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pour : Perfectionnanonta à la coulée des lingots mES1ialliques Cette invention est relative à. la cou- lée des métaux et, en particulier, à, la coulée de lingots destinés à être ouvrés, par exemple par laminage ou for- geage.
L'invention a principalement pour objet des perfectionnements apportés aux opérations de coulée de ce genre de façon non seulement à permettre d'obtenir des proportions plus grandes de matière utilisable, ou
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vendable, du lingot que celles qui ont été obtenues dans 1& pratique antérieure, mais aussi en vue de réduire au minimm les difficultés et imperfections qui ont été occasionnées dans la pratique antérieure et de réaliser des économies importantes dans les dépenses afférentes à la coulée.
Plus particulièrement, l'invention a prin- cipalement pour objet un procédé de coulée de lingots qui est peu coûteux et facile à mettre en pratique, qui n'exige pas de hausses, têtes ou rallonges fragiles et coûteuses du type de celles qu'on utilise habituellement à l'heure actuelle, qui réduit au minimum la retassure due au retrait et la formation de soufflures dans le lingot et qui évite la production de criques par forma- tion de voûtes, .
Un autre but de l'invention est de pré- voir, pour la mise en pratique d'ion tel procédé, des dis- positifs qui sont peu coû-teux, faciles à manutentionner et non fragiles et qui coopèrent de façon à réduire au minimum la retassure et la formation des soufflures en assurant ainsi l'obtention d'une proportion élevée de produit vendable.
Dans la coulée des métaux destinés au laminage et au forgeage, et spécialement dans la fabrica- tion des lingots d'acier, auxquels l'invention est par- ticulièremant applicable, une condition essentielle est l'obtention de lingots présentant aussi peu de défauts que possibles en particulier de retassures et de soufflu- res. Le mécanisme de la formation de ces défauts est bien connu et il n'est pas nécessaire de l'exposer ici. De marne, les inconvénients des retassures et dessoufflures
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sont bien connus de l'homme du métier.
Ainsi, une partie retassée d'un linget représente un déchet puisqu'il n'est pas possible de la convertir en produit fini vendable, et des soufflures peuvent être préjudiciables, que ce soit parce que le métal poreux ne se soude pas ou parce que les soufflures provoquent la formation de paillettes et d'autres imperfections superficielles de la matière finie.
La formation de retassures dans les lingots d':acier a été combattue de diverses manières qui toutes, à la connaissance de la demanderesse, visaient à mainte- nir le métal qui se trouve à la partie supérieure du lin- got en fusion pendant un temps suffisant pour permettre la solidification sans qu'il se forme de retassures ou de telle sorte qu' il ne se forme qu'une légère retassure limitée à l'extrémité du lingot. Par exemple, des efforts ont été tentés en vue de réaliser ce résultat par un apport de chaleur à la partie supérieure du lingot, no- tamment par l'application d'une matière combustible telle que la paille ou le coke, ou à l'aide d'une flamme appli- quée à. la partie supérieure du lingot.
Ces procédés, etd'autres analogues, n'ont pas été particulièrement satisfaisants, principalement parce qu'ils n'ont pas suffisamment diminué la retassure et qu'ils sont moins efficaces à cet égard que d'autres procédés ou moyens. En outre, ils nécessitent de grandes quantités de matières telles que la paille, quelquefois une quantité aussi grande qu'une balle par lingot, pour obtenir un résulta.! quelconque, ce qui est coûteux. De plus, la flamne et la fumée qui résultent de la combustion de la paille sont dangereuses et gênantes. Le coke et les
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combustibles analogues ne sont pas non plus particuliè" rement efficaces et quelques personnes pensent que l'acier peut Emprunter du carbone au coke.
Un autre moyen proposa consistait à. diminuer la section de paroi de la lingotière à l'extré- mité supérieure pour réduire au miniman le refroidisse ment du létal dans cette zone, mais on n'a pas réussi, par ce moyen, à effectuer une élimination sensible de la. retassure.
La pratique habituelle consiste à. monter à la partie supérieure de 1& lingotière ce qu'on appelle une hausse, tête de lingotière ou boite à masselotte, qui, ainsi qu'il est bien connu, est une pièce tubulaire constituant un prolongement de la lingotière. Deux types généraux de hausses ont été utilises. Le premier de ces types est fait d'une céramique réfractaire telle que l'argile réfractaire, et le second comprend un boîtier métallique garni d'un réfractaire. Le type en céramique réfractaire présente l'inconvénient que les hausses sont lourdes, fragiles et sujettes à occasionner de grandes pertes par rupture, outre qu'on ne peut les utiliser que pour la coulée d'un seul lingot.
Le type à garniture peut généralement être utilisé pour plusieurs lingots, mais son coût initial est élevé. De plus, on a. propose de fabriquer ces hausses à l'aide de matières ou struc- tures isolantes pour conserver la chaleur dans cette partie du lingot.
Ces hausses ont été très largement mtilisées, mais elles possèdent un grand nombre de carac- téristiques regrettables. C'est ainsi quelles sont fragiles, lourdes et encombrantes et qu'elles exigent
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- au moins en ce qui concerne les hausses de grandes dimensions - un appareil de levage pour leur manuten- tion. Leur utilisation entraîne beaucoup de main-d'oeuvre.
Une- partie importante du lingot doit inévitablement être rognée- et les résidus des hausses sont susceptibles de détériorer les fours à pits ou fosses d'égalisation de chaleur. Ces facteurs et d'autres concourent à rendre assez élevé le coût de l'utilisation de hausses, ainsi qu'il sera exposé plus en détail au cours de ce qui suit.
En dépit des nombreux moyens proposés pour diminuer la retassure et la formation de soufflures et, en dépit de l'expérience acquise dans l'utilisation de tous les types de hausses dans la coulée de nombreux millions de tonnes d'acier, il se produit encore des pertes importantes de métal.
Même en opérant de la façon la plus rationnelle dans l'utilisation des hausses en céra- Inique. qui ont jusqu'ici été considérées came' le meilleur moyen de diminuer la retassure,, il se produit de grandes pertes de métal et, d'une façon générale, ces pertes augmentent avec les dimensions du lingot. L'expérience
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,,Périence démontré qu'il est nécessaire de rogner une quantité allant jusqu'à. 20 % ou davantage du poids du lingot; ceci comprend la partie masselotte du lingot, qui reprâsente une perte inévitable, et la partie qui doit être rognée pour enlever la. retassure qui s'est propagée à l'intérieur du corps du lingot.
Ces déchets constituent une perte parce qu'ils ne peuvent pas être convertis en un produit fini vendable. Dans la pratique ordinaire, la proportion maximum de métal qu'on peut obtenir dans les conditions les plus favorables, quelles que soient les dimensions du lingot, est usuellement de 84 % environ et, comme on
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l'a indiqué, les partes peuvent être et sonthabituellement plus grandes.
En fait, l'accroissement du rendement qui résulte de l'utilisation de hausses est si faible, dans certains cas, que certains sidérurgistes estiment que les dépenses qu'entraîne cette utilisation ne sont pas justi- fiées,
On décrira l'invention en se référant au dessin annexé sur lequel :
La figure 1 est une coupe verticale de l'extrémité supérieure d'une lingotière munie d'un type ordinaire de hausse ou tête de lingotière;
La figure 2 en est une vue en plan;
La figure 3 est une vue analogue à la figure 1 mais montrant, en cours d'utilisation, une des plaques dont l'application fait l'objet de cette invention;
La figure 4 est une vue en perspective de cette plaque;
La présente invention est fondée sur cette découverte qu'on peut diminuer notablement ou suppri- mer à peu près complètement la retassure en disposant dans l'ouverture de la lingotière , après que le métal a été coulé, une plaque ou dalle de matière cellulaire subdivi- sée ayant été agglomérée à l'aide d'un liant résistant à la chaleur pour constituer une structure poreuse et thermiquement isolante. La demanderesse a trouvé que, par ce moyen, la dissipation de chaleur à l'extrémité supérieur re du lingot est réduite à un degré tel que, en comparai- son avec la meilleure pratiqua; antérieure, la retassure est notablement diminuée et que la proportion de matière utile obtenue est notablement augmentée.
