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µ'PROCEDE ET APPAREIL DE MOULAGE CENTRIFUGE DES TUYAUX"
L'invention concerne le procédé de moulage centrifuge des tuyaux dans lequel le métal fondu est progressivement distribué à l'intérieur d'un moule rotatif et, plus spécialement, un procédé dans lequel on se propose d'employer des moules métalliques refroidis extérieurement, bien que le présent procédé puisse être réalisé utilement avec d'autres genres de moules à tuyaux.
La présente invention a pour objet un procédé et un appareil pratiques et efficaces grâce auxquels la surface du moule peut être traitée en avant du point où s'effectue l'opération de coulée, de façon à, produire une pièce moulée de structure et de propriétés perfectionnées, et plus spécialement grâce auxquels une couche mince d'une matière d'enduisage en poudre peut être distribuée progressivement sur la surface interne du moule sous forme de convolutions hélicoïdales disposées à recouvrement, immédiatement en avant du contact du métal fondu avec le
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moule et de telle manière qu'elle constitue une couche d'épaisseur sensiblement constante et d'efficacité remarquable.
L'invention a en outre pour objet un tuyau en fonte de fer qui est facile à usiner et possède une grande résistance aux chocs en tous les points de sa partie cylindrique et dans lequel, s'il s'y forme une fissure, cette fissure est moins sujette à se produire sous forme de lignes droites ou de plans que dans le cas des tuyaux en fonte tels qu'ils étaient fabriqués jusqutà ce jour, les fin.sures susceptibles de se former dans le présent tuyau ayant une tendance marquée à se produire suivant des lignes de contour irrégulier* Les présents tuyaux sont aussi carac- térisés par le fait qu'ils possèdent une structure métallique avantageuse.
L'invention envisage en outre la fabrication du présent tuyau perfectionné à l'aide de fontes ou mélanges de fontes qui, en raison du fait qu'ils constituent des produits courants du commerce, sont usuellement employés pour fabriquer les tuyaux en fonte de fer. Ces fontes peuvent être et seront de préférence préparées à l'aide des fontes ou mélanges de fontes peu coûteux ordinairement employés pour fabriquer les tuyaux en fonte.
D'autres buts de l'invention sont de constituer une structure possédant les propriétés avantageuses sus- mentionnées et pouvant être fabriquée rapidement et écono- miquement.
On a déjà proposé de constituer sur la surface interne des moules métalliques employés pour le moulage des tuyaux un enduit ou couche de matière appropriée, mais, à la connaissance de la demanderesse, aucun des procédés
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proposés, appliqués ou expérimentés jusqu'à ce jour n'a permis de munir efficacement le moule d'une couche d'une matière pulvérulente déliée et sèche qui reste à l'état d'enduit cohérent et continu pendant l'opération de coulée et assure la production d'une pièce moulée de structure uniforme et désirable.
Les procédés proposés jusqu'à ce jour pour enduire la surface d'un moule n'ont pas été uniformément satisfaisants pour plusieurs raisons parmi lesquelles on mentionnera la difficulté qu'un éprouve à effectuer une distribution régulière de la matière sur la surface du moule.
La demanderesse a constaté qu'un enduit de matière sèche et pulvérulente est susceptible de se fracturer ou de se déplacer partiellement au point de mettre à nu ou découvrir certaine s parties de la surface du moule si la couche de matière reste trop longtemps au contact avec cette surface avant d'être recouverte par la fonte et que cette éventualité a d'autant plus tendance à se produire que l'enduit est plus épais..
La demanderesse a en outre constaté que le choc du métal sur la surface enduite du moule a tendance à fracturer l'enduit et à détacher certaines parties de l'enduit recouvrant la surface du moule de telle sorte qu'il reste des zones non protégées déterminant des zones de refroidissement dans la pièce moulée ainsi que des rugosités indésirables sur la surface externe de cette pièce ; et que cette tendance au déplacement de la matière de l'enduit augmente notablement avec l'épaisseur de cet enduit.
Les tuyaux de fonte tels qu'ils ont été fabriqués jusqu'à ce jour dans des moules enduits ne possédaient pas les caractéristiques distinctives décrites ci-après des
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tuyaux fabriqués par le présent procédé.
La caractéristique principale du présent procédé réside dans la formation progressive d'un enduit ou couche de matière en poudre sur la surface interne du moule, et directement à lavant du contact du métal fondu avec la surface enduite du moule, à l'aide d'un jet de gaz qui constitue le véhicule de particules distribuées d'une matière d'enduisage en poudre et qui est dirigé progressivement vers celles des parties du moule avec lesquelles le métal fondu doit entrer en contact aussitôt après. L'énergie du jet de gaz véhiculant doit être telle qu'il communique aux particules de matière à enduit une vitesse suffisante pour les amener au contact de la surface du moule sans que le jet de gaz lui-même possède une vitesse telle qu'il heurte avec force la surface du moule.
La poudre d'enduisage doit être amenée au jet de gaz en quantité constante par unité de temps, de façon qu'il en résulte la production d'une couche d'épaisseur sensiblement constante, et l'on constate qu'un enduit ainsi constitué possède certaines propriétés distinctives et avantageuses en ce sens qu'il possède une bonne résistance aux forces disruptives, qu'il peut être appliqué sur le moule avec une grande uniformité marne lorsqu'il est très mince et que, même s'il est très mince, il empêche efficacement la formation de zones refroidies dans la pièce moulée.
Ceci semblerait pouvoir être expliqué par cette hypothèse que les particules de matière à enduit projetées par le gaz véhiculant contre le moule sont entourées par une pellicule adsorbée de ce gaz, laquelle pellicule constitue pendant un temps appréciable après le dépôt de l'enduit une partie effective de cet enduit
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et joue un rôle important en contribuant à empêcher le refroidissement et à assurer la production d'un tuyau de structure désirable.
Une autre caractéristique importante du présent procédé réside dans le temps qui peut s'écouler entre le momen t où l'enduit est appliqué sur le moule et le moment où le métal fondu sortant du bec de la goulotte entre en contact avec cet enduit; et l'on remarquera à cet égard que le temps pendant lequel l'enduit peut être laissé non recouvert par le métal fondu ne doit pas dépasser 6 secondes et qu'il doit être aussi court que possible en vue des meilleurs résultats. De préférence, on dirige le jet de gaz véhiculant de façon qu'il dépose ses particules de matière à enduit sur la partie du moule qui, au moment du dépôt, est située directement au-dessus et près de la partie du moule sur laquelle le métal fondu est en train d'être coulé, afin que l'enduit entre presque instantanément en contact avec le métal fondu.
On remarquera que le jet de gaz véhiculant doit être dirigé de façon qu'il dépose ses particules de matière à enduit sur la surface non recouverte du moule sans provoquer le contact direct d'une quantité appréciable de cette matière avec le métal sortant du bec de la goulotte ou avec le métal fondu qui a déjà été déposé dans le moule et que, si cette condition est convenablement remplie, les résultats seront d'autant meilleurs que la couche sera appliquée plus près du métal sortant de la goulotte ou de la convolution de métal hélicoïdale précédemment coulée; et, à cet effet, il est très recommandable, en vue de remplir ces conditions, que le jet de gaz soit projeté contre la surface supérieure
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du moule.
Les raisons pour lesquelles il est recommandable de diriger progressivement le jet de gaz contre celles des parties du moule avec lesquelles le matai distribué doit en trer en contact dans un temps très court résident dans le fait qu'on a constaté que la tendance de certaines parties de la matière à enduit à glisser ou à se déplacer et à laisser des zones non recouvertes dont l'existence provoque des défauts dans la pièce moulée est d'autant plus grande que l'enduit reste plus longtemps sur la surface du moule avant que le métal entre en contact avec lui.
Les essais effectués par la demanderesse ont convaincu celle-ci que l'enduit est d'autant moins efficace -- à supposer que sa continuité ne soit pas détruite - qu'il s'écoule plus de temps entre son application et son contact avec le métal fondu ; et ceci semble pouvoir être expliqué par cette hypothèse que les pellicules adsorbées de gaz qui adhèrent aux particules de matière à enduit lorsqu'elles sont déposées sur la surface du moule constituent un élément important mais de courte durée de l'enduit.
Une autre caractéristique importante du présent procédé concerne l'épaisseur qu'il convient de donner à l'enduit en vue des meilleurs résultats. Cette épaisseur est déterminée par la quantité de matière à enduit amenée au jet de gaz véhiculant et distribuée par cejet pendant la coulée du tuyau ; et comme il existe un courant d'air à travers le moule pendant l'opération de coulée et que ce courant d'air entraîne certainement une partie de la matière à enduit pulvérulente amenée au moule par le jet de gaz, il est impossible de spécifier d'une façon définie quelle est l'épaisseur réelle de la couche créée par tout débit
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donné.
La demanderesse a toutefois constaté que, avec toutes les matières à enduit qu'elle a essayées, l'efficacité de l'enduit créé est nettement diminuée lorsqu'on amène au moule, pendant la coulée, une quantité de matière pulvé- rulente à enduit plus grande que celle qui, si elle restait en totalité en contact avec le moule, constituerait une couche dont l'épaisseur excède 0,025 mm; et que, dans tous les cas, il ne faut pas que la poudre dtenduisage soit amenée au moule en quantité plus grande que le minimum -inférieur à la quantité qui produirait une couehe de 0,025mm d'épaisseur -- susceptible de donner une pièce moulée dépourvue de zones de refroidissement.
