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Perfectionnements à la fabrication de pièces en métal coulé.
La présente invention est relative à la fabrication de pièces en métal coulé et concerne spécialement, sans tou- tefois s'y restreindre, la fabrication des lingots d'acier coulé.
Lors de la fabrication de lingots d'acier coulé, notamment de ceux de fortes dimensions, des variations de structure granulaire se présentent généralement dans diffé- rentes parties du lingot. Celles-ci peuvent avoir pour résul- tat une ségrégation et des crevasses dans les parties exté- rieures des lingots de toutes formes, et ce qu'on appelle des "stigmates", dans le cas des lingots de section transversale carrée ou polygonale. Des défauts se produisent généralement
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aussi dans la zone axiale du lingot, surtout dans sa partie supérieure.
La présente invention a pour but de réduire la. ten- dance que ces défauts ont de se manifester et, en gênerai:, d'établir un lingot plus homogène et de meilleure qualité.
Suivant l'invention, à un moment déterminé de la coulée, ou même lorsque celle-ci est terminée, on introduit un métal ou un alliage approprié, ayant un point de fusion peu élevé, dans l'espace qui se forme entre le moule et le métal coulé, par suite de la contraction de celui-ci et/ou de la dilatation du moule. De préférence, on prévoit égale- ment des dispositifs grâce auxquels on peut, modifier à vo- lonté le niveau du métal de remplissage liquide ainsi intro- duit.
On peut de cette manière contrebalancer 3. tout moment voulu la pression hydrostatique exercée par le métal encore en fusion, contenu sous la croûte extérieure qui s'est' soli- difiée la première, grâce à la pression hydrostatique du métal liquide qu'on introduit entrecette croûte et le moule, et la présence de ce métal entre la pièce coulée et le moule servant en outre à accélérer le refroidissement du lingot, on peut, en modifiant la hauteur de la colonne de métal ainsi introduit, régler la vitesse et le processus de refroidisse- ment du lingot par le changement de niveau du métal liquide de remplissage. Lorsqu'on désire retirer le lingot, on peut évacuer du moule le métal qu'on y a ajouté, avant de soulever la pièce coulée.
Dans l'application de l'invention à la coulée d'un grand lingot d'acier, par exemple, dès qu'une certaine quan- tité d'acier a été versée, on introduit dans le moule, près du fond de celui-ci, du métal en fusion, du plomb par exemple.
Cette introduction se fait préférablement par une ouverture de la paroi du moule, à une vitesse susceptible de maintenir
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le niveau du plomb à une distance convenable en-dessous du niveau de l'acier durant la continuation de la coulée. Lors- qu'on estime que la croûte du lingot est d'une épaisseur capa- ble de supporter la pression hydrostatique exercée par l'a- cier encore en fusion qu'elle contient, on peut ralentir le refroidissement du lingot en abaissant le niveau du plomb.
Dans le cas des lingots d'acier, on désire généralement que leur partie inférieure se solidifie complètement avant leur partie supérieure, et que cette solidification s'accomplisse du bas vers.le haut, car on a constaté qu'il en résulte une diminution des défauts dans la zone axiale du lingot. On peut facilement obtenir ce résultat, suivant l'invention, en lais- sant le plomb en fusion séjourner pendant un laps de temps convenable dans la partie inférieure du moule et en élevant . ensuite son niveau, soit par degrés, soit de manière continue.
On peut modifier la vitesse de refroidissement des différentes parties du lingot en élevant et en abaissant le niveau du plomb dans le moule. En vue de contrôler plus exactement encore la vitesse et la répartition du refroidissement du lingot, on peut combiner ces moyens, avec le chauffage ou le refroidisse- ment du moule lui-même.
Dans le cas où l'on refroidit le moule, par exemple, on peut faire circuler de l'air sur une partie de sa surface externe, dont on a accru la capacité de dispersion thermique à l'aide d'ailettes, ou bien on peut donner à la paroi du moule, de toute autre manière, une surface étendue, propre à facili- ter le départ de la chaleur. Au lieu d'air de refroidissement on peut aussi employer un agent de chauffage, gazeux ou autre, et si, au cours d'une phase de la coulée, il devenait néces- saire d'accentuer les vitesses relatives de solidification des différentes parties d'un lingot, on pourrait refroidir une par-
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tie du moule, tout en en chauffant une autre.
