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BREVET D'INVENTION " PERFECTIONNEMENTS AUX NOYAUX ET AUX MOULES POUR
LINGOTS ET AUTRES PIECES COULEES LOURDES "
La présente invention est relative aux noyaux et aux moules pour lingots et autres pièces coulées lourdes en acier ; elle a pour but de réaliser un procédé et un dispositif permettant d'utiliser du sable ou matière analogue pour faire un noyau ou la paroi du moule , en particulier lorsque l'on coule un lingot en acier creux ou une plaque ou un lingot composé.
On a déjà proposé de réaliser une tête d'alimenta- tion comportant une garniture intérieure faite d'une tôle mince entourée de sable non tassé ou autre matière calori- fuge et de noyer complètement , dans un lingot ou autre pièce coulée, une boîte fermée en tôle contenant un corps non métallique ou siliceux. Il est également déjà connu de couler des objets tubulaires légers, tels que des tuyaux en fer , dans un moule en sable, sur une coquille interne faite en une tôle d'acier mince ou en fer forgé rempli de
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sable. Toutefois, jusqu'ici il n'a pas été pratique d'utili- ser du sable pour la coulée des pièces lourdes dans les- quelles la pression du métal fondu dépasse la dureté du sable.
Conformément à la présente invention , lorsque l'on coule des lingots d'acier ou autres pièces lourdes en acier, un noyau ou une paroi de moule en sable ou matière réfractaire analogue qui se concrétionne environ à la tem- pérature de fusion de l'acier, est d'abord à la fois sup- porté et empêché d'être en contact direct avec le métal fluide, pendant l'opération de coulée, par un protecteur constitué par une tôle de métal qui s'incorpore ou s'allie avec l'acier. Le protecteur peut rester sans fondre pendant toute l'opération , mais, quand les conditions sont telles qu'il finit par fondre , il est d'une épaisseur telle qu'il ne fond que lorsque le sable ou matière analogue qu'il protège s'est concrétionné sous l'action de la chaleur du métal fondu.
Dans l'un ou l'autre cas, le sable est renforcé par le protecteur et la pression exercée par le métal fluide n'est directement supportée par le sable que lorsque ce dernier est en état d'y résister.
Un dispositif de rupture ou d'enlèvement peut être noyé dans le sable de sorte qu'en retirant le disposi- tif, le sable s'écrase ou s'émiette et, dans le cas d'un noyau, n'oppose pas de résistance à la contraction du lingot ou autre pièce coulée. Un dispositif de ce genre peut être pourvu d'un conduit par lequel le métal coulé est versé.
Lorsque l'invention est appliquée à la coulée d'un lingot creux ouvert aux deux extrémités , un noyau
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comportant un protecteur ayant la forme d'un cylindre creux en tôle est supporté dans le moule par une plaque de coulée qui a le même axe que le conduit et l'espace annulaire compris entre le protecteur et le conduit est rempli de sable sec ou matière réfractaire analogue. Le conduit peut comporter une bride faisant saillie latéra- lement ou des pieds ,de façon à permettre au conduit de reposer solidement sur la plaque de coulée et de servir pour rompre ou émietter le sable lorsque le conduit est retiré.
Si le lingot creux doit être fermé à une extrémi- té , le protecteur a la forme d'un récipient ou dé en tôle dont une extrémité est fermée, qui est rempli de sable sec ou matière réfractaire analogue et est porté ou suspendu dans le moule du lingot avec son extrémité fermée en bas et au-dessus de la base du moule et son extrémité ouverte au-dessus du sommet du lingot coulé.
Lorsque l'on applique l'invention à la fabrica- tion de lingots en forme de plaque, un moule peut être divisé en compartiments au moyen d'un protecteur ayant la forme d'une cloison en tôle, avec un compartiment rempli de sable sec ou matière réfractaire analogue, dans lequel peut être noyé un dispositif de rupture ou d'enlèvement. Le com- partiment contenant le sable, ou matière analogue, peut être pourvu à sa base d'une ouverture fermée par une extré- mité formant bouchon d'une barre noyée dans le sable.
