convenable,
Pour réaliser le procédé des figures 8 et 9 on se sert de noyaux d'extrémités 55 de grande résistance ' , canique.
Un noyau de ce genre peut être fabriqué à l'aide de sable ou d'une matière analogue appliqué à la façon d'un revêtement sur une plaque, métallique interne telle qu'une plaque de fer pour assurer la résistance et le pouvoir ré- fractaire convenables. Toutefois, cette disposition n'est pas entièrement satisfaisante dans tous les cas, surtout lors- que le noyau est relativement mince, étant donné que l'enlè- vement de ce noyau hors de l'espace mince 23 séparant les prolongements successifs peut donner lieu à des difficul- tés, surtout s'il se produit une fusion de la .plaque de fer, la demanderesse envisage par conséquent l'application, en pareils cas,
d'un noyau d'extrémité en carbure de silicium ou autre matière rigide analogue suffisamment robuste pour résister à la pression et suffisamment réfractaire pour ré- sister à la température, ce noyau pouvant, le cas échéant, être revêtu d'une couche de sable de chaque côté pour fa- ciliter son enlèvement ultérieur du produit fini.
De nombreuses modifications sont évidentes pour l'homme du métier. Ainsi, à l'aide d'un moule allongé conve- nable, un tube entier de 6 mètres peut être traité en une seule opération. Ce tube peut être de toute nature appropriée à l'usage auquel il est destiné, et l'élément de parement ou prolongement n'est pas nécessairement en fonte, mais peut être en acier coulé .
D'autres façons de réaliser la fusion, la soudure ou l'union des deux parties peuvent être appli- quées dans certains cas, Par exemple, le tube et le prolon- gement peuvent être tous deux préalablement établis et unis ensuite par une soudure autogène , mais des murs aquatubulai- res efficaces destinés à des foyers ou fours à haute tempé-
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rature peuvent être établis de la façon la plus favorable sur une échelle pratique par le système préféré décrit.
Le procédé de moulage et 'de fusion décrit peut être perfectionné et accéléré comme suit, Les éléments de moule contenant les jets et conduits d'échappement peuvent être composés de noyaux en sable préalablement cuits, et le trou de coulée peut lui-même être fait de sable cuit et pla- cé directement au-dessus des noyaux cuits.. Lorsque le tube a été placé dans le moule, on place contre le tube les noyaux culte définissant le prolongement puis on place du sable vert de façon qu'il entoure le tube et les noyaux et l'on pilonne bien ce sable avant de couler la quantité mesurée def er fondu de la façon précédemment décrite.. Ce système diminue les erreurs et les pertes, permet d'obtenir des pièces coulées identiques et empêche la pénétration acciden- telle ede matières étrangères à l'intérieur du moule.
Le temps nécessaire pour le moulage est moindre et cet opération exige moins d'habileté, La production de chaque moule est augmentée, étant donné qu'un groupe d'ouvriers peut être employé à établir les noyaux cuits distincts pendant qu'un autre groupé pose les noyaux et établit les moules, L'aug- mentation de la production est par conséquent accompagnée d'une diminution du prix de revient.
Les petits noyaux séparant la pièce coulée en section longitudinale peuvent avantageusement être en fonte, et ils peuvent être recouverts de sable avant d'être montés à l'intérieur du moule, ce qui assure une séparation plus nette entre les sections et un résultat plus uniforme,, étant donné que le noyau en fonte n'est pas sujet à s'écraser et qu'il est facile de l'enle- ver après le refroidissement et l'enlèvement du produit.
Bien entendu, l'invention est susceptible de rece- voir-un grand nombre de modifications sans s'écarter de san esprit.
RESUME
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"METHOD AND APPARATUS FOR MOUNTING METAL TUBES
LIQUES OF EXTENSIONS REPORTED "'.
This invention relates to a method and an apparatus for providing a tube with bosses or extensions reported and more particularly to establish a clean metal extension. transmitting the heat on a circulation tube established beforehand with the aim of constituting wall elements for the hearths of boilers and similar applications, and more especially for the screens or aquatubular walls with a view to the production or the overheating of the water vapour,. or keeping a furnace wall or other exposed surface relatively cool, thereby preventing. a warm-up
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Exaggeratedly likely to result from high combustion rates and temperatures.
The present process is practical, efficient and economical and allows to obtain an extremely effective, resistant and durable extension.
In the accompanying drawings:
Figures 1 and 2 are cross sections of wall elements constituting preferred embodiments of the invention.
Figure 3 is a perspective view showing the preferred longitudinal structure of an aquatubular wall element having a cross section such as that shown in Figure 1.
Figure 4 is a front view of an aquatubular wall built using elements such as those shown in Figure 3.
