<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
" perfectionnements à la coulée continue des métaux Il
La présente invention est relative à la coulée continue de métaux, ce terme comprenant les alliages. Par coulée conti- nue on entend la transformation d'un métal liquide en un lingot solide de toute longueur désirée, ladite longueur était unique- ment limitée par la quantité de métal en fusion disponible et le métal étant versé dans un moule ouvert à ses deux extrémités et étant contraint de circuler à travers un moule pendant qu'il s'y solidifie, de telle manière que le métal pénètre à l'état de fusion par une extrémité du moule et qu'il sorte par l'au- tre extrémité de ce dernier sous forme de lingot solide.
Plu- sieurs essais ont été faits pour couler ainsi des métaux de manière continue,mais aucun procédé industriel satisfaisant n'a pu être réalisé jusqu'ici pour la coulée de lingots. L'une des principales difficultés consiste dans le fait que le métal so- lidifié colle ou adhère aux parois du moule.
Conformément à l'invention, on empêche l'adhérence du métal en cours de solidification au moule en utilisant un moule divisé dans le sens de sa longueur et en faisant vi-
<Desc/Clms Page number 3>
brer les parties du moule transversalement pendant que le métal le traverse. Les parties en question doivent--recevoir un mouvement de vibration rapide et de faible amplitude seu- lement ; on a oonstaté que des résultats Satisfaisants sont obtenus pour une fréquence de 100 à 1500 cycles par minute avec une amplitude de 0,05 à 1,25 mm. De cette manière on évide l'adhérence du métal au moule; de plus, et contraire- ment à ce qui pourrait être prévu, la vibration n'exerce pas une action nuisible, mais plutôt un effet avantageux, sur l'aspect de la surface et sur les propriétés physiques du métal solidifié.
L'invention peut être appliquée dans des conditions particulièrement avantageuses à la coulée de métaux possé- dant une conductibilité thermique élevée et, par dessus tout, au cuivre. En fait, lorsque le cuivre est coulé, les lingots obtenus possèdent ce que l'on considère comme une structure cristalline aventageuse. Bien que les parties du moule doivent s'appliquer l'une oontre l'autre si étroite- ment qu'il n'y ait sensiblement aucun jeu entre elles dans la position de fermeture, lesdites parties ne se touchent pas réellement. Malgré l'existence de vides permanents entre les parties du moule, il ne se forme aucune bavure sur les lin- gots résultants.
De préférence, les surfaces correspondantes, entre les parties du moule, sont parallèles à l'axe longitudinal de ce dernier.
L'axe du moule doit être vertical ou presque vertical et, au début de la ooulée,, une fausse barre, ou autre pièce analogue, peut être introduite dans l'extrémité inférieure du moule. Ladite barre doit être engagée et maintenue à l'a- lignement précis du moule.
Le moule doit, bien entendu, être refroidi; de préf é- rence on fait ''circuler à vitesse réglée un fluide réfrigé- rant dans des passages ménagés dans le moule. On peut ensui- te faire sortir le lingot du moule à une vitesse qui dépend
<Desc/Clms Page number 4>
de la vitesse de coulée et de la vitesse de refroidissement.
Comme le lingot en cours de solidification n'adhère jamais aux parois du moule, il est nécessaire de prévoir des moyens pour le supporter, pour résister à la fois à l'ef- fet de la pesanteur lorsqu'on utilise un moule vertical et à tous efforts latéraux qui tendraient à l'écarter de son axe. De tels dispositifs de support peuvent avantageusement affecter la forme de galets fermement appuyés contre les c8tés du lingot à l'extérieur du moule. Les pertes par frot- tement au niveau des galets sont généralement si importantes qu'il est désirable de commander l'un au moins désdits ga- lets pour produire l'extraction à la vitesse désirée.
Une autre caractéristique de l'invention consiste dans le fait que l'on divise le lingot en tronçons pendant qu'il est encore en mouvement. A cet effet, un dispositif, tel qu'une scie commandée mécaniquement,peut être monté sur un chariot organisé pour se mouvoir avec le lingot. Toutefois si l'on désire des tronçons de grande longueur, le lingot peut être délivré directement à des machines appropriées prévues pour le travailler à la forme désirée.
Les moules peuvent avoir toute section transversale désirée quelconque et l'on peut produire des lingotscreux aussi bien que des lingots pleins. Le terme " lingot " est utilisé dans ce mémoire pour désigner le produit solidifié quelle que soit la forme de sa section transversale . Pour produire un lingot creux, on dispose dans le moule un noyau qui peut aussi être fendu et soumis à des vibrations.
