<Desc/Clms Page number 1>
" Procédé et dispositif de traitement de corps en fusion.le
L'invention concerne le traitement des corps rendus liqui- des par la chaleur (par exemple des métaux et alliages métalli- ques,'etc.) immédiatement avant leur solidification par refroi- dissement.
On se propose par l'invention de contrôler mieux qu'on n'a pu le faire jusqu'à présent la fabrication, la préparation, en un mot les traitements variés des corps à tous les points de vue; en conséquence, l'idée directrice de l'invention consis- te à agir non sur la totalité de la masse fondue existante,mais seulement sur de petites quantités du corps liquide ou sur un petit volume de ce corps, et par suiteà réaliser l'application industrielle en grand, c'est-à-dire la fabrication ou le trai- tement de grandes quantités des corps en question constituant le résultat final à obtenir en exécutant l'opération sur les petites quantités sous forme de procédé en principe continu ou d'assez longue durée .
Une des principales conditions à remplir pour obtenir un
<Desc/Clms Page number 2>
petit volume de liquide,.par exemple dans un récipient ou dans un moule, dans lequel on fait arriver le corps à l'état liquide consiste à prendre des mesures pour que la solidification du corps liquide s'effectue jusqu'à une distance aussi faible que possible au-dessous du niveau du liquide, c'est-à-dire qu'il ne subsiste jamais qu'une petite couche superficielle liquide.
La première condition nécessaire à cet effet est que la vitesse à laquelle on fait arriver le corps liquide correspon- de à sa vitesse de solidification, afin que la quantité qui arrive ne dépasse jamais la quantité de liquide se solidifiant pendant le même temps, de façon que le volume du corps liquide reste constant dans le moule. De plus, il est important que la retassure liouide soit limitée une épaisseur relativement faible et ne pénètre qu'à une faible profondeur dans la por- tion solidifiée, ou disparaisse aussi complètement que possi- ble de façon que le bord supérieur du corps solidifié soit 'plan ainsi que le niveau du liquide et en principe parallèle à ce niveau.
L'invention fait connaître divers moyens permettant de remplir ces conditions et les moyens possibles d'opérer le traitement, qui en résultent.
Si l'on fait correspondre la vitesse à laquelle on fait arriver le corps liquide à sa vitesse de solidification, il en résulte un écoulement relativement lent qui ne donne lieu à aucun remous, sinon à des remous insignifiants. Et si, de plus, on réalise un refroidissement suffisant du moule et de la cou- che liquide on peut obtenir un refroidissement accéléré, ou des températures contrôlées avec précision, de façon à pouvoir aus- si augmenter la vitesse à laquelle arrive le liquide. On peut alors mettre en oeuvre d'autres moyens empêchant les remous de se produire, remous susceptibles de provoquer la formation de retassures liquides profondes.
On peut utiliser à cet effet, suivant l'invention, des disp ositifs-écrans de forme quelcon-
<Desc/Clms Page number 3>
que, de préférence en forme de godets, agencés de façon à in- tercepter le courant du corps liquide dirigé vers le bas contre la portion solidifiée et à le faire changer de direction de façon qu'il ne puisse plus former de remous et que le corps liquide se répartisse aussi uniformément que possible,sur tou- te'la section du moule, en satisfaisant ainsi à la première condition d'une solidification complètement uniforme.
En ou- tre, le mieux est de placer ces dispositifs-écrans au-dessous du niveau du liquide, c'est-à-dire dans la couche liquide et de les y maintenir pendant la coulée, par exemple en faisant sortir d'une manière continue par le bas ouvert du moule le boudin solidifié pendant que s'opère la coulée continue, de façon que la couche liquide se trouve dans une position conve- nable par rapport à l'ajutage et au dispositif-écran dont la position est fixe par rapport à lui.
La deuxième condition à remplir consiste à prendre des mesures pour réaliser un refroidissement aussi régulier que possible, c'est-à-dire d'une manière plus générale, une répar- tition uniforme de la température dans la section entièrede la couche liquide, afin d'arriver aussi dans ce sens à une solidification régulière. A cet effet, on refroidit non seule- ment la paroi du récipient contenant le liquide mais encore la couche liquide en son sein, ou on amène sa température à la valeur qui convient.
L'application de ces moyens permet de faire subir aux corps fondus divers traitements, parmi lesquels on peut citer lesuivants: a) purification et séparation de métaux. b) préparation d'alliages entre métaux et/ou d'alliages métalliques entre métaux/ et alliages métalliques et gaz ou autres corps; enrobage ou armaturage de corps divers; c) préparation de couches protectrices de corps liquides ou solides sur des corps liquides.
D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront d'après
<Desc/Clms Page number 4>
la description donnée ci-après de l'invention et du dessin qui représente divers exemples de réalisation.
Dans les procédés de fabrication habituels,par exemple dans l'opération de coulée, la couche liquide a la forme de la figure 1, dans laquelle a désigne la coquille munie d'une double enveloppe de refroidissement al et b la portion liquide du métal introduit dans la coquille, A désignant le corps soli- difié. La retassure liquide pénètre à une profondeur relative- ment grande dans la portion en cours de solidification c; la portion liquide est importante et ne convient pas au traitement suivant l'invention. Dans ce cas, il est indifférent que l'opé- ration de coulée soit continue ou intermittente.
La fig. 2 représente les conditions dans lesquelles on opère suivant l'invention, c'est-à-dire que la quantité de mé- tal encore liquide b est faible, la surface de solidification bl est relativement plane et le métal est solidifié jusqu'au voisinage et au-dessous du niveau du liquide. Il en résulte qu'il existe en permanence une couche liquide relativement faible à laquelle on peut appliquer les procédés les plusdi- vers.
Etant donné que le corps à verser dans le moule y arrive d'une manière continue et uniforme à une vitesse se trouvant dans un rapport exact avec la vitesse de solidification on peut aussi faire arriver en quantités toujours égales des substances ou corps additionnels, destinés à l'épuration dudit corps, à l'accomplissement de réactions déterminées, à la préparation d'alliages ou à toutes autres fins; on peut facilement les ré- partir dans le liquide et les mélanger intimement avec lui.
On peut ainsi accomplir d'une manière continue et en peu de temps des réactions qui durent longtemps dans le creuset de fusion,- étant accomplies sur la misse totale importante du corps fondu- n' et qu'il est d'ailleurs pas possible d'accomplir pratiquement et avec un succès certain sur de grosses quantités. A titre d'exemple de ces traitements à faire subir à un métal fondu on
<Desc/Clms Page number 5>
peut citer; l'élimination des impuretés métalliques nuisibles par introduction de vapeur d'eau, ou la désoxydation du cuivre par introduction de gaz appropriés, puis la préparation des alliages ou l'introduction d'autres corps dans le métal, dont il sera question ultérieurement avec plus de détails.
L'arrivée du corps fondu et des substances additionnelles peut se faire sous différentes formes; le corps servant à ef- fectuer la réaction peut être mélangé au corps fondu avant que celui-ci entre dans le moule, en faisant déboucher dans le tuyau d de l'ajatage un second tuyau dl (figure 3), dont l'autre extrémité aboutit dans un réservoir (non figuré), contenant le corps de la réaction. Il est évident que dans ce réservoir doit agir d'une manière continue une pression égale ou le cas échéant, supérieure ou inférieure à celle qui existe dans le réservoir de coulée proprement dit, suivant les conditions dans lesquelles le corps additionnel doit êtreajouté au corps fondu.
Dans ce cas, le corps de base se réunit avant de s'écou- ler par l'ajutage d avec le corps provoquant la réaction ou exerçant toute autre action; ces corps doivent obligatoirement se mélanger intimement pendant qu'ils continuent à s'écouler et arrivent dans cet état dans le moule. Une fois qu'ils sont sor- tis de l'ajutage , les gaz ou vapeurs métalliques, etc, éven- tuellement mis en liberté par la réaction peuvent s'échapper.
La figure 4 représente un autre mode d'introduction. Le corps additionnel est amené ici par un tuyau e, séparé de l'ajutage, au-dessous de la surface de la couche liquide de même que le corps fondu. L'ajutage peut alors ne comporter qu'u. seul orifice ou être formé,par exemple d'une couronne d2 avec des orifices d3 (figure 5) ou aussi avoir une forme appropriée convenant spécialement au but qu'on se propose d'atteindre.
Pour réaliser une répartition à l'état de fine division dans le cas de réactifs gazeux, il est important que les pressions d'une part du métal fondu et d'autre part des gaz soient différentes.