On peut obtenir un lingot composé en coulant d'abord une plaque dans le compartiment vide du moule, en enlevant le sable de l'autre compartiment et ensuite en
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coulant dans ce dernier une deuxième partie du lingot composé.
Sur les dessins annexés :
La fig. 1 est une coupe verticale d'un moule pour lingots et d'un noyau conformes à l'invention.
La fig. 2 est une vue en plan de la fig. 1 .
La fig. 3 est une vue analogue à la fig. 1 représen- tant une variante.
La fig. 4 est une coupe d'une variante du noyau.
La fig. 5 est une coupe verticale d'un moule selon l'invention.
La fig. 6 est une eoupe horizontale de la fig. 5 faite suivant la ligne 6-6 .
En se reportant d'abord aux figs. 1 et 2 qui repré- sentent l'invention appliquée à la coulée d'un lingot d'acier creux ouvert aux deux bouts , un moule 10 fait en matière ordinaire (fonte) est mis en position sur une plaque de coulée 11 et un conduit 12 pour le métal fondu est disposé sensiblement au centre du moule et est relié à un passage en briques 13 ménagé dans la plaque 11 .
Le conduit représenté est du type dans lequel une garniture granulaire sèche 14 est versée dans l'espace annulaire compris entre une enveloppe métallique extérieure 15 et un tube de garnissage intérieur réfractaire 16.
Un protecteur , ayant la forme d'un cylindre creux 17 en tôle , est porté par la plaque de coulée 11 et a le même axe que le conduit 12, et l'espace annulaire compris entre le protecteur 17 et l'enveloppe métallique extérieure 15 du conduit est rempli de sable sec 18 ou autre matière réfractaire appropriée , qui est à l'état sec et peut être
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chauffée. Cette matière est d'une nature telle qu'elle se concrétionne sensiblement à la température de fusion de l'acier à couler.
Le canal en briques 13 comporte le nombre voulu d'ouvertures d'alimentation 19 débouchant entre le moule 10 et le protecteur 17. Le métal fondu descendant dans le conduit central 12 prend donc la forme d'un lingot creux entre le moule 10 et le noyau central qui comporte une paroi en sable 18 renforcée et hors de contact direct avec le métal fluide grâce au protecteur 17 .
Il est bon d'amener le métal du lingot par un certain nombre de canaux en briques 13 également espacés et sur la fig. 2 on voit quatre ouvertures d'alimentation 19 à l'extrémité de ces canaux en briques , de sorte que l'acier peut être amené à une température égale en diffé- rentes parties du lingot , ce qui empêche la formation d'une face relativement chaude et froide qui peut donner lieu à des crevasses lorsque le lingot se solidifie.
A un moment approprié après la coulée, suivant la masse du lingot le conduit central 12 et l'enveloppe 15 sont retirés , ce qui permet au sable 18 de s'écraser.
Une bride ou pied faisant saillie latéralement, ou dispo- sitif analogue 20 , peut être prévu sur l'enveloppe métal- lique extérieure du conduit de façon à lui permettre de reposer solidement sur la plaque de coulée 11 et à provoquer la rupture du sable 18 concrétionné, lorsque le conduit est retiré.
La forme du protecteur 17 peut varier suivant les cas et son épaisseur dépend de la masse et de la température
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du métal fluide en contact avec lui , de son propre point de fusion et de la température à laquelle le sable 18 se concrétionne.
Pour prendre un exemple spécifique, un lingot pesant de 7 à 20 tonnes peut être coulé de cette façon autour d'un protecteur 17 fait en une tôle d'acier doux ayant une épaisseur de 1 mm 6. Dans un autre exemple, un lingot pesant
3 à 5 tonnes peut être coulé autour d'un protecteur 17 fait d'une tôle en acier doux ayant une épaisseur de 0 mm 53.
Dans les deux cas , la surface extérieure ou libre du pro- tecteur reste solide, sa face intérieure étant soudée à la pièce coulée.