Les parties du moule peuvent être mises en vibration par tous moyens convenables mécaniques, pneumatiques ou électriques, La demanderesseproduit, de préférence, les vi- brations par un moyen mécanique, par l'intermédiaire d'un mécanisme d'excentrique. Comme le lingot est encore très chaud lorsqu'il sort du moule, un dispositif de refroidisse- ment peut être prévu pour reoevoir le lingot, ce dispositif
<Desc/Clms Page number 5>
pouvant comprendre un récipient contenant un liquide et pré- sentant une ouverture de sortie qui entoure exactement le lingot.
Il est plus particulièrement commode de disposer l'ap- pareil tout entier verticalement, c'est-à-dire de placer verticalement l'axe du moule, de prévoir des moyens dispo- sés au-dessus du moule pour couler de manière continue le métal dans son extrémité supérieure et de disposer le moule au-dessus du mécanisme de support et d'enlèvement,, lequel, à son tour, peut être placé au-dessus du mécanisme de tronçon- nage.
Pour permettre de mieux oomprendre l'invention et pour en faciliter la mise en oeuvre, on va décrire maintenant,à titre d'exemple et en se référant au dessin annexé,quelques appareils réalisés conformément à l'invention; sur ce des- sin, qui montre également la structure cristalline obtenue lorsqu'on coule du cuivre de.manière continue dans l'appa- reil :
La figure 1 est une vue en élévation quelque peu sché- matique, avec coupe partielle, d'un appareil;
La figure 3 montre une partie de. la figure 1 à plus grande échelle, avec coupe partielle par 2-2 de la figure 3 ;
La figure 3 est une vue en plan des parties représen- tées sur la figure 2;
La figure 4 est une coupe par 4-4 de la figure 3 à plus grande échelle.
La figure 5 est une coupe par 5-5 de la figure 4, à échelle encore plus grande;
La figure 6 est une coupe semblable à celle de la figu- re 5 avec les organes dans une autre position de réglage;
Les figures 7 et 8 montrent un moule en plan et en élévation respectivement ;
La figure 9 est une vue en plan d'un autre moule;
<Desc/Clms Page number 6>
Les figures 10, 11 et 11a montrent en coupe -verticale, en plan et en élévation par bout, respectivement,le mécanis- me de support et d'enlèvement de l'appareil représenté sur la figure1;
Les figures 12 et 13 montrent en plan et en élévation, respectivement,le mécanisme de tronçonnage de l'appareil de la figure 1;
La figure 14 est une vue en plan d'une partie d'un appa- reil pour la coulée de lingots creux;
La figure 15 est une coupe par 15-15 de la figure 14 ;
Les figures 16 et 17 , enfin, sont des macrographies d'une coupe transversale et d'une coupe longitudinale,res- pectivement, d'un lingot de cuivre coulée dans l'appareil représenté sur la figure 1.
L'appareil tout Entier est composé essentiellement de trois ensembles marqués A, B et C sur lafigure 1. L'en- semble supérieur A comprend le moule et un dispositif pour refroidir le lingot à sa sortie du moule. Le second ensem- ble B comporte un mécanisme pour supporter le lingot et pour l'enlever du moule. L'ensemble inférieur C comprend un mécanisme permettant de diviser le lingot en tronçons pen- dant son déplacement.
L'ensemble supérieur A comprend un four 1 monté,de manière qu'il puisse basculer, dans des supports 2 portés par un bâti 3 sur une poutre 4. Lorsqu'on fait basculer ce four au moyen d'un câble 6, il verse son contenu par dessus un bec de coulée 5 dans une poche 8 d'un récipient de cou- lée 7 porté par un bâti 12 par l'intermédiaire d'un montant 11 et d'une plateforme 10. Une ouverture9est percée dans le fond du récipient de coulée 7 et le métal en fusion s'é- coule de la poche 8 par ladite ouverture 9 dans l'extrémité supérieure d'un moule 13. Ce dernier est divisé longitudina- lement de telle manière qu'il soit constitué par des parties correspondantes 14.
Le nombre de parties et leur forme dé-
<Desc/Clms Page number 7>
pendent des dimensions et de la forme du lingot qui doit être produit ; des résultats satisfaisants peuvent, être obtenus avec le moule en deux parties que représentent les figures 7 et 8 ou avec le moule en quatre parties que, re,- présente la figure 9. Les parties du moule sont de préfé- rence faites en matière à conductibilité thermique élevée, par exemple en argent ou en alliages d'argent ou bien en cuivre ou en alliages de ouivre. Leur surface inter ne peut être doublée ou revêtue; par exemple un moule fait en al- liage cuivre cadmium peut être doublé d'une garniture de chrome.
