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" Moules pour couler le cuivre et procédé de coulée "
Cette invention a trait aux moules pour couler le cuivre ou les métaux ou alliages analogues en saumons, lingots ou autres formes, ainsi qu'à un procédé pour effec- tuer la coulée dans ces moules .
La. description ci-après se rapporte particulière- ment à la coulée du cuivre, mais l'invention supplique aussi bien à d'autres métaux dont les propriétés sont sensiblement analogues à celles du cuivre.
Pour la coulée du cuivre il est préférable d'utiliser des moules faits d'une seule pièce plutôt que des moules fendus ou divisés. Il est préférable aussi, quand il s'agit de couler des formes allongées, comme des saumons pour le laminage de tôles, ou des lingots qui ont généralement la forme de cylindres allongés, d'effectuer la coulée verticale-
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ment, de sorte que les défauts des à l'oxydation soient confinés à une extrémité de la pièce coulée et présentent donc une superficie minimum. On atteint ce but en effectuant la. coulée dans un moule vertical dont l'extrémité supérieure présente une surface beaucoup plus faible que l'une ou l'au- tre des faces ayant toute la longueur de la pièce.
Pour la. coulée du cuivre dans de tels moules verticaux faits d'une seule pièce, il était d'usage jusqu'à présent de fa.ire le moule très évasé ou conique, afin que la pièce se détache et tombe plus facilement du moule. Ce procédé présente cer- ta.ins inconvénienet, surtout dans la production de saunons aplatis destinés à être transformés par laminage en feuilles ou bandes, le laminage étant rendu difficile du fait que la pièce, ayant une forte conicité, ses dimensions sont plus grandes à un bout qu'à l'autre. Ces pièces sont difficiles à laminer, tant longitudinalement que transversalement; pour permettre un bon laminage la pièce doit avoir ses faces paral- lèles ou du moins avoir une épaisseur très sensiblement uni- forme.
Si la pièce est à faces parallèles on peut la laminer longitudinalement et produire une feuille allongée ou une bande. Après laminage on constate que les impuretés dues à l'oxydation du cuivre sont confinées à une seule extrémité de la feuille ou bande ( celle qui correspond à l'extrémité supérieure lors de la coulée ) et cette extrémité défectueuse peut alors être facilement cisaillée, laissant le reste du métal finement laminé dans l'état le plus parfait possible.
'Pour la coulée du cuivre dans des moules verticaux faits d',une seule pièce, on rencontre une certaine difficulté à construire des moules appropriés pourvus d'une chemise d'eau.
Les moules en fer ou en acier composés de plusieurs parties
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soudées les unes aux autres sont trop coûteux pour leur durée, ceci en raison de la détérioration rapide de leurs joints soudés. Dans tous les essais effectués, la difficulté résulte de ce que le prix du moule par pièce coulée est ex- cessif, soit en raison du prix de revient élevé du moule, soit en raison de .;on peu de durée, soit pour l'une et l'autre raison.
La présente invention a pour but de vaincre ces difficultés, et a conduit à la construction d'un moule d'un prix de revient modéré et qui, utilisé pour des coulées répé- tées, a une durée telle que le prix du moule par pièce coulée se trouve réduit à un chiffre industriellement acceptable, en sorte que la coulée de Saumons suivant le procédé indiqué plus haut est renoue industriellement applicable.
Suivant la présente invention, le moule est fait d'un seul bloc d'un métal approprié, possédant les propriétés voulues pour résister aux effets des températures qu'il aura à subir au cours de la coulée du métal déterminé auquel il est destiné. Pour la coulée du cuivre, le moule pourra être avantageusement formé d'un bloc ou lingot de cuivre, bien que des résultats satisfaisants aient également été obtenus en employant un bloc ou lingot d'acier doux. Le creux du moule s'étend d'un bout à l'autre de celui-ci et peut être obtenu par forage du lingot massif ou par moulage, par forgeage ou par tout autre procédé. Les parois du moule ainsi obtenu sont suffisamment épaisses pour permettre d'y ménager la chemise d'eau nécessaire.