Dans la mise en pratique de l'invention ainsi décrite, la plaque de matière
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susmentionnée possède approximativement les mêmes dimen- sions, mais est un peu plus petite, que l'ouverture de la lingotièrs de sorte quelle repose directement sur la surface supérieure du métal du lingot.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, on utilise une plaque du type ci-dessus ayant été préparés en agglomérant de gros copeaux ,de bai s dits "excelsior" avec un ciment résistant à la chaleur.
Les copexux de bois conviennent particulièrement bien parce qu'ils constituent une matière de base mauvaise conductrice de la chaleur et parce qu'on peut les conver- tir en une plaque dont le rapport de la masse au volume est faible de telle sorte qu'on obtient une structure convenablement poreuse possédant les caractéristiques d'isolement thermique dont Découlent les avantages de cette invention.
Les ciments magnésiens réf rac tai re s, de préférence un ciment à base d'oxy-sel magnésien, tel que l'oxysulfate ou l'oxychlorure de magnésium, consti- tuent des matières résistant à la chaleur qui conviennent pour agglomérer les copeaux. On en revêt ou imprègne ceux-ci, par exemple en projetant sur eux de la magnésite calcinée en suspension dans une solution de chlorure ou de sulfate de magnésium ou en les faisant passer à travers un bain d'une telle suspension. Pour l'obtention des meilleurs résultats, il est important que les copeaux soient complètement revêtus du ciment, mais une couche relativement mince suffit pour les buts visés par cette invention.
Les copeaux traités sont ensuite comprimés à un degré désiré pour obtenir une porosité propre à assurer des propriétés élevées d'isolement thermique. tout en
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évitant la production d'une masse comprimée trop danse.
On sèche la plaque pressée, qui est alors prête à servir,
Ceci donne une plaque poreuse qui est dure, solide, dont le rapport de la masse au volume est faible, qui possède un pouvoir d'isolement thermique convenable et dans la- quelle les fibres de bois sont enrobés d'une couche mince de ciment qui résiste à la chaleur, ou est réfrac- taire, et qui unit aussi le tout sous forme d'une planche, dalle ou plaque rigide et solide.
Comme exemple d'un mode opér&toire conve- nant pour la fabrication de plaques destinées à être uti- lisées dans la mise en pratique de cette invention, on découpe des billes ou des bûches séchées à. l'air en tronçons de 40 cm qu'on travaille alors dans une rabo teuse de façon qu'on obtienne des copeaux de 40 cm de longueur, d'environ 4,7 mm de largeur et d'environ 0,4 mm d'épaisseur.
Ces copeaux sont conduits, de préférence sous tonne d'une natte ou bande enchevêtrée, à travers un bac contenant un bain de ciment à l'oxysulfate de magnésium composé de 50 kg d'oxyde de magnésium, de pré- férence sous forme de magnésite caustique, en suspension dans 75 kg d'une solution de sulfate de magnésium prépa- rée en traitant de l'oxyde de magnésium faiblement calciné par de l'acide sulfurique.
A leur sortie du bac, on fait passer les copeaux entre des rouleaux pous expulser l'excès de ciment d'oxysulfate, puis sur une table formeuse. On ob- tient des plaques convenant particulièrement pour la mise en pratique de cette invention en convertissant les co- peaux traités en une colonne rectangulaire qu'on comprime alors jusqu'à ce qu'elle ait été réduite à l'épaisseur désirée.
Ainsi, on peut faire passer les copeaux sur une
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table de compression comprenant quatre courroies d'acier sans fin constituant une section rectangulaire* Les courroies latérales peuvent, par exemple, rester à une distance constante de 50 cm l'une de T'autre, et les courroies supérieure et inférieure peuvent converger d'Uns distance initiale de 45 cm à une distance de 7,5 cm l'une de l'autre. La table de compression convertira donc Sabord les copeaux en une colonne de 50 x 45 cm, qui sera ensuite convertie en une planche de 50 cm de largeur et de 7,5 cm d'épaisseur.
En quittant la table de conformation, la planche passe à travers un séchoir dans lequel elle est séchée à une température maximum de 315 à 3700 0, par exemple. La plaque est alors prête à servir. Cette ma- tière pèse environ 33 kg par mètre carré et est composée approximativement de deux tiers de ciment et d'un tiers de fibre de bois.
La matière utilisée pour mettre l' in- vention en pratique possède une combinaison de propriétés qui coopèrent de façon à améliorer notablement la Qualité du lingot par la réduction des pertes et à réaliser des économies importantes en comparaison avec la pratique antérieure. En premier lieu, l'utilisation d'une plaque poreuse dont le rapport de la. masse au volume est faible, qui caractérise cette invention, assure à un degré élevé l'isolement thermique du métal qui se trouve au sommet de la lingotière, étant donné que la plaque n'absorbe et. ne cède par rayonnement à l'atmosphère extérieure que relativement peu de chaleur.
Ceci assure le maintien de la quantité maximum de métal fondu à la partie supé rieure du lingot, ainsi que cela est nécessaire pour
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assurer la solidification avec le minimum de formation de retassures. En outre, le retard apporté au refroidisse- ment du sommet du lingot, came résultât de la mise en pratique de cette invention, laisse aux gaz le temps de s'échapper du métal en cours de solidification et, par suite de la nature poreuse de la plaque de recouvrement, ces gaz s'échappent librement, ce qui contribuez.-; aussi à réduire au minimum la formation des soufflures.
Les avantages que procure, la mise en pra- tique de cette invention seront mis eh évidence par une comparaison de la pratique courante de l'utilisation d'une hausse avec la pratique de la. présente invention. Les fi- gures 1 et 2 représentent la pratique courante suivant laquelle une hausse ou tête de lingotière en céramique tubulaire 1 est disposée dans l'extrémité supérieure d'une lingotière 2. La hausse représentée est d'une forme très couramment utilisée dans L'industrie et comprend un corps fait d'argile réfractaire présentant sur deux côtés opposés des paires de nervures 3 qui, partant de la sufface supé- rieure , se terminent en deçà de la surface inférieure, comme on le voit syr la figure 1.
L'extrémité. inférieure de la hausse pénètre ainsi dans la lingotière, et les nervures 3 sont situées au-dessus de la surface supérieure de la lingotière.
En général, l'enlèvement des hausses de ce genre et leur mise en place dans les lingotières sont effectués à l'aide d'un pont roulant, et l'on dispose des cales en bois 4 entre les extrémités inférieures des nervures 3 et la surface supérieure de la lingotièrs.
Le mode d'utilisation habituel da ces hausses consiste à les placer'dans les lingotières reposant
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sur le train de lingots qui a été amené près de la plate- fome de coulée, étant donné que le fait de déplacer le train après que les hausses ont été mises en place et avant la coulée risquerait de modifier la position des hausses. et c'est pourquoi le montage des lingotières ne peut pas être effectué sur le chantier. Ceci ralentit l'opération de coulée, étant donné que, pendant que s'effectue la mise en place des hausses, la platefome de coulée est occupée par le train et que le pont roulant est occupé au montage des hausses.
Il n'est donc pas pos- sible d'effectuer la coulée pendant ces opérations. '
La pratique courante consiste à couler le métal dans la lingotière 2 pourvue de la hausse 1 jusqu'à un niveau situé juste au-dessus de l'extrémité inférieure de la. hausse, par exemple celui indiqué en L sur la figure 1. On remplit de même une seconde lingptière puis, dans l' ordre dans lequel la coulée a été effectuée initialement dans les deux lingotières, on remplit celles-ci jusqu'au sommet de leurs hausses. Lorsque chaque lingotière et sa hausse ont été remplies de métal, on chasse les cales 4 pour permettre à. la hausse de descendre vers le sommer de la lingotière à mesure que le métl se contracte, afin d'éviter les criques par formation de voûtes.
On répète cette opération avec les paires successives de lingotières jusqu'à ce que tout le métal de la charge ait été coulé.
Par contre, le mode opératoire caractéri- sant la présente invention est extrêmement simple. On remplit la lingotière 2a (figure 3) de métal 10, puis on place dans l'ouverture'de la lingotière, de façon qu'elle repose sur la surface du métal, une plaque 11 (figures 3 et, 4) du type objet de l'invention.