L'appareil représenté sur les figures 1 à 4 est établi pour re'cevoir un moule en deux parties . Ces deux parties peuvent laisser entre elles un carré comme on le voit sur les figures 6 et 9 ou bien un cercle comme le montre la fi- gure 7. Elles comportent des conduits internes 15 qui re- qoivent de l'eau de refroidissement, ou un autre fluide, par des conduits d'entrée 16 et qui la débitent par des con- duits de sortie 17. Comme les deux parties sont destinées à être mises en vibration à vitesse élevée, les raccords par - lesquels le liquide de refroidissement est amené et évacué doivent, bien entendu, être flexibles. Des tuyaux en caout- chouc ont été reconnus convenables.
Chaque partie 14 du moule est fixée par des boulons 19 à un étrier 18 monté de manière à exécuter un mouvement de va-et-vient sur des ti- ges de guidage 20 portées par des colonnes 21 du bâti 12; Chacune des tiges 20 comporte à une extrémité une tête 22 et, à l'autre.extrémité, un écrou 23 maintenu par un con- tre-écrou 24 (figure.3) . L'organisation est telle que, lors- que les étriers et les parties du moule s'approchent au maxi- mum, ces pièces ne viennent pas en contact l'une avec l'au- tre et que les parties du moule atteignent la position limi- te de non contact. De préférence on entaille les parties du moule comme on l'a figuré en 25, de manière @à lais ser des
<Desc/Clms Page number 8>
rebords étroits 26 qui forment les surfaces de contact réel.
Les étriers, avec les parties de moule qu'ils portent, sont animés d'un mouvement alternatif, par l'intermédiaire de bielles 29, par des mécanismes à excentrique 27 (figure 4) montés dans des carters 28 fixés par des vis 42 au bâti 12. Chaque bielle est reliée à son étrier par une crosse 30 et un axe 31; à son autre extrémité elle s'engage dans un bossage d'une tête d'excentrique 32; à chaque extrémité la bielle est maintenue par des écrous de blocage 33. Le chemin de roulement externe 34 d'un roulement à billes 35 est maintenu dans la tête 32 par un collier annulaire 36 fixé au moyen de vis 37 et recouvert d'une plaque 38.
Le carter 28 et la tête d'excentrique 32 présentent sur leurs faces correspondantes des languettes et des rainures annu- laires, les rainures étant suffisamment plus larges que les languettes pour permettre le libre mouvement de la tête d'excentrique dans une direction hrizontale quelconque.
Les mécanismes à excentrique 27 sont commandés par des arbres 39; chacun de ceux-oi s'engage dans l'un des carters 28 à travers un couvercle inférieur 40 formé d'une plaque 40a , d'une couronne 40cet d'une bague de garniture 40b maintenue entre la plaque et la couronne par des vis 40d, le couvercle étant maintenu dans son ensemble par les vis 41.
Chacun des arbres 39 présente un collet 43. Un écrou de blocage 44 maintient le chemin de roulement interne 45 d'un roulement à billes 46 contre la face inférieure du col- let 43. , le chemin de roulement externe 47 dudit roulement à billes s'ajustant dans le carter 28. La face supérieure du collet 43 supporte le chemin de roulement/interne 48 du roulement à billes 35 à l'intérieur duquel est disposée une bague excentrée 49 à rebord maintenue par un disque 50 fixé à l'extrémité¯51 de l'arbre 39 au moyen de vis 50a. La par- tie 51 de l'arbre est excentrée par rapport à l'axe dudit arbre et les parois interne et externe de la bague 49 sont
<Desc/Clms Page number 9>
excentrées llune par rapport à l'autre.
Ceci est représenté schématiquement sur la figure 5 sur laquelle on a exagéré le degré d'excentricité et sur laquelle on a représenté en 49c le centre.de la bague excentrée 49, le centre de l'ar- bre 39 étant indiqué en 39c et le centre de la partie 51 de l'arbre: l'étant en 51c . On voit que, en faisant tourner la bague 49 par rapport à l'arbre 39 de manière que les or- ganes occupent, par exemple, les positions relatives repré- sentées sur la figure 6, on peut faire varier l'amplitude du mouvement de va-et-vient transmis par les crosses 30.
La bague excentrée 49 peut être bloquée dans une position de réglage désirée quelconque par une vis de serrage 52 que l'on peut passer à travers le disque 50 pour l'engager dans l'un des.nombreux trous percés à la partie supérieure de la bague 49.
Les arbres 39 sont commandés par un moteur électrique 53 par l'intermédiaire d'un accouplement flexible 54,des arbres 55 et des roues dentées 57 et 56, lesdites roues dentées étant montées dans un carter 58 muni de joints d'huile 60 et de roulements 59 pour les arbres.