Cette quantité variera quelque peu avec différentes poudres d'enduisage mais peut être déterminée facilement et, une fois déterminée, on pourra l'appliquer uniformément avec la certitude de bons résultats. En travaillant avec du ferro-silicium en poudre passant à travers un tamis de 12 maillesau centimètre (série Tyler) , la demanderesse a constaté que, en vue des meilleurs résultats, il convient que la quantité de ferrosilicium fournie au jet de gaz soit telle qu'elle produirait une couche de 0,0075 mm d'épaisseur si toute la matière dtenduisage restait en position dans le moule.
La demanderesse a constaté qutil convient de modifier le débit dans le cas d'autres matières d'enduisage.
Ainsi, elle a constaté que, dans le cas du kaolin, il convient de fournir une quantité de matière qui, si elle restait en totalité en contact avec le moule, produirait une couche de 0,023 mm ; dans le cas du talc le débit préféré correspondrait aussi à une couche de 0,023 mm ; avec la magnétite il correspondrait à une couche de 0,0127 mm ;avec le ferromanganèse il correspondrait à une couche de 0,0175 mm ; avec
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le silicium-manganèse-zirconium il correspondrait à une couche de 0,0075 mm ; avec le mica il correspondrait à une couche de 0,02 mm ; et avec la houille il correspondrait à une couche de 0, 025 mm.
Indépendamment du fait que l'enduit constitué sur le moule est d'autant plus sujet à se rompre et à perdre sa continuité qu'il est plus épais, il ressort des recherches de la demanderesse que les couches lesplus minces sont celles qui permettent d'obtenir des pièces moulées de la structure la. plus désirable.
Dans le moulage de tuyaux à emboîtement munis d'une extrémité évasée en forme de tulipe à l'aide d'un moule muni d'une partie évasée dans laquelle est inséré un noyau, 'il n'est évidemment pas possible, dans la pratique, de constituer sur la partie évasée du moule une couche aussi régulière que celle que le présent procédé permet de constituer sur la partie cylindrique du moule.
Comme la pièce moulée est plus lourde dans la partie évasée, il n'est pas aussi important que cette partie soit enduite comme il l'est pour la partie cylindrique du moule, mais si, pendant une courte période de temps avant que commence la coulée du métal, on dirige le jet de gaz avec des particules distribuées de matière d'enduisage dans la partie évasée qui est située entre l'extrémité du noyau et le commencement de la partie cylindrique du moule, on constate qu'il devient possible de munir la partie évasée du moule d'une couche au moins raisonnablement satisfaisante.
Les caractéristiques du présent tuyau consistent en premier lien en ce que sa partie cylindrique est composée en substance de deux zones annulaires concentriques dont l'externe s'étend vers l'intérieur à partir de la surface
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externe du tuyau sur une distance au moins égale au quart environ de le épaisseur de la paroi du tuyau et est composée principalement de formations cristallines,, compactes, entrelacées et dendritiques de ferrite et (ou) de perlite sans tendance unidirectionnelle, ces formations dendritiqu.es étant distribuées symétriquement à la fois longitudinalement et radialement par rapport à la zone sans comporter de surfaces intermédiaires composées de l'eutectique que forme la cémentite avec l'austénite à divers degrés de décomposition par l'effet du refroidissement.
Lorsqu*il est dit que les dendrites sont distribuées symé- triquement en tous les points de la zone, on entend que, dans toutes les sections transversales de la zone dendriti- que, on constate que les dendrites sont approximativement lesmêmes en ce qui concerne leur nombreleur finesse et leur distribution, bien qu'il soit aussi possible que les dendrites aient tendance à devenir moins fines et moins nombreuses à mesure qu'on va de la partie externe vers la partie interne de la zone dendritique.
Une autre caractéristique de la zone dendritique externe du présent tuyau réside dans le fait que le carbone mis en liberté existe dans cette zone sous forme de points ou de nids, par opposition aux plaques graphitiques qui caractérisent la zone interne du tuyau, et non sous forme de plaques graphitiques de ce genre. Une autre caracté- ristique du présent tuyau réside dans le fait que, après la coulée, le pourcentage de carbone combiné qui est présent dans la zone dendritique externe est nettement plus petit, par unité de masse, que le pourcentage de carbone combiné présent dans la zone interne ou graphitique.
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La structure graphitique de la zone interne du tuyau consiste en une matrice de ferrite et (ou) de perlite à travers laquelle sont distribuées de petites plaques de carbone graphitique et dans laquelle il n'existe sensible- ment pas de structure cristalline dendritique, ladite zone interne ou graphitique étant en outre caractérisée par le fait que, par unité de masse, elle contient un plus grand pourcentage de carbone combiné que la zone externe ou den- dritique.
Il va de soi que le pourcentage réel de carbone combiné qu'on trouvera dans la partie cylindrique de tuyaux suivant l'invention variera avec la composition du métal et avec l'épaisseur de la paroi du tuyau, et ces conditions influenceront aussi les pourcentages relatifs de carbone combiné par unité de masse dans les zones interne et externe des présents tuyaux, quoique, dans tous les cas, on constate que le pourcentage de carbone combiné est moindre dans la zone externe ou dendritique que dans la zone interne ou graphitique .
Une caractéristique importante et avantageuse du présent tuyau moulé réside dans le fait que la quantité de carbone combiné que contient la zone dendritique est nota- blement inférieure, par unité de masse, à celle que contient la zone graphitique. La différence variera quelque peu avec l'épaisseur de la pièce et la composition de la fonte mais existera dans tous lestuyaux qui possèdent lescarac- téristiques des présents tuyaux ; par exemple, dans un tuyau de 9,6 mm d'épaisseur moulé à l'aide d'une fonte de la composition suivante :
C Si S P Mn 3,70 2,03 0,074 0,55 0,56 on constate que la teneur de la zone dendritique en carbone
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combiné est de 0,16 % tandis que celle de la zone interne ou graphitique est de 0,44 %. De même, dans le cas d'un tuyau de 16,2 mm d'épaisseur, on constate que la teneur en. carbone combiné est de 0,11 % dans la zone dendritique et de 0,29 % dans la zone graphitique.
Il ressort d'essais et d'expériences de la demanderesse que le pourcentage rela- tivement faible de carbone combiné que contient la zone dendrit ique en comparaison avec la zone graphitique dans les présents tuyaux est une caractéristique non seulement distinc tive rnai contribuant grandement à l'excellence du présent tuyau.
Dans les exemples ci-dessus des pourcentages de carbone combiné des zones interne et externe du présent tuyau, on remarquera que le pourcentage total de carbone combiné que contient la pièce est inférieur à 0,5 % et ceci serait la caractéristique de la plupart des tuyaux établis suivant l'invention et préparés pour satisfaire aux besoins ordinaires de l'industrie. Toutefois, dans certains cas, et pour satisfaire à des conditions particulières relatives à certaines applications, il sera désirable que le pourcentage total de carbone combiné soit supérieur à 0,5 %, ce qui peut évidemment être assuré par des moyens usuels.
On a dit précédemment que la structure externe ou dendritique s'étend sur une distance au moins égale au quart environ de l'épaisseur de la paroi du tuyau. Cette proportion de la zone annulaire suffit pour communiquer dans une mesure marquée aux tuyaux suivant l'invention le pouvoir notablement augmenté de résister aux chocs, ainsi que la propriété d'être faciles à usiner, mais la demanderesse a
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constaté qu'en augmentant la proportion de la zone dendritique on augmente notablement la résistance aux chocs ; en fait, la proportion de la zone dendritique est plus grande dans le cas des tuyaux relativement minces que dans le cas de tuyaux épais et peut dans beaucoup de cas atteindre approximativement la moitié de l'épaisseur de la paroi des tuyaux minces.
Cette étendue proportionnelle de la zone dendritique diminue à l'inverse de l'épaisseur de la paroi mais n'est pas inférieure au quart de cette épaisseur dans le cas des tuyaux moulés par voie centrifuge.
L'examen microscopique de la texture du tuyau a donné les résultats suivants :
La zone dendritique externe est principalement composée d'une structure continue de formations compactes, entrelacées, dendritiques, cristallines de ferrite et (ou) de perlite dans lesquelles on ne constate pas de tendance à une direction unique et à travers lesquelles sont dispersés des points et nids de carbone, par opposition aux plaques graphitiques qui caractérisent la zone graphitique interne de la pièce et à des petites surfaces de phosphure de fer et (ou) d'eutectique de phosphure de fer. Les dendrites que contient la susdite zone sont relativement fines à ou près de la surface externe de la zone et ont tendance à devenir plus grosses et moins nombreuses à mesure qu'on se rapproche de la limite interne de la zone.
