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Procédé pour la coulée de barres de cuivre et produits en résultant.
Cette invention est relative à la fabrication de pièces de cuivre coulé, de forme allongée et à côtés paral- lèles qu'on utilise pour l'étirage de fils etde verbes. Les barres à tréfiler ordinaires, destinées à être amincies par laminage et éventuellement étirées en fils, sont un exemple typique de ce genre de produit.
On forme généralement ces barres à tréfiler en les coulant dans une cavité en forme d'auge, située à la partie supérieure d'un moule horizontal. Ces barres, qui présentent une section transversale sensiblement carrée, ont une largeur
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de 95 à 140 mm. et une longueur de 965 à 1370 mm. et leurs extrémités vont en diminuant, afin de faciliter leur introduc- tio:a entre les cylindres lamineurs.
La coulée du cuivre à pour résultat d'en oxyder, plus ou moins, la couche exposée extérieure. Sous celle-ci se trouve une zone métallique .relativement poreuse, ou rem- plie de petites bulles de gaz occlus, qui recouvre le noyau de métal pur, massif et sensiblement non-poreux.
Lorsqu'on coule les barres à tréfiler de la maniè- re indiquée, leur surface supérieure se recouvre entièrement d'uns pellicule d'oxyde. Celle-ci provoque des irrégularités dans le laminage, cette oxydation et la porosité qui l'accom- pagne tendant à rendre imparfaits les fils ou verges qu'on lamine l'aide de ces barres,, et ayant quelquefois ces im- perfections comme résultat. Un des buts de cette invention est de réaliser un procédé do coulée des barres à tréfiler suscep- tible de fournir des fils ou verges de cuivre d'une qualité moyenne supérieureà celle qu'on a obtenue jusqu'à présent.
Des essais ont été faits, consistant à couler des barres à tréfiler dans un moule verticale constitué par le moulehorizontal ordinaire dont on avaitsectionné une extré- mité, à attacher une plaque plate sur le côté ouvert du mou- le, à placer celui-ci en position verticale et à y verser le ::létal, par l'extrémité supérieure ouverte. De cette manière, on restreint l'oxydation à la petite surface de l'extrémité de la barre et on localise toute la porosité à cette extrémi- té.
Ce procédé présente toutefoisl'inconvénient que le Boule, formé de deux parties, comporte des joints s'étendant d'un bout à 1'autre -de ses côtés et que, malgré le lutage habituel de la cavité du moulu à l'aide d'un enduit de noir animal, le cuivre en fusion pénètre dans ces joints et y forme de minces @
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nervures.
Lorsque le cuivre se refroidit, ces nervures rete- nues par le moule ancrent le cuivre coulé à celui-ci, et com- me le cuivre coulé se contracte beaucoup plus rapidement que le moule, l'adhérence entre les nervures et ce dernier empè- che le cuivre coulé de se contracter librement et uniformé- ment sur toute sa longueur. Il en résulte qu'au momentoù le cuivre est encore à l'état plastique, ou dans un état in- termédiaire entrela plasticité et la solidité, et au moment où sa cohésion est encoretrèss faible, il s'y forme des cre- vasses s'étendant en général transversalement à sa longueur, qui tendent à s'approfondir et à s'élargir lorsqu'on soumet la barre au laminage et à provoquer des défauts dans la barre laminée et dans les verges ou les fils qu'on en tire par la suite.
Lorsque des crevasses de ce genre se présentent dans le fil de cuivre, elles en diminuent la résistance et, dans une certaine mesure, la conductivité. On rencontre la même difficulté dans le cas des moules horizontaux ordinaires, lors- que ceux-ci présentent des piqûres ou des poquettes, Formant des endroits irréguliers ou des poches peu profondes, dans lesquelles le cuivre en fusion pénètre et s'attache.
Le but de la présente invention est d'éviter ces inconvénients et de permettre de couler des barres à tréfiler ou autres, dont toutes les imperfections sont localisées à une de leurs extrémités, qu'on peut abattre. Suivant ce pro- cédé on produit une barre exempte de crevasses, ne comportant aucune nervure ou autre défaut susceptible d'adhérer au moule, pouvant, en conséquence, se contracter librement sans s'endom- mager, dont l'oxydation et la porosité sont limitées entière- ment ou sensiblement à une de ses extrémités et qui, après qu'on a abattu cette extrémité, constitue en substance une barre parfaite, de métal pur et homogène.