Si le moule est formé de quatre parties, au lieu de deux, l'organisation représentée sur la figure 3 est modi- fiée : on prêvoit, par exemple, deux autres mécanismes à excentrique, avec les organes associés correspondants,, et on dispose les arbres 55 dans une direction sensiblement paralléle aux côtés du bâti 12, de manière à commander quatre arbres 39.
On met d'abord l'appareil en état de marche en amenant les parties 14 du moule à la position de jeu minimum, en plaçant la tête d'une fausse barre à un tiers environ de la hauteur du moule à partir du bas et en admettant du métal en fusion dans le moule. Lorsque le métal qui a été introduit en premier lieu s'est solidifié autour d'un boulon,,ou autre organe analogue, de la tête de la fausse barre, on met en vibration les parties 14 du moule. On déplace ensuite gra-
<Desc/Clms Page number 10>
duellement vers le bas la fausse barre et la coulée se pour- suit, la vibration des parties du moule continuant pendant le fonctionnement de l'appareil. Il est préférable de cou- ler également le métal de manière continue.
Le métal se solidifie sous forme de lingot en passant à travers le moule et, lorsqu'il quitte ce dernier,il est encore très chaud, En conséquence on le fait passer à tra- vers un dispositif de refroidissement 61 porté par un sup- port 67 et constitué par un récipient 62 dont le fond 63 est fait en caoutchouc, en asbeste caoutchoutée ou en toute autre matière élastique donnant un bon contact avec le lin- got lorsque ce dernier passe par un trou percé dans le fond.
De l'eau est amenétde manière continue au récipient 62 par un tuyau 64 disposé à la partie inférieure et elle s'écoule au sommet dans une cuvette de trop-plein 65 d'où elle est évacuée par un tuyau 66. Pour assurer le maintien latéral des lingots, on peut prévoir des supports en forme de galets dans le dispositif de refroidissement.
Le lingot passe maintenant à l'ensemble B. Celui-ci comprend un bâti 68 sur lequel repose le bâti 12 et qui, à son tour, repose sur le bâti 113 de l'ensemble C. Le bâti 68 comporte des éléments transversaux 71 qui forment une plateforme à travers laquelle passe le lingot et sur la fa- ce supérieure de laquelle est monté un mécanisme de support et d'enlèvement 69, un mécanisme de support 70 étant monté sur la face inférieure de ladite plateforme. Les deux méca- nisraes 69 et 70 sont identiques, avec cette différence toute- fois que le mécanisme 69 comprend un rouleau commandé et que le mécanisme 70 est inversé par rapport au mécanisme 69.
Pour la commodité de l'illustration, le mécanisme de support et d'enlèvement 69 est représenté à angle droit du mécanisme de support 70 sur les figures 1 et 2. On a désigné par les mêmes nombres de référence les parties correspondantes des deux mécanismes.
Chaque mécanisme comprend essentiellement deux châssis
<Desc/Clms Page number 11>
pivotants 80 et 81 (figures 10, 11 et 11a) montés de maniè- re à pouvoir tourner autour d'arbres 76 fixés par des col- liers 77 à un bâti 72 comprenant une plaque horizontale 73, des montants 74 et des barres transversales 75. Chacun des châssis est formé de plaques latérales 78 et de pièces d'es- pacement 79; il porte un galet 83 monté sur un tourillon 82. Les tourillons 82 tournent dans des paliers 84 et sont reliés, par des bielles 85 maintenues par des disques 85a en par des vis à chapeau 85b, à un coulisseau 86 guidé verti- calement dans le bâti 72 par des glissières en queue d'aron- de 87 formées sur les montants 74.
Grâce à cette liaison des deux châssis pivotants et du coulisseau, on a la certitu- de que les deux galets se meuvent ensemble pour s'approcher et s'éloigner du lingot. Les galets sont poussés au contact du lingot par un ressort à lame 98 qui fait pivoter les deux châssis 80 et 81 l'un vers l'autre. Ce pivotement est réalisé grâce à des bielles 88 qui relient le châssis 80 aux jumel- les 99 portant le ressort 98. Les bielles 88 sont articulées sur un axe 89 traversant des prolongements 90 des plaques latérales 78. Les bielles sont placées,sur l'axe 89, entre un manohon 92 et des écrous extrêmes 93; elles comportent des fentes 97 destinées à recevoir les extrémités d'un axe 91.