Dans les cas où l'on estime que l'effet de la pression hydrostatique sur la croûte du lingot a peu d'importance, on peut introduire le métal liquide dans le moule à un certain znoment du proces- sus de la coulée, ou éventuellement après que celle-ci est terminée, dans le seul but de régler la vitesse du refroidis- sement, ou bien on peut introduire ce métal de remplissage dans le seul but de provoquer une pression hydrostatique équi- librante, sur la surface extérieure du lingot.
En vue de l'introduction et de l'évacuation du métal de remplissage liquide, on peut ménager une ouverture ou lu- mière de grandeur convenable dans la paroi du moule, à proxi- mité du fond, au fond, ou dans le fond même de celui-ci, et on peut éventuellement prévoir des dispositifs propres à dis- tribuer ce métal de remplissage vers les parois du moule, des conduits par exemple. Dans une forme de réalisation, cette ouverture est munie d'un bouchon susceptible d'y être vissé ou dévissé, de manière à l'ouvrir ou à la fermer, afin d'ad- mettre ou d'évacuer à volonté le métal de remplissage et d'em- pêcher que le métal en fusion qu'il¯ s'agit de couler ne pé- nètre dans les conduits réservés au métal de remplissage.
Le côté extérieur de l'ouverture communique, par une conduite, avec un récipient contenant le métal de remplissage liquide. On peut régler le niveau de métal contenu dans le moule en modi- fiant la hauteur du métal en fusion dans le réservoir, ou bien ce dernier peut être cylindrique et contenir un poids ou un plongeur coulissant à frottement doux, dont on peut accroître ou diminuer la pression sur la surface du métal, ou bien encore on peut laisser entre le récipient et le plongeur, dont l'axe est de préférence sensiblement vertical, un espace suffisant pour assurer que ce dernier, en se déplaçant, fasse monter ou descendre, en concordance avec ses mouvements, le niveau du
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liquide contenu dans le récipient et le moule.
Suivant une variante, on commande et on règle le niveau du métal de remplissage contenu dans le moule, à l'aide du bouchon ou clapet d'admission déjà mentionné et d'un dis- positif d'évacuation. Il faut prendre des dispositions pour maintenir à l'état liquide l'entièreté du métal de remplis- sage et prévoir un ou plusieurs conduits de distribution, propres à faciliter l'écoulement du métal de remplissage vers toutes les faces du lingot. On forme préférablement ces conduits en enlevant ou en déplaçant des parties de la paroi du moule correspondant aux conduits à créer, après que l'on a commencé à couler l'acier et avant d'admettre le métal de remplissage en fusion.
Sur les dessins annexés, qui représentent schémati- quement et à titre d'exemple différentes formes de réalisa- tion de l'invention:
Fig. 1 est une élévation, partie en coupe, d'un moule à lingots et du dispositif servant à introduire du métal en fusion, du plomb par exemple, dans le fond du moule.
Figs. 2 et 3 sont des vues analogues à celle de Fig.l, montrant d'autres moyens d'amener le plomb en fusion dans le fond du moule.
Fig. 4 est une vue en coupe, à plus grande échelle, d'une soupape servant à admettre le plomb fondu dans le fond du moule, analogue à celle représentée sur la Fig. 1.
Fig. 5 est une élévation dont la moitié de gauche est en coupe, montrant comment on refroidit l'extérieur du moule à des niveaux différents.
La Fig. 1 montre en coupe un moule 1 servant à la coulée de lingots d'acier. On a représenté ce moule comme étant rempli environ au tiers de sa capacité d'acier en fu-
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sion 2, et 3 désigne le jet de métal en fusion qui y pénètre.
4 est un réservoir contenant du plomb maintenu en fusion à l'aide d'un foyer situé en 5, sous ce réservoir. Le réservoir 4 est situé au-dessus du niveau que le plomb en fusion doit atteindre dans le moule à lingot. Le fond du réservoir 4 com- munique, par un tuyau 6 et une soupape 7, avec le fond du moule 8. Un arbre 9 actionné d'une plateforme 11, à l'aide d'un volant à main 10, commande la soupape 7, et l'orifice d'écoulement du réservoir 4, vers le tuyau 6, est commandé à l'aide d'une soupape 12, actionnée à la main.
