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Procédé et dispositif pour la coulée de fer, acier, alliages d'acier, métaux et alliages métalliques de tous genres.
On sait déjà que, grâce à un secouage, on peut favorablement influencer dans leur solidification les masses rendues liquides par fusion. C'est ainsi que par exemple on a déjà proposé, pour la coulée de l'acier, de secouer le moule ou la coquille, pendant la coulée ou pendant la soli- dification. Grâce à ce procédé connu, on arrive à ce que la matière soit fortement dégazée,, et on empêche, dans une large mesure, la formation de pailles. On parvient encore, grâce @
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à cette mesure connue, à obtenir un lingot de grain relative- ment fin, attendu que, par l'action du secouage., on provoque la formation d'un plus grand nombre de foyers de cristallisa- tion. En outre, on obtient une fonte plus homogène et plus exempte de ressuage.
On a utilisé le secouage pour l'acier et pour les alliages métalliques des genres les plus différents
Le secouage qui est utilisé en vue de l'obtention de la fonte dite "secouée" était jusqu'à présent obtenu par le fait que le moule de coulée était placé sur un dispositif approprié auquel on imprimait un mouvement par à-coups au moyen de cames, par l'air comprimé ou d'une autre manière analogue, les cames soulevant par exemple le dispositif pour ensuite le laisser retomber librement. Ces dispositifs, grâce auxquels, en général, on ne peut obtenir qu'un nombre relati- vement restreint de chocs dans l'unité de temps, entraînent une fatigue importante de l'installation.
En particulier pour les blocs lourds tels que ceux qu'on produit par exemple dans les aciéries, de très importantes fatigues de chocs doivent être supportées par les organes du dispositif, ayant pour conséquence un endommagement prématuré. En outre, et par suite de ces fatigues importantes ainsi que par la nature même des secousses produites, il n'est pas possible de provoquer un nombre élevé de chocs dans l'unité de temps, alors que du point de vue métallurgique, il est avantageux d'imprimer à la matière un nombre de chocs aussi grand que possible au cours de la coulée et de la solidification.
Au lieu du secouage provoqué par des chocs, on a également proposé d'imprimer des oscillations à des coulées de fer, d'acier ou d'autres métaux, et l'on a à cet effet proposé d'une part des oscillations à fréquences dépassant la limite audible, et d'autre part des fréquences inférieures @
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à la limite d'audibilité. Dans les deux cas, les coulées devaient être mises en oscillation à l'aide de vibrateurs pénétrant dans le bain lui-même. Indépendamment du fait que ce procédé, lorsqu'il s'agit d'ondes ultrasonores, ne peut être que difficilement appliqué ou est même complètement irréalisable par suite des réflexions des ondes sonores qui se produisent, ces deux propositions présentent l'inconvé- nient que le vibrateur est attaqué par le bain.
En outre, il est difficile, au moyen d'un vibrateur qui pénètre dans le bain et qui par conséquent ne se trouve en contact avec ce- lui-ci que sur une partie limitée de la coulée, de transmet- tre audit bain l'énergie nécessaire. Ceci est en particulier le cas lorsqu'il s'agit des unités de coulée courantes dans l'industrie de l'acier, donnant des lingots en coquille d'un poids de deux tonneset davantage. Le résultat est qu'on ne réalise pas un travail suffisant de la coulée.
Conformément à l'invention, on propose d'exposer la matière, pendant la coulée et/ou la solidification, à des oscillations continues, c'est-à-dire non amorties, entrete- nues, du genre des oscillations sinusoïdales, et l'on procé- dera de telle manière que l'ensemble du moule, coquille, ou autre, sera soumis aux oscillations en même temps que la cou- lée qui y a été introduite. Grâce à l'utilisation d'oscilla- tions suivant l'invention, on écarte tous les inconvénients inhérents au secouage proprement dit, mentionnés plus haut, et l'on obtient par ailleurs des avantages métallurgiques beaucoup plus étendus.
A l'encontre des procédés connus dans lesquels on transmet des oscillations sonores directement dans le bain, on obtient, conformément à l'invention, l'avantage que même les plus gros lingots peuvent être ainsi soumis à
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l'influence des oscillations entretenues, non amorties, d'une amplitude telle que la totalité du contenu du moule de coulée est mise en oscillation.
Ce mode de mouvement permet d'agir de façon relati- vement facile sur les masses, et même lorsqu'on traite les lingots les plus lourds, on évite une fatigue du dispositif de coulée et de vibration par le fait de chocs non amortis, ceux-ci, par leur grandeur, pouvant être considérés dans les calculs. Attendu qu'il est sans autres difficultés possi- ble de faire osciller le système en résonance et également suivant une branche ascendante ou descendante de la courbe de résonance, les forces qui sont nécessaires pour obtenir le mouvement sont notablement plus faibles et l'on peut en outre, sans autres difficultés, obtenir des mouvements beau- coup plus forts que ceux qu'il était possible de provoquer dans la coulée par le secouage connu, ou par application du procédé consistant à introduire directement des oscillations sonores dans le bain.