Ce dernier fait partie du châssis 81 et est semblable à l'axe 89; il peut se déplacer le long des fentes 97 par rapport aux bielles 88 qui passent entre un manchon .94, semblable au manchon 92, et des écrous extrêmes 96. Un man- chon 95 taraudé fait saillie sur le manchon 94, perpendicu- lairement à ce dernier,et reçoit une vis de réglage 100 commandée au moyen d'une roue 103 et montée, de manière à pouvoir tourner,dans une tête 101 à laquelle le ressort 98 est librement relié par une barre 101a et par des vis 101b et qui peut coulisser sur une barre transversale 102.
Le ressort 98 porté ainsi,par l'intermédiaire de la tête 101 et\de la vis 100, sur l'axe 91 et il le pousse vers la droi- te (par rapport à la figure 11); en d'autres termes, le
<Desc/Clms Page number 12>
ressort 98 tend à faire pivoter le châssis 81 dans le sens des aiguilles d'une montre (par rapport à la figure 10). La liaison, ci-dessus décrite, entre les deux châssis oblige le châssis 80 à pivoter en sens inverse des aiguilles d'une montre quand le châssis 81 pivote dans le sens des aiguilles d'une montre. On remarquera que la vitesse à laquelle le lingot est retiré du moule dépend de la vitesse à laquelle tourne le galet commandé du mécanisme 69.
Dans le mécanisme 69, le galet de droite 83 représenté sur les figures 10 et 11 est commandé, à vitesse variable, par un moteur électrique 104 porté par une console 105.
L'arbre 112 de ce moteur porte une roue dentée 111 engrenant avec une roue dentée 110 qui est clavetée à un arbre 108 portant lui-même une roue dentée 107 qui engrène avec une roue dentée 106 calée sur l'arbre du galet. L'arbre 108 est porté par l'un des montants 74 et par un autre montant 109. Les deux galets peuvent être commandés si on le désire.
Dans le mécanisme de support 70 aucun des galets n'est commandé .
La vitesse à laquelle le lingot est retiré doit être coordonnée avec la vitesse à laquelle le métal est coulé et ces deux vitesses sont déterminées par la capacité de re- froidissement de l'appareil. En pratique on peut former des lingots de cuivre à une vitesse allant de 30 à 60 cm par minute dans un moule tel que celui représenté sur la figure 3 et ayant une section transversale de 26 cm2. Dans des moules ayant une section transversale de 58 cm2, la vitesse peut être comprise-l'entre 23 et 36 cm par minute mais il est bien entendu que tous ces chiffres sont donnés purement à titre d'illustration.
Comme exemple particulier, une charge de cuivre raffi- né pesant 1065 kg et préparée dans un four électrique a été coulée dans un moule en cuivre en deux parties (présen- tant une cavité de coulée d'environ 7,6 x 7,6 cm en section transversale avec une longueur d'environ 22,9 cm) en 78,7
<Desc/Clms Page number 13>
minutes pour produire un lingot de 21,53 mètres. On a fait vibrer les parties du moule à une fréquence d'environ 1020 cycles par minute, avec une amplitude d'environ 0,2 mm et avec un jeu minimum d'environ 0,1 mm. L'eau de refroidisse- ment pénétrait dans les conduits de refroidissement des par- ties du moule à une température d'environ 2 C et sortait à une température d'environ 9 C. Le débit d'eau était d'envi- ron 90 litres par minute.
L'ensemble C comprend le bâti support 115 dont il a été parlé plus haut et un mécanisme pour couper le lingot en tron- çons. Ce mécanisme (figures 12 et 13) comprend un chariot 114 avec des rebords verticaux 115 qui coulissent dans des rainures du bâti 113. Une scie 116 commandée mécaniquement est montée sur le chariot 114 et comporte un bâti 117 coulis- sant horizontalement dans des guides 118. Un moteur électri- que 119 est fixé au moyen d'écrous 121 à des parties verti- cales 120 du bâti 117 et son arbre porte une poulie 122. Une courroie 125 relie cette poulie à une seconde poulie 123 calée sur un arbre 124 qui porte une vis sans fin 126 engre- nant avec une roue hélicoïdale 127 d'un arbre vertical 128.
Ce dernier est relié à un second arbre vertical 129 par des engrenages hélicoïdaux 132 et 131. L'arbre 129 porte une scie 130 ce qui fait que cette dernière est animée d'un mou- vement de rotation chaque fois que le moteur tourne. Le bâti 117 tout entier peut être déplacé le long des guides 118 de manière, qu'il s'approche ou qu'il s'éloigne du lin- got, ce mouvement étant produit par la rotation d'un volant à main 136 monté sur un arbre 137 qui porte une vis sans fin 138 engrenant avec une roue hélicoïdale 139 d'un arbre portant une vis 133. Cette dernière est en prise avec un éorou 135 du bâti 117. L'arbre de la vis 133 et l'arbre 137 sont montés dans une colonne 134. Le chariot 114 porte éga- lement un mécanisme, permettant de le serrer sur le lingot en mouvement.