/pendant Que le protecteur 17 fonde totalement ou partiel- /pendant lement/l'opération de coulée ,il peut être disposé de façon à répartir la pression du métal fluide sur le corps princi- pal du sable 18 (empêchant ainsi ce dernier de s'émietter) jusqu'à ce qu'il se soit concrétionné et qu'il soit en état de résister à la pression sans l'aide du protecteur.
Dans la variante représentée sur la fig. 3 ,le conduit 12 est disposé à l'extérieur du moule 10 et une barre 21 est noyée dans le sable 18 à l'intérieur du pro- tecteur 17. La barre 21 constitue un dispositif de rupture ou d'enlèvement tel qu'en l'enlevant après la coulée, le sable 18 s'écrase et n'oppose pas de résistance à la con- traction du lingot lorsqu'il se solidifie . Le conduit 12 peut servir à alimenter plus d'un moule , on en a représenté deux sur la fig. 3 . L'acier liquide est amené à la base du moule par les canaux en briques 13 pourvus d'ouvertures d'alimentation 19 , ainsi qu'on le voit sur la fig. 3 ,
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disposés dans un espace annulaire entre le protecteur 17 et le moule 10 .
Si on le désire ,la barre 21 peut être pourvue de saillies latérales de façon à être sûr que le sable s'écrase lorsque l'on enlève la barre.
Pour avoir un lingot creux fermé à une extrémité, le protecteur peut avoir la forme représentée sur la fig.
4 qui est celle d'un récipient en tôle ou dé comprenant une partie cylindrique creuse 17 pourvue d'un fond 22 à une extrémité Ce protecteur supporte une paroi en sable 18 qui peut remplir le protecteur ou, comme cela est représen- té , peut être logé dans un espace annulaire compris entre la paroi 17 et une barre de rupture ou d'enlèvement 21 logée à l'intérieur du protecteur . Le noyau complet com- prenant le protecteur 17- 22 , supportant la paroi en sable 18 et contenant la barre 21 est porté ou suspendu dans un moule à lingots tel que le moule la de la fig. 3 , son extrémité fermée 22 étant à la distance voulue de la base du moule et son extrémité ouverte au-dessus du niveau de coulée ou du sommet du lingot.
Dans la variante représentée sur les figs. 5 et 6 qui est destinée à couler des lingots sous forme de plaques ou des lingots composés, le moule en fonte 10 est divisé en deux compartiments par un protecteur 17 qui a la forme d'une cloison en tôle. L'un des compartiments contient du sable sec 18 ou autre matière réfractaire , destiné à constituer une paroi de moule en combinaison avec le protec- teur 17 . Une barre de rupture ou d'enlèvement 21 est noyée dans le sable 18 et est pourvue d'une extrémité
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formant bouchon 23 qui ferme un orifice 24 ménagé à la base du compartiment qui contient le sable 18 .
On comprend que l'autre compartiment peut être utilisé pour couler un lingot en forme de plaque et , si l'on désire un lingot composé , le sable 18 est démoli au moment voulu après la coulée de la plaque et est retiré par l'orifice 24 . L'orifice 24 est alors fermé par un bouchon relativement court qui constitue la base du com- partiment du moule dont on a retiré le sable. La seconde partie du lingot composé peut alors être coulée dans ce compartiment et se trouve ainsi soudée à la première partie qui a été préalablement coulée dans l'autre compartiment.
L'invention peut également être appliquée à la formation de noyaux de coulée autres que ceux servant à faire des lingots , en particulier lorsqu'il est bon que le noyau n'oppose pas de résistance à la contraction de la pièce coulée.
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PATENT OF INVENTION "IMPROVEMENTS TO CORES AND MOLDS FOR
INGOTS AND OTHER HEAVY CAST PARTS "
The present invention relates to cores and molds for ingots and other heavy steel castings; its object is to provide a method and a device for using sand or similar material to make a core or the wall of the mold, in particular when casting a hollow steel ingot or a plate or a compound ingot.