<Desc/Clms Page number 6>
Si, avec un dispositif conforme aux figures 3 et 4, il arrive pour une raison quelconque que la pression à laquelle arrivent le corps fondu ou le corps additionnel(ou les deux) dans le moule soit trop forte, pour empêcher avec certitude une retassure liquide profonde de se former,de façon qu'un assez grand volume de corps fondu risque de rester liquide,on peut placer devant l'orifice de l'ajutage un dispositif-écran qui fait dévier le jet dirigé vers le bas, de façon qu'il ne puisse pas produire de remous, ni troubler la marche de la solidification. La figure 6 représente un exemple de ce dispo- sitif.
On dispose sous l'ajutage d un godet p, dans lequel débou- che l'ajutage qui amène le corps fondu, ainsi qu'un ajutage e, par lequel arrive le corps additionnel. Grâce à cet agence- ment, le corps fondu qui s'écoule dans le godet p, se réunit aussitôt et complètement ahec le corps additionnel et comme l'écoulement du corps fondu et du réactif provoquent un mouve- ment de circulation et des remous violents dans le godet , le mélange intime de ces corps s'effectue avec certitude.
Le corps fondu peut alors une fois épuré dans sa portion liquide se ré- partir dans le moule, sans que les remous violents puissent exercer aucune action sur la portion déjà solidifiée, notanment lorsque, ainsi qu'il a été indiqué, le godet est placé au- dessous du niveau du liquide,étant donné que le corps fondu est en effet intercepté et forcé de changer de direction pour monter vers le haut du godet. Le godet empêche donc avec certi- tude qu'il se forme une retassure de la forme de la figure 1, et procure ainsi un nouveau moyen d'arriver au petit volume de liquide recherché.
Dans les procédés, dans lesquels on fait arriver le corps fondu dans le moule en le faisant passer par un réservoir inter- médiaire r, il est possible d'effectuer l'épuration dans cette rigole r, en introduisant le réactif par un tuyau s, à peu près à la hauteur de l'orifice de l'ajutage (figure 7).
<Desc/Clms Page number 7>
Les gaz ou vapeurs métalliques qui s'échappent peuvent être recueillis en,tout cas, s'ils possèdent une certaine valeur et utilisés à un autre endroit quelconque .
L'installation d'un godet au-dessous du niveau de la cou- che liquide favorise les actions précitées, mais sert aussi à protéger contre l'action de l'air la couche liquide ou les matières introduites dans le moule et le'cas échéant le corps additionnel aussi. Mais le godet peut aussi être disposé, comme l'indique la figure 8, au-dessus du niveau du liquide,lorsque, s'il s'agit de couler des métaux ou autres corps sensibles à l'action de l'air, il fautempêcher l'air d'avoir accès entre la sortie de l'ajutage, le godet et le niveau du liquide. A cet effet, on dispose autour de l'ajutage d ou de l'o.uverture supérieure de la coquille une cloche 1, qui plonge,dans un bain dhuile g, disposé autour du moule a. On réalise ainsi une fermeture étanche au passage de l'air.
On peut réunir et mélan- ger d'une manière parfaite le corps de base et le corps addi- tionnel en les faisant arriver au-dessus du niveau du liquide comme l'indique la figure 9, en donnant à l'extrémité inférieu- re de l'ajutage d la forme d'un entonnoir et en plaçant direc- tement en face un élément h servant à dévier le courant.Les tuyaux i par lesquels arrivent les corps additionnels (gaz ou similaires) débouchent dans le moule a au dessus de l'extrémité en forme d'entonnoir de l'ajutage. L'ajutage et les tuyaux d'amenée des corps additionnels sont ici aussi protégés contre l'accès de l'air par un dispositif f, semblable à celui de la figure 8.
Le godet p lui-même peut recevoir des formes diverses sui- vant la fonction qu'il a à remplir. Il peut/.avoir la forme de la figure 10 avec cloison de séparation k, ou être perforé, ou avoir la forme d'un tamis, de façon à intercepter toujours le jet de l'ajutage, mais à ne former qu'un déversoir partiel, tandis que le reste du jet passe par les trous p1 du godet di- rectement vers le bas, toutefois à une vitesse réduite (figu-
<Desc/Clms Page number 8>
re 11).
L'invention permet encore, de la même manière que celle qui a été décrite ci-dessus d'une manière tout-à-fait générale à propos de corps additionnels,en particulier de gaz destinés à épurer les métaux,de préparer des alliages dans le moule même avec leurs éléments constitutifs, ou d'ajouter à des al- liages déjà préparés ou à des métaux des gaz et des métaux ou d'autres corps que l'on navait pu amener en combinaison avec eux jusqu'à présent, parce que pour des raisons quelcon- ques,on ne pouvait réaliser dans le métal ou autre corps fon- du la proportion du mélange qui convenait.
On arrive à ce résultat par le procédé de l'invention à l'aide des moyens pré- cités de la manière suivante : le premier cas considéré est celui de la préparation d'un alliage de laiton dans le moule même,(par exemple une lingo- tière) avec le métal original (figure 121. Le four A contient du cuivre pur fondu et le four B du zinc pur fondu. Des condui- tes x et y partant des deux fours aboutissent à une rigole commune de distribution C, dont l'ajutage débouche dans le moule ou coquille D. Les diamètres des conduites sont choisis de façon que , la préssion étant la même dans les deux fours, la quantité de chacun des deux métaux passant dans la rigole corresponde aux proportions de l'alliage. Les deux fours sont raccordés la même conduite sous pression.
Lorsqu'on fait agir la pression pour remplir la rigole,les métaux élémentaires s'é- coulent dans la rigole en proportions déterminées par les diamètres des conduites correspondantes, s'y mélangent et s'é- coulent dans la coquille à l'état d'alliage fini. Evidemment. on peut aussi opérer de façon à donner aux conduites la même section et à munir chaque four d'une conduite sous pression séparée, Il faut alors déterminer au moyen d'un barême, la pression qu'il faut faire agir dans chaque four pour obtenir les proportions que l'on désire des éléments de l'alliage;les
<Desc/Clms Page number 9>
conduites peuventencore avoir la même section et une conduite sous pression commune, mais on règle la pression de façon à ne faire agir dans chaque four que la pression relative per- mettant d'obtenir les proportions exactes des éléments pour l'alliage cherché.
La rigole collectrice, telle qu'elle a été décrite n'est pas indispensable, on peut utiliser des rigoles fermées ou des conduites (voir figure 13). Dans les deux cas, il faut évidemment,ainsi qu'il a été décrit ci-dessus,avoir soin que la vitesse à laquelle arrive le métal (ou autre corps fondu) se trouve dans un rapport déterminé avec la vitesse de solidif ication,afin que la couche liquide conserve se permanence de faibles dimensions.
Les deux procédés permettent de maintenir chaque métal (ou autre corps) dans son four à l'état liquide, en le re- couvrant à sa surface ou le traitant par des moyens protec- teurs et des gaz convenant justement le mieux au métal considé- ré. On peut aussi évidemment maintenir la température de cha- que métal à une valeur correspondant exactement à son point de fusion et aux conditions de coulée possibles. Il est inuti- le que la température soit plus élevée, puisque la température de fusion des alliages est toujours inférieure à celle du métal élémentaire fondant à la température la plus élevée.
Les métaux étant amenés à l'abri de l'air et la tempéra- ture n'ayant jamais besoin d'être supérieure aux points de fusion, il ne se produit pas de surchauffe ni de vaporisation de métal en résultant ; plus, on obtient avec certitude un mélange parfait,intime et toujours uniforme,qui ne peut pas non plus être modifié, lorsque le métal constituant l'al- liage arrive dans la coquille, car étant donné que la couche liquide est petite et que la coquille est refroidie,la solidi- fiaation y est rapide, sans qu'il se produise,comme dans les opérations de coulée ordinaire, une retassure liquide prof onde.
C'est justement en raison de ce fait qu'il est possible égale-
<Desc/Clms Page number 10>
ment de former des alliages avec des métaux dont les poids spécifiques sont très différents. Par exemple, on peut prépa- rer sans la moindre difficulté un alliage d'aluminium et de plomb, ce qu'il a été impossible de faire jusqu'à présent avec une répartition parfaitement homogène dans la totalité du lingot.
Au moment de la coulée le plomb tombait toujours de plus en plus à la base du lingot en raison de son poids spéci- fique élevé, et quoique l'on eût essayé divers procédés con- sistant à ajouter le plomb par voie de réaction chimique ou à réaliser un mélange intime par des vibrations acoustiques, on n'a pu obtenir jusqu'à présent, ni couler des alliages aussi homogène et de bonne qualité que ceux que fournit cou- ramment le procédé de l'invention.
On peut de même préparer sans difficulté par ce procédé des alliages avec des métaux dont les points de fusion sont très différents. Lorsque cette différence est très grande,il convient de préférence de ne pas appliquer le procédé précité et de ne pas réunir les métaux avant qu'ils sortent par l'aju- tage, mais d'appliquer le procédé décrit ci-après qui est plus avantageux pour le cas envisagé (et qui peut évidemment être également appliqué aux cas précités).