Cette chemise est obtenue en forant les parois du moule dans le sens de la longueur, les trous ainsi forés servant de conduits d'eau et étant réunis par des con- duits transversaux dans le voisinage des extrémités du mou- le, de sorte que l'eau admise dans les conduits à une extré- mité circule parallèlement dans les différents conduits pour
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se rassembler et être évacuée à l'autre extrémité. Les, ex- trémités ouvertes des conduits forés dans la paroi sont na- turellement convenablement bouchées. TJne plaque de fond ferme l'ouverture inférieure de la cavité du moule, et est fixée par des moyens appropriés. On a ainsi un moule sans soudure avec une chemise d'eau pratiquée dans sa masse même qui assure un refroidissement efficace du moule.
L'expérience a démontré que ces moules sont d'un prix de revient relativement modique et qu'ils ont une durée totale dépassant considérablement celle de tous les genres de moules utilisés jusqu'à présent pour le même travail .
Les Figs.l à 4 des dessins annexés représentent des moules pour la coulée de saucions et de lingots aplatis, ou d'autres pièces moulées à faces parallèles.
La Fig.l est une vue de face, avec arrachement partiel laissant voir une partie en coupe verticale.
La Fig. 2 est une vue latérale, également avec arra- chement partiel.
La Fig. 3 est une vue en plan, où une partie est montrée en coupe horizontale dans deux plans différents.
La Fig. 4 est une vue en plan du bloc ou lingot dont le moule est fait, montrant certaines des opérations effectuées sur ce bloc.
Comme le montrent ces dessins, un lingot massif A (Fig. 4) peut être coulé en cuivre ou forgé en acier doux Martin ne contenant pas plus de 0,25 % de carbone. La cavité à creuser, marquée B sur les Figs. 1 à 3, est représentée par les pointillés a, a . Cette cavité peut être produite à la coulée du lingot, ou être percée ou découpée de toute autre façon dans un lingot massif. Elle est de préférence parallé- lipipédique d'un bout à l'autre ; peut toutefois l'évaser
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très légèrement, surtout si elle est obtenue par coulée, afin de faciliter l'enlèvement du ncyau ayant servi à la former.
La surface intérieure de cette cavité peut être usinée s'il est nécessaire pour la rendre lisse, au moyen de n'importe quel outil coupant, convenablement appliqué., par exemple un étau-limeur. De même, les faces supérieures et inférieure du lingot peuvent être avantageusement rendues lisses par rabotage.
Pour former la chemise d'eau, on perce dans la paroi du bloc de nombreux trous ou conduits ±, c (Fig.3) qui peuvent être aussi rapprochés que l'on veut. Ces trous peu- vent être percés à partir de la face supérieure et s'arrêter à peu de distance de la face inférieure, comme le montre la Fig.1; ou bien ils peuvent être percés de part en part et ensuite fermés à leur extrémité inférieure auxmoyen de bou- chons convenables. Les extrémités supérieures des trous sont fermées au moyen de bouchons d, lesquels peuvent être en acier et se visser dans des trous taraudés, ou être enfoncés à frot- tement dur, et dans l'un ou l'autre cas il est bon qu'ils soient soudés à l'extérieur.
Les conduits verticaux ainsi formés sont réunis à leurs extrémités supérieures et inférieu- res par des conduits horizontaux qui peuvent être percés dans le bloc à partir d'une face extérieure, ceux du bas étant inarquées e, e', et ceux du haut f, f'. Ces conduits aussi peuvent s'arrêter à quelque distance de la face opposée du bloc de façon à rester fermés à un bout, l'autre bout par où la mèche a pénétré étant ensuite fermé par des bouchons g, g , fixés de la même manière que les bouchons d. Une entrée d'eau C et une sortie d'eau D sont ménagées en des points
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convenablesde préférence au bas et au haut du moule et de deux côtés opposés, comme c'est représenté.