It has already been proposed to produce a feed head comprising an internal lining made of a thin sheet surrounded by loose sand or other heat-insulating material and to completely drown, in an ingot or other casting, a closed box. of sheet metal containing a non-metallic or siliceous body. It is also already known to cast light tubular objects, such as iron pipes, in a sand mold, on an internal shell made of thin steel sheet or wrought iron filled with.
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sand. However, heretofore it has not been practical to use sand for casting heavy parts in which the pressure of the molten metal exceeds the hardness of the sand.
In accordance with the present invention, when casting steel ingots or other heavy pieces of steel, a core or mold wall of sand or the like refractory material which solidifies at about the melting temperature of the iron. steel, is first of all both supported and prevented from being in direct contact with the fluid metal, during the casting operation, by a protector consisting of a sheet of metal which is incorporated or combined with steel. The protector may remain without melting throughout the operation, but when conditions are such that it does eventually melt, it is of such thickness that it does not melt until the sand or the like which it is protecting s 'is solidified under the action of the heat of the molten metal.
In either case, the sand is reinforced by the protector and the pressure exerted by the fluid metal is only directly supported by the sand when the latter is able to withstand it.
A breaking or removing device can be embedded in the sand so that on removing the device the sand will crush or crumble and, in the case of a core, will not put up resistance. contraction of the ingot or other casting. A device of this kind may be provided with a conduit through which the cast metal is poured.
When the invention is applied to the casting of a hollow ingot open at both ends, a core
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comprising a protector in the form of a hollow sheet metal cylinder is supported in the mold by a casting plate which has the same axis as the duct and the annular space between the protector and the duct is filled with dry sand or material refractory analogue. The conduit may have a laterally protruding flange or feet, so as to allow the conduit to rest securely on the casting plate and to serve to break up or crumble sand when the conduit is removed.
If the hollow ingot is to be closed at one end, the protector is in the form of a container or sheet metal die with one end closed, which is filled with dry sand or similar refractory material and is carried or suspended in the mold. ingot with its closed end below and above the base of the mold and its open end above the top of the cast ingot.
When applying the invention to the manufacture of slab-shaped ingots, a mold may be divided into compartments by means of a protector in the form of a sheet metal partition, with a compartment filled with dry sand. or like refractory material, in which a breaking or removing device can be embedded. The compartment containing the sand, or the like, may be provided at its base with an opening closed by a plug end of a bar embedded in the sand.
A compound ingot can be obtained by first pouring a plate into the empty compartment of the mold, removing the sand from the other compartment and then
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flowing in the latter a second part of the compound ingot.
In the accompanying drawings:
Fig. 1 is a vertical section of a mold for ingots and of a core according to the invention.
Fig. 2 is a plan view of FIG. 1.
Fig. 3 is a view similar to FIG. 1 representing a variant.
Fig. 4 is a section of a variant of the core.
Fig. 5 is a vertical section of a mold according to the invention.
Fig. 6 is a horizontal section of FIG. 5 made along line 6-6.
Referring first to figs. 1 and 2 which show the invention applied to the casting of a hollow steel ingot open at both ends, a mold 10 made of ordinary material (cast iron) is placed in position on a casting plate 11 and a pipe. 12 for the molten metal is disposed substantially in the center of the mold and is connected to a brick passage 13 formed in the plate 11.
The duct shown is of the type in which a dry granular lining 14 is poured into the annular space between an outer metal casing 15 and a refractory inner lining tube 16.
A protector, in the form of a hollow sheet metal cylinder 17, is carried by the casting plate 11 and has the same axis as the duct 12, and the annular space between the protector 17 and the outer metal casing 15 of the duct is filled with dry sand 18 or other suitable refractory material, which is in a dry state and can be
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heated. This material is of such a nature that it concretizes substantially at the melting temperature of the steel to be cast.