La zone interne ou graphitique de la présente pièce moulée est une matrice composée de perlite et (ou) de ferrite contenant des petites surfaces d'eutectique de phosphure et dont la texture tend à devenir plus grosse à mesure qu'on se rapproche de la paroi interne de la zone. Le graphite est dis-
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tribué sous forme de petite points dans toutes les parties de cette matrice, et plus particulièrement sous forme de petites plaques distinctes.
L'invention envisage la construction d'un appareil propre à réaliser efficacement le procédé précédemment décrit, et l'appareil suivant l'invention est le même que celui dont on se sert habituellement pour mouler. des tuyaux par le procédé dans lequel le métal fondu est amené un moule rotatif par une goulotte pouvant être animée d'un mouvement de recul par rapport au moule, cette goulotte étant immobile dans la construction normale et le moule rotatif étant supporté par un chariot mobile longitudinalement.
D'une façon générale, l'invention consiste à monter sur la goulotte un tuyau ou conduit approprié à l'amenée d'un gaz véhiculant, ce tuyau portant à son extrémité adjacente à l'extrémité libre de la goulotte une tuyère agencée pour projeter un jet dudit gaz, de forme et dimensions convenables, vers les parties de la surface interne du moule qui doivent être enduites à l'instant envisagé.
A cet effet, il faut que la tuyère à gaz occupe une position fixe par rapport au bec distributeur de la goulotte et, en vue des meilleurs résultats, il convient qu'elle soit placée et dirigée de façon que le jetqui en sort soit dirigé vers la partie du moule située immédiatement au-dessus de la partie sur laquelle, à l'instant envisagé, le métal est en train d'être distribué par le bec de la goulotte ; de même, il convient que les positions relatives dudit bec et de la tuyère à gaz soient telles que lorsque la goulotte a été complètement introduite dans le moule, de telle sorte que le bec coïncide avec l'extrémité de la partie évasée, une partie au moins du jet
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sortant de la tuyère à gaz coïncide aussi avec l'extrémité de la partie évasée du moule.
L'invention comprend aussi l'application, à l'extrémité du tuyau à gaz opposée à celle sur laquelle est montée la tuyère, d'un dispositif permettant d'injecter un jet de gaz véhiculant dans le tuyau et d'introduire dans ce jet une quantité réglée de poudre d'enduisage.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description donnée ci-après en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
Fig. 1 est une vue de côté d'une machine à mouler les tuyaux établie suivant l'invention, le moule et la chambre à eau qui l'entoure étant représentés en coupe longitudinale verticale et le bâti de support et les rails sur lesquels se meut le chariot porte-moule étant partiellement brisés à l'extrémité gauche de la figure et indiqués d'une façon schématique, comme c'est également le cas des détails de construction de celles des parties de l'appareil qui, par elles-mêmes, ne font pas partie de l'invention et sont de construction bien connue et usuelle.
Figo 2 est une vue en plan de l'extrémité de distribution de la goulotte par laquelle le métal fondu est distri- bué à l'intérieur du moule, cette figure représentant le tuyau et la tuyère à gaz supportés par la goulotte. Un des côtés du moule est représenté en coupe et l'on a aussi indiqué approximativement l'endroit auquel le métal sortant du bec de la goulotte vient heurter le bord de la bande hélicoïdale de métal précédemment déposée. On remarquera que la position qu'occupent la goulotte et les pièces supportées par cette goulotte par rapport au moule dans cette figure est un peu en retrait par rapport à celle de fig. 1.
Fig. 3 est une vue de côté des parties de la goulotte et du tuyau à gaz représentées dans la fig. 2, ces parties comprenant le bec de la goulotte et la tuyère du tuyau.
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Fig. 4 est une vue en élévation de la tuyère de distribution et du tuyau à gaz avec coupe verticale partielle suivant 4-4 (fig. 2), cette figure représentant l'assemblage de la tuyère avec le tuyau.
Fig. 5 est une coupe suivant 5-5 (fig. 2), la partie environnante du moule étant également représentée en coupe et les surfaces de contact entre le moule et le métal sortant du bec de la goulotte ainsi que la poudre projetée par la tuyère du tuyau à gaz étant aussi indiquées.
Fig. 6 est une vue perspective représentant la partie du moule sur laquelle le métal fondu et la couche de matière pulvérisée sont déposés simultanément.
Fig. 7 est une vue en plan de l'extrémité de la goulotte et des pièces qu'elle supporte et montre en coupe centrale horizontale un des côtés du moule muni du noyau qui est inséré dans son extrémité évasée. Les proportions de cette figure sont cellesadoptées pour un appareil destiné au moula- ge d'un tuyau de 127 mm exigeant l'emploi d'un moule dont la partie cylindrique possède un diamètre interne de 178 mm, les pièces étant représentées dans les positions relatives qu'elles occupent au commencement de la coulée.
Fig. 8 est une coupe verticale suivant 8-8 (fig. 1) et représente le mécanisme servant à amener la poudre d'endui- sage au tuyau à gaz.
Fig. 9 est une coupe transversale suivant 9-9 (fig.
8)du récipient destiné à contenir la poudre d'enduisage et des dispositifs s'y rattachant, le mécanisme de réglage de l'alimentation de la matière en poudre étant vu en plan.
Fig. 10 est une coupe verticale de la partie arrière du tuyau à gaz et de la trémie par laquelle la poudre d'enduisage est admise au tuyau.
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Fig. 11 est une vue en plan de l'extrémité de distribution de métal fondu de la goulotte, cette figure représentant une disposition modifiée de la tuyère à gaz.
Fig. 12 est une vue analogue à fig. 11 mais dans laquelle les joints entre les éléments du tuyau à air et entre la partie déportée de ce tuyau et la tuyère à gaz sont représentés en coupe.
Fig. 13 est une vue en élévation d'un tuyau en fonte possédant la structure et la composition perfectionnées suivant l'invention , la partie cylindrique, représentée en coupe centrale longitudinale , étant partiellement brisée entre les extrémités à emboîtement du tuyau.
Fig. 14 est une coupe transversale de la partie cylindrique du tuyau de fig. 1 , cette coupe étant prise par exemple suivant la ligne 14-14 (figo 1).
Fig. 15 est une vue schématique représentant la structure et la disposition de la zone dendritique externe du présent tuyau comme on la voit dans un agrandissement micro-photographique avec un rapport de grossissement de 100 environ.
Fig. 16 est une vue schématique analogue représentant la structure et la disposition de la zone interne du présent tuyau comme on le voit dans un agrandissement micro-photographique avec un rapport de grossissement de 100 environ.
Dans les fig. 13 et 14 , les zones externe et interne sont indiquées par des désignations appropriées.
Dans la fig, 15 , les dendrites formant la masse prépondérante de la masse dendritique externe du tuyau sont sectionnées de toute manière qu'il est possible de concevoir en raison de leur disposition entrelacée et unidirectionnelle, dans toute surface préparée en vue d'un examen au microscope
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et pour la photographie.
Les formes dendritiques situées approximativement dans la section préparée pour l'examen microscopique sont indiquées par des lignes de référence et des désignations appropriées. Bien que les dendrites de la zone dendritique soient principalement composées de ferrite , on y trouve de petites surfaces de perlite également indiquées par des désignations appropriées. Le fait qu'on trouve dans la zone dendritique des points de carbone et de petites surfaces d'eutectique de phosphure est aussi indiqué de la même façon, comme on le voit dans la fig. 16 la masse de la zone graphitique interne est composée d'une matrice de ferrite et de perlite à travers laquelle sont distribuées de petites plaques de graphite et dans laquelle il existe aussi de petites surfaces d'eutectique de phosphure.
A indique le bâti supportant la machine à mouler et ses accessoires ,B une charpente de support installée sur le bâti pour supporter la poche B1 de laquelle la rigole reçoit le métal ,B2 un cylindre hydraulique monté de façon à actionner la poche et C la goulotte , qui est fixée à la charpente B et munie à son extrémité d'un bec C1 incliné vers un côté. La goulotte est de la construction usuelle , excepté qu'elle présente , le long du côté vers lequel s'étend le bec C1, un siège évidé C2 agencé pour recevoir le tuyau à gaz. D indique la chemise de circulation d'eau formant chariot à travers laquelle passe le moule rotatif D1 et d1 l'anneau prévu à celle des extrémités du moule qui forme la petite extrémité du tuyau, lequel anneau fait saillie vers l'intérieur d'une distance égale à l'épaisseur qu'on se propose de donner à la pièce.
Ainsi qu'il est
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usuel , le chariot est supporté par des roues D reposant sur des rails A1 à la partie supérieure de la charpente A . La charpente et les rails sont partiellement brisés dans la fig, 1,mais il est bien entendu que , comme d'ordinaire ,la construction est telle qu'elle permet au chariot-moule de se mouvoir longitudinalement par rapport à la goulotte stationnaire. D3 indique un moteur supporté par le chariot et agencé pour actionner le moule D1 par l'intermédiaire d'un engrenage indiqué en d3. un mouvement longitudinal est communiqué au chariot par le cylindre hydraulique D4. Le piston (non représenté) travaillant dans le cylindre est relié par sa tige D5 au chariot.
D6 indique l'extrémité évasée du moule et D7 (fig. 7) le noyau qui est inséré dans l'extrémité évasée du moule avant la coulée de métal dans cette extrémité.