Cette entrée et cette sortie d'eau sont obtenues en perçant des trous pour communiquer respectivement avec les conduits e', f' et en garnissant ces trous de raccords qui pourront y être vissés, et qu'il est bon de souder également aux parois du moule.
Avec ce système de chmise d'eau, l'eau pénétrant par l'orifice d'admission C passe par les conduits horizon- taux e', e, traversant ainsi les quatre parois du moule; l'eau monte ensuite par les conduits verticaux c, c jusqu'au haut du moule, et les filets d'eau se réunissent de nou- veau dans les conduits horizontaux supérieurs f, f' d'où ils s'écoulent par l'orifice de sortie D. Les parois consti- tuant le moule sont ainsi très efficacement refroidies par les nombreux filets d'eau parallèles qui montent à travers ces conduits très rapprochés.
Pour un moule destiné à la coulée de pièces non coniques de forme allongée et de section circulaire, telles que des lingots cylindriques, on adoptera de préférence la. construction représentée sur les Figs. 5 à 10 inclusivement.
La Fig. 5 est une vue de côté , où une partie de l'appareil est montrée en coupe verticale par l'axe du moule.
La Fig. 6 est une vue en plan, partie en coupe horizontale par les plans passant respectivement par les lignes 6a et 6 b de la Fig.l.
La Fig. 7 est une coupe verticale de la partie supérieure du moule avant son achèvement.
La Fig. 8 est une coupe horizontale dans le plan de la ligne 8-8 de la Fig. 5.' La Fig. 9 est une vue en plan d'un anneau fendu.
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La Fig.10 est une coupe verticale de la partie inférieure du moule,, représentant une variante de la cons- truction de la. Fig. 5 Cornue c'est montré sur ces dessins, un bloc massif A peut être coulé en cuivre, ou bien être fait par exemple d'un acier doux Martin ne contenant pas plus de 0,25 % de carbone. La cavité B, représentée comme étant cylindrique et destinée à la coulée de pièces cylindriques, sera obtenue de préférence par forage ou perçage du bloc massif. La sur- face interne de cette cavité sera rendue sensiblement lisse par un usinage approprié. De même les faces supérieure et inférieure du bloc seront avantageusement rabotées.
Pour former la chemise d'eau, on perce dans la paroi cylindrique du moule de nombreux trous on conduits verticaux c, c, qui peuvent, comme le montre la Fig.6, être aussi rap- prochés qu'on le jugera bon. Ces conduits peuvent être percés à partir de la face supérieure et s'arrêter à quelque ois- tance de la face inférieure, comme on le voit sur la Fig.5, tout comme dans la, construction décrite en premier lieu, et les extrémités supérieures des conduits sont alorsfermées par des bouchons d, qu'il est bon de souder à l'extérieur.
Les conduits verticaux ainsi formés sont réunis entre eux à leurs extrémités supérieure et inférieure par des conduits horizontaux e. et f qui mettent tous les conduits verticaux en parallèle. Au conduit inférieur e est reliée une entrée d'eau C pour 1''admission de l'eau de refroidissement, tandis qu'une sortie d'eau D est ménagée pour évacuer cette eau du conduit supérieur f.
Les conduits e, f sont obtenus en creusant des rai- nures circulaires dans la surface extérieure du moule, cornue
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le montre la Fig. 7 en ce qui concerne le conduit supérieur.
Ces rainures sont creusées environ à la profondeur des cen- tres ou axes des passages verticaux c. Il s'agit ensuite de les fermer du côté extérieur, ce qui se fait le plus commodément en.y frettant une ceinture extérieur H, les deux ceintures placées au haut et au bas du moule étant pareilles.
Les entrée et sortie d'eau C et D sont aisément ménagées en perçant des trous au travers' des ceintures H pour commu- niqua*respectivement avec les conduits e, f, et en munissant ces trous de raccords, qui pourront y être visses et qu'il sera bon de souder ensuite aux ceintures.
Dans la. variante suivante, représentée sur les Figs.