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On voit immédiatement les avantages qui dé- coulent de l' invention. C' est ainsi que l'on peut faire glisser les plaques de la plateforme de coulée dans l'ouver- ture de la lingotière, de sorte que l'utilisation d'un pont roulant n'est pas nécessaire. Conme les lingotières n'exigent aucune préparation, on fait rouler les trains de lingots jus- qu'à la plateforme de coulée, on coule immédiatement tout le métal de la charge, puis on évacue le train, la plateforme restant ainsi en tout temps libre pour la réception du train de lingots et la coulée immédiate.
De même, la formation de criques est entière" ment évitée dans la mise en pratique die l'invention, et les artifices qui étaient nécessaires jusqu'à ce jour dans l'uti- lisation des hausses pour éviter leur formation, tels que l'insertion de ca.les au-dessous de la hausse et l'enlèvement subséquent de ces cales, sont inutiles et évités.
En outre, dans la mise en pratique de la pré- sente invention, contrairement à la pratique habituelle compor tant l'utilisation de hausses, on coule le métal successive- ment dans une série de lingotières, dont. le nombre dépendde leurs dimensions, de la qualité de l'acier et de facteurs analogues, avant qu'aucun remplissage supplémentaire ne soit nécessaire. Ceci prouve que, dans la mise en pratique de cette invention, le métal est maintenu convenablement fondu dans la zone nécessaire pendant des périodes de temps plus longues qu'il n'est possible lorsqu'on utilise clés hausses, et ceci se traduit par la réduction des retassures au minimum.
De cette façon, comme l'expérience réelle l'a démontré, on peut couler successivement six ou douze lingots ou davantage, alors que la pratique courante était de couler deux lingots et d'effectuer alors le remplissage supplémentaire; on réalise donc une économie de temps importante, par exemple une écono-
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mie de 10 à 20 minutes sur le temps nécessaire pour cou-
1er le métal d'une charge.
Quelques-uns des avantages les plus frap- pente ressortent d'une comparaison des hausses avec les plaques utilisées conformément à l'invention. Une hausse typique du type représenté sur les figures 1 et 2 pour une lingotière de dimensions courantes ayant, par exemple, une ouverture d'e 56 cm x 56 cm à la partie supérieure, aura approximativement 51 cm x 51 cm et une hauteur de
45 cm, avec des parois de 5 an d'épaisseur. Son poids et son encombrement pour le transport seront approximative- ment de 90 % et de 120 cm3 et la charge d'un wagon ordi- naire est composée d'environ 440 hausses de ce genre.
En raison de la nature fragile de ces hausses, il faut qu'elles soient emballées avec beaucoup de soin ; enparti- culier, il faut qu'elles soient entretoisées de.façon qu'elles ne puissent pas se déplacer dans les wagons en- dant le transport, et clés cadres faits de lattes de bois ainsi que de planches sont nécessaires sur toute la hauteur du wagon pour assurer un entretoisement convenable. Même avec les plus grands soins, un pourcentage considérable de ces hausses se brisent fréquemnent pendant le, transport, surtout si on laisse le wagon rouler pardessus le dos d'âne dans la gare de triage.
Le risque de rupture au cours du transport est si grand qu'il est génér-alement considéré aomne avantageux de s'entendre avec la Compagnie de chemins de fer pour éviter le passage des wagons de hausses sur le dos d'âns.
De plus, l'acheteur de ces hausses spécifie généralement qu'elles doivent être cerclées à l'aide d'un fil métallique fort, par exemple de 2,5 mm de diamètre, disposé de façon à constituer une seule boucle 5 (figure 2)
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autour de la baisse, puis serré, habituellement, à l'aide de tenailles spéciales. Avant de placer les hausses sur les lingotières, on dispose habituellement autour d'elles deux ou trois autres cercles supplémentaires en fil métal- lique 6, de la même manière.
Le heurt de l'acier fondu contre la hausse, ou marne la ohaleur de l'acier pendant sa coulée à travers la hausse, peuvent provoquer, et provc- quent généralement, le fendillement de la. hausse, souvent en de nombreux morceaux, et c'est pour cette raison que les hausses sont cerclées pour empêcher leur destruction complète et la perte complète du métal coulé qui en résul- terait ou pour empêcher le métal de fuir exagérément à tra- vers les fissures et de se répandre sur la lingotière.
Lorsque des fuites de ce genre se produisent - et ceci n'est pas rare - , il se développe souvent des criques dues à. la formation de voûtes, d'où résultent une diminu- tien de la production, un retard dans la coulée et le rejet nécessaire d'une grande partie du lingot ainsi coulée
Ces inconvénients de la rupture des haus- ses en argile réfractairs et de la formation de criques font obstacle à. l'utilisation des hausses ordinaires.
Par exemple, le fendillement et la rupture de la hausse dont il vient d'être question créent un grava danger dû au fait que la hausse contient une masse considérable de métal fondu qui est soumise à une hauteur de charge considérable, spécialement, dans le cas des grandes hausses de 45 à 60 cm de hauteur, Par suite, le métalest prêt à jaillir avec force par toute fissure ou ouverture susceptible de se former dans les parois de la hausse, ce qui constitue un grave danger pour les ouvriers situés dans le voisinage.
Le cerclage de la hausse est destiné à maintenir les par- ties fendillées dans leurs positions relatives. Toutefois,
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le contact du métal fondu avec les fils métalliques, par exemple comme résultat du fait que ce métal suinte à tra- vers une fissure ou dégoutte de la poche de coulée, est susceptible de couper ces fils et, si la hausse est fortes ment fendillée, elle est susceptible d'éclater et de laisser tomber le contenu sur la platefome de coulée,. ce qui constitue un risque d'accident très grave pour les hommes.
De même, lorsque le matai suinte à tra- vers la hausse et qu'il en résulte une adhérence dudit métal avec la lingotière, il se produit presque toujours des criques et le démoulage est rendu difficile. On peut éliminer les petites criques par burinage, ce qui est la pratiqua courante, mais ces criques sont fréquemment si profondes qu'il est moins coûteux de rejeter la billette que de chercher à éliminer les criques par burinage et on ne peut habituellement déterminer la. profondeur de cri- ques qu'àmesure que se poursuit le burinage, de sorte que, dans ce dernier cas, un certain degré de burinage est nécessaire avant qu'on puisse déterminer si la billette doit ou non être rejetée.
Le burinage est coûteux et, par suite, la formation de criques peut constituer,un fac- teur important du coût du produit fini.....,
Au contraire, une plaque 11 (figure 3) utilisée avec une lingotière de mêmes dimensions pèsera, lorsqu'elle aura été fabriquée de la façon précédemment décrite, environ 9 kg. Les plaques, de 50 x 50 x 7,5 cm, n'occupperont que 19,5 dm3 chacune et 9'exigeront pratique ' ment aucun empaquetage de quelque genre que ce soit pour le transport.
Une charge de wagon ordinaire contiendra. approximativement 3600 pièces, et le danger de rupture ^dans le transport est pratiquement nul. Morne si une plaque
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se brise, on peut la. réparer aisément et pour une faible dépense à l'aide de ciment, ce qui n'est pas possible dans le cas des hausses en argile réfractaire. Ces pla- ques n'exigent pas d'empaquetage spécial ou de cerclage ou frottage par du fil métallique, que ce soit avant l'ex- pédition ou en service, de sorte que non seulement la rupture au cours des manutentions ne présente plus d'im- portance, mais le risque de rupture en service et le dan- ger et les inconvénients qu'il entrai ne sont aussi évités.
Les avantages qui découlent de ces caractéristiques en comparaison avec l'utilisation de la hausse sont évidents, surtout en ce qui concerne la suppremion des pertes dues à la rupture et à la possibilité de manutentionner les plaques san s utiliser de pont roulant et sans grande précaution.
En outre, les risques et difficultés pré- cités qui découlent des fissures et de la. rupture des hausses en argile réfractaire sont supprimes par la pré- sente invention puisque tout le métal est contenu à l'in- térieur de la lingotière, ainsi qu'il ressort de ce qu'on @ dit plus haut, Un danger tel que celui qui vient d'être décrit n'existe donc plus. Le fait que la mise en pratique de cette invention supprime les criques et augmente ainsi la production puisqu'il n'est plus nécessaire de buriner le mâte.! ni de rejeter de billettes à cause de criques de ce genre est d'une importance particulière. En plus de ces économies, on évite le coût élevé du burin-aga.