D8 (fig. 7) indique l'espace qui existe entre l'extrémité du noyau et le commencement de la partie cylindrique du moule.
Dans toutes ses caractéristiques de construction générale, l'appareil est du type de construction couramment appliqué pour la réalisation du moulage progressif des tuyaux dans un moule centrifuge qui, pendant la coulée , recule par rapport à la goulotte fixe par laquelle le métal est distribué à l'intérieur du moule.
E indique un tuyau destiné à amener le gaz véhiculant tel que de l'air. Comme représenté , ce tuyau est supporté par la goulotte C , de préférence, comme représenté, dans la partie évidée C2.A celle des extrémités de ce tuyau qui est située près de l'extrémité de la goulotte est fixée une tuyère E1 qui est dirigée de manière que le gaz véhiculant qu'elle reçoit du tuyau soit projeté
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vers l'extérieur et vers le côté du moule vers lequel s'étend aussi le bec C1 de la goulotte.
Les caractéristiques essentielles de cette tuyère sont qu'elle délivre le gaz et la poudre d'enduisage véhiculée par ce gaz dans une direction telle que cette poudre se dépose sur le côté du moule et en un point situé à l'avant du contact entre le métal sortant du bec de la goulotte et la partie ainsi revêtue du moule, et que ladite matière se dépose aussi sur la surface du moule en un point situé pour ainsi dire devant la bande hélicoïdale fraîchement déposée de métal encore fluide , ces conditions étant nécessaires pour empêcher le choc de la poudre d'enduisage avec le métal fluide déjà déposé dans le moule et avec celui sortant du bec de la goulotte.
En vue des meilleurs résultats , il convient que la tuyère d'injection de gaz soit placée et orientée de façon à projeter la matière d'enduisage sur un point de la surface du moule situé immédiatement en avant du contact du métal fondu sortant de la goulotte, afin que le métal sortant du bec de la goulotte entre en contact avec le dépôt presque aussitôt que ce dernier a été constitué .
La demanderesse a essayé de nombreuses formes de tuyères avec des succès divers et a trouvé que la construction de tuyère indiquée dans les dessins convient particulièrement pour les buts envisagés. Comme représenté , cette tuyère, dont la section va graduellement en se contractant à partir du point où elle est raccordée avec le tuyau à gaz , possède de préférence une forme conique , comme représenté en E2, et présente trois rangées parallèles de trous, comme indiqué en E3 ,E4, E5, la section totale de ces trous étant environ le triple de celle du tuyau à gaz . Cette construction spéciale de la tuyère ne constitue pas une
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caractéristique de l'invention , mais on a trouvé que c'est celle qui convient le mieux pour la mise en pratique du présent procédé.
Il est désirable de placer la tuyère très près de la partie du moule vers laquelle elle doit projeter le jet. La distance réelle qui existe entre la tuyère et le moule lorsqu'on introduit dans le moule la goulotte à laquelle cette tuyère est assujettie est déterminée jusqu'à un certain point par l'épaisseur radiale de l'anneau d1 qui se trouve à la petite extrémité du moule, étant donné qu'il est nécessaire que la tuyère soit placée de façon qu'elle puisse passer en regard de cet anneau sans entrer en contact avec lui lorsqu'on retire la goulotte du moule . Dans les moules des plus grands diamètres, on relie le tuyau à gaz à la tuyère par une section déportée indiquée en E6 dans les fig. 11 et 1 2 et recourbée, comme indiqué, de façon à amener la tuyère au point désiré voisin de la paroi du moule.
L'autre extrémité du tuyau à gaz est reliée en E7 à ce qu'on peut appeler le pistolet . Celui-ci présente un conduit cylindrique F1 ayant le même diamètre que celui du tuyau à gaz avec lequel il communique, et dans l'extrémité externe de ce conduit pénètre une tuyère F2 qui est reliée comme représenté à un tuyau à air flexible relié lui-même à toute source (non représentée) d'air comprimé ou autre gaz. Dans le conduit cylindrique F1 débouche par un conduit F3 un entonnoir F4 destiné à recevoir une quantité mesurée de matière d'enduisage pulvérisée de tout appareil d'alimentation convenable. Le tuyau à air aboutissant à la tuyère F2 est indiqué en F5,et F6, F7 indiquent un manomètre et un détendeur montés sur ce tuyau.
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Il est très important , en vue des meilleurs résultats , que la poudre d'enduisage soit amenée au pistolet et, par l'intermédiaire du tuyau à gaz, à la tuyère d'injection avec une grande régularité , de façon à revêtir le moule d'un enduit d'épaisseur constante. A cet effet , on a trouvé que l'appareil représenté donne des résultats particulièrement satisfaisants bien qu'il ne constitue pas en soi , une des caractéristiques de cette invention , Cet appareil comprend un cylindre vertical G dans la partie inférieure duquel est fixé un disque rotatif G1 qui peut être rainuré ou autrement rendu rugueux sur sa surface supérieure, comme indiqué en G2, de façon à augmenter l'adhérence entre cette surface et la poudre d'enduisage qui est introduite dans le cylindre et repose sur ce disque,
g1 indique une garniture assurant un joint suffisamment étanche entre le disque et le cylindre. Le disque est supporté par un arbre rotatif G3 qui reçoit sa commande d'un moteur G4 à l'aide de tout engrenage convena- ble , non représenté ; de la surface supérieure de ce disque s'élève un arbre G5 muni à différents niveaux de bras latéraux G6 reliés par des tiges verticales G7, la structure ajourée ainsi constituée ayant pour rôle de faciliter la rotation de la charge de poudre d'enduisage avec le disque.
La paroi du cylindre G est percée d'une fente G8 placée comme représenté juste au-dessus du disque, Sur un des bords latéraux de cette fente est montée à charnière , comme indiqué en H1, une lame coupante H qui s'étend en travers de la fente et dont le tranchant H2 pénètre dans le cylindre à travers la fente.
Au bord supérieur de la lame H est fixé un prolongement à rebord H3 dont le rôle est d'empêcher la poudre d'enduisage de s'échapper en passant par-dessus
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le bord supérieur de la lame . A partir du côté à charnière de la lame s'étend un arbre H4 à l'extrémité supérieure duquel est fixé un levier H5muni d'une extrémité fourchue H6 dans laquelle est supportée de façon à pouvoir tourner librement une vis sans fin I qu'on fait tourner à l'aide d'un bouton I1 et qui peut être fixée dans toute position désirée à l'aide d'une vis de blocage I2. La vis sans fin I engrène avec un secteur I3 et l'on se rend compte qu'on peut effectuer tout réglage désiré de la lame en faisant tourner ladite vis. J indique le couvercle de la trémie F4.
Ce couvercle a pour rôle de protéger la trémie contre la pénétration de matières indésirables mais est percé d'ouvertures permettant l'entrée de l'air, Un couvercle analogue J1 est indiqué pour le cylindre G.
K (fig. 2 et 5 ) indique le courant de métal fondu sortant du bec C1 de la goulotte et K1 ( fig. 2,5 et 6 ) indique la surface de contact de ce courant de métal fondu avec la paroi du moule. La spire ou bande hélicoïdale de métal coulée en dernier lieu est indiquée en K2 (fig. 6), et K3 (fig. 2) indique en coupe le métal fondu en contact avec la paroi du moule . L (fig. 2 et 5) indique les lignes suivant lesquelles la poudre sortant de la tuyère se ment pour venir au contact de la paroi du moule. L1 indique l'endroit de cette paroi où se trouve la garniture de poudre déposée directement par la tuyère sur cette paroi.
Dans la mise en pratique du présent procédé la structure de tuyau perfectionnée suivant l'invention peut être obtenue d'une façon satisfaisante et économique en cou- lant une fonte de la composition suivante : e Si S Mn P
3 -3,85 1,20-3 0,05-0,15 0,20-0,80 0,20-2 Il est bien entendu que les fontes rentrant dans les limites
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des pourcentages indiqués pourront contenir et contiendront fréquemment diverses quantités d'éléments d'alliage tels que le cuivre, le nickel ,le chrome, le molybdène, le titane et le vanadium, éléments dont la présence n'influence pas d'une façon appréciable le caractère général et la qualité du produit.
Des exemples de composés de fer ayant été employés avec succès dans la fabrication des présents tuyaux sont les suivants :
C Si S Mn P
3,70 2,02 0,065 0,56 0,49
3,64 1,72 0,074 0,43 0,81
3,47 2,20 0,147 0,42 0,77
On remarquera que les parties du présent appareil sont représentées dans les fig, 1 et 7 dans les positions relatives qu'elles occupent au commencement de l'opération consistant à couler le métal fondu pour constituer un tuyau en fonte muni d'une extrémité en forme de tulipe.
Après que le métal fondu a été transféré de la poche à la goulotte et commence à sortir du bec de cette goulotte et à pénétrer dans le moule, les pièces restent relativement stationnaires , excepté que le moule tourne à pleine vitesse , jusqu'au moment où une quantité suffisante de métal a pénétré dans le moule pour remplir l'espace entre sa partie évasée et le noyau. Si l'en désire que l'extré- mité évasée du moule soit au moins partiellement revêtue de poudre d'enduisage , on établit l'admission du jet de gaz et de la charge de poudre d'enduisage qu'il véhicule de façon que la poudre soit déposée dans l'extrémité ouverte de la partie évasée en un point situé un peu en avant du métal sortant du bec de la goulotte.