Figure 5 is a cross section along V-V (Figure 4) and shows how the wall can be closed and completed with a suitable refractory lining and an external jacket,
Figure 6 is a cross section of an apparatus or mold for carrying out the invention.
Figure 7 is a plan of an apparatus similar to Figure 6 and arranged to produce a wall element having a longitudinal structure such as that shown in Figure 3.
Figure 8 is a cross section of another type of apparatus or mold for carrying out the invention, in which the excess metal passes into a cavity located on the opposite side or rear side of the tube in order to heat that side and to compensate for the effect of expansion which occurs on the other side. Figure 9 is a view. part in section and part in elevation,. looking from the right, the cut being taken
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substantially along the broken line IX-IX of FIG. 8 and no molten metal being represented in the mold,
Figure 10 is a longitudinal section of an apparatus for fabricating the wall member of Figure 3 such that the extension sections are applied at the same time or by the same foundry operation.
Figure 11 is a perspective view of the product resulting from the practice of the invention by the apparatus of Figure 8, but shows the excess metal released from the rear side of the tube after the metal has solidified. .
The tubular wall element 10 of FIG. 1 is composed of the tube element 11 having the water duct 12, and of the external extension, or facing element, 13.
The term "water" is understood here to mean either water in the state of liquid or of vapor, or another circulating fluid. The extension or facing element 13 shown comprises a body 14 and two affixed wings 15 which form a body. to the element a width significantly greater than the diameter of the tube, the front face or facing surface 16 extending over the entire width of the carps and wings,
As will be described later, the metal constituting the extension 13 forms a carp with the circulation tube 11, but since the wall element is preferably made of different metals, the drawing indicates a theoretical division or union line. center them.
The complete element 10 is composed of the previously established tube 11, which is preferably made of steel, and of an extension 13 joined to the tube so that it forms a body with it by an autogenous weld, this extension preferably being made of cast iron. of iron. The tube may be a seamless, welded steel tube of the normal type employed for boiler tubes, while the extension is preferably made of gray cast iron directly cast and welded.
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autogenously on the tube as will be described.
The desired results of heat transmission or conduction could not be achieved in practice if the union of the tube member and the extension was not intimately achieved, and the line or area or union 17 therefore indicates a line or zone of intimate or absolute contact between the two elements, with molecules or crystals enclosed or mutually engaged in a continuous zone extending along the contiguous parts of the original tube and the added extension.
The extension is preferably made in the form of relatively short sections, as shown at 1.4 * II in Figure 3, instead of being made continuously along the tube. Thus, spaces 23 remain between the sections which facilitate fabrication and allow the hot sections to expand in service without causing harmful curvature of the element and deformation of the wall. The arrangement also allows for the gradual growth or development which results from repeated heating of the ferrous metals.
Low carbon mild steel is preferable for the pre-established pipe, but cast iron, for example, high carbon gray cast iron, is better for the extension; and the rapid heat transfer protects the iron against excessive temperatures. As a particular example, the tube II can be constituted by a seamless boiler tube with a diameter of 76 mm and provide 6.3 mm eapaces between the sections, each section having about 152 mm in length and a a little less than the spacing of the tubes so as to leave gaps in all directions.
The previously described aquatubular wall element can be fabricated on an industrial scale by the following method.Starting with a normal seamless steel tube 11 of the desired shape and length.
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This tube should first be cleaned thoroughly before casting operations. It is good to immerse it in an acid pickling bath in order to clean at least half of the circumference of the tube and then subject this part to the action of a sandblast until, this that the surface has become shiny and clean,
Part of the length of the tube can then be inserted into a special mold such as the one shown in Figure 6.
This mold comprises a lower frame / 32 and, above this part, a removable upper frame "above" 33. The mold cavity 34 corresponds to the shape given in section to the extension 13 in Figure 1, and this shape can be achieved by using a suitable template placed against the side of the tube 11 while clamping the sand. 35 indicates a broad duct web jet serving to conduct molten iron to the bottom of the mold cavity 34, and 36 indicates a taphole connected to the jet 35. The sand contained in the top 33 can be supported and held by brackets 37 or other members well known to those skilled in the art.
For reasons which will emerge from what follows, it is preferable to provide a flyweight duct 38 for the molten iron, so that an excess of metal can be poured into the mold and this excess escapes through the duct. there to then flow into a discharge channel 39. The conduit 38 preferably leaves from a point in the cavity 34 as close as possible to the upper part of the tube 11. In some cases, a permanent mold could be used as a replacement for the sand mold described,
The arrangement which has just been described can be applied to cast a single extension section 13 on the steel tube or to simultaneously constitute several such sections using the arrangement shown in the figure. 7. The production rush of the sections
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The length of the extension can vary. Thus, every second section can be cast on the tube and then the alternating sections between the first ones can be cast; or one can cast a series of sections and, when the castings have cooled, move the tube over a certain length of time to produce another series of castings, and so on until the desired whole number of sections has been sunk.