Ce mécanisme est commandé par un volant à main 142 porté par un arbre 141. Deux bras 140 disposés
<Desc/Clms Page number 14>
à la partie supérieure de la colonne 134 forment des paliers pour l'arbre 141 lequel comporte deux séries de filets,à sa- voir des filets143 avec pas à droite et des filets 144 avec pas à gauche, lesquels viennent respectivement en prise avec des écrous 148 et 149 montés dans deux bras de serrage 145.
Ces derniers pivotent en 146 sur des pattes 147 de la colon- ne 134. Lorsqu'on fait tourner le volant à main 142, on oblige les bras 145 à pivoter autour de leurs axes et à se rapprocher ou à s'éloigner l'un de l'autre suivant le cas.
Des mâchoires amovibles 150 sont prévues dans les bras de serrage. Elles sont conformées pour venir en prise avec le lingot et présentent, par conséquent, la même ouverture en section transversale que le moule.
Le chariot 114 est équilibré par des contrepoids 151 reliés audit chariot par des câbles 152 passant sur des pou- lies 153.
Lorsqu'on désire couper un tronçon du lingot,on tourne d'abord le volant 142 de telle manière que les mâchoires 150 soient fortement serrées contre le lingot; on met en marche le moteur 119 et on tourne le volant 136 pour faire passer la scie circulaire 130 à travers le lingot. En raison de la mise en prise des mâchoires de serrage avec le lingot,le chariot tout entier descend avec le lingot contre l'action antagoniste des contrepoids 151 ce qui fait que le fonction- nement de la scie circulaire n'est pas gêné. Lorsque la lon- gueur désirée a été découpée du lingot, on ramène le bâti 117 à sa position primitive et on desserre les mâchoires afin que le chariot tout entier puisse être de nouveau dé- placé vers le haut sous l'action des contrepoids 151.
Les figures 14 et 15 montrent une variante de moule et de mécanisme utilisables paur la production d'un lingot cy- lindrique creux. Un 213 formé de deux parties 214.est prévu dans le moule 13 et fait saillie @ors de la partie su- périeure du moule. Les parties 214 se raccordent sur le même
<Desc/Clms Page number 15>
plan que les parties 14 du moule; elles peuvent être munies de conduits de passage d'eau de refroidissement si on le dé- sire, bien que lesdits conduits n'aient pas été- figurés.
Chaque partie de noyau 214 est fixée à la tête d'un support 218 qui coulisse dans un guide 220. A l'autre extrémité le support 218 est relié par un axe 231 à une crosse 230 qui, à son tour, est reliée par une bielle 229 à une tête d'ex- centrique 232, des écrous de blocage 233 étant prévus pour verrouiller en place la bielle. La tête d'excentrique 232 fait partie du mécanisme à excentrique 227 semblable au mécanisme à excentrique 27. La tête d'excentrique 232 présente, un épaulement sur lequel repose le chemin de roulement externe 234 d'un roulement à billes 235, ledit chemin de roulement étant maintenu par une plaque 236 et par des vis 237.
La partie excentrée 51 de l'arbre 39 est prolongée pour former un élément d'arbre 251 pour le mécanisme 227 et pénètre dans une bague excentrée 249 entourée par le chemin de roule- ment interne ,248 du roulement à billes 235. Ce chemin de roulement est maintenu par un disque 250 fixé par une vis 250a à l'extrémité de la partie d'arbre 251. Une vis de ser- rage 252 est utilisée pour bloquer la bague excentrée 249 dans une position angulaire désirée quelconque par rapport à la partie d'arbre 251. L'axe de cet arbre est décalé de 180 par rapport au centre 51cde la partie d'arbre 51 mais,par ailleurs, la relation entre les parties 251 et 249 est la même que la relation entre les parties 51 et 49.
La rotation de l'arbre 39 oblige, par suite , les bielles 29 et 229 à exécuter un mouvement alternatif avec un décalage de phase de 1800 d'une bielle par rapport à l'autre. Avec cette or- ganisation les parties 14 du moule se trouvent au point de jeu minimum lorsque les parties 214 du noyau se trouvent au point de déplacement maximum l'une par rapport à l'autre et vice-versa.