A cet effet, on dispose une partie au moins du jet de gaz véhiculant de
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façon que la poudre pénètre dans l'extrémité ouverte de la partie évasée au moment où le bec de la goulotte coïncide avec ladite extrémité. Lorsque la tulipe a été coulée ,on fait reculer le moule, ce qui a comme résultat que le métal sortant du bec de la goulotte se dépose sur la partie cylindrique du moule rotatif sous forme de spires hélicof- dales qui se fondent et s'unissent à leurs bords en contact de façon à constituer une pièce moulée continue.
En même temps que le métal est admis au moule animé d'un mouvement de recul , un jet d'air est introduit par la tuyère F2 dans la partie tubulaire F1 du pistolet F et l'appareil d'alimentation distribue d'autre part une quantité exactement réglée de poudre d'enduisage dans la trémie F4 et , par l'intermédiaire de cette trémie , dans la partie tubulaire du pistolet , de sorte qu'elle est transportée avec l'air par le conduit à gaz et arrive dans la tuyère E1 hors de laquelle elle est projetée avec le gaz véhiculant.
Grâce à l'énergie cinétique communiquée aux particules de la matière dans son passage à l'intérieur du tuyau E , ces particules sont projetées contre la paroi du moule sur laquelle elles constituent une couche ou enduit dont l'épaisseur dépend bien entendu de la quantité de poudre introduite dans le courant de gaz véhiculant et du pourcentage de cette matière qui reste réellement en contact avec les parois du moule. Cette couche se dépose sur le moule sous forme de bandes hélicoïdales , comme dans le cas du métal sortant de la goulotte , la largeur des bandes et le pas de l'hélice étant tels que les bandes se recouvrent dans une certaine mesure, ce qui assure l'enduisage de la surface entière du moule.
La tuyère E1 doit être placée, par rapport au.bec distributeur de métal C1,de façon qu'elle
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dirige la matière d'enduisage en poudre vers la partie du moule qui , au moment du dépôt de la poudre, n'est pas en contact avec le courant de métal sortant de la goulotte ou avec la bande hélicoi:dale précédemment déposée de métal fondu et, à cet effet, les résultats sont d'autant meilleurs que le point auquel la matière d'enduisage est déposée sur le moule est d'autant plus rapproché du point auquel le métal fondu sortant de la goulotte vient heurter le moule.
Dans le dessin , on a indiqué le point de dépôt de la matière d'enduisage situé dans le quart supérieur du moule immédiatement au-dessus du quart inférieur sur lequel se dépose le métal de la goulotte , de sorte que le contact entre la surface enduite du moule et le métal sortant du bec de la goulotte est assuré par un angle de rotation du moule inférieur à 90 ,c'est-à-dire , étant donné la vitesse à laquelle le moule tourne, presque aussitôt après que l'enduit a été constitué sur le moule ;
et l'on voit que l'application de la garniture de matière d'enduisage au point indiqué est grandement facilitée par la construction représentée dans laquelle le tuyau et la tuyère à gaz sont supportés à la partie supérieure de la goulotte et sur le même côté de cette goulotte que celui duquel s'étend le bec C1.On voit aussi que le fait de munir la goulotte d'un siège évidé tel que celui indiqué en C2 et de placer le tuyau à gaz dans cette partie évidée de la goulotte assure une disposition compacte de cette partie de l'appareil , ce qui est désirable dans toutes les constructions et important dans le cas des appareils destinés à la fabrication de tuyaux de faible diamètre.
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Le procédé peut être réalisé à l'aide d'autres constructions d'appareil que celle représentée et décrite, mais on remarquera que la position de la tuyère à gaz sur le côté supérieur de la goulotte et sa direction vers le côté supérieur du moule sont des caractéristiques très désirables tant du point de vue de la disposition compacte de l'appareil qu'en raison du fait qu'il devient ainsi possible de diriger très commodément le gaz véhiculant et la poudre d'une manière propre à déposer la couche sur le côté supérieur du moule et aussi près que cela est pratiquement possible du point de contact du métal sortant du bec de la goulotte.
Dans la fabrication industrielle des présents tuyaux , il est pratiquement possible de munir ces tuyaux de zones dendritiques du genre décrit s'étendant sur une distance au moins égale au quart de l'épaisseur de la paroi cylindrique du tuyau , et ce procédé, appliqué au moulage de tuyaux possédant les caractéristiques du présent tuyau, présente cet avantage supplémentaire que la résistance à la traction de la surface dendritique est élevée même lorsque le métal est très chaud , ce qui permet à la pièce de résister aux efforts longitudinaux qui s'exercent pendant la solidifiation et qui sont susceptibles de donner naissance à des criques à la surface externe du tuyau ,
outre que le fait que les dendrites entrelacées n'ont pas de direction déterminée tend dans une mesure marquée à empêcher la formation de piqûres dans la paroi de la pièce comme résultat de ltéchappement de gaz occlus qui, lorsque la structure cristalline est plus ou moins perpendiculaire à la surface ,ont tendance à suivre la surface des cristaux et à s'échapper à travers la surface externe de la pièce.
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On remarquera que le tuyau moulé par le présent procédé est caractérisé par le fait qu'il possède une surface externe assez lisse et régulière, ce qui peut être considéré comme une indication de la distribution symétrique des dentrites dans la zone externe de la paroi du tuyau.
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µ'PROCEDE AND APPARATUS FOR CENTRIFUGAL MOLDING OF PIPES "
The invention relates to the method of centrifugal molding of pipes in which the molten metal is gradually distributed inside a rotary mold and, more especially, to a method in which it is proposed to use metal molds cooled externally, although that the present process can usefully be carried out with other kinds of pipe molds.
The present invention relates to a practical and efficient method and apparatus by which the surface of the mold can be treated ahead of the point where the casting operation takes place, so as to produce a molded part of structure and properties. improved, and more especially by which a thin layer of a powder coating material can be gradually distributed over the internal surface of the mold in the form of helical convolutions arranged overlapping, immediately in front of the contact of the molten metal with the
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mold and in such a way that it constitutes a layer of substantially constant thickness and of remarkable efficiency.
The invention further relates to a cast iron pipe which is easy to machine and has high impact resistance at all points of its cylindrical part and in which, if a crack forms therein, this crack. is less likely to occur in the form of straight lines or planes than in the case of cast iron pipes as they have been manufactured to date, the thin seams which may form in the present pipe having a marked tendency to form. produce along lines of irregular contour * The present pipes are also characterized by having an advantageous metallic structure.
The invention further contemplates the manufacture of the present improved pipe by using cast irons or mixtures of cast irons which, because they are common commercial products, are commonly employed in the manufacture of cast iron pipes. These castings can be and preferably will be prepared using the inexpensive castings or castings commonly employed in making the cast iron pipes.
Other objects of the invention are to provide a structure having the above-mentioned advantageous properties and which can be manufactured quickly and economically.
It has already been proposed to form on the internal surface of the metal molds used for molding pipes a coating or layer of suitable material, but, to the knowledge of the applicant, none of the processes
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proposed, applied or tested to date has not made it possible to provide the mold effectively with a layer of a loose and dry pulverulent material which remains in the state of a coherent and continuous coating during the casting operation and ensures the production of a molded part of uniform and desirable structure.
The methods proposed to date for coating the surface of a mold have not been uniformly satisfactory for several reasons, among which may be mentioned the difficulty one experiences in effecting an even distribution of the material on the surface of the mold.
The Applicant has observed that a coating of dry and pulverulent material is liable to fracture or to move partially to the point of exposing or uncovering certain parts of the surface of the mold if the layer of material remains in contact with it for too long. this surface before being covered by the cast iron and this eventuality tends to occur the thicker the coating is.
The Applicant has also observed that the impact of the metal on the coated surface of the mold has a tendency to fracture the coating and to detach certain parts of the coating covering the surface of the mold so that there remain unprotected areas determining cooling zones in the molded part as well as undesirable roughness on the outer surface of this part; and that this tendency to move the material of the coating increases markedly with the thickness of this coating.
Cast iron pipes as they have been manufactured to date in coated molds did not possess the distinctive characteristics described below of
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pipes made by the present process.
The main feature of the present process lies in the gradual formation of a coating or layer of powdered material on the internal surface of the mold, and directly before the contact of the molten metal with the coated surface of the mold, using a jet of gas which constitutes the vehicle of distributed particles of a powder coating material and which is directed progressively towards those parts of the mold with which the molten metal is to come into contact immediately thereafter. The energy of the conveying gas jet must be such that it communicates to the particles of material to be coated a speed sufficient to bring them into contact with the surface of the mold without the gas jet itself having a speed such that it hits the surface of the mold with force.