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Dans ce but, on réalise l'invention en utilisant un moule vertical non divisé, comportant une cavité ayant la forme de la barre à couler et muni d'un dispositif de refroi- dissement convenable, en, ménageant un dispositif approprié pour fermier la partieinférieure de la cavité, et en versant le métal en fusion par 1-'extrémité supérieure ouverte de ce moule pour couler la barre.
En se solidifiant et en se contractant, le métal coulé, refroidi par l'eau de refroidissement, se sépare rapi- dement de la paroi intérieure du moule, et on peut l'en reti- rer en ouvrant le fond du moule et en laissant tomber la pièce coulée longitudinalement, hors de celui-ci.
D'autres caractéristiques de l'invention seront dé- crites en détail ci-dessous.
Dans les dessins annexés :
Fig. 1 est une élévation de côté du moule,
Fig. 2 en est une élévation de face, partiellement en coupe,
Fig. 3 est une coupe verticale, vue du même côté que l'élévation de la Fig. l,
Fig. 4 est une coupe horizontale suivant la ligne 4-4 de Fig. l,
Fig. 5 est une élévation de la barre à tréfiler coulée,
Fig. 6 est une élévation à plus grande échelle, partiellement en coupe, de l'extrémité supérieure de la ba- r e,
Fig. 7 est une vue en plan, de la barre représentée sur les figures 5 et 6 et
Fig. 8 est une vue en plan d'une variante de la barre, dont la section transversale est ronde au lieu de car-
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rée.
La barre à tréfiler, coulée dans le moule qu'on va décrire, peut être carrée et mesurer 10 x 10 cm. environ, pour une longueur totale de 1370 à 1520 mm. approximativement. Son extrémité supérieure est amincie, ainsi qu'on va l'expliquer.
Sur les dessins, A désigne le moule, preférablement fait en cuivre, foré ou autrement travaillé de manière à présenter des conduits d'eau a, a, dans lesquels on maintient une circulation d'eau rapide pendant et aprèsla coulée. Ces conduits peuvent recevoir de l'eau par le bas, à l'aide des tuyaux d'amenée b, et l'évacuer par le haut, à l'aide des tuyaux de décharge c, comme c'est représenté, les conduits verticaux étant reliés les uns aux autres par des conduits transversaux, communiquant avec les tuyaux d'amenée et de décharge, respectivement. On donne à la cavité B du moule, en coulant celui-ci ou ou par tout autre moyen, la forme que doit présenter la barre devant y être coulée.
Un obturateur C, qui peut être articulé en d, ferme l'extrémité inférieure de cette cavité, l'obturateur étant maintenu en position fermée pendant la coulée, à l'aide d'une chape D actionnée par son propre poids, pivotant sur les gou- pilles e, e, passant sous l'obturateur C et venant en prise avec une nervure de coincement de celui-ci. On peut enserrer le moule dans un collier E, en vue de le monter sur un sup- port convenable quelconque.
La barre à couler F (Fig. 5) est de section transver- sale carrée à angles arrondis et, à son extrémité supérieure, elle présente un col de diamètre réduit G. Ce col est relié à la masse de la barre par une partie F', dont la section transversale va en décroissant depuis celle de la barre jus- qu'à celle du col. Dans le cas d'une barre ronde, le corps ,et le col sont cylindriques (Fig. 8) et la partie intermé-
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diaire décroissante est conque.
Lors de la coulée, on maintient le moule en position verticale et on y verse le cuivre en fusion par son extrémité supérieure ouverte. Lorsqu'on utilise une poche de coulée, il est préférable d'interposer un entonnoir ou un dégorgeoir co- nique ou de section décroissante, de manière à diriger le jet de cuivre au milieu de l'ouverture, afin qu'il ne vienne pas en contact avec les parois de la cavité avant de se joindre au métal en fusion qui s'accumule dans l'intérieur du moule. On refroidit le moule à l'aide d'une rapide circulation d'eau, introduite sous une pression considérable,: d'environ 2 à 3.5 atmosphères par exemple, et à une température de 88 à 100 C approximativement.