Dans 1'utilisation des hausses ordinaires, le réfractaire argileux, ébranlé par l'opération de démou- lage du lingot, tombe sur le sol et s'y accumule, ce qui entraîne des opérations de nettoyage continuelles qui in- traduisent un autre facteur de dépense dans l'utilisation
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des hausses. De plus, une certaine quantité de réfractaire adhère presque invariablement au métal de la masselotte au moment où le lingot passe dans les fours pits, ce qui constitue un inconvénient pour deux raisons.
En premier lieu, ce réfractaire s'unit par fusion à l'oxyde de fer pendant le chauffage du lingot, ce qui donne.) une scorie exerçant une action extrêmement corrosive sur la garniture des pits, de sorte que, lorsqu'elle coule au fond du pit, elle détruit assez rapidement le réfracaire. Un métallur- giste qui utilise des hausses pour la première fois cons- tate ordinairement que les frais d'entretien des fours pits augmentent notablement dès qu'on a commencé à utiliser des hausses en raison de ce facteur. Ceci a bien entendu sa répercussion sur le coût de licier et peut être attri- bué directement à la pratique des hausses. En second lieu, une certaine quantité de réfractaire est susceptible d'adhérer à la hansse lorsque le lingot est transféré aux laminoirs.
Dans le passage entre les cylindres à blooms, ce réfractaire se détache et se mélange avec les battitures de laminage et, comme celles-ci sont habituellement ren- voyées au four Martin ou au haut-fourneau, le réfractaire présente l'inconvénient de donner une impureté siliceuse.
Ces inconvénients sont complètement évitée dans la mise en pratique de la présente invention, étant donné qu'il ne reste sur le lingot aucune matière susceptible de s'unir par fusion avec l'oxyde et d'avoir un effet nuisible sur la garniture des fours pits ou aucune matière susceptible de contaminer les battitures de laminage, ce qui fait res- sortir de nouveau les avantages importants procurés par l'invention en ce qui concerne la diminution des dépenses afférentes à la coulée.
Les plaques de toutes ou presque toutes
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les dimensions peuvent être manutentionnées commodément par un seul homne et sans difficulté; il n'y a pas de bris au cours de la manutention et on peut conserver sur la plateforme de coulée un stock suffisant pour les besoins de plusieurs jourt sans avoir recours à l'équipe de ma- noeuvres pour la manutention. La diminution du seul volume de stockage est souvent importante dans les emplacements de ce type.
Il est évident pour l'homme du métier que les caractéristiques précédentes suffisent par elles-mêmes pour que l'invention constitue un progrès important dans ce domaine, et leur importance en ce qui concerne l'accélé- ration et la simplification de la coulée des lingots et leur effet sur le prix de revient n'exige pas d'explica- tions détaillées. Les avantages les plus importants décou- lent toutefois d'un accroissement de la quantité produite de métal vendable ou utilisable comme on va le voir.
Les avantages importants que procure l'in- vention découlent non seulement des économies résultant de la diminution des dépenses initiales et des frais de manutention et frais connexes, comme il ressort de l'exposa qui précède, mais aussi de l'accroissement de la quantité produite de métal vendable. Par exemple, dans le cas d'un acier à faible teneur en carbone destiné à la fabrication de tôles et barres, les lingotières ne sont habituellement pas munies de hausses parce que les métallurgistes pensent que l'utilisation de hausses n'est justifiée que si elle augmente notablement la production. Ordinairement, l'uti- lisation de hausses n'a pas suffisamment augmenté la pro- duction, dans le cas de cette sorte d'acier, pour satis- faire à cette condition.
Dans la pratique industrielle réelle, dans le cas d'un acier de cette qualité, la mise 1
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en pratique de l'invention a donné les résultats suivants :
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<tb> Carbone <SEP> Nombre <SEP> Pourcentage <SEP> Rendement <SEP> compa-
<tb> % <SEP> de <SEP> de <SEP> métal <SEP> ratif <SEP> moyen <SEP> en
<tb> lingots <SEP> expédié <SEP> %
<tb>
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0,04 à 0,06, 8 86,5 76 0,04 à 0,06 22 84 76 9x0 à. (3, 06 11 82,5 76 , 47 à. 0,09 22 823,5 76 t, 0 t à ti 09 22 84, 5 76
La colonne de la table ci-dessus qui représente le rendement comparatif dohhe le rendement en métal vendable obtenu à l'usine dans laquelle ces lin- gots ont été coulés par la pratique ordinaire sans l'utile sation de hausses.
On n'utilise pas de hausses pour couler un acier de ce type dans cette usine pour la raison qui vient d'être indiquée., savoir que les hausses n'augmentent pas suffisamment le rendement pour justifier la dépense qu* elles entraînent. L'accroissement important de ,la quantité de métal expédié qui est résulté de la mise en pratique de cette invention est évident, et on remarquera qu'il est au moins cinq fois celui qui est souvent consi- déré comme nécessaire pour justifier l'emploi de hausses.
L'avantage est en réalité plus grand parce que la dépense
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qu' entraine la mi se en pratique de Pinvenf4on est nota- blement inférieure à celle qu'entraîne l'emploi(le hausses.
Dans la même usine, on a aussi coulé huit gros lingots d'un acier "calmé" contenant 0,63 % de carbo- ne, en opérant conformément à l'invention. Laquantité de métal tirée de ces lingots et expédiée s'est élevêe à 86,8 %. Dans la même usine, en utilisant normalement des hausses avec ce type particulier d'acier, on n'a obtenu que des rendements de 78 à 80 %.
Dans une autre expérience encore, on a
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coulé trois charges d'acier au silicium à faible teneur en carbone, riche en phosphore et semi-calmé. Le rende- ment en métal des deux charges a été de 84,7 % et celui de la troi sième 86 %. Dans la pratique normale des hausses dans cette aciérie, le rendement moyen, dans le cas de cette sorte particulière d'acier, est de 80 %. Par consé- quent, la mise en pratique de l'invention a augmenté le rendement de 5 % au moins.
Dans une autre expérience, on a coulé six lingots de 5,9 tonnes chacun qui ont été convertis par laminage en blooms de 30 x 30 cm. Le rendement a été de 85,5 %, soit supérieur de 8 % à celui obtenu lorsqu'on a utilisé des hausses normales dans cette aciérie.
Dans une autre expérience enfin, quinze lingots de 4,5 tonnes chacun ont été coulés à partir d'une charge d'acier à ressort contenant 0,62 % de car- bone. Ces lingots ont donné un rendement de 88 %,.alors que le rendement moyen en cet acier particulier, en utili- sant les hausses normales, n'est que de 73 à 74 il
Les avantages de l'invention seront mis en évidence par le fait qu'un essai pratiqué à l'échelle industrielle a démontré qu'on peut fabriquer des lingots coulés, le petit bout placé au sommet,
avec un rendement en métal vendable supérieur à celui que l'on obtient avec des lingots coulés le gros bout au sommet comme l'on a tendance à en fabriquer depuis quelques années en vue de réduire au minimum les pertes de métal dues aux retassures en dépit du fait que les lingots coulés de cette manière sont plus difficiles et plus coûteux à manutentionner.
Les quantités de métal obtenues par la coulée de lingots avec le petit bout à la partie supérieure par le présent procédé sont plus grandes que celles obtenues par la
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coulés de lingots dans la position retournée, et la qualité du métal équivaut exactement à celle de ces derniers..
L'utilisation d'un liant résistant à. la chaleur donne une structure qui est essentiellement inin- flamnable si la matière de base a été recouverte du liant. Ceci empêche la destruction rapide de la plaque par la chaleur du métal de la lingotière et évite les inconvénients de la fumée et de la flamne qui accompa- gnent l'utilisation d'un revêtement de paille libre ou matière analogue. En même temps, comme la matière de base, telle que les copeaux de bois, est revêtue d'une couche relativement mince du réfractaire, la chaleur du métal situé à la partie supérieure du lingot a ordi- nairement pour effet de carboniser le bois, bien que cette carbonisation soit généralement limitée au centre de la plaque, c'est-à-dire à la zone de l'axe du'lingot.