Un tube vertical 13, représenté de l'autre côté du moule, communique avec le fond de celui-ci en 14, par une soupape 15, qui peut être analogue à la soupape 7 et est com- mandée à l'aide d'un arbre 16 et d'un volant à main 17.
Le dispositif 18 indique le niveau que le métal atteint dans le tube vertical 13 et, par conséquent, le ni- veau jusqu'auquel le plomb en fusion est'monté dans l'espace contenu entre le lingot et la paroi du moule. On peut obtenir cette indication de différentes manières. On peut, par exemple, enrouler autour d'un tambour métallique 20, un fil métallique flexible 19, et régler la position de l'extrémité inférieure de ce fil dans le tube vertical en faisant tourner le tambour, le fil et le métal contenu dans le tube 13 faisant partie d'un circuit électrique comportant une source convenable de courant et un dispositif d'alarme ou de signal. Le circuit se ferme et le signal est donné lorsque le métal contenu dans le tube 13 monte suffisamment haut pour entrer en contact avec l'ex- trémité du fil 19.
Evidemment, on peut utiliser dans ce but différents dispositifs appropriés, et celui qu'on vient de décrire n'en est qu'un exemple.
Afin de permettre au plomb en fusion de s'écouler du
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fond du moule, on peut y ménager un orifice 21, muni d'un robinet de retenue approprié. Cet orifice 21 évacue le plomb dans une gouttière inclinée, qui le dirige vers un récipient convenable, représenté dans le coin inférieur gauche de la figure.
Sur la Fig. 4, qui représente à titre d'exemple une forme de réalisation convenable d'une soupape propre à per- mettre au plomb en fusion de pénétrer dans le fond du moule à lingot ou de sortir de celui-ci, 22 désigne un boisseau fixé au socle du moule à l'aide d'une bride 23, constituant le corps de la soupape et communiquant d'une part avec un conduit d'évacuation 21 et d'autre part, à l'aide d'un rac- cord 24 et d'une bride, avec le tuyau descendant du réser- voir 4. Le boisseau 22 est muni d'un embout 25 présentant un orifice 26, qui met l'intérieur de la soupape en communica- tion avec celui du moule. On peut dégager ou obturer cet ori- fice à l'aide d'un bouchon 27. L'extrémité extérieure du corps de soupape 22 comporte un chapeau de presse-étoupe 28 garni de bourrage, de toute construction convenable.
L'axe de sou- pape 29, coulissant dans le chapeau de presse-étoupe 28, est relié au bouchon 27 à l'aide d'une cuvette 30 dans laquelle une broche 31 retient l'extrémité intérieure du bouchon 27, dont le diamètre est réduit en cet endroit. L'extrémité exté- rieure de l'axe de soupape 29, de diamètre réduit, est file- tée en 32 et s'engage dans un écrou 33 à denture conique 34, que peut faire tourner sur le pas de vis 32 un pignon conique 35, monté à l'extrémité de l'arbre de commande 9 de la soupa- pe. L'écrou 33 est maintenu en place par une plaque 36, sup- portée par le boisseau 22, et par une douille 37, dont une extrémité porte contre l'écrou 33, tandis que son autre extré- mité prend appui contre une chape 38.
La partie de l'axe de
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soupape 29 dont le diamètre est réduit, peut coulisser alter- nativement dans un alésage de la chape 38 et comporte une clavette 39 qui empêche la rotation de l'axe de soupape lorsqu'on fait tourner l'écrou 33. Il est clair que lorsqu'on fait tourner l'écrou dans l'un ou dans l'autre sens à l'aide de l'arbre de commande . .9 et du volant à main 10, le bouchon 27 entre dans l'orifice 26 ou en sort. On peut interposer en- tre la cuvette 30 et la face interne de l'extrémité 25 du boisseau de la soupape 22, une garniture d'asbeste ou autre matière susceptible de résister à la température du plomb en fusion. La soupape 15, qui met le fond du moule en comnunica- tion avec le tube indicateur de niveau 13, peut être analogue à la soupape 7.