9 et 10, on utilise un anneau fendu de dimensions telles qu'il vienne s'ajuster dans la rainure forment le conduit e de ma.- nière à fermer la partie extérieure de ce conduit; pour l'y maintenir concentriquement en place, une ceinture H est ensuite appliquée à l'extérieur par frettage, comme c'est représenté.
Avec cet agencement, on a l'avantage de disposer d'une paroi. plus épaisse pour y visser 1''extrémité filetée du raccord C.
Avec ce système de chemise d'eau, l'eau entrée par le raccord C s'écoule autour du moule en suivant le conduit horizontal e et s'élève en filets parallèles égaux par les conduits verticaux c,, c jusqu'au sommet du moule, puis les filets se réunissent à nouveau dans le conduit annulaire su- périeur f. d'où ils s'écoulent pas l'orifice de sortie D.
Les parois du moule sont ainsi très efficacement refroidies par les nombreux filets parallèles d'eau qui s'élèvent par ces conduits très rapprochés.
Qu'il s'agisse de l'un ou de l'autre type de moule, l'ouverture inférieure du moule est maintenue fermée pendant la coulée au moyen d'une plaque de fond E, qui de préférence
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formera trappe, cette plaque étant articulée à la partie inférieure du moule de sorte que quand elle est lâchée elle tombe de côté, laissant la voie libre pour le démoulage du saumon ou lingot. Dans ce but, la plaque de fond peut être articulée à une tige h disposée d'un côté du moule, et qui peut êtresuspendue à des consoles! fixées de façon convenable à le paroi du moule, comme le montrent les Figs.
1 et 2 ou 5 et 6. La façon la plus pratique d'assurer la fermeture du moule à son extrémité inférieure pendant la coulée consiste à caler la plaque de fond au moyen d'un étrier F oscillant sur des tourillons G, G portés par les parois du moule. La plaque de fond porte des oreilles j, que traverse le tige h, ainsi que des nervures K dont les faces inférieures sont excentrées par rapport à l'axe ci'oscil- lation de l'étrier F de sorte que celui-ci les attaque obli- quement.
Quand la plaque de fond est amenée dans sa position de fermeture, l'etrier sous l'action de son poids, vient se placer au-dessous d'elle, et il suffit de lui donner un coup léger pour que' la plaque de fond se trouve calée en place contre la partie inférieure du moule; quand après la. coulée le métal s'est solidifiée un coup léger suffit pour repousser l'étrier, et la plaque de fond s'ouvresous l'action de son poids, en sorte que la plaque de fond et l'étrier viennent occuper approximativement les positions dans lesquelles ils sont représentés en pointillé sur les Figs. 2 et 5. Les tou- rillons G peuvent vissés dans des trous forés dans les parois du moule et taraudés, puis être soudés en place.
La cavité B du moule est faite de préférence à faces parallèles, de façon que le saumon ou lingot coulé n'ait pas d'évasement ou de conicité. Le refroidissement du moule par l'eau est tel que la pièce coulée se contracte suf-
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fisamment pour tomber librement dès qu'on ouvre le fond du moule.
L'expérience a démontré que les moules suivant l'invention avaient une durée dépassant dix fois celle des meilleurs moules construits précédemment; leur prix par coulée effectuée est inférieur à un cinquième du prix des meilleursmoules utilisés auparavant.
Bien que de préférence la cavité B soit faite non conique, on peut cependant lui donner une légère conicité pour faciliter le démoulage de la pièce. Avec le cuivre, l'ac- tion réfrigérante de la chemise d'eau contracte suffisamment la pièce coulée pour qu'elle tombe immédiatement ; mais pour certains autres métaux ou alliages, une certaine condici- té de la pièce peut être utile. Pour un moule.de 30 pouces (environ 750 mm) de long, la conicité peut être telle que le diamètre inférieur dépasse le diamètre supérieur de 0,25 pouce ( environ 6,25 mm ). Avec une aussi faible conicité la pièce peut être considérée comme parallèle, cette conicité ne dépassant pas le sixième de celle nécessaire jusqu'à pré- sent,, avec des moules d'une seule pièce.