The brick channel 13 has the required number of feed openings 19 opening between the mold 10 and the protector 17. The molten metal descending into the central duct 12 therefore takes the form of a hollow ingot between the mold 10 and the mold. central core which has a sand wall 18 reinforced and out of direct contact with the fluid metal thanks to the protector 17.
It is good to bring the metal from the ingot through a number of equally spaced brick channels 13 and in fig. 2 four feed openings 19 are seen at the end of these brick channels, so that the steel can be brought to an equal temperature in different parts of the ingot, which prevents the formation of a relatively face. hot and cold which can give rise to crevices as the ingot solidifies.
At an appropriate time after casting, depending on the mass of the ingot, the central duct 12 and the casing 15 are withdrawn, which allows the sand 18 to be crushed.
A laterally protruding flange or foot, or the like 20, may be provided on the outer metal casing of the duct so as to allow it to rest firmly on the casting plate 11 and cause the sand to break 18. concreted, when the duct is removed.
The shape of the protector 17 may vary depending on the case and its thickness depends on the mass and the temperature
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fluid metal in contact with it, its own melting point and the temperature at which the sand 18 solidifies.
To take a specific example, an ingot weighing 7 to 20 tons can be cast in this way around a protector 17 made of a mild steel sheet having a thickness of 1 mm 6. In another example, a heavy ingot.
3 to 5 tons can be cast around a protector 17 made of mild steel sheet having a thickness of 0 mm 53.
In both cases, the outer or free surface of the protector remains solid, its inner face being welded to the casting.
/ while the protector 17 melts totally or partially- / during the casting / the casting operation, it can be arranged so as to distribute the pressure of the fluid metal on the main body of the sand 18 (thus preventing the latter from s 'crumble) until it has solidified and is able to withstand the pressure without the aid of the protector.
In the variant shown in FIG. 3, the duct 12 is arranged outside the mold 10 and a bar 21 is embedded in the sand 18 inside the protector 17. The bar 21 constitutes a breaking or removing device such as: removing it after casting, the sand 18 crushes and does not oppose any tensile strength of the ingot when it solidifies. The duct 12 can be used to supply more than one mold, two of them have been shown in FIG. 3. The liquid steel is brought to the base of the mold through the brick channels 13 provided with feed openings 19, as seen in FIG. 3,
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arranged in an annular space between the protector 17 and the mold 10.
If desired, the bar 21 can be provided with side projections so as to be sure that the sand is crushed when the bar is removed.
In order to have a hollow ingot closed at one end, the protector may have the shape shown in fig.
4 which is that of a sheet or die-shaped container comprising a hollow cylindrical part 17 provided with a bottom 22 at one end. This protector supports a wall of sand 18 which can fill the protector or, as shown, can be housed in an annular space between the wall 17 and a breaking or removal bar 21 housed inside the protector. The complete core comprising the protector 17-22, supporting the sand wall 18 and containing the bar 21 is carried or suspended in an ingot mold such as the mold 1a of FIG. 3, its closed end 22 being at the desired distance from the base of the mold and its open end above the casting level or the top of the ingot.
In the variant shown in FIGS. 5 and 6 which is intended to cast ingots in the form of plates or composite ingots, the cast iron mold 10 is divided into two compartments by a protector 17 which has the form of a sheet metal partition. One of the compartments contains dry sand 18 or other refractory material, intended to constitute a mold wall in combination with the protector 17. A breaking or removing bar 21 is embedded in the sand 18 and is provided with an end
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forming a plug 23 which closes an orifice 24 made at the base of the compartment which contains the sand 18.
It is understood that the other compartment can be used to cast a plate-shaped ingot and, if a compound ingot is desired, the sand 18 is demolished at the desired time after the plate has been poured and is removed through the orifice. 24. The orifice 24 is then closed by a relatively short plug which forms the base of the mold compartment from which the sand has been removed. The second part of the compound ingot can then be cast in this compartment and is thus welded to the first part which has been previously cast in the other compartment.
The invention can also be applied to the formation of casting cores other than those used to make ingots, in particular when it is good that the core does not oppose resistance to the contraction of the casting.