La Fig. 1 représente la coulée au moment où un tiers environ du lingot a été versé dans le moule et où le bas du lingot s'est solidifié, un espace 41 s'étant formé entre ce dernier et le moule, par suite de la contraction du lingot et/ou de la dilatation du moule. On peut maintenir la, soupape 7 fermée pendant la phase initiale de la coulée, de manière à empêcher que le métal qu'on verse dans le moule ne sorte de celui-ci. On ouvre la soupape 7 à un moment voulu de la coulée et, en ouvrant également la soupape 12, on permet au plomb en fusion de passer du réservoir 4 dans le tuyau 6 et de là dans l'espace 41, séparant du moule la partie inférieure du lingot. On règle le niveau du liquide contenu dans cet es- pace à l'aide de la soupape 12, ce niveau étant représenté sur la figure par la ligne 42.
La soupape 15, ouverte égale- ment, permet au métal de remplissage en fusion de pénétrer dans le tube vertical 13 qui indique le niveau de ce métal dans l'intérieur du moule, comme c'est expliqué. Bien entendu, il y a lieu, pendant la coulée, de maintenir le tuyau 6, la soupape 7 et le tube vertical 13 à une température qui permette
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au plomb en fusion de s'écouler du réservoir 4 dans le fond du moule, dans le tube 13 ou à travers l'orifice 21, suivant les nécessités, ce qui peut s'accomplir à l'aide d'un chauf- fage externe,par exemple d'une série de flammes de gaz judi- cieusement disposées.
On peut admettre le métal en fusion dans le moule de cette manière, à tout moment voulu de la coulée, ou même lorsque cette dernière est terminée, en vue de régler le refroidissement et/ou de soumettre l'extérieur du lingot à une pression hydrostatique convenable. Quoique la partie in- férieure du lingot ou de la pièce coulée repose sur le fond du moule, on a constaté que le métal de remplissage en fusion pénètre sans aucune difficulté entre le lingot et le moule.
Dans certains cas, on peut prévoir des conduits (non repré- sentés) pour distribuer le métal de remplissage vers les pa- rois du moule.
La Fig. 2 représente un moule 1, dont le fond com- porte des soupapes analogues à 7 et 15 de la Fig. 4, mais d'aspect quelque peu différent. Au lieu toutefois d'utiliser la pesanteur pour introduire le métal à bas point de fusion dans le fond du moule, on emploie la pression de gaz appro- priés, de l'azote par exemple, provenant d'une bouteille à gaz 43 munie d'une soupape régulatrice 44 et susceptible de soumettre à une pression la surface d'un volume de liquide contenu dans un réservoir hermétique 45, dans lequel un métal à bas point de fusion, du plomb par exemple, est maintenu à l'état liquide à l'aide d'un foyer contenu dans l'espace 46.
Ce réservoir 45 est mis en communication avec la soupape 7 par une conduite 47 et comporte un manomètre 48. Dans ce cas, on peut supprimer le tube indicateur de niveau et constater la hauteur du niveau que le plomb atteint dans le moule, par
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la pression qu'indique le manomètre 48. Au lieu de permettre au plomb de s'échapper par le tuyau 21, on peut le faire re- tourner dans le réservoir 45 en réduisant la pression qui règne dans ce dernier.
La Fig. 5 montre une autre manière d'introduire le métal de remplissage à bas point de fusion. Dans ce cas, on peut disposer comme précédemment le moule à lingot 1 et un tuyau d'alimentation muni d'une soupape 47, mais le réservoir vertical représenté en 49, contenant le métal de remplissage en fusion, présente une hauteur appréciable et renferme un plongeur 50 de section transversale un peu plus faible que celle du réservoir, de sorte que le métal puisse monter li- brement dans l'espace situé entre ce plongeur et les parois du réservoir. On comprendra qu'en élevant et en abaissant le plongeur 50 dans le réservoir, on peut chasser le métal de remplissage en fusion par le tuyau 47, à volonté de ma- nière à le faire entrer dans l'espace situé entre le lingot et le moule, au fond de celui-ci, ou l'en faire sortir.