Le cuivre coulé se solidifie et se contrac- te rapidement et, grâce à l'absence de joints ou de fentes dans la surface intérieure lisse du moule, il se sépare complète- ment de celle-ci, de sorte que la barre de cuivre reste exemp- te de rugosités, de crevasses ou de défauts. Dès que la bar- re s'est complètement solidifiée et a sensiblement atteint sa cohésion et sa résistance maxima, on ouvre le fond du mou- le, en dégageant la chape D et en laissant basculer l'obtura- teur C, et la barre qui tombe peut être reçue dans un bain d'eau, qui achève de la refroidir.
La faible surface de l'extrémité du col G consti- tuant toute la partie du cuivre fondu qui reste exposée à l'air après la coulée, l'oxydation est restreinte à cette partie. Les bulles de gaz montant à la surface, il en résulte que la porosité de la barre coulée se trouve entièrement ou sensiblement localisée au col G (auquel on donne à cet effet une longueur suffisante), que l'on peut facilement détacher en le coupant ou le cisaillant suivant la ligne X,x (Fig. 6).
On-obtient de cette manière une-barre comportant une
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extrémité de section décroissante F', dont la conicité faci- lite son introduction entre les cylindres destinés à effectuer le laminage subséquent.
Si l'on désire produire des barres rondes au lieu de barres carrées, on peut les former ainsi que c'est représenté en élévation de côté sur la Figure 6, les parties F et G étant alors cylindriques et ayant les proportions relatives représentées sur la Fig. 8.
Les barres à tréfiler produites suivant cette in- vention sont exemptes d'oxydation ou de porosité et comportant, d'un- bout à l'autre, une structure cristalline uniforme en- tièrement exempte de crevasses, de fissures ou d'autres imper- fections susceptibles de donner lieu à des défauts au cours du laminage ou de l'étirage.
Ce procédé de coulée se prête bien à l'utilisation d'une machine à couler rotative. Dans ce cas on effectue la coulée d'un côté, on évacue les barres achevées du côté dia- métralement opposé ou à toute distance angulaire voulue du point de coulée, et on utilise la partie restante du trajet du moule pour le refroidir en vue de la fermeture de son fond et de la prochaine coulée. Avant de fermer le fond du moule, on y injecte ou on y vaporise, par une de ses extrémités, l'enduit habituel de noir animal.
Les pièces coulées produites suivant cette invention se différencient de celles qu'on obtient à l'aide de moules à billettes ou de moules à fabriquer les lingots plats, destinés à être laminés en tôles minces, en ce que la longueur de la pièce coulée dépasse le sextuple de sa largeur et a générale- ment de dix à quinze fois la largeur du corps de la barre.
On estime que les avantages que présente le pro- cédé suivant l'invention relèvent du fait que le métal coulé @
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se contracte très vite latéralement, et se libère ainsi de toute adhérence avec la surface intérieure du moule, de sorte qu'il peut se contracter longitudinalement sans que des parties successives de la barre restent collées au moule. Le refroidis- sement et le durcissement du métal coulé progressent graduel- lement de l'extérieur vers l'intérieur, de sorte que l'exté- rieur se sépare du moule par contraction, tandis que la masse intérieure est encore à l'état plastique.
Cette séparation d'avec la paroi du moule progresse du fond du moule vers le haut, et chaque partie de la pièce coulée se trouve donc dé- tachée du moule avant que la contraction longitudinale ne puis- se causer des crevasses. Le refroidissement à l'eau présente également l'avantage d'accroître la durée effective du moule, en protégeant celui-ci contre les piqûres de sa surface inté- rieure et en empêchant sa déformation, de sorte qu'il est pos- sible d'utiliser un même moule pour un nombre de coulées beau- coup plus grand que cela n'était possible jusqu'ici.
Suivant les dessins, une seule extrémité de la barre comporte la partie de section décroissante F', destinée à fa- ciliter son introduction entre les cylindres de laminage, mais on peut munir la barre de ces parties à chacune de ses extré- mités, si on le désire.
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Process for the casting of copper bars and resulting products.
This invention relates to the manufacture of elongated, parallel-sided, cast copper pieces which are used for the drawing of wires and verbs. Ordinary drawing bars, intended to be thinned by rolling and possibly drawn into wires, are a typical example of this type of product.