Les ajutages des métaux à couler débouchent dans un récipient p (figure 14) , qui a une forme correspondante en principe à celle de l'écran en forme de godet décrite ci-des- sus et qui est disposée dans la coquille de façon à être complètement immergée dans la couche liquide du lingot coulé au moment de la coulée. Les éléments de l'alliage qui arrivent par des conduites séparées se mélangent intimement dans ce récipient collecteur et le mélange se répartit uniformément dans toute la section de la coquille, pour se solidifier peu de temps après.
On peut aussi s'abstenir de faire déboucher l'ajutage principal et les autres ajutages dans un récipient Il est évident qu'il est possible aussi de faire déboucher sé- parément, suivant les circonstances, chaque ajutage en un
<Desc/Clms Page number 11>
point quelconque de la section de la pièce coulée. Dans ce cas, l'un des ajutages peut comporter un récipient, l'autre non,etc, la décision à cet égard dépendant toujours des proportions du mélange que l'on désire préparer et de la manière dont les divers éléments se mélangent. On peut aussi par ce procédé, faire varier les proportions du mélange ou préparer des al lia- ges différents dans un seul et même lingot.
Si deux métaux (étant donnés leurs poids spécifiques ou la grande différence existant entre leurs températures de solidification ) ont une forte tendance à se séparer de nouveau très vite on peut réali- ser par un tuyau réfrigérant z, suivant la figure 15 traver- sant la couche liquide b, un refroidissement assez rapide pour empêcher absolument les éléments de l'alliage de se séparer.
Ce refroidissement procure des avantages déterminés non seulement dans le cas d'alliages particulièrement difficiles à traiter, mais encore d'une manière tout-àfait générale dans d'autres cas.
Outre, qu'il est nécessaire que la vitesse à laquelle arrive le métal ou autre corps fondu se trouve dans ln rapport déterminé avec la vitesse de solidification, de façon qu'il soit possible d'augmenter le débit du métal fondu si la vites- se du refroidissement augmente sous l'action du refroidisse- ment, il est important que la solidification s'effectue d'une manière aussi uniforme que possible dans la section entière du moule. Dans les exemples qui précèdent, on s'est contenté de refroidir les parois du moule. La quantité de chaleur qui lui est soustraite est donc particulièrement forte.
Mais comme la température la plus élevée se trouve toujours au centre de la ,section du lingot, il en résulte toujours une solidifica- tion en quelque sorte irrégulière, qui influence aussi la structure de la pièce moulée finie, Mais si, comme l'indique la figure 15, on prévoit un refroidissement au sein de la couche liquide, qui permet de contrôler les températures dans la totalité de la section du moule, on peut aussi contrôler
<Desc/Clms Page number 12>
et régler la solidification à volonté dans la section entière.
Ce dispositif de refroidissement formé par le tuyau réfrigé- rant de la partie centrale de la couche liquide peut aussi com- porter le dispositif écran en forme de godet ou de toute autre forme.
Dans la forme de réalisation de la figure 16, le métal ou autre corps fondu est amené par l'ajutage 1 dans la coquille 2 garnie d'une double enveloppe réfrigérante 3. Il se forme donc d'abord dans la coquille la couche liquide 4, qui en se solidifiant forme le lingot 5. Saus l'orifice de l'ajutage 1, est placé un dispositif écran 6, en forme de godet,qu'il est avantageux de suspendre à l'ajutage 1 par des supports 7, afin de rendre le godet 6 indépendant des mouvements éven- tuels de la coquille 2. Le godet 6, est également garni d'une double enveloppe réfrigérante 8, dans'laquelle le réfrigérant arrive par la conduite 9 et duquel il peut s'écouler par la conduite 10.
Au cours de la coulée, le refroidissement ne s'exerce donc pas seulement de l'extérieur par les parois de la coquille 2, sur la couche liquide, mais encore de l'intérieur par la double enveloppe réfrigérante 8 du godet 6, de sorte qu'il se produit une solidification rapide aussi dans la partie centrale de la section entière. En réglant et choisissant convenablement le réfrigérant dans les doubles enveloppes 3 et 8, on peut donc contrôler avec précision la marche de la solidification.
Si on ne désire pas que l'action de refroidissement de la double enveloppe 8 du godet 6 s'exerce aussi vers l'intérieur sur le contenu du godet d'une manière plus ou moins forte, on peut empêcher la chaleur d'être soustraite à ce contenu en constituantla paroi interne du godet 6 en une matière moins bonne conductrice de la chaleur que sa paroi externe, ou bien on peut y intercaler des isolants appropriés .
Mais , d'autre part, on peut aussi adopter une forme de réalisation conforme à la figure 17, dans laquelle le godet
<Desc/Clms Page number 13>
6 est formé de trois parois annulaires,de façon à constituer deux chambres 11 et 12 autour des parois latérales et du fond du godet 6. Ces chambres 11 et 12 sont en communication respective par des conduites d'arrivée 13,14 et des conduites de sortie 15 , 16 séparées. On fait circuler par les conduites 13,16 et dans la double enveloppe extérieure 12 un réfrigérant qui, comme dans le premier exemple de réalisation,refroidit aussi le métal fondu dans la partie centrale de la coquille,de façon à pouvoir contrôler la marche de la solidification.
Au contraire, par les conduites 14,15 et dans la double envelop- pe intérieure 11, on fait circuler un fluide de chauffage,pour maintenir le métal ou autre corps fondu qui vient d'arriver dans le godet 6 à la température la plus favorable et à le protéger avec certitude contre l'action de la double mvelop- pe réfrigérante extérieure 12. Il est avantageux dans cette forme de réalisation que les parois interne et externe du godet 6 soient en rune matière bonne conductrice de la chaleur,tandis que la paroi intermédiaire 17 est en une matière isolante. Ce dispositif permet donc non seulement de contrôler la quantité de chaleur soustraite et en même temps la marche de la solidi- fication, mais aussi d'établir les cnnditions les plus avanta- geuses pour le corps fondu à faire arriver ensuite.
En même temps,il est avantageux de donner à la paroi extérieure du godet une forme s'amincissant vers le bas en forme de cône, pour que le métal fondu en se solidifiant s'en détache plus facile- ment.
La figure 18 représente une forme de réalisation semblable à celle de la figure 16, à la différence près que le fond du godet 6 est une paroi unique, de sorte que la double enveloppe réfrigérante 8 ne s'étend qu'autour de .ses parois latérales verticales.
Mais d'autre part, la double enveloppe réfrigérante 8 peut n'exister que sur le fond du godet 6, ainsi que le montre la figure 19, de sorte que les parois dirigées vers le haut
<Desc/Clms Page number 14>
du godet et ne comportent pas de refroidissement .
'Mais, ainsi que le montre la figure 20, le dispositif écran n'a pas non plus besoin d'avoir la forme d'un godet.Ce dispositif,dont la principale fonction consiste à changer la direction du corps fondu sortant de l'ajutage consiste ici en une simple plaque 6, de façon à faire dévier latéralement le jet du corps fondu, sortant de l'ajutage 1. Cependant cette plaque est garnie en-dessous d'une double enveloppe réfrigé- rante 18 avec conduites d'arrivée et de départ 19,20, per- mettant de faire passer un réfrigérant dans la double envelop- pe. Ici, aussi, il peut être avantageux de faire la plaque 6 en une matière isolante, tandis que pour les parois de la double enveloppe 18 on emploie une matière bonne conductrice de la chaleur.
On peut aussi avec un dispositif écran de ce type, prévoir comme dans la forme d'exécution de la figure 17, un dispositif de chauffage spécial, ou une double envelop- pe chauffante pour la plaque 6, de façon qu'en aucun cas, il n'y ait soustraction de chaleur.
La figure 21 représente une forme d'exécution, dans la- quelle le godet 6 a une forme analogue à celle de l'exemple de la figure 16, c'est-à-dire comporte une double enveloppe 8 entourant ses côtés et son fond et communiquant avec des conduites d'entrée et de sortie 9 et 10, A l'intérieur du go- det 6 est monté un dispositif réfrigérant spécial 21 formé de parois courbes et de tôles directrices, de façon que le métal fondu entrant à l'intérieur du godet 6 par l'ajutage 1 soit forcé da parcourir un trajet plus long en contact étroit avec les tôles courbées, avant de pouvoir en sortir en 22 pour arriver dans la coquille . Les tôles courbées délimitent une chambre, dans laquelle on peut faire arriver suivant les be- soins par la conduite 23 un fluide réfrigérant ou chauffant, dont la conduite 24 assure la sortie.
Ce dispositif permet de contrôler avec précision la marche de la solidification non seulement ar le refroidissement du corps se trouvant déjà dans
<Desc/Clms Page number 15>
la couche liquide, mais encore par le réglage de la tempéra- ture du corps fondu qui arrive.