L'invention permet de produire des lingots de cuivre
<Desc/Clms Page number 16>
dense de qualité très satisfaisante présentant une structure cristalline que montrent les figures 16 et 17. La macrostruc- ture du lingot est caractérisée par une bande étroite de "cristaux de trempe " équi-axés (c'est-à-dire de cristaux ayant la même forme sur une section axiale quelconque), par une zone de oristaux de Sunburst " ou agrégats de cristaux radiaux se développant en forme de colonnes vers le centre de refroidissement de la pièce coulée et par une zone cen- trale, d'étendue relativement faible,comprenant des colonnes de cristaux se formant au sein des colonnes radiales ou co- lonnes de cristaux "Sunburst" le long de ltaxe longitudinal du lingot ou pièce coulée.
Les colonnes radiales se dévelop- pent dans une direction ]sensiblement perpendiculaire au côté adjacent de la pièce coulée. Quelle que soit la lon- gueur du lingot, sa structure est sensiblement uniforme sur toute la longueur, la section représentée par la figure 17 étant le type de la macrostructure sur une coupe longitudi- nale faite par l'axe du lingot. La densité moyenne du cuivre raffiné coulé conformément à la présente invention est d'en- viron 8,83, alors qu'elle est d'environ 8,73 lorsque le cui- vre est coulé dans des moules verticaux ordinaires et d'en- viron 8,5 dans le cas de la coulée dans des moules horizon- taux ordinaires.
Bien que le mécanisme des phénomènes qui se manifestent dans la présente invention n'ait pas été complètement déter- miné, la demanderesse croit qu'une explication possible de la formation de la structure des barres coulées conformément à la présente invention peut être la suivante : étant don- né qu'il y a , à tous moments, une masse continue, ou cône renversé, de métal en fusion à la partie supérieure de la pièce coulée à l'intérieur du moule, les cristaux en cours de formation qui constituent la pièce coulée solide peuvent, à tous moments, être alimentés en métal pur permettant leur croissance .
De plus l'amenée constante de métal en fusion
<Desc/Clms Page number 17>
pendant la contraction de solidification des cristaux en cours de formation fait qu'il ne se produit pas de cavités ou de solutions de continuité dans la structure cristalline.
Grâce au fait que l'on fournit du métal en fusion au moule sous la forme d'un courant oontinu et régulier,le niveau du métal en fusion dans le moule est maintenu sensiblement constant, ce qui supprime toute possibilité de formation de gouttes froides, de marques d'éclaboussures ou d'autres dé- fauts. Une autre conséquence de l'amenée régulière et unifor- me de métal au moule est que ce mode opératoire permet la formation d'un ménisque stable sur le métal à l'endroit de la paroi du moule; ménisque sur lequel le métal s'écoue de ma- nière continue lorsque la partie inférieure dudit ménisque se solidifie contre la paroi du moule.
Dans ces conditions, il se forme une peau continue, unie et uniforme, sensible- ment exempte de défauts,le métal s'écoulant, facilement du centre du moule vers la paroi de ce dernier,par dessus le ménisque, et devenant ensuite la surface externe ou peau de la pièce coulée.
L'examen microscopique de la structure de pièces coulées en cuivre raffiné obtenues conformément à la présente inven- tion révèle la présence d'une "peau" très mince à la surface du lingot, peau formée de petits cristaux de cuivre entourés par l'eutectique Ou-Ou 20. L'épaisseur de cette peau est généralement d'environ 0,2 mm mais elle peut varier depuis une valeur inférieure à celle qui vient d'être indiquée jus- qu'à 1 mm environ. La teneur moyenne en oxygène de cette peau est d'environ 0,15 % .
Immédiatement au-dessous de la peau , la teneur en oxygène tombe brusquement à une valeur qui est pratiquement constante dans toute section transver- sale, bien qu'elle tende cependant à augmenter légèrement au voisinage de l'axe longitudinal de la pièce coulée, La teneur moyenne en oxygène des lingots faisant l'objet de la présente invention est toutefois inférieure à la teneur
<Desc/Clms Page number 18>
moyenne des "wire bars " verticales coulées à partir du même métal.
L'existence de la zone de densité quelque peu plus faible dans une bande étroite adjacente à la surface externe et de la zone ayant la densité la plus élevée au centre des lingots est avantageuse, car les barres coulées ordinaires ont une densité plus faible sur toute la section transversa- le avec la densité la/plus faible dans la zone centrale .
Il est bien établi que dans les opérations ayant pour objet d'amener le métal à des dimensions plus petites,par exem- ple dans le foreage, le laminage et l'étirage, le métal adjacent à la surface extérieure est habituellement soumis à un travail plus grand que celui qui se trouve au centre.
Les lingots faisant l'objet de la présente invention, dans lesquels la zone de densité quelque peu plus faible coïncide pratiquement avec la zone dans laquelle se produit le travail le plus grand, assurent l'obtention d'un produit fini sain ayant une densité satisfaisante.