These drawing bars are generally formed by casting them in a trough-shaped cavity located at the top of a horizontal mold. These bars, which have a substantially square cross section, have a width
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from 95 to 140 mm. and a length of 965 to 1370 mm. and their ends decrease, in order to facilitate their introduction between the rolling rolls.
The casting of copper results in more or less oxidizing of the exposed outer layer. Beneath this is a relatively porous, or small bubbles-filled, occluded metallic area which covers the core of pure, massive and substantially non-porous metal.
When the drawing bars are cast in the manner shown, their upper surface is completely covered with a film of oxide. This causes irregularities in the rolling, this oxidation and the porosity which accompanies it tending to make imperfect the wires or rods which are rolled with the help of these bars, and sometimes having these imperfections as a result . One of the objects of this invention is to provide a process for casting the drawing bars capable of providing copper wires or rods of an average quality higher than that which has hitherto been obtained.
Tests were carried out, consisting in casting drawing bars in a vertical mold consisting of the ordinary horizontal mold, one end of which had been sectioned, in attaching a flat plate to the open side of the mold, in placing the latter in upright and pour the :: lethal into it through the open top end. In this way, the oxidation is restricted to the small area of the end of the bar and all the porosity is localized at this end.
This process has the drawback, however, that the Boule, formed of two parts, has joints extending from one end to the other -on its sides and that, despite the usual wrenching of the ground cavity with the aid of 'a coating of animal black, the molten copper enters these joints and forms thin @
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ribs.
As the copper cools, these ribs retained by the mold anchor the cast copper to it, and as the cast copper contracts much faster than the mold, the adhesion between the ribs and the latter prevent- encourages cast copper to contract freely and evenly along its entire length. It follows that when the copper is still in the plastic state, or in an intermediate state between plasticity and solidity, and when its cohesion is still very weak, cracks are formed therein. 'generally extending transversely to its length, which tend to deepen and widen when the bar is subjected to rolling and cause defects in the rolled bar and in the yards or wires drawn from it. the following.
When such cracks occur in the copper wire, they decrease its resistance and, to some extent, the conductivity. The same difficulty is encountered in the case of ordinary horizontal molds, when these show pits or pockets, forming irregular spots or shallow pockets, in which the molten copper penetrates and attaches.
The object of the present invention is to avoid these drawbacks and to make it possible to cast drawing bars or the like, all of the imperfections of which are located at one of their ends, which can be knocked down. According to this process, a bar free from crevices is produced, having no ribs or other defects liable to adhere to the mold, which can, consequently, contract freely without being damaged, the oxidation and porosity of which are limited entirely or appreciably to one of its ends and which, after having knocked this end down, constitutes in substance a perfect bar, of pure and homogeneous metal.
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For this purpose, the invention is carried out using an undivided vertical mold, comprising a cavity in the form of the casting bar and provided with a suitable cooling device, providing a suitable device for closing the lower part. cavity, and pouring molten metal through the open top end of this mold to cast the bar.
As it solidifies and contracts, the cast metal, cooled by the cooling water, quickly separates from the inner wall of the mold, and can be removed by opening the bottom of the mold and leaving fall the casting longitudinally, out of it.
Other characteristics of the invention will be described in detail below.
In the accompanying drawings:
Fig. 1 is a side elevation of the mold,
Fig. 2 is a front elevation, partially in section,
Fig. 3 is a vertical section, seen from the same side as the elevation of FIG. l,
Fig. 4 is a horizontal section taken along line 4-4 of FIG. l,
Fig. 5 is an elevation of the cast wire bar,
Fig. 6 is an elevation on a larger scale, partially in section, of the upper end of the bar,
Fig. 7 is a plan view of the bar shown in Figures 5 and 6 and
Fig. 8 is a plan view of a variant of the bar, the cross section of which is round instead of square.
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ree.
The drawing bar, cast in the mold which will be described, can be square and measure 10 x 10 cm. approximately, for a total length of 1370 to 1520 mm. approximately. Its upper end is thinned, as will be explained.