Toutefois, avec un liant réfractaire convenable, la structure sera ordinairement conservée. Par suite, lors- que le mtal s'est refroidi et contracté et qu'il est nécessaire d'effectuer une coulée supplémentaire.pour fournir le métal fondu servant à éviter'la retassure, la partie centrale de la plaque s'est carbonisée suffi- samment pour qu'on puisse couler le métal supplémentaire directement à traver-s ladite plaque, la gaine ré frac- taire que contient la partie carbonisée se rompant sous la pression du métal tersé sur elle. D'ailleurs, même si la partie centrale n'est pas carbonisée, il est facile de la briser pour permettre un remplissage complé- mentaire du lingot à la partie supérieure de la lingo- tière.
D'autre part, la matière utilisée pour
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mettre l'invention en pratique est peu coûteuse et le coût de s plaques est sensiblement inférieur à celui d es types de hausses utilisés jusqu'à ce jour.
Il ressort ussi de ce qui précède que les pertes de métal sont diminuées non seulement par réduc- tion de la retassure, mais aussi parce que la masselotte du lingot, qu'on ne peut éviter lorsqu'on se sert de hausses, est supprimée. Ceci diminue non seulement les pertes en métal rogné, mais aussi la quantité de métal qu'il est nécessaire de couler par lingot et l'on obtient ainsi un plus grand nombre de lingots par charge.
En plus des avantages principaux énumérés ci-dessus, la mise en pratique de cette invention a une autre conséquence de grande importance, savoir la diminu- %ion de la ségrégation. Ceci semble être dû au fait que, dans la mise en pratique de cette invention, on effectue la coulée supplémentaire d'une quantité considérable de métal après que, au cours de la solidification du lingot, il s'est formé une cavité dans laquelle il exista toutefois encore du métal fondu.
Bien qu'il puisse se produire une ségrégation dans le métal fondu restant dans 1& cavité, en raison des phénomènes qui accompagnent la cristallisation l'addition d'une grande quantité de métal fondu supplémen- taire a pour effet de diluer la masse ayant subi la ségré- gation et die modifier sa composition de façon qu'elle se rapproche de celle du métal coulé. en réduisant ainsi la ségrégation au minimum. L'importance de ce résultat est, évident pour le métallurgiste et l'usager, et il en résulte de nouveau un accroissement du rendement en produit utile.
Tous ces facteurs se combinent pour assurer une production plus grande de métal. utile et pour diminuer les prix de revient,
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Dans la mise en pratique de cette invention, on remplit la lingotière de métal et on introduit ensui- te la. plaque dans l'ouverture de la lingotière. L'expé- rience amontré qu'on peut également réaliser les aven- tages décrits lorsque la lingotièrs n'a pas été entière- ment rempli Par exemple, il se peut qu'on désire couler un lingot qui possède des dimensions données pour les- quelles on ne dispose pas de lingotière.
On peut alors utiliser une lingotière plus grande, le métal étant cou- lé jusquà la. hauteur nécessaire, et disposer une pla- que de matière dans l'ouverture dela lingotière de façon quelle repose sur la surface du métal, conformé- ment à l'invention, avec les mêmes avantages que ceux obtenus dans le cas de lingotières complètement remplies.
Cette fabrication de "lingots réduits* n'est pas possi- . ble à. l'aide de hausses ordinaires, et la possibilité de procéder de cette manière dans la mise en pratique de l'indien constitue donc un autre avantage impor- tant de celle-ci, parce que ceci permet non seulement de fabriquer des lingots de dimensions données à l'aide d'un lingotirère de plus grandes dimensions, mais surtout de faciliter l'exécution de petites commandes'avec . le minimum de frais.
On a décrit l'invention ci-dessus en se référant à une plaque faite de copeaux de bois liés à l'aide de ciment réfractaire, mais il est bien enten- du que diverses modifications peuvent être apportées aux moyens décrits et représentés sans s'écarter de l'esprit de l'invention. En raison de leur nature fi- breuse et de leur élasticité, les copeaux de bois peu- vent être agglomérés de façon à donner une structure de grande porosité, mais on peut leur substituer
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d'autres matières fibreuses, par exempledes tiges de plantes telles que les tiges de nais, la paille et le foin ; du papier ondulé, etc..
De même, on peut utiliser pour fabriquer les plaques des matières granulaires telles que le coke, le liège et àutres substances analogues sous forme de granules de grosseur telle qu'elle assure des propriétés convenables de porosité et d'isolement thermique. Toutes les matières indiquées ,,sont cellulaires, ce qui estavantageux en ce sens que ceci facilite l'imprégnation facile et contribue à l'obtention d'un isolement thermique convenable. Les matières indiquées sont en outre combustibles, ce qui est avantageux parce que la partie centrale de la plaque peut ainsi se carboniser comme il a été dit plus haut.
Il est évident pour l'homme du métier qu'an pourrait également utiliser d'autres matières, par exemple des réfractaires, pourvu que ces matières soient agglomérées de façon à donner la structure poreuse, dure et thermi- quement isolante qui caractérise l'invention.
On a mentionné l'application de ciments d'oxy-sels magnésiens comme étant préférable, mais il est bien entendu qu'on peut utiliser d'autres liants résistant à la chaleur, tels que des silicates et des matières produisant des joints à base de silice ou de silicate, le ciment Portland, le ciment d'alumine et les matières analogues pour convertir la matière de base de la plaque en une structure poreuse et donner à la plaque les propriétés réfractaires qu'elle doit posséder pour éviter sa combustion rapide.
De même, on peut utiliser des liants non réfractaires tels que la dextrine et d'autres substances connues, conjointement lavée uae couche ou enrobage extérieur d'une matière
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réfractaire ou résistant. à la. chaleur, telle que la, magnésie, la silice, etc.., étant donné que, comme on obtient m produit résistant à la, chaleur, ils sont l'équivalent d'un liant résistant à la chaleur ou ré- fractaire.
En outre, bien qu'il soit préférable d'introduire la. plaque dans l'ouverture de la lingotière, on peut donner à cette plaque des dimensions telles qu'elle repose sur l'extrémité supérieure de la lingotiè- re lorsque celle-ci est remplie. D'autres modifications seront facile à concevoir par l'homme du métier.
On a expliqué le principe et le mode d'action de l'invention et décrit ce qu'on considère actuellement comme étant le meilleur mode de réalisation de cette invention, mais il est bien entendu que les moyens décrits et représentés sont susceptibles de. rece- voir diverses modifications rentrant dans le cadre de cette invention.
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for: Perfectionnanonta in the casting of metal ingots This invention relates to. the casting of metals and, in particular, the casting of ingots intended to be worked, for example by rolling or forging.
The main subject of the invention is improvements made to casting operations of this type so as not only to allow greater proportions of usable material to be obtained, or
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salable, of the ingot than those which have been obtained in the previous practice, but also with a view to minimizing the difficulties and imperfections which have been caused in the previous practice and to achieve significant savings in the expenses relating to the casting.
More particularly, the main object of the invention is a process for casting ingots which is inexpensive and easy to carry out, which does not require fragile and expensive supers, heads or extensions of the type which are used. currently in use, which minimizes shrinkage shrinkage and blistering in the ingot and avoids the production of cracks by vaulting,.
Another object of the invention is to provide, for the practice of such a process, devices which are inexpensive, easy to handle and not fragile and which cooperate so as to minimize shrinkage and the formation of blowholes thereby ensuring that a high proportion of salable product is obtained.
In the casting of metals intended for rolling and forging, and especially in the manufacture of steel ingots, to which the invention is particularly applicable, an essential condition is to obtain ingots having as few defects as. possible, in particular sink holes and blowholes. The mechanism of the formation of these defects is well known and it is not necessary to explain it here. Marl, the drawbacks of sink holes and blowholes
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are well known to those skilled in the art.
Thus, a shrunken part of a wipe represents waste since it cannot be converted into a salable finished product, and blowholes can be detrimental, whether it is because the porous metal does not weld or because the blisters cause the formation of flakes and other surface imperfections in the finished material.
The formation of shrinkage in steel ingots has been combated in various ways which all, to the knowledge of the Applicant, were aimed at holding the metal which is at the top of the molten ingot for a period of time. sufficient to allow solidification without the formation of indentations or so that only a limited small indentation forms at the end of the ingot. For example, efforts have been made to achieve this result by supplying heat to the upper part of the ingot, in particular by applying a combustible material such as straw or coke, or to the ingot. using a flame applied to. the upper part of the ingot.