Bien qu'il soit préférable de munir le moule d'un fond mobile permettant le démoulage de la pièce coulée, l'invention ne se limite cependant pas à ce dispositif,mais s'applique aussi aux moules de l'ancien type à fond fermé, d'où la pièce coulée est extraite par renversement.
Pour couler le cuivre, il est avantageux et même préférable d'employer un moule en cuivre plutôt qu'en acier, attendu qu'il est parfaitement possible de couler du cuivre dans un moule de même métal refroidi par l'eau. Pour fabri- quer un moule en cuivre suivant la présente invention, on le
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coule soit en forme de bloc massif, soit en forme de corps creux en utilisant un noyau métallique pour former la cavité B. Da.ns les deux cas, le moule est d'une pièce sans joi.nts ni soudures. La surface intérieure de la cavité est usinée, cornue il a été dit plus haut, et les conduits c, c consti- tuant la. chemise d'eau sont fores et leurs extrémités tarau- dées sont fermées par des bouchons filetés assurant l'etanché- ité.
Les conduits annulaires d, e sont creusés extérieurement dans le moule, comme il a. déjà été expliqué, et on les ferme en frettant des ceintures H, H de la manière derite pour les moules en acier. Les raccords d'admission et de sortie d'eau C, D sont fixés de la manière décrite plus haut, sauf que dans le cas du cuivre on ne les soude pas. Ils peuvent aussi être venus de fonderie avec le moule et forés ensuite. De même,les tourillons G, G peuvent être fixés de la façon dé- crite ou être coulé:: d'une pièce avec le moule.
Le moule en cuivre ainsi fabriqué est très efficace- ment refroidi et sa durée dépassera considérablement celle des autres moules fabriqués jusqu'à présent. L'un des avan- tages qu'il possède sur le moule en acier est que quand il n'est plus utilisable comme moule il peut être envoyé à la fonte et son métal est récupéré.
Au lieu d'être forés, les trous ou conduits verti- ceux c, c peuvent être obtenus à l'aide de noyaux refroidis introduits pendant la coulée du moule.
La présente invention s'applique aussi à la confec- tion de moules destinés à la coulée du cuivre sous d'autres formes, ainsi qu'à la, coulée d'autres métaux ou alliages ayant sensiblement les mêmes propriétés que le cuivre.
Le procède pour couler le cuivre dans des moules
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du genre décrit ci-dessus est caractérisé en ce que le refroidissement est réglé de manière à maintenir la tempé- rature du moule entre certaines limites. L'eau ( ou toute autre fluide ) servant au refroidissement doit, si l'on veut obtenir les meilleurs résultats, être maintenue à une tempé- rature comprise entre 70 et 100 C.
On installe à cet effet un réservoir à eau pourvu de dispositifs de chauffage et de refroidissement,, des tuyaux pour conduire l'eau de ce réservoir aux chemises d'eau des moules et la ramener au réservoir, et une pompe destinée à la faire circuler avec la rapidité voulue. L'appareil réalisant de la meilleure façon ce procédé est représenté sur les Figs.ll et 12 des dessins.
La Fig.ll représente cet appareil vu de côté, avec une partie en coupe verticale, et
La Fig. 12 le représente en plan, avec une partie en coupe horizontale.
Sur ces figures, A A sont des moules du genre décrit ci-dessus,' et T est un réservoir dont la capacité est propor- tionnée au nombre et aux dimensions des moules utilisés. L est la poche de coulée ordinaire servant à verser le cuivre fondu dans les moules. Un tuyau 10 partant du réservoir T est relié aux tuyaux d'admission C C conduisant aux chemises d'eau des moules. Les tuyaux d'évacuation D D de ces chemises sont reliés à un tuyau 11 qui retourne au réservoir T. Une pompe 12 placée sur le parcours de l'un ou de l'autre de ces tuyaux et actionnée par une force motrice appropriée, par exemple un moteur électrique 13, est destinée à faire circu- ler l'eau à la vitesse voulue.