The coating powder must be supplied to the gas jet in a constant quantity per unit of time, so that there results the production of a layer of substantially constant thickness, and it is found that a coating thus formed has certain distinctive and advantageous properties in that it has good resistance to disruptive forces, can be applied to the mold with great uniformity marl when it is very thin and, even if it is very thin , it effectively prevents the formation of cooled areas in the molded part.
This would seem to be able to be explained by this hypothesis that the particles of material to be coated projected by the gas conveying against the mold are surrounded by an adsorbed film of this gas, which film constitutes for an appreciable time after the deposition of the coating an effective part. of this coating
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and plays an important role in helping to prevent cooling and ensure the production of a pipe of desirable structure.
Another important characteristic of the present process resides in the time which can elapse between the moment when the coating is applied to the mold and the moment when the molten metal leaving the spout of the chute comes into contact with this coating; and it will be noted in this connection that the time during which the coating can be left uncovered by the molten metal should not exceed 6 seconds and that it should be as short as possible for the best results. Preferably, the jet of gas conveying is directed so that it deposits its particles of material to be coated on the part of the mold which, at the time of deposition, is located directly above and close to the part of the mold on which the molten metal is being poured so that the coating almost instantly comes into contact with the molten metal.
It will be noted that the conveying gas jet must be directed so that it deposits its particles of material to be coated on the uncovered surface of the mold without causing direct contact of an appreciable quantity of this material with the metal coming out of the nozzle. the chute or with the molten metal which has already been deposited in the mold and that, if this condition is suitably met, the results will be all the better the closer the layer is applied to the metal coming out of the chute or to the convolution of previously cast helical metal; and, for this purpose, it is highly recommendable, in order to fulfill these conditions, that the gas jet is projected against the upper surface
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of the mold.
The reasons why it is advisable to gradually direct the gas jet against those parts of the mold with which the dispensed material must come into contact with it in a very short time lies in the fact that it has been observed that the tendency of certain parts of the plaster material to slide or move and to leave uncovered areas whose existence causes defects in the molded part is greater the longer the plaster remains on the surface of the mold before the metal comes in contact with it.
The tests carried out by the applicant have convinced the latter that the coating is all the less effective - assuming that its continuity is not destroyed - the more time elapses between its application and its contact with the molten metal; and this seems to be able to be explained by this assumption that the adsorbed gas films which adhere to the particles of coating material when they are deposited on the surface of the mold constitute an important but short-lived element of the coating.
Another important characteristic of the present process relates to the thickness which should be given to the coating for the best results. This thickness is determined by the amount of material to be coated brought to the gas jet conveying and distributed by this jet during the casting of the pipe; and since there is an air current through the mold during the casting operation and this air current certainly drives some of the powder coating material supplied to the mold by the gas jet, it is impossible to specify in a defined way what is the real thickness of the layer created by any flow
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given.
The Applicant has, however, found that, with all the coating materials that it has tested, the effectiveness of the coating created is markedly reduced when a quantity of pulverulent coating material is brought to the mold during casting. larger than that which, if it remained completely in contact with the mold, would constitute a layer whose thickness exceeds 0.025 mm; and that, in all cases, the coating powder must not be supplied to the mold in a quantity greater than the minimum - less than the quantity which would produce a layer of 0.025 mm thick - likely to give a molded part without cooling zones.
This amount will vary somewhat with different coating powders but can be easily determined and, once determined, can be applied uniformly with the certainty of good results. By working with ferro-silicon powder passing through a sieve of 12 mesh per centimeter (Tyler series), the Applicant has found that, for the best results, the quantity of ferrosilicon supplied to the gas jet should be such that It would produce a 0.0075mm thick layer if all of the plating material remained in position in the mold.
The Applicant has found that it is appropriate to modify the flow rate in the case of other coating materials.
Thus, it found that, in the case of kaolin, it is necessary to provide an amount of material which, if it remained entirely in contact with the mold, would produce a layer of 0.023 mm; in the case of talc, the preferred flow rate would also correspond to a layer of 0.023 mm; with magnetite it would correspond to a layer of 0.0127 mm; with ferromanganese it would correspond to a layer of 0.0175 mm; with
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silicon-manganese-zirconium it would correspond to a layer of 0.0075 mm; with mica it would correspond to a layer of 0.02 mm; and with coal it would correspond to a layer of 0, 025 mm.
Regardless of the fact that the coating formed on the mold is all the more subject to breaking and losing its continuity the thicker it is, it emerges from the applicant's research that the thinnest layers are those which make it possible to obtain molded parts of the structure. more desirable.
In the molding of interlocking pipes with a tulip-shaped flared end using a mold with a flared part in which a core is inserted, it is obviously not possible in practice , to form on the flared part of the mold a layer as regular as that which the present process allows to form on the cylindrical part of the mold.
As the casting is heavier in the flared part, it is not as important that this part is coated as it is for the cylindrical part of the mold, but if for a short period of time before casting begins of the metal, we direct the gas jet with distributed particles of coating material in the flared part which is located between the end of the core and the beginning of the cylindrical part of the mold, it is found that it becomes possible to provide the flared part of the mold of at least a reasonably satisfactory layer.
The characteristics of this pipe consist firstly in that its cylindrical part is composed in substance of two concentric annular zones, the external of which extends inwards from the surface.
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of the pipe over a distance of at least about a quarter of the thickness of the pipe wall and is composed mainly of crystalline, compact, intertwined and dendritic formations of ferrite and / or perlite without unidirectional tendency, these dendritic formations. es being distributed symmetrically both longitudinally and radially with respect to the zone without comprising intermediate surfaces composed of the eutectic formed by cementite with austenite in varying degrees of decomposition by the effect of cooling.
When it is said that the dendrites are distributed symmetrically at all points of the zone, it is meant that in all the cross sections of the dendritic zone, it is found that the dendrites are approximately the same with regard to their their fineness and distribution, although it is also possible that the dendrites tend to become less fine and less numerous as one goes from the outer part to the inner part of the dendritic zone.
Another characteristic of the outer dendritic zone of this pipe is that the released carbon exists in this zone as points or nests, as opposed to the graphitic plates which characterize the internal zone of the pipe, and not as graphitic plates of this kind. Another feature of the present pipe is that after casting, the percentage of combined carbon which is present in the outer dendritic zone is significantly smaller, per unit mass, than the percentage of combined carbon present in the casting. internal or graphitic area.
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The graphitic structure of the internal zone of the pipe consists of a matrix of ferrite and (or) perlite through which small plates of graphitic carbon are distributed and in which there is substantially no dendritic crystal structure, said zone. internal or graphitic being further characterized by the fact that, per unit mass, it contains a greater percentage of combined carbon than the external or dentitic zone.
It goes without saying that the actual percentage of combined carbon which will be found in the cylindrical part of pipes according to the invention will vary with the composition of the metal and with the thickness of the wall of the pipe, and these conditions will also influence the relative percentages. of combined carbon per unit mass in the inner and outer areas of the present pipes, although in all cases it is found that the percentage of combined carbon is less in the outer or dendritic area than in the inner or graphitic area.
An important and advantageous feature of the present molded pipe is that the amount of combined carbon contained in the dendritic zone is significantly less, per unit mass, than that contained in the graphitic zone. The difference will vary somewhat with the thickness of the piece and the composition of the cast iron but will exist in all pipes which have the characteristics of the present pipes; for example, in a pipe 9.6 mm thick molded using a cast iron of the following composition:
C Si S P Mn 3.70 2.03 0.074 0.55 0.56 it is observed that the carbon content of the dendritic zone
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combined is 0.16% while that of the internal or graphitic zone is 0.44%. Likewise, in the case of a 16.2 mm thick pipe, the content of. combined carbon is 0.11% in the dendritic zone and 0.29% in the graphitic zone.
It emerges from tests and experiments of the Applicant that the relatively low percentage of combined carbon which the dendritic zone contains in comparison with the graphitic zone in the present pipes is a characteristic which is not only distinctive but which contributes greatly to the excellence of the present pipe.
In the above examples of the combined carbon percentages of the inner and outer areas of this pipe, it will be noted that the total percentage of combined carbon contained in the part is less than 0.5% and this would be characteristic of most pipes. established according to the invention and prepared to meet the ordinary needs of industry. However, in certain cases, and in order to satisfy particular conditions relating to certain applications, it will be desirable for the total percentage of combined carbon to be greater than 0.5%, which can obviously be ensured by usual means.
It has been said previously that the external or dendritic structure extends over a distance at least equal to about a quarter of the thickness of the wall of the pipe. This proportion of the annular zone is sufficient to impart to a marked extent to the pipes according to the invention the significantly increased power to resist shocks, as well as the property of being easy to machine, but the applicant has
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noted that by increasing the proportion of the dendritic zone, the impact resistance is significantly increased; in fact, the proportion of the dendritic zone is greater in the case of relatively thin pipes than in the case of thick pipes and can in many cases be approximately half the wall thickness of thin pipes.
This proportional extent of the dendritic zone decreases inversely to the wall thickness but is not less than a quarter of this thickness in the case of centrifugal molded pipes.