These methods, and the like, have not been particularly satisfactory, mainly because they have not sufficiently reduced shrinkage and are less effective in this regard than other methods or means. In addition, they require large amounts of materials such as straw, sometimes as much as a bale per ingot, to obtain a result. arbitrary, which is expensive. In addition, the flame and smoke resulting from the burning of the straw are dangerous and annoying. Coke and
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Similar fuels are not particularly efficient either, and some believe that steel can borrow carbon from coke.
Another way suggested was to. decrease the wall section of the mold at the upper end to minimize lethal cooling in this area, but this has not been successful in achieving substantial removal of the. sink.
The usual practice is to. mount to the upper part of the ingot mold what is called an increase, ingot mold head or weight box, which, as is well known, is a tubular part constituting an extension of the ingot mold. Two general types of supers were used. The first of these types is made of a refractory ceramic such as fireclay, and the second comprises a metal casing lined with a refractory. The refractory ceramic type has the disadvantage that the supers are heavy, brittle and prone to cause great breakage losses, besides that they can only be used for casting a single ingot.
The liner type can usually be used for multiple ingots, but it has a high initial cost. In addition, we have. proposes to fabricate these supers using insulating materials or structures to retain heat in this part of the ingot.
These increases have been widely used, but they have a large number of regrettable characteristics. This is how they are fragile, heavy and cumbersome and require
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- at least for large supers - a lifting device for their handling. Their use involves a lot of labor.
A large part of the ingot must inevitably be trimmed and the residues of the supers are liable to damage the pits or heat equalization pits. These and other factors combine to make the cost of using supers quite high, as will be discussed in more detail in the following.
Despite the many means proposed to decrease shrinkage and blowhole formation, and despite the experience gained in using all types of supers in the casting of many millions of tons of steel, it still occurs significant losses of metal.
Even while operating in the most rational way in the use of the ceramic supers- Inique. which have heretofore been considered the best means of reducing shrinkage, great losses of metal occur and, in general, these losses increase with the size of the ingot. The experience
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,, Experience has shown that it is necessary to crop an amount up to. 20% or more of the weight of the ingot; this includes the feeder portion of the ingot, which is an inevitable loss, and the portion which must be trimmed to remove it. shrinkage which has propagated inside the body of the ingot.
This waste is a loss because it cannot be converted into a salable end product. In ordinary practice, the maximum proportion of metal which can be obtained under the most favorable conditions, whatever the dimensions of the ingot, is usually about 84% and, since we
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indicated, partes can and usually are larger.
In fact, the increase in efficiency which results from the use of supers is so small, in some cases, that some steelmakers feel that the expense involved in such use is not justified,
The invention will be described with reference to the accompanying drawing in which:
Figure 1 is a vertical section of the upper end of a mold provided with an ordinary type of rise or mold head;
Figure 2 is a plan view;
Figure 3 is a view similar to Figure 1 but showing, in use, one of the plates whose application is the subject of this invention;
FIG. 4 is a perspective view of this plate;
The present invention is based on the discovery that the sinkage can be substantially reduced or almost completely eliminated by placing in the opening of the mold, after the metal has been poured, a slab or slab of subdivided cellular material. - Sée having been agglomerated using a heat-resistant binder to form a porous and thermally insulating structure. Applicants have found that by this means the heat dissipation at the upper end of the ingot is reduced to such an extent that, compared with best practice; prior, the shrinkage is notably reduced and the proportion of useful material obtained is notably increased.
In the practice of the invention thus described, the plate of material
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above has approximately the same dimensions, but is somewhat smaller, than the opening of the ingot so that it rests directly on the upper surface of the metal of the ingot.
In the preferred embodiment of the invention, a plate of the above type is used which has been prepared by agglomerating large chips, of so-called "excelsior" bays with a heat-resistant cement.
Wood copexuxes are particularly suitable because they constitute a base material which is a poor conductor of heat and because they can be converted into a plate with a low mass-to-volume ratio such that obtains a suitably porous structure possessing the thermal insulating characteristics which give rise to the advantages of this invention.
Refreshing magnesium cements, preferably an oxy-magnesium salt cement such as oxysulfate or magnesium oxychloride, are heat resistant materials which are suitable for bonding chips. These are coated or impregnated with it, for example by spraying on them calcined magnesite suspended in a solution of magnesium chloride or sulphate or by passing them through a bath of such a suspension. For best results it is important that the chips are completely coated with the cement, but a relatively thin layer is sufficient for the purposes of this invention.
The treated chips are then compressed to a desired degree to obtain a porosity suitable for ensuring high thermal insulation properties. all in
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avoiding the production of a compressed mass too dancing.
The pressed plate is dried, which is then ready to serve,
This results in a porous plate which is hard, strong, has a low mass to volume ratio, which has a suitable thermal insulating capacity and in which the wood fibers are coated with a thin layer of cement which. is heat resistant, or refractory, and which also unites everything in the form of a rigid and solid board, slab or plate.
As an example of a suitable procedure for the manufacture of plates for use in the practice of this invention, dried beads or logs are cut. air in sections of 40 cm which are then worked in a planer so that one obtains chips 40 cm long, about 4.7 mm wide and about 0.4 mm d ' thickness.
These chips are conducted, preferably in a ton of an entangled mat or strip, through a tank containing a bath of magnesium oxysulfate cement composed of 50 kg of magnesium oxide, preferably in the form of magnesite. caustic, suspended in 75 kg of a solution of magnesium sulphate prepared by treating weakly calcined magnesium oxide with sulfuric acid.
On leaving the tank, the chips are passed between rollers to expel the excess oxysulfate cement, then on a forming table. Plates particularly suitable for the practice of this invention are obtained by converting the treated shells into a rectangular column which is then compressed until it has been reduced to the desired thickness.
Thus, we can pass the chips on a
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compression table comprising four endless steel belts constituting a rectangular section * The side belts can, for example, remain at a constant distance of 50 cm from each other, and the upper and lower belts can converge from An initial distance of 45 cm at a distance of 7.5 cm from each other. The compression table will therefore convert the Chips into a 50 x 45 cm column, which will then be converted into a board 50 cm wide and 7.5 cm thick.
On leaving the shaping table, the board passes through a dryer in which it is dried at a maximum temperature of 315 to 3700 0, for example. The plate is then ready to serve. This material weighs about 33 kg per square meter and is made up of approximately two thirds of cement and one third of wood fiber.
The material used to practice the invention possesses a combination of properties which cooperate to significantly improve the quality of the ingot by reducing losses and to achieve significant savings as compared to the prior practice. In the first place, the use of a porous plate whose ratio of the. mass per volume is low, which characterizes this invention, ensures to a high degree the thermal insulation of the metal which is at the top of the mold, since the plate does not absorb and. radiates relatively little heat to the outside atmosphere.
This ensures that the maximum amount of molten metal is maintained at the top of the ingot, as is necessary for
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ensure solidification with a minimum of sink formation. In addition, the delay in cooling the top of the ingot, which results from the practice of this invention, allows the gases time to escape from the solidifying metal and, owing to the porous nature of the metal. the cover plate, these gases escape freely, which contributes. also to minimize the formation of blisters.
The advantages of practicing this invention will be evidenced by a comparison of the current practice of using a cap with the practice of. present invention. Figures 1 and 2 show the current practice in which a tubular ceramic mold top or head 1 is disposed in the upper end of an ingot mold 2. The shell shown is of a shape very commonly used in L '. industry and comprises a body made of refractory clay having on two opposite sides pairs of ribs 3 which, starting from the upper sufface, terminate below the lower surface, as shown in figure 1.
The end. lower part of the rise thus penetrates into the mold, and the ribs 3 are located above the upper surface of the mold.
In general, the removal of supers of this kind and their placement in the molds are carried out using a crane, and there are wooden wedges 4 between the lower ends of the ribs 3 and the upper surface of the ingot molds.
The usual mode of use of these supers is to place them in the molds resting
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on the ingot train which was brought close to the casting platform, as moving the train after the supers have been placed and before the casting could change the position of the supers. and this is why the assembly of the molds cannot be carried out on site. This slows down the casting operation, since, while the supers are being placed, the casting platform is occupied by the train and the overhead crane is occupied in mounting the supers.