La figure 22 représente une forme d'exécution analogue,à la différence près que les tôles courbées de la chambre 21 sont disposées horizontalement au lieu d'être placées vertica- lement. Quoique dans cette forme d'exécution la présence d'une double enveloppe réfrigérante ne soit pas indiquée, il est évident qu'on peut cependant en monter une, s'il y a lieu.
La figure 23 représente une forme d'exécution semblable à oelle de la figure 20, c'est-à-dire avec dispositif écran 6 en forme de plaque et double enveloppe réfrigérante 18. pour que le corps fondu sortant de l'ajutage 1 se répartisse uniformément dans toutes les directions, on place sur la plaque 6, un dis- tributeur 25 spécial, ayant à peu près la forme d'un cône et qui a également pour fonction d'empêcher le corps fondu qui vient d'arriver de se refroidir trop fort par un contact trop prolongé avec la plaque 6 refroidie.
EMI15.1
La figure 24 représente une forme d'exécution semblable éZ4.aJùo avec un int8TTutur 25 posé sur le fond d'un dispositif écran en forme de godet 6. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 25, ce distributeur 25 peut aussi être réuni à la double enveloppe réfrigérante 8 ou 18, de façon que sa surface, avec laquelle le corps fondu vient en contact d'abord puisse re maintenue à une température déterminée.
Ainsi qu'il a déjà été indiqué, sur les figures 18 et 19, il n'est pas nécessaire que les réfrigérants viennent en con- tact avec la totalité des parois du godet. La figure 26 repré- sente un autre exemple de cet agencement ; surcette figure,la double enveloppe réfrigérante 28 ne s'étend que jusqu'à une hauteur déterminée des parois du godet. Au-dessus de la double -enveloppe réfrigérante 28 se dirigent de l'intérieur du godet 6 vers l'extérieur des rigoles 29 et 30, par lesquelles le corps fondu amené par l'ajutage 1 peut s'écouler. Ainsi que le mon- tre la figure 26, les rigoles peuvent avoir des inclinaisons
<Desc/Clms Page number 16>
différentes pour donner lieu à des écoulements d'intensité dif- férente.
On arrive au même résultat en faisant partir, suivant la figure 27, les rigoles d'écoulement 29, 30 à des hauteurs dif- férentes de l'intérieur du godet.
Les figures 28,29 et 30 montrent de plus que ces rigo- les d'écoulement peuvent être également ou inégalement répar- ties sur la périphérie du godet, pour que l'on puisse obtenir suivant les besoins des débits et des directions d'écoulement du corps fondu'différents et réaliser également de cette ma- nière un contrôle aussi régulier que possible de la tempéra- ture.
De même que l'on peut préparer par les procédés décrits ci-dessus des alliages de deux ou plusieurs métaux ou d'allia- ges métalliques, de même on peut évidemment préparer un allia- ge d'un métal ou d'un alliage métallique avec des gaz ou d'au- tres corps se solidifiant ou les réunir entre eux, en opérant suivant les circonstances avec ou sans refroidissement inté- rieur.
Comme il existe toujours dans le moule,suivant l'inven- tion une couche liquide,si petite soit-elle, il est facile d'y introduire à sa surface un objet dont le point de fusion soit plus élevé que celui du corps de base ou qui ne soit pas atta- qué par la chaleur de ce corps, puisqu'il est possible d'opé- rer à l'abri de l'air. On envisage à ce propos les opérations suivantes : a) Comme dans le cas du béton armé, on introduit par exemple dans un alliage de métal léger un fil de fer ou une toile métallique en fer fin, en opérant d'une manière continue.
On réalise ainsi un renforcement considérable de l'alliage en mé- tal léger. b) Pour obtenir diverses colorations, on introduit par exemple, dans un alliage en métal léger blanc formant le métal de base des fils de cuivre, de laiton ou de nickel, de façon
<Desc/Clms Page number 17>
à les faire apparaitre à la surface ou en coupe au cours des opérations subies ultérieurement et à obtenir par décapage ou teinture appropriés des dessins de couleur intéressants. o) Il est possible également d'y introduire (puisqu'on réalisant une protection contre l'accès de l'air à peu près conformément aux figures 8 et 9, il n'existe aucune trace d'oxygène), du bois ou d'autres corps combustibles, tels que des textiles, du cuir, etc.
Outre les corps solides, on peut évidemment introduire aussi dans la masselotte liquide, des gaz, des métaux à point de fusion élevé très finement répartis sous forme de poudre ou de grains, du graphite (en vue de la fabrication des cous- sinets) et obtenir,-toujours par l'emploi des moyens de l'in- vention : petit volume de liquide, avec ou sans godet,op'éra- tion continue-, une couche répartie d'une manière absolument uniforme dans la pièce moulée entière. Il devient ainsi possi- ble de préparer des alliages (en particulier en y faisant ar- river des gaz et en y introduisant des métaux à point de fu- sion élevé à l'état liquide ou à l'état solide) dont la prépa- ration continue et régulière n'avait pas été possible jusqu'à présent.
On peut aussi en opérant d'une manière continue fabri- quer des profilés de grandes dimensions et de grande longueur en métal léger (des rails en U, etc, pour la construction des batiments et des machines) en longueurs telles qu'il éóait absolument impossible de les obtenir jusqu'à présent.
En ce qui concerne les corps durs à point de fusion élevé tels que les nitrures, les carbures, la question la plus im- portante à résoudre est celle de la manière de les faire adhé- rer solidement et de la meilleure manière de les enrober dans d'autres métaux ou d'autres corps. Le procédé de l'invention permet encore d'arriver au résultat cherché, puisqu'il peut être appliqué à la préparation des alliages et de compositions de corps durs à point de fusion élevé.
<Desc/Clms Page number 18>
Dans les formes d'exécutiondécrites ci-dessus, il n'a été question en principe que de dispositifs écrans, immobiles, lisses et en forme de godets qui ne provoquent en principe qu'un changement de direction et les remous qui en résultent immédiatement. Cependant, dans certains cas, il est avantageux de réaliser des remous, encore plus violents et en quelque sorte le cas échéant, la projection du corps fondu qui arrive et des corps additionnels évenquels. Les figures suivantes donnent quelques exemples de ces opérations.
Dans la forme d'exécution des figures 31 et 32 qui repré- sentent respectivement une coupe longitudinale et un plan,dans le moule non représenté se trouve un godet p1, dans le- quel est monté un second godet p2 comportant des ailettes sur sa périphérie interne. L'ajutage d débouche excentrique- ment par rapport au godet p2 et débite le corps fondu dans la direction de laflèche avec une vitesse déterminée qui dépend de la nature du corps fondu et de sa vitesse de solidification.
Le jet du corps fondu dans le godet 2 fait prendre à ce godet un mouvement de rotation, de façon-que le jet vienne rencon- trer ses ailettes obliques. Il résulte de ce mouvement de.rota- tion un brassage convenable du corps fondu, de sorte que;les corps additionnels ultérieurement introduits,tels que des gaz ou d'autres métaux ou corps se mélangent intimement avec le corps de base dans la quantité relativement faible contenue dans les godets p1 et p2. Le corps fondu ainsi traité passe ensuite par dessus le bord du godet p1 dans le moule sous forme de courant tranquille sans produire de remous dans la cowhe liquide ne troubler par suite la marche de la solidification.
La forme d'exécution des figures @3 et 34 fonctionne d'une manière analogue. Elle comporte une arrivée non plus excentrique mais centrale du corps fondu, le tuyau d, par lequel arrive le corps fondu se trouvant dans l'axe des godets p1 et p2 montés l'un dans l'autre et ayant san orifice de sor-
<Desc/Clms Page number 19>
tie au voisinage du fond du godet p2, qui comporte à sa partie supérieure des ailettes, de sorte que le corps fondu s'écou- lant de bas en haut fait prendre un mouvement de rotation au godet p2 et provoque ainsi le brassage nécessaire à un mélange intime.
Dans la.forme d'exécution des figures 35 et 36, qui repré- sentent encore respectivement une coupe longitudinale et un plan le godet est remplacé par un élément-écran p, qui empêche également le corps fondu arrivant par le tuyau d d'arriver directement dans le moule et d'y produire des remous dans la couche liquide.
Cet élément-écran comporte aussi des ailettes courbes, de façon à prendre un mouvement de rotation sous l'action du jet du corps fondu. Il en résulte une déviation de ce jet vertical dans une direction plus ou moins horizontale et en même temps un brassage et un mélange avec les corps addition- nels éventuellement ajoutés ultérieurement ; on empêche en ou- tre, que le corps fondu agite la couche liquide.