In the drawings, A denotes the mold, preferably made of copper, drilled or otherwise worked so as to present water conduits a, a, in which a rapid circulation of water is maintained during and after the casting. These conduits can receive water from below, using the inlet pipes b, and discharge it from the top, using the discharge pipes c, as shown, the vertical conduits being connected to each other by transverse conduits, communicating with the inlet and discharge pipes, respectively. The mold cavity B is given, by casting the latter or or by any other means, the shape which the bar to be cast therein must have.
A shutter C, which can be articulated at d, closes the lower end of this cavity, the shutter being kept in the closed position during casting, using a clevis D actuated by its own weight, pivoting on the pins e, e, passing under the shutter C and engaging with a clamping rib of the latter. The mold can be clamped in a collar E, with a view to mounting it on any suitable support.
The casting bar F (Fig. 5) has a square cross section with rounded angles and, at its upper end, it has a neck of reduced diameter G. This neck is connected to the mass of the bar by a part F ', the cross section of which decreases from that of the bar to that of the neck. In the case of a round bar, the body and the neck are cylindrical (Fig. 8) and the intermediate part
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decreasing diary is conch.
During casting, the mold is kept in a vertical position and the molten copper is poured into it through its open upper end. When using a ladle, it is preferable to interpose a funnel or a conical disgorger or of decreasing section, so as to direct the copper jet in the middle of the opening, so that it does not come. in contact with the walls of the cavity before joining with the molten metal which accumulates in the interior of the mold. The mold is cooled by rapid circulation of water, introduced under considerable pressure, from about 2 to 3.5 atmospheres for example, and at a temperature of 88 to 100 C approximately.
The cast copper solidifies and contracts quickly and, due to the absence of any joints or slots in the smooth interior surface of the mold, it separates completely from it, so that the copper bar remains free from roughness, crevices or defects. As soon as the bar has completely solidified and has appreciably reached its maximum cohesion and resistance, the bottom of the mold is opened, releasing the yoke D and allowing the shutter C to tilt, and the bar which falls can be received in a water bath, which completes the cooling.
Since the small surface area of the end of the neck G constitutes all the part of the molten copper which remains exposed to the air after casting, oxidation is restricted to this part. As the gas bubbles rise to the surface, the result is that the porosity of the cast bar is entirely or substantially localized at the neck G (which is given a sufficient length for this purpose), which can easily be detached by cutting it. or shearing it along the line X, x (Fig. 6).
In this way we obtain a bar comprising a
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end of decreasing section F ', the taper of which facilitates its introduction between the rolls intended to carry out the subsequent rolling.
If it is desired to produce round bars instead of square bars, they can be formed as shown in side elevation in Figure 6, parts F and G then being cylindrical and having the relative proportions shown in Figure 6. Fig. 8.
The drawing bars produced according to this invention are free from oxidation or porosity and having throughout a uniform crystalline structure entirely free of crevices, cracks or other imperfections. fections liable to give rise to defects during rolling or stretching.
This casting process lends itself well to the use of a rotary casting machine. In this case, the casting is carried out on one side, the finished bars are discharged on the diametrically opposite side or at any desired angular distance from the casting point, and the remaining part of the mold path is used to cool it for the purpose of the closing of its bottom and the next casting. Before closing the bottom of the mold, one injects or vaporizes therein, through one of its ends, the usual coating of animal black.
The castings produced according to this invention differ from those obtained with the aid of billet molds or flat ingot molds intended to be rolled into thin sheets in that the length of the cast exceeds six times its width and is usually ten to fifteen times the width of the bar body.
It is believed that the advantages of the process according to the invention arise from the fact that the cast metal @
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contracts very quickly laterally, and thus frees itself from any adhesion with the interior surface of the mold, so that it can contract longitudinally without successive parts of the bar remaining stuck to the mold. The cooling and hardening of the cast metal gradually progresses from the outside to the inside, so that the outside separates from the mold by contraction, while the inside mass is still in the plastic state. .
This separation from the mold wall progresses from the bottom of the mold upwards, and each part of the casting is therefore detached from the mold before the longitudinal contraction can cause cracks. Water cooling also has the advantage of increasing the effective life of the mold, protecting the mold from pitting of its inner surface and preventing its deformation, so that it is possible to 'use the same mold for a much larger number of castings than was previously possible.
According to the drawings, only one end of the bar has the part of decreasing section F ', intended to facilitate its introduction between the rolling rolls, but the bar can be provided with these parts at each of its ends, if we want it.
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