It is therefore not possible to carry out the casting during these operations. '
The current practice consists in pouring the metal in the mold 2 provided with the increase 1 to a level located just above the lower end of the. increase, for example that indicated in L in FIG. 1. A second mold is filled in the same way and then, in the order in which the casting was carried out initially in the two molds, they are filled up to the top of their molds. increases. When each mold and its rise have been filled with metal, the wedges 4 are driven out to allow. the rise to descend towards the top of the mold as the metal contracts, in order to avoid cracks by formation of arches.
This operation is repeated with successive pairs of molds until all the metal in the charge has been poured.
On the other hand, the procedure characterizing the present invention is extremely simple. The mold 2a (Figure 3) is filled with metal 10, then placed in the opening 'of the mold, so that it rests on the surface of the metal, a plate 11 (Figures 3 and, 4) of the object type of the invention.
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The advantages which flow from the invention are immediately visible. In this way, the plates of the casting platform can be slid into the opening of the mold, so that the use of an overhead crane is not necessary. As the ingot molds do not require any preparation, the ingot trains are rolled to the casting platform, all the metal in the load is immediately poured, then the train is evacuated, the platform thus remaining free at all times. for the reception of the ingot train and the immediate casting.
Likewise, the formation of cracks is entirely avoided in the practice of the invention, and the devices which have heretofore been necessary in the use of supers to prevent their formation, such as insertion of ca.les below the top and the subsequent removal of these wedges are unnecessary and avoided.
Further, in the practice of the present invention, contrary to the usual practice involving the use of supers, the metal is successively poured into a series of molds, of which. the number depends on their dimensions, the quality of the steel and the like, before any additional filling is necessary. This proves that, in the practice of this invention, the metal is maintained properly molten in the required zone for longer periods of time than is possible when using superscuts, and this results in reduction of sink marks to a minimum.
In this way, as actual experience has shown, one can successively cast six or twelve or more ingots, whereas the common practice was to cast two ingots and then carry out the additional filling; a significant saving of time is therefore achieved, for example an economy
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crumb from 10 to 20 minutes over the time needed to cut
1st the metal of a charge.
Some of the more dramatic advantages emerge from a comparison of the supers with the plates used in accordance with the invention. A typical rise of the type shown in Figures 1 and 2 for a common size ingot mold having, for example, an opening of 56 cm x 56 cm at the top, will be approximately 51 cm x 51 cm and a height of
45 cm, with walls 5 years thick. Its weight and bulk for transport will be approximately 90% and 120 cm3 and the load of an ordinary wagon is made up of about 440 such supers.
Due to the fragile nature of these supers, they must be packaged with great care; in particular, they must be braced so that they cannot move in the wagons during transport, and key frames made of wooden slats and planks are necessary throughout the height of the vehicle. wagon to ensure adequate bracing. Even with the greatest care, a considerable percentage of these supers frequent breakage during transport, especially if the wagon is allowed to roll over the speed of the speed hump into the yard.
The risk of breakage during transport is so great that it is generally considered advantageous to come to an agreement with the Railway Company to avoid the passage of the superstructure cars on the backs of donkeys.
In addition, the buyer of these supers generally specifies that they should be strapped with a strong metal wire, for example 2.5 mm in diameter, arranged so as to form a single loop 5 (Figure 2 )
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around the drop, then tight, usually using special pliers. Before placing the supers on the molds, two or three additional wire circles 6 are usually arranged around them in the same manner.
The impact of the molten steel against the top, or the heat of the steel as it is poured through the top, can, and generally does, crack the. rise, often in many pieces, and it is for this reason that the supers are strapped to prevent their complete destruction and the complete loss of the resulting cast metal or to prevent the metal from leaking excessively through the cracks and spread over the mold.
When leaks of this kind do occur - and this is not uncommon - it often develops due to cracks. the formation of vaults, resulting in a decrease in production, a delay in casting and the necessary rejection of a large part of the ingot thus cast
These disadvantages of the breaking of refractory clay tops and the formation of cracks are an obstacle to. the use of ordinary supers.
For example, the cracking and breaking of the just-mentioned rear sight creates a serious danger due to the fact that the rear sight contains a considerable mass of molten metal which is subjected to a considerable head, especially in the case of large increases of 45 to 60 cm in height, As a result, the metal is ready to spring out with force through any crack or opening that may form in the walls of the increase, which constitutes a serious danger for workers in the vicinity .
The strapping of the rear sight is intended to keep the split parts in their relative positions. However,
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contact of molten metal with metallic wires, for example as a result of this metal seeping through a crack or dripping in the ladle, is likely to cut these wires and, if the backing is severely cracked, it is liable to burst and drop the contents on the casting platform. which constitutes a risk of very serious accident for men.
Likewise, when the matai seeps through the hood and this results in adhesion of said metal with the mold, cracks almost always occur and demolding is made difficult. Small cracks can be chiseled away, which is the common practice, but these cracks are frequently so deep that it is less expensive to reject the billet than to attempt to chisel the cracks out and usually cannot be determined. crack depth as the chiselling continues, so that in the latter case some degree of chiselling is required before it can be determined whether or not the billet should be rejected.
Chiselling is expensive and, consequently, the formation of cracks can constitute an important factor in the cost of the finished product .....,
On the contrary, a plate 11 (FIG. 3) used with an ingot mold of the same dimensions will weigh, when it has been manufactured in the manner previously described, approximately 9 kg. The plates, 50 x 50 x 7.5 cm, will occupy only 19.5 dm3 each and will require virtually no packaging of any kind for transport.
A regular car load will contain. approximately 3600 pieces, and the danger of breakage in transport is practically nil. Dreary if a plate
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breaks, we can. repair easily and inexpensively using cement, which is not possible in the case of fireclay supers. These plates do not require any special packaging or strapping or rubbing with wire, either before shipment or in service, so that not only does breakage during handling no longer present any damage. importance, but the risk of breakage in service and the danger and inconvenience which it entails are also avoided.
The advantages which derive from these characteristics in comparison with the use of the superstructure are obvious, especially as regards the elimination of losses due to breakage and the possibility of handling the plates without using an overhead crane and without great care. .
In addition, the aforementioned risks and difficulties which arise from cracks and. rupture of the refractory clay supers are suppressed by the present invention since all the metal is contained inside the mold, as is apparent from what is said above, A danger such as that which has just been described therefore no longer exists. The fact that the practice of this invention eliminates cracking and thus increases production since it is no longer necessary to chisel the mast. nor to reject billets because of cracks of this kind is of particular importance. In addition to these savings, the high cost of the chisel-aga is avoided.
In the use of ordinary supers, the argillaceous refractory, disturbed by the ingot de-molding operation, falls to the ground and accumulates there, resulting in continual cleaning operations which translates into another factor of loss. expense in use
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increases. In addition, a certain amount of refractory almost invariably adheres to the metal of the flyweight as the ingot passes through the pits, which is a disadvantage for two reasons.
In the first place, this refractory fuses together with the iron oxide during the heating of the ingot, resulting in.) A slag exerting an extremely corrosive action on the lining of the pits, so that when it flows in bottom of the pit, it destroys the refractory fairly quickly. A metallurgist who uses supers for the first time will ordinarily find that the cost of maintaining pits furnaces increases noticeably as soon as one begins to use supers due to this factor. This of course has its repercussion on the cost of laying off and can be attributed directly to the practice of increases. Second, a certain amount of refractory is liable to adhere to the hansse when the ingot is transferred to the rolling mills.
In the passage between the bloom rolls, this refractory detaches and mixes with the rolling scale and, as these are usually returned to the Martin furnace or the blast furnace, the refractory has the disadvantage of giving a siliceous impurity.
These drawbacks are completely avoided in the practice of the present invention, since there is no material left on the ingot capable of fusing together with the oxide and of having a deleterious effect on the lining of the furnaces. pits or any material liable to contaminate the rolling scale, which again brings out the important advantages afforded by the invention with regard to the reduction of the expenditure relating to the casting.
The plates of all or almost all
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the dimensions can be handled conveniently by one man and without difficulty; there is no breakage during handling and sufficient stock can be kept on the casting platform for the needs of several days without having to resort to the labor team for handling. Reducing the volume of storage alone is often significant in locations of this type.