Microscopic examination of the texture of the pipe gave the following results:
The outer dendritic zone is mainly composed of a continuous structure of compact, intertwined, dendritic, crystalline formations of ferrite and / or perlite in which there is no tendency to a single direction and through which are scattered points and carbon nests, as opposed to the graphitic plates which characterize the internal graphitic zone of the part and to small areas of iron phosphide and (or) iron phosphide eutectic. The dendrites contained in the aforesaid zone are relatively thin at or near the outer surface of the zone and tend to become larger and less numerous as one approaches the internal boundary of the zone.
The internal or graphitic area of the present molded part is a matrix composed of perlite and / or ferrite containing small surfaces of phosphide eutectic and the texture of which tends to become coarser as one approaches the wall. internal area. Graphite is dis-
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tributed as small dots in all parts of this matrix, and more particularly as small, distinct plaques.
The invention contemplates the construction of an apparatus capable of effectively carrying out the process described above, and the apparatus according to the invention is the same as that which is usually used for molding. pipes by the process in which the molten metal is fed into a rotating mold by a chute which can be moved backwards relative to the mold, this chute being stationary in normal construction and the rotating mold being supported by a movable carriage longitudinally.
In general, the invention consists in mounting on the chute a pipe or conduit suitable for supplying a conveying gas, this pipe carrying at its end adjacent to the free end of the chute a nozzle designed to project a jet of said gas, of suitable shape and size, towards the parts of the internal surface of the mold which are to be coated at the time envisaged.
For this purpose, the gas nozzle must occupy a fixed position with respect to the distributor nozzle of the chute and, for the best results, it should be placed and directed so that the jet coming out of it is directed towards the part of the mold situated immediately above the part on which, at the moment envisaged, the metal is being distributed by the spout of the chute; likewise, the relative positions of said nozzle and of the gas nozzle should be such that when the chute has been completely inserted into the mold, such that the nozzle coincides with the end of the flared part, a part at the bottom. less of the jet
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exiting the gas nozzle also coincides with the end of the flared part of the mold.
The invention also comprises the application, at the end of the gas pipe opposite to that on which the nozzle is mounted, of a device making it possible to inject a jet of gas conveying in the pipe and to introduce into this jet a regulated quantity of coating powder.
The invention will be better understood with the aid of the description given below with reference to the appended drawings in which:
Fig. 1 is a side view of a pipe molding machine established according to the invention, the mold and the water chamber which surrounds it being shown in vertical longitudinal section and the support frame and the rails on which the mold carriage being partially broken at the left end of the figure and shown in a schematic fashion, as is also the case of the constructional details of those parts of the apparatus which by themselves do not do not form part of the invention and are of well known and customary construction.
Figo 2 is a plan view of the dispensing end of the chute through which molten metal is distributed within the mold, this figure showing the pipe and gas nozzle supported by the chute. One of the sides of the mold is shown in section and the location at which the metal exiting the spout of the chute strikes the edge of the previously deposited helical strip of metal has also been indicated. It will be noted that the position occupied by the chute and the parts supported by this chute with respect to the mold in this figure is slightly set back from that of FIG. 1.
Fig. 3 is a side view of the parts of the chute and of the gas pipe shown in FIG. 2, these parts comprising the spout of the chute and the nozzle of the pipe.
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Fig. 4 is an elevational view of the distribution nozzle and of the gas pipe with partial vertical section along 4-4 (fig. 2), this figure showing the assembly of the nozzle with the pipe.
Fig. 5 is a section on 5-5 (fig. 2), the surrounding part of the mold also being shown in section and the contact surfaces between the mold and the metal emerging from the spout of the chute as well as the powder projected by the nozzle of the chute. gas pipe also being shown.
Fig. 6 is a perspective view showing the part of the mold on which the molten metal and the layer of sprayed material are deposited simultaneously.
Fig. 7 is a plan view of the end of the chute and of the parts which it supports and shows in horizontal central section one of the sides of the mold provided with the core which is inserted into its flared end. The proportions of this figure are those adopted for an apparatus intended for the molding of a 127 mm pipe requiring the use of a mold the cylindrical part of which has an internal diameter of 178 mm, the parts being represented in the relative positions. that they occupy at the beginning of the casting.
Fig. 8 is a vertical section on 8-8 (fig. 1) and shows the mechanism for supplying the coating powder to the gas pipe.
Fig. 9 is a cross section along 9-9 (fig.
8) of the container intended to contain the coating powder and of the devices attached thereto, the mechanism for adjusting the feed of the powder material being seen in plan.
Fig. 10 is a vertical section of the rear part of the gas pipe and of the hopper through which the coating powder is admitted to the pipe.
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Fig. 11 is a plan view of the molten metal delivery end of the chute, this figure showing a modified arrangement of the gas nozzle.
Fig. 12 is a view similar to FIG. 11 but in which the joints between the elements of the air pipe and between the offset part of this pipe and the gas nozzle are shown in section.
Fig. 13 is an elevational view of a cast iron pipe having the structure and composition improved according to the invention, the cylindrical part, shown in longitudinal central section, being partially broken between the interlocking ends of the pipe.
Fig. 14 is a cross section of the cylindrical part of the pipe of FIG. 1, this section being taken for example along line 14-14 (figo 1).
Fig. 15 is a schematic view showing the structure and arrangement of the outer dendritic zone of the present pipe as seen in a micro-photographic enlargement with a magnification ratio of about 100.
Fig. 16 is a similar schematic view showing the structure and arrangement of the internal area of the present pipe as seen in micro-photographic enlargement with a magnification ratio of about 100.
In fig. 13 and 14, the outer and inner zones are indicated by appropriate designations.
In fig, 15, the dendrites forming the preponderant mass of the external dendritic mass of the pipe are sectioned in any way that is conceivable due to their intertwined and unidirectional arrangement, in any surface prepared for examination. under the microscope
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and for photography.
Dendritic forms located approximately in the section prepared for microscopic examination are indicated by reference lines and appropriate designations. Although the dendrites in the dendritic zone are primarily composed of ferrite, there are small areas of perlite also indicated by appropriate designations. The fact that in the dendritic zone there are carbon points and small surfaces of phosphide eutectic is also indicated in the same way, as seen in fig. 16 the mass of the internal graphitic zone is composed of a matrix of ferrite and perlite through which are distributed small plates of graphite and in which there are also small surfaces of phosphide eutectic.
A indicates the frame supporting the molding machine and its accessories, B a support frame installed on the frame to support the pocket B1 from which the channel receives the metal, B2 a hydraulic cylinder mounted to actuate the pocket and C the chute , which is fixed to the frame B and provided at its end with a spout C1 inclined to one side. The chute is of the usual construction, except that it has, along the side towards which the spout C1 extends, a recessed seat C2 arranged to receive the gas pipe. D indicates the water circulation jacket forming a carriage through which the rotary mold D1 passes and d1 the ring provided at that of the ends of the mold which forms the small end of the pipe, which ring protrudes towards the inside of a distance equal to the thickness that we propose to give to the part.
As it is
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Usually, the carriage is supported by wheels D resting on rails A1 at the upper part of the frame A. The frame and the rails are partially broken in fig, 1, but it will be understood that, as usual, the construction is such as to allow the trolley-mold to move longitudinally with respect to the stationary chute. D3 indicates a motor supported by the carriage and arranged to actuate the mold D1 by means of a gear indicated at d3. a longitudinal movement is communicated to the carriage by the hydraulic cylinder D4. The piston (not shown) working in the cylinder is connected by its rod D5 to the carriage.
D6 indicates the flared end of the mold and D7 (fig. 7) the core which is inserted into the flared end of the mold before metal is poured into that end.
D8 (fig. 7) indicates the space that exists between the end of the core and the beginning of the cylindrical part of the mold.
In all its general construction characteristics, the apparatus is of the type of construction commonly applied for the realization of the progressive molding of the pipes in a centrifugal mold which, during the casting, recedes with respect to the fixed chute through which the metal is distributed to inside the mold.
E indicates a pipe intended to bring the conveying gas such as air. As shown, this pipe is supported by the chute C, preferably, as shown, in the recessed part C2.At that of the ends of this pipe which is located near the end of the chute is fixed a nozzle E1 which is directed so that the conveying gas that it receives from the pipe is projected
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towards the outside and towards the side of the mold towards which also extends the spout C1 of the chute.
The essential characteristics of this nozzle are that it delivers the gas and the coating powder conveyed by this gas in a direction such that this powder is deposited on the side of the mold and at a point located in front of the contact between the metal emerging from the spout of the chute and the thus coated part of the mold, and that said material is also deposited on the surface of the mold at a point situated, so to speak, in front of the freshly deposited helical strip of still fluid metal, these conditions being necessary for prevent the coating powder from impacting with the fluid metal already deposited in the mold and with that emerging from the spout of the chute.
For best results, the gas injection nozzle should be positioned and oriented so as to spray the coating material onto a point on the surface of the mold immediately in front of contact with the molten metal exiting the chute. , so that the metal coming out of the spout of the chute comes into contact with the deposit almost as soon as the latter has been formed.
Applicants have tried many forms of nozzles with varying success and have found the nozzle construction shown in the drawings to be particularly suitable for the purposes contemplated. As shown, this nozzle, the section of which is gradually contracting from the point where it is connected with the gas pipe, preferably has a conical shape, as shown at E2, and has three parallel rows of holes, as shown. in E3, E4, E5, the total section of these holes being approximately three times that of the gas pipe. This special construction of the nozzle does not constitute a
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characteristic of the invention, but it has been found that this is the most suitable for the practice of the present process.