In FIG. 7, the taphole 36 is provided with branch conduits 41 communicating with the various jets 3μ - relating to the various sections; likewise the various exhaust ducts 38 communicate by separate overflow channels 42 with a common exhaust channel. The various mold cavities 34 may be established initially as a single cavity and then spaced apart. from each other before casting by a series of fired cores 4 arranged between the consecutive sections and constituting the spaces 23 of FIG. 3.
According to the present process, the previously established pipe is preferably preheated to a sufficiently high temperature, for example 426 to 482 C .., so as to soften the metal or to prepare it for the autogenous weld by which the facing extensions are brought to become one with the tube. For the purpose of effecting this preheating, a burner or torch 45 has been indicated which can be used to project into the tube flames obtained by the combustion of an oil or a gas. Uniform preheating is desirable, and the Applicant has devised an arrangement allowing the tube to be electrically preheated for the intended purpose.
When using a torch, it is preferable to operate it alternately on one side and the other side of the tube so as to raise the temperature of the tube to as high and as uniform a value as possible. along the entire length to the part to be treated.
It will be noted that the casting of the metal is carried out
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directly on the surface of the tube, it preheats. The molten iron can have a temperature of about 1600 C.
According to the invention, the preferred procedure is to allow the cast iron to fill the mold cavity and, while some of the metal escapes through the exhaust duct, to maintain a direct current along it. of the jet 35, of the cavity 34 and of the discharge duct ± ± for a long enough time, in order to further raise the temperature of the steel tube and bring it closer to the melting point, which ensures an intimate union or a autogenous welding of the tube and the extension.
The sheet jet 35 brings the iron into the cavity over the entire width of this cavity. and the exhaust duct 38 is also a full width sheet duct, this arrangement ensuring the continuous passage of a full width stream of molten metal from the inlets µ the outlet through the cavity 34, The molten iron will have its maximum temperature near the lower part of the tube, but it will assure a substantially constant heating because this arrangement forces the current to move in more intimate contact with the tube as it progresses and during let it be cold,
As a result, the entire exposed and preheated surface of the tube will be brought to a temperature sufficiently uniform to ensure its autogenous weld with the continuation of cast iron cast thereon. It has been estimated that at the exposed surface of the steel tube, the temperature of this tube will rise in this process to almost 680-700 C. without, however, exceeding this temperature at which it becomes bad enough to autogenously weld to the molten metal without melting or casting itself. .
The preferred manipulation is essentially as follows: Cast iron is poured using a casting ladle in hole 36, the quantity of metal introduced per unit
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time being large at the start in order to fill the mold quickly. As soon as the mold has been filled and the excess begins to pour out at the weight, it is advisable to slow down the pouring to a speed as low as possible, In this way, - the maximum heating of the tube by the cast iron is ensured with the minimum erosion of the steel by the cast iron current.
The casting can be continued for a minute or so, The best way to determine the weight of the metal to be cast is based on the weight of the casting, Preferably, the mold should be passed through the mold several times. weight of the casting itself. For example, to cast four sections of siding as in Figure 7 and assuming these sections contain approximately 10 kg. of metal, use a ladle which, - when filled to a certain level, contains 40 kg of molten iron. Casting will then be continued until all the iron in the ladle has entered or left the mold.
As the taphole 36 is at a higher level than the discharge channel 39, gravity will maintain the current until the operation is complete.
When all the iron has been cast, the part is allowed to cool and harden, and when it is then removed from the mold, it is found to be autogenously welded to the steel tube.
The extent of the hot iron casting along the steel surface should be carefully determined. Excessive casting would cause the iron to entrain parts of the heated steel and thus reduce the strength of the tube. On the other hand, if the casting was not continued sufficiently, the steel would not. would not be brought to welding temperature and no real union or effective fusion would be established between the metal of the tube and the extension.
The result of this defective union would be to drastically decrease the conductivity, so that a
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of the main objects of the invention would not be achieved. In addition, the parts which are not sufficiently united are liable to separate from each other later. The operation should be calculated so that the steel tube is brought to the welding temperature, the iron being welded by the tube in an intimate way implying an inter-crystalline structure, The formation of bubbles at the line of union is prevented by the operation described, since the bubbles tend to rise without having access to the surface of the steel tube,
The process shown in figures 8.9,
10 and 11 is different in some ways. In the first place, the successive mold cavities are defined not by molded green sand, but by hard or fired cores. The. outer frame 51 can contain a garnish of green sand, this sand supporting a group of cooked cores 53 which have the desired shape and which are assembled in the mold before inserting the tube 11. This system allows a greater production, since some workers can make the necessary cores while others lay the cores and form the molds.