Le mouvement de rotation de l'élément p projette en outre, dans une certai- ne+mesure, le corps fondu contre les parois du moule en réali- sant ainsi un brassage et un mélange convenable avec d'autres corps,
Le dispositif des figures 37 et 38 fonctionne de la même façon; dans ce dispositif, l'élément-écran p comporte des ailettes obliques et le tuyau d'arrivée dest monté excentrique- ment comme dans l'exemple de la figure 31 .
Ces différentes formes de réalisation fonctionnant sous l'action de la pression servant à refouler le corps fondu par l'ajutage dans le moule à. une vitesse déterminée, il est im- ,portant que le diamètre intérieur des conduites de communica- tion prévu et déterminé par la pression, reste constant,sans quoi le débit varie même sous pression constante. La matière servant à fabriquer ces conduites doit donc résister à la température du corps fondu.
<Desc/Clms Page number 20>
Cependant, il est difficile de trouver pour chaque corps fondu une matière convenable pour fabriquer les conduites surtout lorsqu'il s'agit des métaux les plus divers, tels que le cuivre, le fer,'acier, l'aluminium ou similaires et leurs alliages, car non seulement cette matière doit supporter la température, mais encore elle doit permettre que llécoulement du corps fondu se fasse dans des conditions favorables. Avant tout, elle ne doit pas être attaquée par le corps fondu, ni l'attaquer elle-même ou subir des modifications susceptibles de faire varier la vitesse d'écoulement,ni le débit du corps fondu.
Les matières réfractaires employées à cet effet jusqu'à présent, telles que la stéatite et similaires ne peuvent assurer un service prolongé, ainsi qu'on l'a observé, car ellessubis- sent des modifications et des transformations. On a constaté que le corindon fritté n'a pas ces fâcheuses propriétés et con- vient aussi bien à tous les corps à point de fusion élevé. En conséquence, on propose par l'invention d'exécuter en corindon fritté les conduites et ajutages par lesquels on fait passer un corps, fondu quelconque, en particulier des métaux tels que le cuivre, le per et leurs alliages du four dans le moule.
Cette matière possède d'abord une forte résistance contre l'action des températures élevées atteignant environ 1,900 à 2.000 . Mais on a constaté aussi que même au voisinage de la température limite, elle n'est pas attaquée par un corps fondu, quel qu'il soit et laisse toujours passer avec certitu- de un débit constant, lorsque les conditions restent constan- tes. On a pu en outre, établir que les pièces moulées sont particulièrement parfaites lorsque les conduites et ajutages sont en corindon fritté.
Lorsqu'on emploie le corindon fritté suivant l'invention, on chauffe les pièces fabriquées en cette matière avant de commencer la coulée à la température du corps fondu et on
<Desc/Clms Page number 21>
les maintient à cette température pendant la coulée. Sui- vant l'invention, on emploie pour fabriquer les résistances du chauffage électrique du molybdène ou des alliages de molyb- dène, qui doivent être protégés contre l'action de l'oxygène par des moyens appropriés.
La figure 39 représente un exemple schématique de ce dispositif.
Le métal fondu sortant du four 100 est amené d'abord dans un réservoir intermédiaire 102, de façon à vider le four 100 aussi rapidement que possible et pouvoir l'utiliser à la préparation d'une nouvelle charge de corps fondu. On peut faire agir une pression dans le réservoir intermédiaire 102 par un moyen quelconque, de façon à faire passer le corps fondu par la conduite 103 dans l'ajutage 104 à une vitesse déterminée et de là dans le moule 105.
Suivant l'invention la conduite 103 et l'ajutage 104 doivent être en corindon fritté pour que l'9n recueille les avantages précités.
Il est avantageux de munir la conduite 103 et l'ajutage 104 de dispositifs de chauffage 106 particuliers, indiqués en pointillé sur la figure . Il est avantageux de faire les spirales de chauffage en molybdène ou en alliages de molyb- dène.
L'installation construite conformément à l'un des exem- ples décrits ci-dessus ou à une combinaison de ces exemples satisfait à toutes les conditions exposées au début de la description et permet d'obtenir ayant tout avec certitude une couche liquide dans le moule peu importante, étant donné que toutes les autres opérations peuvent être contrôlées d'une manière déterminée.
A cet égard, le dispositif-écran, surtout s'il a la forme d'un godet et provoque un changement de direction du jet du corps fondu s'écoulant dans le moule, a encore une autre fonction importante. r
<Desc/Clms Page number 22>
En effet, dans le cas où on opère en vase olos ou sous une couche de oouverture, il est nécessaire de diriger le jet du corps fondu de façon à éviter tout effet d'aspira- tion vers le bas ou la formation de remous à la surface de la couche liquide. Car s'il se produit un effet d'aspiration de cette nature ou si des remous se forment sous l'action du jet du corps arrivant dans le moule, il peut arriver que des particules du gaz protecteur ou de la couche protectrice quelle qu'elle soit, par exemple des particules de graphite ou de sel soient entraînées dans la pièce moulée.
Pour évi- ter cette éventualité, en montant le godet précité sous l'ajutage, on dirige le jet du corps arrivant dans le mou- le, de façon que le mouvement du corps liquide ne s'effectue que vers la surface, c'est-à-dire de bas en haut (voir fig.
40), où se trouve la couche protectrice m sur la couche li- quide b. Le corps s'écoulant par l'ajutage d ne pourra jamais entraîner avec lui des particules de la couche protectrice dans la couche liquide b, parce qu'en sortant du godet p, il s'écoule toujours d'abord de bas en haut et se répartit ensuite uniformément et sans former de remous sur la totalité de la section de la coquille.
<Desc / Clms Page number 1>
"Method and device for treating molten bodies.
The invention relates to the treatment of heat-made liquids (eg metals and metal alloys, etc.) immediately prior to their solidification by cooling.
The invention proposes to control better than has hitherto been possible the manufacture, the preparation, in a word, the various treatments of the body from all points of view; consequently, the guiding idea of the invention consists in acting not on the whole of the existing melt, but only on small quantities of the liquid body or on a small volume of this body, and consequently to achieve the large-scale industrial application, that is to say the manufacture or treatment of large quantities of the bodies in question constituting the final result to be obtained by carrying out the operation on small quantities in the form of a process which is in principle continuous or of 'long enough.
One of the main conditions to be met to obtain a
<Desc / Clms Page number 2>
small volume of liquid,. for example in a container or in a mold, in which the body is made to arrive in the liquid state consists in taking measures so that the solidification of the liquid body takes place to such a small distance as possible below the liquid level, i.e. only a small liquid surface layer remains.
The first condition necessary for this is that the speed at which the liquid body is made to arrive corresponds to its speed of solidification, so that the quantity which arrives never exceeds the quantity of liquid solidifying during the same time, so that the volume of the liquid body remains constant in the mold. In addition, it is important that the liquid shrinkage be limited to a relatively small thickness and penetrate only a shallow depth into the solidified portion, or disappear as completely as possible so that the top edge of the solidified body is. 'plane as well as the level of the liquid and in principle parallel to this level.
The invention discloses various means making it possible to fulfill these conditions and the possible means of carrying out the treatment, which result therefrom.
If we match the speed at which the liquid body is made to arrive at its rate of solidification, the result is a relatively slow flow which does not give rise to any eddies, if not to insignificant eddies. And if, moreover, sufficient cooling of the mold and of the liquid layer is achieved, an accelerated cooling, or precisely controlled temperatures, can be obtained, so that the speed at which the liquid arrives can also be increased. It is then possible to implement other means preventing eddies from occurring, eddies liable to cause the formation of deep liquid sinkings.
It is possible to use for this purpose, according to the invention, devices-screens of any shape.
<Desc / Clms Page number 3>
that, preferably in the form of cups, arranged so as to intercept the flow of the liquid body directed downwards against the solidified portion and to cause it to change direction so that it can no longer form an eddy and that the The liquid body is distributed as uniformly as possible over the entire section of the mold, thereby satisfying the first condition of completely uniform solidification.
In addition, it is best to place these screening devices below the level of the liquid, that is to say in the liquid layer and to keep them there during the casting, for example by taking out of a continuously through the open bottom of the mold the strand solidified while the continuous casting takes place, so that the liquid layer is in a suitable position with respect to the nozzle and to the screen device, the position of which is fixed relative to.
The second condition to be fulfilled consists in taking measures to achieve as regular a cooling as possible, that is to say more generally, a uniform distribution of the temperature in the entire section of the liquid layer, in order to to arrive also in this direction at a regular solidification. To this end, not only the wall of the receptacle containing the liquid is cooled, but also the liquid layer within it, or its temperature is brought to the appropriate value.
The application of these means makes it possible to subject the molten bodies to various treatments, among which the following may be mentioned: a) purification and separation of metals. b) preparation of alloys between metals and / or metal alloys between metals / and metal alloys and gases or other bodies; coating or reinforcing various bodies; c) preparation of protective layers of liquid or solid bodies on liquid bodies.