Les oscillations de forte amplitude et de nombre réduit dans l'unité de temps, obtenues dans les pro- cédés et les dispositifs connus, pour le secouage de la fonte, entrainent le risque de la projection du métal fondu hors du moule, de sorte qu'avec les procédés connus on se trouve en général obligé de procéder au secouage seulement après qu'une solidification en partie sous forme de la formation d'une croûte, empêchant la projection, s'est déjà manifestée.
Dans le procédé suivant l'invention, on utilise des fréquences d'une hauteur quelconque. Convenablement, on reste toutefois en deçà de la limite audible. Si l'on utilise des moyens purement mécaniques, en vue de l'obtention des oscillations, il a été reconnu que des vibrations de par
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exemple 100 oscillations par seconde étaient particulièrement convenables. Si l'on utilise une excitation électro-magnéti- que, le nombre d'oscillations par seconde peut être augmenté, et un nombre d'oscillations allant jusqu'à 10. 000 par seconde a été reconnu satisfaisant.
Attendu que les oscillations qui doivent être adoptées suivant l'invention sont d'une faible amplitude, les métaux peuvent déjà.pendant la coulée, ainsi qu'également pendant la solidification, être exposés à des forces d'oscillation importantes, sans qu'on risque que des parcelles de la matière fondue soient projetées hors du moule.
Les forces d'oscillations élevées, à l'intérieur de la masse en fusion, apportent, du point de vue métallurgique, tous les avantages déjà provoqués par le secouage connu. Par suite de l'énergie d'oscillation notablement plus importante, les résultats qu'on cherche à obtenir par le secouage sont atteints de façon presque plus complète grâce aux mesures qui font l'ob- jet de la présente invention.
En outre, le nouveau procédé présente l'avantage qu'on peut travailler avec des températures de coulée compa- rativement plus basses que dans les procédés connus, d'âpres lesquels les oscillations sont transmises directement dans le bain au moyen d'un plongeur, ou dispositif analogue, attendu que ce dispositif de transmission risquerait d'être bloqué par le métal en solidification, perdant sa fluidité. Même avec des moules à parois minces, et grâce aux oscillations, on réalise un remplissage satisfaisant du moule par le métal déjà visqueux. De même, des dispositifs particuliers, desti- nés à l'évacuation de l'air hors du moule à remplir, devien- nent superflus, attendu que cet air peut s'échapper à travers le métal lui-même.
Le procédé est également utilisable avantageusement dans les cas où. le moule de coulée lui-même fait en même temps
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office de creuset de fusion. Convenablement, on amorcera dans ces cas le mouvement d'oscillation avant que la masse soit complètement entrée en fusion, ou bien au moment où seu- lement certains constituants de l'alliage sont déjà fondus.
Le procédé est applicable au fer, à l'acier, aux alliages d'acier, aux métaux et aux alliages de métaux de tout genre, en particulier aussi aux alliages comportant des métaux à point de fusion élevé et à poids spécifique élevé, comme par exemple les alliages de métaux durs.
L'invention a en outre pour objet un dispositif à l'aide duquel on peut exposer aux oscillations suivant l'invention même les lingots les plus importants. A cet effet, et conformément à l'invention, on placera la coquille ou le moule sur un appui supporté élastiquement, qui sera dans la suite appelé plaque suspendue, et qui sera mis en oscillation au moyen d'une masse déséquilibrée mise en rota- tion électriquement ou mécaniquement.
De la sorte, et contrai- rement à ce qu'il en est dans les procédés précédemment pro- posés, on provoque l'oscillation de l'ensemble du système, c'est-à-dire de la plaque suspendue, du moule ou de la coquil- le, et de la matière qui occupe les moules ou les coquilles; la masse totale des moules, de la plaque suspendue et de la matière coulée ou en cours de solidification, ainsi que celle de la suspension, constitue le système oscillant. On peut cal- culer la suspension pour la fréquence désirée, en appliquant la formule connue :
EMI6.1
où f désigne la fréquence, ± la constante des ressorts en kg/cm, et m la masse égale au poids multiplié par l'accéléra- tion due à la pesanteur.
L'invention sera exposée plus en détail dans ce qui suit, à l'appui des dessins annexés qui représentent à titre
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d'exemple deux formes de réalisation de l'invention.