Le réservoir T est pourvu d'un dispositif pour chauffer l'eau, qui consiste par exemple en un tuyau d'admission de vapeur 14 pourvu d'une soupape
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appropriée. Le réservoir a aussi un tuyau d'admission d'eau 15 également pourvu d'une soupape convenable. De préférence, le réservoir est également pourvu d'une chicrne intérieure 16 qui provoque un mélange de l'eau avant qu'elle ne pénètre dans le tuyau 10. Pour permettre l'évacuation de la vapeur en excès, le réservoir est pourvu à sa partie supérieure d'un orifice d'échappement 17.
Il peut également être muni d'un tuyau de trop-plein pour évacuer l'eau en excè s. Le tuyau de retour 11 peut être pourvu d'une dér iva- tion 19 munie d'une soupape convenable par laquelle un excès d'eau chaude revenant des moules peut être envoyé à une ci- terne ou évacué.
Au début de l'opération, le réservoir T étant rem- pli d'eau , on y @dmet la vapeur pour chauffer cette eau et la porter à une température d'environ 88 à 93 C. Avant de commencer la coulée, on met en marche la pompe 12 qui f: it circuler l'eau du réservoir à travers la chemise d'eau des moules , d'où elle- rctourne au réservoir. On peut installer autant de moules qu'il est nécessaire pour obtenir la capa- cité de coulée désirée; ces moules peuvent être établis sur un support revolver, le métal en fusion y étant alors versé en un point déterminé de la course circulaire, et la pièce solidifiée démoulée en un autre point de la même course.
La chaleur du métal fondu s'ajoute (celle de l'eau dans les chemises d'eau, de sorte que l'eu quand elle retourne au réservoir est à une temperature beaucoup plus élevée. Pour régler la tempère: bure de l'eau quittant le réservoir et la maintenir par exemple à 88 C, l'eau chaude revenant des moules est refroidie dans des serpentins, ou bien une partie de cette eau est évacuée et remplacée par un égal volume d'eau froide amenée par le tuyau 15. Ce réglage peut se
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faire à la main, un thermomètre 20 étant prévu pour renseigner l'opérateur; ou bien un dispositif thermostatique peut être installé pour le réglage automatique de la température de l'eau.
Pour couler des saumons ou lingots,de cuivre pesant de 100 à 300 Kg, il est désirable que l'eau de refroidisse- ment qui pénètre dans les chemises d'eau ait une température d'environ 88 à 93 C. La température de l'eau au moment ou elle quitte les chemises d'eau peut s'élever à 100 C.
Etant donnée la grande quantité de chaleur cédée par le mé- tal en fusion, il est indispensable, pour empêcher la tempé- rature de s'élever au-dessus des valeurs approximatives indiquées, de faire circuler l'eau dans les chemises d'eau des moules à une vitesse considérable. Il est désirable que l'on puisse faire varier la. vitesse de la pompe 12, afin que l'on puisse modifier le réglage de la température suivant les circonstances. Selon que les pièces coulées sont. plus ou moins grandes, les températures de l'eau à son 'entrée dans les moules et à sa sortie de ceux-ci peuvent être modi- fiées à volonté.
Un bon refroidissement du moule a une grande impor- tance pour que la coulée soit réussie, et surtout pour qu'el- le soit effectuée rapidement. Si le refroidissement est in- suffisant,le cuivrefondu, en se solidifient, ne se contrac- te pas assez vite pour se séparer suffisamment des parois intérieures de la cavité du moule et permettre au saumon ou lingot de se démouler librement quand on ouvre le fond du moule. Si au contraire le refroidissement est trop rapide, la partie extérieure de la pièce coulée se solidifie, et par conséquent se contracte, avec trop d'avance sur la solifica- tion de la partie intérieure, et il en résulte une pièce défectueuse.