The cavity 54 in which the extension is molded is defined by the fired core. 53. the surface of the tube 11 and a flat baked nayau 55 at each end of the cavity,
In order to conduct the melt inside the mold cavity 54, a series of sheet jets 56 have been shown (Figures 8 and 9).
These throws are not parallel to the tube as in the arrangement of Figures 6 and 7, they form with the tube a certain angle, preferably a right angle. so that each jet delivers within the cavity a vertical stream or sheet of molten metal. As the tube is preferably arranged horizontally in the mold, the jets will preferably be vertical, each of them being relatively thin and tapering off at its end,
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distribution in order to behave like a nozzle for injecting molten metal at a sufficiently high speed within the molding capacity.
The various sheet jets may be substantially parallel as shown and all receive molten metal from a common taphole.
Instead of providing a sheet exhaust duct as in Figure 6, there is shown a sheet transfer channel ¯ @ 1 opens not outside the mold but inside a rear recess 59 located on the side of the tube 11 opposite to the molding cavity 54, Thanks to this arrangement, the excess or overflow of metal from the molding cavity is led inside the rear recess and has the effect of to heat the rear side of the tube so as to equalize or neutralize the expansion that the heating tends to produce on the other side and to eliminate the warping which would result. Preferably, the rear recess 59 has a corresponding capacity with that of the mold cavity 54, so that the heating effects are substantially equal.
The molten metal will have cooled sufficiently by the time it contacts the rear side of the tube not to adhere to this tube, and it is found that the rear weight 60 can easily be detached and discarded as shown in Figure 11. , which leaves the tube with an extension integral with it and having the desired shape as shown in Figures 1, 3 and 11.
Since more than twice the volume of metal which is required to fill the mold cavity 54 is preferably employed, it is necessary to provide an overflow exhaust duct from the rear recess 59,
For this purpose, there is shown an evacuation duct 61 rising from said recess. The relationship between the channel 58 and the evacuation duct 61 is such that any tendency to excessively heat the metal of the tube 11 is avoided. . At its end
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upper, the discharge duct 61 debouches into a channel 62 through which the excess metal is brought to any suitable collecting point,
To carry out the method of FIGS. 8 and 9, use is made of end cores 55 of great resistance ', canic.
Such a core can be made with sand or the like applied as a coating on an internal metal plate such as an iron plate to provide strength and resilience. suitable fractal. However, this arrangement is not entirely satisfactory in all cases, especially when the core is relatively thin, since the removal of this core from the thin space 23 separating the successive extensions can give rise to to difficulties, especially if melting of the iron plate occurs, Applicants therefore contemplate the application, in such cases,
of an end core of silicon carbide or other similar rigid material strong enough to withstand pressure and sufficiently refractory to withstand temperature, this core possibly being coated with a layer of sand on each side to facilitate its subsequent removal from the finished product.
Many modifications are evident to those skilled in the art. Thus, with the help of a suitable elongated mold, an entire 6 meter tube can be processed in one operation. This tube can be of any kind suitable for the use for which it is intended, and the facing element or extension is not necessarily made of cast iron, but can be of cast steel.
Other ways of achieving fusion, welding or union of the two parts can be applied in some cases, For example, the tube and the extension can both be previously established and then joined by an autogenous weld. , but efficient aquatubular walls intended for high temperature fireplaces or ovens.
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rature can most favorably be established on a practical scale by the preferred system described.
The described molding and melting process can be improved and accelerated as follows. The mold elements containing the jets and exhaust ducts can be composed of pre-baked sand cores, and the taphole itself can be made. of baked sand and placed directly above the baked cores. When the tube has been placed in the mold, the cult cores defining the extension are placed against the tube and then green sand is placed so that it surrounds the mold. tube and cores and this sand is well pounded before pouring the measured quantity of melted er as previously described. This system reduces errors and losses, allows identical castings to be obtained and prevents accidental penetration. - such foreign matter inside the mold.
The time required for molding is less and this operation requires less skill.The production of each mold is increased, since one group of workers can be employed to establish the separate fired cores while another group is laying cores and sets up the molds. The increase in production is therefore accompanied by a decrease in cost price.
The small cores separating the casting in longitudinal section can advantageously be made of cast iron, and they can be covered with sand before being mounted inside the mold, which ensures a cleaner separation between the sections and a more uniform result. ,, since the cast iron core is not subject to crushing and is easy to remove after cooling and removal of the product.
Of course, the invention is capable of accommodating a large number of modifications without departing from our mind.
ABSTRACT