Le niveau du métal contenu dans le moule, indiqué par la ligne 42, est évidemment identique, à celui existant dans le ré- , servoir 49. Dans ce cas également, on peut supprimer le tuyau vertical destiné à indiquer le niveau.
Sur la Fig. 5, on a représenté un dispositif pour le refroidissement extérieur du moule. Dans ce but on munit la surface extérieure du moule 51, qui peut avoir à l'intérieur une forme quelconque, d'ailettes ou de nervures 52, destinées à faciliter le refroidissement. Les plaques supérieure et inférieure 54,55 d'un manchon de tôle 53 sont découpées de manière à s'adapter à ces ailettes 52, ce manchon pouvant être élevé ou abaissé à volonté sur le moule, à l'aide de chaînes ou de câbles 56. Le manchon est muni d'orifices d'en- trée et¯de sortie 57,58 pour admettre et évacuer l'air de
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refroidissement qu'on fait circuler sur le moule, préférable- ment de bas en haut, afin de refroidir la partie du moule contenue dans le manchon, plus énergiquement que ses autres parties.
Ce refroidissement est, en outre, plus efficace à la partie inférieure du manchon, par laquelle on introduit l'air froid. On peut supprimer la plaque supérieure 54 du manchon, dans certains cas, et évacuer directement dans l'at- mosphère l'air qu'il contient. On peut éventuellement combi- ner les dispositions de la Fig. 5 servant à refroidir le moule plus énergiquement à certains endroits qu'à d'autres, avec les dispositifs pour admettre du métal en fusion dans le fond du moule, précédemment décrits.
Dans certains cas, on peut chauffer la partie su- périeure du lingot, en revêtant par exemple la tête du moule, représentée en 59 sur les Figs. d'une matière réfractaire mau- vaise conductrice de la chaleur, à laquelle on associe un dispositif de chauffage. Dans une forme de réalisation la tête du moule comporte des parois doubles, dont l'espace interca- laire annulaire constitue une chambre qu'on peut aisément chauffer à l'aide d'un combustible gazeux ou liquide. Dans certains cas, lorsqu'il s'agit de pièces coulées ou de lingots très longs, par exemple, il peut être désirable de soumettre la partie supérieure du lingot à un chauffage, indépendamment de celui de la tête.
Dans certains cas également, il peut être désirable de retarder la vitesse de refroidissement de la partie supé- rieure du lingot, lorsque sa croûte extérieure s'est solidi- fiée à une épaisseur suffisante, tout en accélérant l'extrac- tion de la chaleur à sa partie inférieure, par les moyens qu'on a décrit avec référence à la Fig. 5, par exemple. Dans ce but on peut disposer, au-dessus d'une chemise de refroi-
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dissement analogue à celle représentée sur la Fig. 5, une chemise ou un manchon isolant susceptible d'être élevé en même temps que le manchon de refroidissement, pendant l'opé- ration qui a pour'but de solidifier le lingot du bas vers le haut.
Lorsque la partie inférieure d'un lingot ou d'une pièce coulée s'est solidifiée, il peut également être désirable de retarder le refroidissement, afin d'empêcher qu'il ne se pro- duise des efforts internes considérables. Dans ce but, on peut appliquer un dispositif isolant ou chauffant, sous la chemise ou le manchon de refroidissement.
Quoiqu'on n'ait décrit et représenté que quelques formes de réalisation de l'invention, il va de soi que celle- ci n'est pas limitée à un type particulier de moule ou d'ap- pareils accessoires. Bien entendu, elle n'est pas limitée non plus à la coulée de lingots ou de pièces de forme simple, et on peut l'appliquer en vue d'accroître l'homogénéité et la qualité de pièces coulées en métaux autres que l'acier, ou de fabriquer des pièces plus grandes ou plus compliquées que celles dont il a été question ci-dessus.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Procédé pour la fabrication de lingots ou de pièces de métal coulé, caractérisé en ce qu'on introduit à l'état-liquide un métal ou alliage à point de fusion plus bas que celui du métal à couler, dans l'espace qui se forme entre le moule et la pièce coulée par suite de la contraction de cette dernière et/ou de la dilatation du moule.