Other advantages and characteristics will appear from
<Desc / Clms Page number 4>
the description given below of the invention and of the drawing which shows various embodiments.
In the usual manufacturing processes, for example in the casting operation, the liquid layer has the shape of FIG. 1, in which a denotes the shell provided with a cooling double jacket a1 and b the liquid portion of the introduced metal. in the shell, A denoting the solidified body. The liquid shrinkage penetrates to a relatively great depth in the portion undergoing solidification c; the liquid portion is large and is not suitable for the treatment according to the invention. In this case, it is irrelevant whether the casting operation is continuous or intermittent.
Fig. 2 shows the conditions in which the operation is carried out according to the invention, that is to say that the quantity of still liquid metal b is small, the solidification surface b1 is relatively flat and the metal is solidified to the vicinity and below the liquid level. As a result, there is always a relatively weak liquid layer to which the most diverse methods can be applied.
Since the body to be poured into the mold arrives there in a continuous and uniform manner at a speed which is in an exact relationship with the speed of solidification, it is also possible to bring in always equal quantities additional substances or bodies, intended for the purification of said body, for carrying out specific reactions, for the preparation of alloys or for any other purpose; they can easily be distributed in the liquid and mixed thoroughly with it.
It is thus possible to carry out continuously and in a short time reactions which last a long time in the melting crucible, - being carried out over the large total weight of the molten body 'and which, moreover, is not possible to 'perform practically and with certain success in large quantities. As an example of these treatments to be subjected to a molten metal, we
<Desc / Clms Page number 5>
can cite; the elimination of harmful metallic impurities by the introduction of water vapor, or the deoxidation of the copper by the introduction of suitable gases, then the preparation of the alloys or the introduction of other bodies into the metal, which will be discussed later with more details.
The arrival of the molten body and additional substances can take place in different forms; the body used to carry out the reaction can be mixed with the molten body before the latter enters the mold, by causing a second pipe dl to open into the pipe d of the adjuster (figure 3), the other end of which is ends up in a reservoir (not shown), containing the body of the reaction. It is obvious that in this reservoir must act in a continuous manner a pressure equal to or, where appropriate, greater or less than that which exists in the casting reservoir proper, depending on the conditions under which the additional body is to be added to the molten body. .
In this case, the basic body meets before flowing through the nozzle d with the body causing the reaction or exerting any other action; these bodies must necessarily mix intimately while they continue to flow and arrive in this state in the mold. Once they have left the nozzle, any metallic gases or vapors, etc., which may be released by the reaction can escape.
FIG. 4 represents another mode of introduction. The additional body is brought here by a pipe e, separated from the nozzle, below the surface of the liquid layer as is the molten body. The nozzle can then have only u. single orifice or be formed, for example of a ring d2 with orifices d3 (Figure 5) or also have an appropriate shape especially suitable for the goal to be achieved.
To achieve a distribution in the state of fine division in the case of gaseous reactants, it is important that the pressures on the one hand of the molten metal and on the other hand of the gases are different.
<Desc / Clms Page number 6>
If, with a device according to Figures 3 and 4, it happens for some reason that the pressure at which the molten body or the additional body (or both) arrives in the mold is too great, to prevent with certainty liquid sinkage deep to form, so that a fairly large volume of molten body may remain liquid, a screen device can be placed in front of the orifice of the nozzle which deflects the jet directed downwards, so that it cannot produce an eddy or disturb the progress of solidification. FIG. 6 represents an example of this device.
Under the nozzle, there is a cup p, into which the nozzle which conveys the molten body opens out, as well as a nozzle e, through which the additional body arrives. Thanks to this arrangement, the molten body which flows in well p, immediately and completely unites with the additional body and as the flow of the molten body and the reagent cause a movement of circulation and violent eddies. in the bucket, the intimate mixture of these bodies takes place with certainty.
The molten body can then, once purified in its liquid portion, be distributed in the mold, without the violent eddies being able to exert any action on the already solidified portion, in particular when, as has been indicated, the cup is placed. below the level of the liquid, as the molten body is in effect intercepted and forced to change direction to ascend to the top of the bucket. The cup therefore prevents with certainty the formation of a shrinkage of the shape of Figure 1, and thus provides a new means of achieving the desired small volume of liquid.
In the processes in which the molten body is made to arrive in the mold by passing it through an intermediate reservoir r, it is possible to carry out the purification in this channel r, by introducing the reagent through a pipe s, about the height of the nozzle opening (Figure 7).
<Desc / Clms Page number 7>
The escaping metal gases or vapors can be collected in any case if they have a certain value and used in some other place.
The installation of a cup below the level of the liquid layer favors the aforementioned actions, but also serves to protect against the action of the air the liquid layer or the materials introduced into the mold and the case. the additional body as well. But the cup can also be placed, as shown in Figure 8, above the level of the liquid, when, if it is a question of casting metals or other bodies sensitive to the action of the air, it Air must be prevented from entering between the nozzle outlet, the cup and the liquid level. For this purpose, there is around the nozzle d or the upper opening of the shell a bell 1, which is immersed in an oil bath g, arranged around the mold a. A tight seal is thus produced to the passage of air.
The basic body and the additional body can be reunited and mixed in a perfect way by making them arrive above the level of the liquid as shown in figure 9, giving the lower end nozzle d in the form of a funnel and by placing directly opposite an element h serving to divert the current. The pipes i through which the additional bodies (gas or similar) arrive open into the mold a above the funnel-shaped end of the nozzle. The nozzle and the supply pipes of the additional bodies are here also protected against the access of air by a device f, similar to that of figure 8.
The bucket p itself can receive various shapes depending on the function it has to perform. It can /. Have the shape of figure 10 with partition wall k, or be perforated, or have the shape of a sieve, so as to always intercept the jet of the nozzle, but to form only a weir partial, while the rest of the jet passes through the holes p1 of the bucket directly downwards, however at a reduced speed (fig-
<Desc / Clms Page number 8>
re 11).
The invention also makes it possible, in the same way as that which has been described above in a quite general manner with regard to additional bodies, in particular gases intended for purifying metals, to prepare alloys in the mold itself with their constituent elements, or to add to already prepared alloys or to metals gases and metals or other bodies which one could not bring in combination with them until now, because that for whatever reason, the correct proportion of the mixture could not be achieved in the metal or other molten substance.
This result is achieved by the process of the invention using the aforementioned means as follows: the first case considered is that of the preparation of a brass alloy in the mold itself, (for example a ingot) with the original metal (figure 121. Furnace A contains pure molten copper and furnace B contains pure molten zinc. x and y conduits from the two furnaces lead to a common distribution channel C, of which the nozzle opens into the mold or shell D. The diameters of the pipes are chosen so that, the pressure being the same in the two furnaces, the quantity of each of the two metals passing through the channel corresponds to the proportions of the alloy. Both furnaces are connected to the same pressure line.
When the pressure is made to act to fill the channel, the elementary metals flow into the channel in proportions determined by the diameters of the corresponding pipes, mix there and flow into the shell in the state of finished alloy. Obviously. it is also possible to operate in such a way as to give the pipes the same section and to provide each furnace with a separate pressurized line, It is then necessary to determine by means of a scale, the pressure which must be made to act in each furnace to obtain the desired proportions of the elements of the alloy; the
<Desc / Clms Page number 9>
The pipes can still have the same cross section and a common pressure pipe, but the pressure is adjusted so as to act in each furnace only the relative pressure allowing to obtain the exact proportions of the elements for the desired alloy.
The collecting channel, as it has been described, is not essential; closed channels or pipes can be used (see figure 13). In both cases, care must obviously be taken, as has been described above, that the speed at which the metal (or other molten body) arrives is in a determined ratio with the speed of solidification, in order that the liquid layer keeps permanently small.
The two processes make it possible to maintain each metal (or other body) in its furnace in a liquid state, by covering it on its surface or treating it with protective means and gases which are most suitable for the metal in question. re. It is also of course possible to maintain the temperature of each metal at a value corresponding exactly to its melting point and to the possible casting conditions. It is unnecessary for the temperature to be higher, since the melting temperature of alloys is always lower than that of the elemental metal melting at the highest temperature.
As the metals are kept away from air and the temperature never need to be above the melting points, there is no overheating or resulting metal vaporization; moreover, a perfect, intimate and always uniform mixture is obtained with certainty, which also cannot be changed, when the metal constituting the alloy arrives in the shell, because given that the liquid layer is small and the shell is cooled, solidification is rapid therein, without any deep liquid shrinkage occurring, as in ordinary casting operations.
It is precisely because of this fact that it is also possible
<Desc / Clms Page number 10>
ment to form alloys with metals of very different specific weights. For example, an alloy of aluminum and lead can be prepared without any difficulty, which has hitherto been impossible to do with a perfectly homogeneous distribution throughout the ingot.