It is desirable to place the nozzle very close to the part of the mold towards which it is to project the jet. The actual distance which exists between the nozzle and the mold when the chute to which this nozzle is subjected is introduced into the mold is determined to a certain point by the radial thickness of the ring d1 which is at the smallest point. end of the mold, given that it is necessary for the nozzle to be placed so that it can pass opposite this ring without coming into contact with it when the chute is removed from the mold. In the larger diameter molds, the gas pipe is connected to the nozzle by an offset section indicated at E6 in fig. 11 and 1 2 and bent, as indicated, so as to bring the nozzle to the desired point near the wall of the mold.
The other end of the gas pipe is connected at E7 to what can be called the gun. This has a cylindrical duct F1 having the same diameter as that of the gas pipe with which it communicates, and in the outer end of this duct penetrates a nozzle F2 which is connected as shown to a flexible air pipe connected to it. even at any source (not shown) of compressed air or other gas. In the cylindrical duct F1 opens through a duct F3 a funnel F4 intended to receive a measured quantity of coating material sprayed from any suitable supply device. The air pipe leading to the nozzle F2 is indicated in F5, and F6, F7 indicate a pressure gauge and a regulator mounted on this pipe.
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It is very important, for the best results, that the coating powder is fed to the gun and, through the gas pipe, to the injection nozzle with great regularity, so as to coat the mold with 'a plaster of constant thickness. To this end, it has been found that the apparatus shown gives particularly satisfactory results although it does not in itself constitute one of the characteristics of this invention. This apparatus comprises a vertical cylinder G in the lower part of which a disc is fixed. rotary G1 which can be grooved or otherwise roughened on its upper surface, as indicated in G2, so as to increase the adhesion between this surface and the coating powder which is introduced into the cylinder and rests on this disc,
g1 indicates a gasket ensuring a sufficiently tight seal between the disc and the cylinder. The disc is supported by a rotating shaft G3 which receives its command from a motor G4 using any suitable gear, not shown; from the upper surface of this disc rises a shaft G5 provided at different levels with lateral arms G6 connected by vertical rods G7, the perforated structure thus formed having the role of facilitating the rotation of the charge of coating powder with the disk.
The wall of cylinder G is pierced with a slot G8 placed as shown just above the disc, On one of the side edges of this slot is hinged, as shown in H1, a cutting blade H which extends across of the slot and whose cutting edge H2 enters the cylinder through the slot.
To the upper edge of the blade H is fixed an extension with an edge H3 whose role is to prevent the coating powder from escaping while passing over it.
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the top edge of the blade. From the hinged side of the blade extends a shaft H4 at the upper end of which is fixed a lever H5 with a forked end H6 in which is supported so as to be able to rotate freely a worm I which is rotated by means of a knob I1 and which can be fixed in any desired position using a locking screw I2. The endless screw I meshes with a sector I3 and one realizes that any desired adjustment of the blade can be carried out by rotating said screw. J indicates the F4 hopper cover.
This cover has the role of protecting the hopper against the penetration of undesirable materials but is pierced with openings allowing the entry of air. A similar cover J1 is indicated for cylinder G.
K (fig. 2 and 5) indicates the stream of molten metal leaving the nozzle C1 of the chute and K1 (fig. 2,5 and 6) indicates the contact surface of this stream of molten metal with the wall of the mold. The coil or helical strip of metal last cast is indicated in K2 (fig. 6), and K3 (fig. 2) indicates in cross section the molten metal in contact with the mold wall. L (fig. 2 and 5) indicates the lines along which the powder exiting the nozzle lies in order to come into contact with the wall of the mold. L1 indicates the location of this wall where the powder lining deposited directly by the nozzle on this wall is located.
In the practice of the present process the improved pipe structure according to the invention can be obtained in a satisfactory and economical manner by casting a cast iron of the following composition: e Si S Mn P
3 -3.85 1.20-3 0.05-0.15 0.20-0.80 0.20-2 It is understood that the castings falling within the limits
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the percentages indicated may and frequently will contain various amounts of alloying elements such as copper, nickel, chromium, molybdenum, titanium and vanadium, elements whose presence does not appreciably influence the general character and quality of the product.
Examples of iron compounds which have been successfully employed in the manufacture of the present pipes are as follows:
C Si S Mn P
3.70 2.02 0.065 0.56 0.49
3.64 1.72 0.074 0.43 0.81
3.47 2.20 0.147 0.42 0.77
It will be noted that the parts of the present apparatus are shown in Figs, 1 and 7 in the relative positions which they occupy at the beginning of the operation consisting in pouring the molten metal to form a cast iron pipe provided with a shaped end. of tulip.
After the molten metal has transferred from the ladle to the chute and begins to come out of the spout of that chute and enter the mold, the parts remain relatively stationary, except the mold is spinning at full speed, until such time as sufficient metal has entered the mold to fill the space between its flared portion and the core. If it is desired that the flared end of the mold be at least partially coated with coating powder, the inlet of the gas jet and of the charge of coating powder which it conveys is established so that the powder is deposited in the open end of the flared part at a point situated a little in front of the metal coming out of the spout of the chute.
For this purpose, at least part of the gas jet conveying
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so that the powder enters the open end of the flared part at the moment when the spout of the chute coincides with said end. When the tulip has been cast, the mold is retracted, which results in the metal coming out of the spout of the chute to deposit on the cylindrical part of the rotating mold in the form of helical turns which merge and unite. at their edges in contact so as to constitute a continuous molded part.
At the same time as the metal is admitted to the mold animated by a recoil movement, a jet of air is introduced by the nozzle F2 into the tubular part F1 of the gun F and the supply device also distributes a precisely regulated quantity of coating powder in hopper F4 and, via this hopper, in the tubular part of the gun, so that it is transported with air through the gas pipe and arrives in the nozzle E1 out of which it is projected with the conveying gas.
Thanks to the kinetic energy communicated to the particles of the material in its passage inside the pipe E, these particles are projected against the wall of the mold on which they constitute a layer or coating, the thickness of which depends of course on the quantity of powder introduced into the flow of gas conveying and the percentage of this material which actually remains in contact with the walls of the mold. This layer is deposited on the mold in the form of helical bands, as in the case of the metal coming out of the chute, the width of the bands and the pitch of the helix being such that the bands overlap to a certain extent, which ensures coating the entire surface of the mold.
The nozzle E1 must be placed, in relation to the metal distributor nozzle C1, so that it
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directs the powder coating material towards the part of the mold which, at the time of the deposition of the powder, is not in contact with the stream of metal exiting the chute or with the helical strip: previously deposited slab of molten metal and, for this purpose, the results are all the better as the point at which the coating material is deposited on the mold is all the closer to the point at which the molten metal leaving the chute strikes the mold.
In the drawing, the point of deposit of the coating material has been indicated, located in the upper quarter of the mold immediately above the lower quarter on which the metal of the chute is deposited, so that the contact between the coated surface of the mold and the metal coming out of the spout of the chute is ensured by an angle of rotation of the mold less than 90, that is to say, given the speed at which the mold rotates, almost immediately after the plaster has was formed on the mold;
and it is seen that the application of the coating of coating material to the point indicated is greatly facilitated by the construction shown in which the pipe and the gas nozzle are supported at the top of the chute and on the same side from this chute than the one from which the spout C1 extends. It can also be seen that the fact of providing the chute with a hollow seat such as that indicated in C2 and placing the gas pipe in this hollow part of the chute ensures a compact arrangement of this part of the apparatus, which is desirable in all constructions and important in the case of apparatus intended for the manufacture of pipes of small diameter.
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The process can be carried out using other apparatus constructions than that shown and described, but it will be appreciated that the position of the gas nozzle on the upper side of the chute and its direction towards the upper side of the mold are characteristics which are very desirable both from the point of view of the compact arrangement of the apparatus and from the fact that it thus becomes possible to very conveniently direct the conveying gas and the powder in a manner suitable for depositing the layer on the surface. upper side of the mold and as close as practicable to the point of contact of the metal exiting the spout of the chute.
In the industrial manufacture of the present pipes, it is practically possible to provide these pipes with dendritic zones of the kind described extending over a distance at least equal to a quarter of the thickness of the cylindrical wall of the pipe, and this method, applied to molding of pipes having the characteristics of the present pipe, has the additional advantage that the tensile strength of the dendritic surface is high even when the metal is very hot, which allows the part to withstand the longitudinal forces exerted during solidification and which are liable to give rise to cracks on the external surface of the pipe,
besides that the fact that the interlaced dendrites do not have a definite direction tends to a marked extent to prevent the formation of pits in the wall of the part as a result of the escape of occluded gases which, when the crystal structure is more or less perpendicular on the surface, tend to follow the surface of the crystals and escape through the outer surface of the part.
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It will be noted that the pipe molded by the present process is characterized by having a fairly smooth and regular outer surface, which can be taken as an indication of the symmetrical distribution of dentrites in the outer region of the pipe wall. .