Dans ces dessins:
La Fig. 1 représente schématiquement un dispositif destiné à recevoir deux coquilles 1 et 2 qui sont assujetties à la plaque suspendue 4 par l'intermédiaire du dispositif de fixation 3. La plaque suspendue 4 repose sur deux ou plusieurs ressorts 5, représentés sous forme de ressorts d'acier, mais qui pourrait aussi être établis en caoutchouc. Ces ressorts 5 reposent sur un contrepoids 7 supporté par des blocs de caoutchouc 6 ou autres dispositifs analogues qui l'isolent par rapport au sol de l'atelier, ledit contrepoids représen- tant convenablement un multiple du poids du reste du disposi- tif.
Les oscillations non amorties nécessaires au traite- ment de la coulée sont provoquées par deux masses déséquili- brées 8 accouplées, tournant en sens inverse, ainsi qu'on l'a montré schématiquement à la Fig. 1. La force nécessaire à la rotation de ces masses déséquilibrées est extrêmement fai- ble et peut par exemple être fournie par un petit moteur élec- trique, qui sera convenablement monté au voisinage du disposi- tif, de façon fixe, et qui sera réuni aux masses déséquilibrées par l'intermédiaire d'un arbre souple. La rotation desdites masses peut aussi être obtenue par l'action de vapeur ou d'air comprimé.
Par l'action des masses déséquilibrées accouplées et tournant en sens inverse, on évite des oscillations laté- rales. Une seule masse déséquilibrée a été également reconnue utilisable, attendu que la suspension latérale du système est, différente de la suspension verticale et que par conséquent les forces latérales développées par la masse déséquilibrée ne peuvent se faire sentir.
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Pour la coulée, on procédera de la façon suivante : on mettra tout d'abord en oscillation les moules ou coquilles vides en même temps que la plaque suspendue, par le mouvement des masses déséquilibrées. On entretient le mouvement d'oscil- lation pendant la coulée et jusqu'à solidification complète.
Pendant la coulée, la fréquence de résonance du système se modifie. Par suite, la commande est prévue réglable, c'est-à- dire qu'on peut modifier la vitesse de rotation du dispositif d'entraînement. Il est ainsi possible, indépendamment du poids des moules et/ou de la coulée de rester toujours en résonance ou, ce qui s'est montré particulièrement judicieux, de travail- ler à amplitude constante sur un point déterminé de la branche ascendante ou descendante de la courbe de résonance.
Dans la Fig. 2, on a schématiquement représenté une forme de réalisation qui s'écarte de celle représentée à la Fig. 1 en ce qui concerne la disposition des massess déséquilibrées et le montage de la plaque suspendue. La co- quille 1 est fixée à la plaque suspendue 4, convenablement au moyen de boulons ou par des moyens analogues, comme montré à la Fig. 1. La plaque suspendue 4 repose sur des ressorts d'acier ou de caoutchouc 5, au nombre de deux ou davantage, chaque ressort 5 étant lui-même suspendu sur un contrepoids lourd 8 au moyen d'un contre-ressort 6, par l'intermédiaire du tirant 7. Le contrepoids 8 est suspendu par des blocs de caoutchouc 9 qui l'isolent du sol de l'atelier.
Une lame de ressort 10 sert à mettre le système en mouvement. Elle est rigidement reliée en son milieu à la plaque suspendue 4, comme indiqué en 11. Les deux extré- mités 12 et 13 libres de la pièce 10 sont chacune pourvue d'un poids 14 et 15. Le poids 15 est en outre pourvu d'une masse déséquilibrée et rotative 16. Pour mettre le système @
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en mouvement de manière à provoquer les oscillations, on fait tourner la masse de déséquilibrage 16, grâce à quoi tout d'abord la pièce 10 entre en oscillation avec ses poids 14 et 15; la plaque suspendue 4 et la coquille 1, vide ou pleine, sont ainsi mises elles-mêmes en oscillation.
On doit mentionner que les poids 14 et 15, ainsi que la pièce élastique 10, présentent à peu près la même oscillation propre que le restant du système, c'est-à-dire la coquille y compris le bain qu'elle contient, la plaque suspendue et les ressorts' 5.
Au lieu de la masse déséquilibrée unique 16, on pourrait aussi prévoir au même endroit des masses déséquili- brées accouplées, tournant en sens opposé, comme dans la Fig.l.
Le dispositif suivant Fig. 2 peut, ainsi qu'il en est pour celui qui fait l'objet de la Fig. 1, être soumis à des fréquences de hauteurs différentes, mais il s'est mon- tré judicieux de rester, en ce qui concerne la fréquence adoptée, en deçà de la limite audible. L'excitation du sys- tème peut en outre être réalisée électromagnétiquement.
L'électro-aimant, dont le barreau est fixé à la plaque sus- pendue 4, remplace alors les masses déséquilibrées et est alimenté par du courant alternatif de fréquence variable.