At the time of casting the lead always fell more and more to the base of the ingot owing to its high specific weight, and although various methods had been tried consisting in adding the lead by chemical reaction or to achieve an intimate mixing by acoustic vibrations, it has not been possible to obtain, nor to cast, alloys as homogeneous and of good quality as those commonly provided by the process of the invention.
It is likewise possible to prepare without difficulty by this process alloys with metals whose melting points are very different. When this difference is very large, it is preferable not to apply the aforementioned process and not to join the metals before they come out through the fitting, but to apply the process described below which is more advantageous for the case considered (and which can obviously also be applied to the above-mentioned cases).
The nozzles of the metals to be cast open into a container p (figure 14), which has a shape corresponding in principle to that of the cup-shaped screen described above and which is arranged in the shell so as to be completely submerged in the liquid layer of the cast ingot at the time of casting. The elements of the alloy arriving through separate pipes mix intimately in this collecting vessel and the mixture is distributed evenly throughout the section of the shell, to solidify shortly thereafter.
It is also possible to refrain from unblocking the main nozzle and the other nozzles in a receptacle. It is obvious that it is also possible to unblock separately, depending on the circumstances, each nozzle in one.
<Desc / Clms Page number 11>
any point of the section of the casting. In this case, one of the nozzles may have a receptacle, the other not, etc., the decision in this regard always depending on the proportions of the mixture which it is desired to prepare and on the manner in which the various elements are mixed. It is also possible by this method to vary the proportions of the mixture or to prepare different lines in one and the same ingot.
If two metals (given their specific weights or the great difference existing between their solidification temperatures) have a strong tendency to separate again very quickly, one can achieve by a refrigerant pipe z, according to figure 15 crossing the liquid layer b, cooling fast enough to absolutely prevent the elements of the alloy from separating.
This cooling procures certain advantages not only in the case of alloys which are particularly difficult to treat, but also in a quite general manner in other cases.
In addition, it is necessary that the rate at which the metal or other molten substance arrives be in a determined relation with the rate of solidification, so that it is possible to increase the flow rate of the molten metal if the speed As cooling increases under the action of cooling, it is important that solidification proceed as uniformly as possible throughout the entire section of the mold. In the above examples, we have been satisfied with cooling the walls of the mold. The quantity of heat which is withdrawn from it is therefore particularly strong.
But since the highest temperature is always at the center of the cross-section of the ingot, this always results in a somewhat irregular solidification, which also influences the structure of the finished molded part. But if, as indicated FIG. 15, cooling is provided within the liquid layer, which makes it possible to control the temperatures in the entire section of the mold, it is also possible to control
<Desc / Clms Page number 12>
and adjust the solidification at will in the entire section.
This cooling device formed by the cooling pipe of the central part of the liquid layer can also include the shield device in the form of a cup or of any other form.
In the embodiment of FIG. 16, the metal or other molten body is brought through the nozzle 1 into the shell 2 furnished with a cooling double jacket 3. The liquid layer 4 is therefore first formed in the shell. , which solidifying forms the ingot 5. Under the orifice of the nozzle 1, is placed a screen device 6, in the form of a cup, which it is advantageous to suspend from the nozzle 1 by supports 7, in order to to make the bucket 6 independent of the possible movements of the shell 2. The bucket 6 is also furnished with a refrigerating jacket 8, in which the refrigerant arrives via the pipe 9 and from which it can flow through the driving 10.
During casting, the cooling is therefore not only exerted from the outside by the walls of the shell 2, on the liquid layer, but also from the inside by the cooling jacket 8 of the cup 6, so that rapid solidification occurs also in the central part of the entire section. By properly adjusting and choosing the refrigerant in the double jackets 3 and 8, it is therefore possible to precisely control the progress of the solidification.
If it is not desired that the cooling action of the double jacket 8 of the cup 6 is also exerted inwardly on the contents of the bucket in a more or less strong way, it is possible to prevent the heat from being withdrawn. to this content by constituting the internal wall of the cup 6 in a material which is less good conductor of heat than its external wall, or else suitable insulators can be inserted therein.
But, on the other hand, it is also possible to adopt an embodiment according to FIG. 17, in which the bucket
<Desc / Clms Page number 13>
6 is formed of three annular walls, so as to constitute two chambers 11 and 12 around the side walls and the bottom of the cup 6. These chambers 11 and 12 are in respective communication by inlet pipes 13,14 and pipes of exit 15, 16 separated. A coolant which, as in the first embodiment, also cools the molten metal in the central part of the shell, so as to be able to control the operation of the shell, is circulated through the pipes 13, 16 and in the outer jacket 12. solidification.
On the contrary, through the pipes 14,15 and in the double inner casing 11, a heating fluid is circulated, to keep the metal or other molten body which has just arrived in the cup 6 at the most favorable temperature. and to protect it with certainty against the action of the external double cooling wall 12. It is advantageous in this embodiment that the internal and external walls of the cup 6 are made of a material which is a good conductor of heat, while the intermediate wall 17 is made of an insulating material. This device therefore makes it possible not only to control the quantity of heat withdrawn and at the same time the progress of the solidification, but also to establish the most advantageous conditions for the molten body to be sent later.
At the same time, it is advantageous to give the outer wall of the cup a downwardly tapering cone-shaped shape, so that the solidifying molten metal is more easily detached therefrom.
Figure 18 shows an embodiment similar to that of Figure 16, with the difference that the bottom of the cup 6 is a single wall, so that the cooling jacket 8 extends only around its walls. vertical sides.
But on the other hand, the cooling double jacket 8 can exist only on the bottom of the cup 6, as shown in Figure 19, so that the walls facing upwards
<Desc / Clms Page number 14>
of the bucket and do not include cooling.
But, as shown in Fig. 20, the shielding device also does not need to be in the shape of a cup. This device, the main function of which is to change the direction of the molten body coming out of it. nozzle consists here of a simple plate 6, so as to laterally deflect the jet of the molten body, exiting from the nozzle 1. However, this plate is lined underneath with a double cooling jacket 18 with inlet pipes. and starting at 19.20, allowing a refrigerant to pass through the double casing. Here, too, it may be advantageous to make the plate 6 of an insulating material, while for the walls of the double casing 18 a material which is a good conductor of heat is used.
It is also possible, with a screen device of this type, to provide, as in the embodiment of FIG. 17, a special heating device, or a double heating jacket for the plate 6, so that in no case, there is heat subtraction.
FIG. 21 represents an embodiment, in which the cup 6 has a shape similar to that of the example of FIG. 16, that is to say comprises a double casing 8 surrounding its sides and its bottom and communicating with inlet and outlet conduits 9 and 10, inside the cup 6 is mounted a special cooling device 21 formed of curved walls and guide plates, so that the molten metal entering the tube. inside the bucket 6 by the nozzle 1 is forced to travel a longer path in close contact with the curved sheets, before being able to exit at 22 to arrive in the shell. The curved sheets delimit a chamber, into which a refrigerant or heating fluid can be supplied as required by line 23, from which line 24 provides the outlet.
This device allows to control with precision the progress of solidification not only by cooling the body already in
<Desc / Clms Page number 15>
the liquid layer, but also by adjusting the temperature of the incoming molten body.
Fig. 22 shows a similar embodiment, with the difference that the curved sheets of chamber 21 are arranged horizontally instead of being placed vertically. Although in this embodiment the presence of a cooling double jacket is not indicated, it is obvious that one can however be fitted, if necessary.
FIG. 23 represents an embodiment similar to that of FIG. 20, that is to say with a screen device 6 in the form of a plate and cooling double jacket 18. so that the molten body leaving the nozzle 1 is uniformly distributed in all directions, a special distributor 25 is placed on the plate 6, having approximately the shape of a cone and which also has the function of preventing the molten body which has just arrived from settling. cool too much by too long contact with the cooled plate 6.
EMI15.1
Figure 24 shows a similar embodiment éZ4.aJùo with an insert 25 placed on the bottom of a shielding device in the form of a cup 6. As can be seen in Figure 25, this dispenser 25 can also be used. joined to the cooling jacket 8 or 18, so that its surface, with which the molten body comes into contact first, can re maintained at a determined temperature.
As already indicated, in Figures 18 and 19, it is not necessary for the coolants to come into contact with all of the walls of the cup. Figure 26 shows another example of this arrangement; In this figure, the cooling jacket 28 extends only up to a determined height of the walls of the cup. Above the double cooling jacket 28 run from the inside of the cup 6 towards the outside of the channels 29 and 30, through which the molten body supplied by the nozzle 1 can flow. As shown in figure 26, the channels can have inclinations
<Desc / Clms Page number 16>
different to give rise to flows of different intensity.
The same result is achieved by causing the flow channels 29, 30 to leave, according to FIG. 27, at different heights from the inside of the bucket.