It is obvious to a person skilled in the art that the foregoing characteristics are sufficient in themselves for the invention to constitute an important advance in this field, and their importance as regards the acceleration and the simplification of the casting. ingots and their effect on the cost price does not require detailed explanation. The most important advantages, however, arise from an increase in the amount of metal produced which can be sold or used as will be seen.
The significant advantages afforded by the invention derive not only from the savings resulting from the reduction in the initial expenses and from the handling and related costs, as is apparent from the foregoing discussion, but also from the increase in the quantity. produced of salable metal. For example, in the case of low carbon steel intended for the manufacture of sheet and bar, the molds are usually not fitted with supers because metallurgists believe that the use of supers is only justified if it significantly increases production. Usually, the use of superchargers has not increased the output sufficiently, in the case of this type of steel, to satisfy this condition.
In actual industrial practice, in the case of a steel of this quality, setting 1
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in practice, the invention has given the following results:
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<tb> Carbon <SEP> Number <SEP> Percentage <SEP> Yield <SEP> compared
<tb>% <SEP> of <SEP> of <SEP> metal <SEP> rat <SEP> medium <SEP> in
<tb> ingots <SEP> shipped <SEP>%
<tb>
EMI19.2
0.04 to 0.06, 8 86.5 76 0.04 to 0.06 22 84 76 9x0 to. (3, 06 11 82.5 76, 47 to. 0.09 22 823.5 76 t, 0 t to ti 09 22 84, 5 76
The column in the table above which represents the comparative yield shows the yield of salable metal obtained at the plant in which these ingots were cast by ordinary practice without the use of supers.
Supers are not used to cast steel of this type in this plant for the reason just stated, namely, that the supers do not increase efficiency enough to justify the expense involved. The large increase in the amount of metal shipped which has resulted from the practice of this invention is evident, and it will be appreciated that it is at least five times that which is often considered necessary to justify the use. increases.
The benefit is actually greater because the expense
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that the loss in practice of Pinvenf4on is notably lower than that of the use (the increases.
In the same plant, eight large ingots of a "calmed" steel containing 0.63% carbon were also cast, operating in accordance with the invention. The amount of metal taken from these ingots and shipped was 86.8%. At the same plant, normally using supers with this particular type of steel, only yields of 78-80% were obtained.
In yet another experiment, we have
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cast three charges of low carbon, high phosphorus and semi-calmed silicon steel. The metal yield of the two charges was 84.7% and that of the third 86%. Under normal uplift practice in this steel plant, the average yield, for this particular type of steel, is 80%. Therefore, practice of the invention increased the yield by at least 5%.
In another experiment, six ingots of 5.9 tons each were cast which were converted by rolling to 30 x 30 cm blooms. The yield was 85.5%, 8% higher than that obtained when normal supers were used in this steel plant.
Finally, in another experiment, fifteen ingots of 4.5 tons each were cast from a spring steel charge containing 0.62% carbon. These ingots gave a yield of 88%, while the average yield of this particular steel, using the normal increments, is only 73 to 74%.
The advantages of the invention will be demonstrated by the fact that a test carried out on an industrial scale has shown that it is possible to manufacture cast ingots, the small end placed at the top,
with a salable metal yield superior to that obtained with ingots cast with the big end at the top as we have tended to manufacture in recent years in order to minimize metal losses due to shrinkage despite because ingots cast in this way are more difficult and expensive to handle.
The amounts of metal obtained by casting ingots with the small end at the top by the present process are greater than those obtained by the
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ingots cast in the inverted position, and the quality of the metal exactly matches that of the latter.
The use of a binder resistant to. the heat gives a structure which is essentially flame-retardant if the base material has been covered with the binder. This prevents the rapid destruction of the plate by heat of the metal of the ingot mold and avoids the smoke and flame drawbacks which accompany the use of a coating of loose straw or the like. At the same time, since the base material, such as wood chips, is coated with a relatively thin layer of the refractory, the heat of the metal at the top of the ingot usually has the effect of charring the wood. although this carbonization is generally limited to the center of the plate, that is to say to the zone of the axis of the ingot.
However, with a suitable refractory binder, the structure will usually be retained. As a result, when the metal has cooled and contracted and it is necessary to make an additional casting. To provide the molten metal to avoid shrinkage, the central part of the plate has charred enough. - Sure that the additional metal can be poured directly through said plate, the refractive sheath contained in the carbonized part breaking under the pressure of the metal tersed on it. Moreover, even if the central part is not charred, it is easy to break it in order to allow additional filling of the ingot at the upper part of the ingot.
On the other hand, the material used for
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to put the invention into practice is inexpensive and the cost of the plates is significantly lower than that of the types of supers used to date.
It can be seen from the above that the metal losses are reduced not only by reducing shrinkage, but also because the ingot weight, which cannot be avoided when using supers, is eliminated. This not only decreases the loss of trimmed metal, but also the amount of metal that needs to be poured per ingot and thus a greater number of ingots per charge is obtained.
In addition to the main advantages listed above, the practice of this invention has another consequence of great importance, namely the decrease in segregation. This appears to be due to the fact that in the practice of this invention, the additional casting of a considerable amount of metal is effected after, during the solidification of the ingot, a cavity has formed in which it is formed. However, there was still molten metal.
Although segregation may occur in the molten metal remaining in the cavity, due to the phenomena which accompany crystallization the addition of a large amount of additional molten metal has the effect of diluting the mass which has undergone the process. segregation and change its composition so that it approximates that of the cast metal. thus reducing segregation to a minimum. The importance of this result is obvious to the metallurgist and the user, and it again results in an increase in the yield of useful product.
All of these factors combine to ensure greater metal production. useful and to reduce cost prices,
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In the practice of this invention, the mold is filled with metal and then introduced. plate in the opening of the mold. The experience has been that one can also achieve the advantages described when the ingot has not been completely filled For example, it may be desired to cast an ingot which has dimensions given for the- which we do not have an ingot mold.
A larger ingot mold can then be used, the metal being cast up to. necessary height, and placing a plate of material in the opening of the mold so that it rests on the surface of the metal, according to the invention, with the same advantages as those obtained in the case of completely filled molds.
This manufacture of "reduced ingots" is not possible using ordinary supers, and the possibility of proceeding in this manner in Indian practice is therefore another important advantage of. this, because this not only makes it possible to manufacture ingots of given dimensions using an ingot of larger dimensions, but above all to facilitate the execution of small orders with the minimum of expense.
The invention has been described above with reference to a plate made of wood chips bonded with refractory cement, but it is understood that various modifications can be made to the means described and shown without having to worry. depart from the spirit of the invention. Due to their fibrous nature and elasticity, wood chips can be agglomerated to give a high porosity structure, but they can be substituted.
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other fibrous materials, for example plant stems such as dwarf stems, straw and hay; corrugated paper, etc.
Likewise, granular materials such as coke, cork and the like can be used in the manufacture of the slabs in the form of granules of such size as to provide suitable porosity and thermal insulation properties. All of the materials indicated are cellular, which is advantageous in that this facilitates easy impregnation and contributes to obtaining a suitable thermal insulation. The materials indicated are furthermore combustible, which is advantageous because the central part of the plate can thus carbonize as mentioned above.
It is obvious to those skilled in the art that other materials could also be used, for example refractories, provided that these materials are agglomerated so as to give the porous, hard and thermally insulating structure which characterizes the invention. .
The application of oxy-magnesium salt cements has been mentioned as being preferable, but it is understood that other heat-resistant binders, such as silicates and gasket-producing materials, can be used. silica or silicate, Portland cement, alumina cement and the like to convert the base material of the plate into a porous structure and give the plate the refractory properties which it must have to prevent its rapid combustion.
Likewise, non-refractory binders such as dextrin and other known substances can be used, together with an outer layer or coating of a material.
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refractory or resistant. to the. heat, such as magnesia, silica, etc., since as a heat resistant product is obtained they are the equivalent of a heat resistant or refractory binder.
In addition, although it is better to introduce the. plate in the opening of the ingot mold, this plate can be given dimensions such that it rests on the upper end of the ingot when the latter is filled. Other modifications will be easily conceived by those skilled in the art.
The principle and mode of action of the invention have been explained and what is currently considered to be the best mode for carrying out this invention has been explained, but it is understood that the means described and shown are capable of. receive various modifications within the scope of this invention.