Figures 28, 29 and 30 further show that these flow channels can be equally or unevenly distributed over the periphery of the bucket, so that flow rates and flow directions can be obtained as required. of the different molten bodies and in this way also achieve as regular a control of the temperature as possible.
Just as alloys of two or more metals or metal alloys can be prepared by the processes described above, so obviously an alloy of a metal or a metal alloy can be prepared. with gases or other solidifying bodies or unite them together, operating according to circumstances with or without internal cooling.
As there always exists in the mold, according to the invention, a liquid layer, however small it may be, it is easy to introduce on its surface an object whose melting point is higher than that of the basic body. or which is not attacked by the heat of this body, since it is possible to operate in the absence of air. In this connection, the following operations are envisaged: a) As in the case of reinforced concrete, for example, an iron wire or a fine iron wire mesh is introduced into a light metal alloy, while operating continuously.
A considerable strengthening of the light metal alloy is thus achieved. b) To obtain various colors, for example, copper, brass or nickel wires are introduced into a white light metal alloy forming the base metal, so
<Desc / Clms Page number 17>
in making them appear on the surface or in section during subsequent operations and in obtaining by suitable pickling or dyeing interesting color patterns. o) It is also possible to introduce there (since we realize a protection against the access of the air roughly in accordance with figures 8 and 9, there is no trace of oxygen), wood or d '' other combustible bodies, such as textiles, leather, etc.
In addition to the solid bodies, it is obviously also possible to introduce into the liquid weight, gases, very finely distributed metals with a high melting point in the form of powder or grains, graphite (with a view to the manufacture of cushions) and obtain, -always by the use of the means of the invention: small volume of liquid, with or without a cup, continuous operation, a layer distributed in an absolutely uniform manner in the entire molded part. It thus becomes possible to prepare alloys (in particular by bringing gases into them and by introducing high-melting point metals in the liquid state or in the solid state), the preparation of which. continuous and regular ration had not been possible until now.
It is also possible, by operating in a continuous manner, to manufacture profiles of great dimensions and of great length in light metal (U-rails, etc., for the construction of buildings and machines) in lengths such as was absolutely necessary. impossible to get them so far.
With regard to high melting point hard bodies such as nitrides, carbides, the most important question to be resolved is how to make them adhere securely and how best to embed them in. other metals or other bodies. The process of the invention also makes it possible to achieve the desired result, since it can be applied to the preparation of alloys and hard body compositions with a high melting point.
<Desc / Clms Page number 18>
In the embodiments described above, it was in principle only a question of screens, stationary, smooth and cup-shaped devices which in principle only cause a change of direction and the swirls which immediately result therefrom. However, in certain cases, it is advantageous to produce eddies, which are even more violent and, in a way, if necessary, the projection of the molten body which arrives and of any additional bodies. The following figures give some examples of these operations.
In the embodiment of FIGS. 31 and 32 which respectively represent a longitudinal section and a plane, in the mold not shown there is a cup p1, in which is mounted a second cup p2 comprising fins on its periphery. internal. The nozzle d opens out eccentrically with respect to the cup p2 and delivers the molten body in the direction of the arrow with a determined speed which depends on the nature of the molten body and on its rate of solidification.
The jet of the molten body in the well 2 causes this well to take a rotational movement, so that the jet comes to meet its oblique fins. The result of this rotational movement is a suitable stirring of the molten body, so that the additional bodies subsequently introduced, such as gases or other metals or bodies, mix intimately with the base body in the relatively low contained in wells p1 and p2. The molten body thus treated then passes over the edge of the cup p1 into the mold in the form of a quiet current without producing an eddy in the liquid cowhe and consequently disturbing the progress of the solidification.
The embodiment of Figures 3 and 34 operates in a similar manner. It has a no longer eccentric but central inlet of the molten body, the pipe d, through which arrives the molten body located in the axis of the cups p1 and p2 mounted one inside the other and having no outlet orifice.
<Desc / Clms Page number 19>
tie in the vicinity of the bottom of the bucket p2, which has fins at its upper part, so that the molten body flowing from the bottom upwards causes the bucket p2 to take a rotational movement and thus causes the stirring necessary for a intimate mix.
In the embodiment of Figures 35 and 36, which still show respectively a longitudinal section and a plane, the bucket is replaced by a screen element p, which also prevents the molten body arriving through the pipe d from arriving. directly into the mold and produce swirls in the liquid layer.
This screen element also comprises curved fins, so as to take a rotational movement under the action of the jet of the molten body. This results in a deflection of this vertical jet in a more or less horizontal direction and at the same time stirring and mixing with any additional substances which may be added subsequently; in addition, the molten body is prevented from agitating the liquid layer.
The rotational movement of the element p further projects, to some extent, the molten body against the walls of the mold thereby effecting proper mixing and mixing with other bodies.
The device of Figures 37 and 38 operates in the same way; in this device, the screen element p comprises oblique fins and the inlet pipe dest mounted eccentrically as in the example of FIG. 31.
These various embodiments operate under the action of the pressure serving to force the molten body through the nozzle into the mold. At a given speed, it is important that the internal diameter of the communication pipes provided and determined by the pressure remains constant, otherwise the flow rate varies even under constant pressure. The material used to make these pipes must therefore withstand the temperature of the molten body.
<Desc / Clms Page number 20>
However, it is difficult to find for each molten body a suitable material for making the pipes, especially when it comes to the most diverse metals, such as copper, iron, steel, aluminum or the like and their alloys. , because not only this material must withstand the temperature, but it must also allow the flow of the molten body to take place under favorable conditions. Above all, it must not be attacked by the molten body, nor attack it itself or undergo modifications liable to vary the flow speed, nor the flow rate of the molten body.
The refractories heretofore employed for this purpose, such as soapstone and the like, cannot provide extended service, as has been observed, because they undergo modifications and alterations. It has been found that sintered corundum does not have these unfortunate properties and is equally suitable for all high-melting substances. Consequently, it is proposed by the invention to execute in sintered corundum the pipes and nozzles through which any body, any molten material, in particular metals such as copper, per and their alloys from the furnace is passed into the mold.
This material first has a strong resistance against the action of high temperatures reaching about 1900 to 2000. But it has also been observed that even in the vicinity of the limit temperature, it is not attacked by a molten body, whatever it may be, and always lets through with certainty a constant flow, when the conditions remain constant. It has also been established that the castings are particularly perfect when the pipes and nozzles are made of sintered corundum.
When using the sintered corundum according to the invention, the parts made of this material are heated before starting the casting to the temperature of the molten body and
<Desc / Clms Page number 21>
maintains them at this temperature during casting. According to the invention, for the manufacture of electric heating resistors, molybdenum or molybdenum alloys are used, which must be protected against the action of oxygen by suitable means.
Figure 39 shows a schematic example of this device.
The molten metal leaving the furnace 100 is first brought into an intermediate tank 102, so as to empty the furnace 100 as quickly as possible and to be able to use it for the preparation of a new charge of molten body. A pressure can be made to act in the intermediate reservoir 102 by any means whatever, so as to cause the molten body to pass through the pipe 103 into the nozzle 104 at a determined speed and from there into the mold 105.
According to the invention, the pipe 103 and the nozzle 104 must be made of sintered corundum so that the 9n obtains the aforementioned advantages.
It is advantageous to provide the pipe 103 and the nozzle 104 with particular heating devices 106, indicated in dotted lines in the figure. It is advantageous to make the heating coils from molybdenum or molybdenum alloys.
The installation constructed in accordance with one of the examples described above or with a combination of these examples satisfies all the conditions set out at the start of the description and makes it possible to obtain with certainty a liquid layer in the mold. unimportant, since all other operations can be controlled in a specific way.
In this regard, the shielding device, especially if it is shaped like a cup and causes a change in the direction of the jet of the molten body flowing in the mold, has yet another important function. r
<Desc / Clms Page number 22>
In fact, in the case where the operation is carried out in an olos vessel or under a layer of opening, it is necessary to direct the jet of the molten body in such a way as to avoid any suction effect downwards or the formation of eddies at the bottom. surface of the liquid layer. Because if there is a suction effect of this nature or if swirls are formed under the action of the jet of the body arriving in the mold, it may happen that particles of the protective gas or of the protective layer whatever it either, for example graphite or salt particles are entrained in the molded part.
To avoid this eventuality, by mounting the aforementioned cup under the nozzle, the jet of the body arriving in the mold is directed so that the movement of the liquid body takes place only towards the surface. i.e. from bottom to top (see fig.
40), where the protective layer m is located on the liquid layer b. The body flowing through the nozzle d can never carry with it particles of the protective layer in the liquid layer b, because when leaving the cup p, it always flows first from the bottom up and is then distributed evenly and without swirling over the entire section of the shell.