La description des résultats a été limitée dans une large mesure au cuivre, mais d'autres métaux et alliages peuvent être coulés dans l'appareil objet de l'invention et conformément au procédé oui fait l'objet de l'invention.Cest le cas du laiton, du bronze, du nickel, des alliages nickel- cuivre, des aciers, etc.. qui peuvent être coulés de la même manière. Certaines modifications doivent être apportées à la longueur du moule, . la vitesse d'enlèvement de la pièce coulée, à la quantité d'eau de refroidissement fournie au moule,etc..., pour tenir compte des différences dans le point de fusion, la chaleur latente,la conductililité thermi- que, etc.. des différents métaux et alliages.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
<Desc / Clms Page number 2>
"improvements to the continuous casting of metals It
The present invention relates to the continuous casting of metals, this term comprising alloys. By continuous casting is meant the transformation of a liquid metal into a solid ingot of any desired length, said length was only limited by the quantity of molten metal available and the metal being poured into a mold open at both ends. ends and being forced to flow through a mold as it solidifies therein, so that the molten metal enters through one end of the mold and exits through the other end of the mold. the latter in the form of a solid ingot.
Several attempts have been made to cast metals in this way continuously, but no satisfactory industrial process has heretofore been possible for the casting of ingots. One of the main difficulties is that the solidified metal sticks or adheres to the walls of the mold.
According to the invention, the adhesion of the solidifying metal to the mold is prevented by using a mold divided in the direction of its length and by making vis-
<Desc / Clms Page number 3>
Burn the parts of the mold crosswise as the metal passes through it. The parts in question must - receive a rapid vibrating movement of only low amplitude; Satisfactory results have been observed for a frequency of 100 to 1500 cycles per minute with an amplitude of 0.05 to 1.25 mm. In this way, the adhesion of the metal to the mold is avoided; furthermore, and contrary to what might be expected, the vibration does not exert a detrimental effect, but rather a beneficial effect, on the appearance of the surface and on the physical properties of the solidified metal.
The invention can be applied under particularly advantageous conditions to the casting of metals having high thermal conductivity and, above all, to copper. In fact, when copper is poured, the resulting ingots have what is considered to be an adventurous crystal structure. Although the parts of the mold should lie against each other so closely that there is substantially no play between them in the closed position, said parts do not actually touch each other. Despite the existence of permanent voids between the mold parts, no burrs formed on the resulting ingots.
Preferably, the corresponding surfaces, between the parts of the mold, are parallel to the longitudinal axis of the latter.
The axis of the mold must be vertical or almost vertical and, at the start of the flow, a dummy bar, or other similar part, can be introduced into the lower end of the mold. Said bar must be engaged and held in precise alignment with the mold.
The mold must, of course, be cooled; preferably, a refrigerant fluid is made to circulate at controlled speed through passages formed in the mold. The ingot can then be taken out of the mold at a speed which depends on
<Desc / Clms Page number 4>
the casting speed and the cooling speed.
As the ingot during solidification never adheres to the walls of the mold, it is necessary to provide means to support it, to resist both the effect of gravity when using a vertical mold and to all lateral efforts which would tend to move it away from its axis. Such support devices can advantageously take the form of rollers firmly pressed against the sides of the ingot outside the mold. The friction losses at the rollers are generally so great that it is desirable to control at least one of said rollers to produce the extraction at the desired speed.
Another characteristic of the invention consists in the fact that the ingot is divided into sections while it is still in motion. For this purpose, a device, such as a mechanically controlled saw, can be mounted on a carriage organized to move with the ingot. However, if sections of great length are desired, the ingot can be delivered directly to suitable machines provided for working it into the desired shape.
The molds can have any desired cross section and hollow ingots as well as solid ingots can be produced. The term "ingot" is used in this specification to denote the solidified product regardless of the shape of its cross section. To produce a hollow ingot, a core is placed in the mold which can also be split and subjected to vibrations.
The parts of the mold can be made to vibrate by any suitable mechanical, pneumatic or electrical means. The Applicant preferably produces the vibrations by mechanical means, via an eccentric mechanism. As the ingot is still very hot when it leaves the mold, a cooling device may be provided to receive the ingot, this device
<Desc / Clms Page number 5>
which may include a container containing a liquid and having an outlet opening which exactly surrounds the ingot.
It is more particularly convenient to arrange the entire apparatus vertically, that is to say to place the axis of the mold vertically, to provide means arranged above the mold for continuously casting the mold. metal in its upper end and to dispose the mold above the support and take-out mechanism, which in turn can be placed above the cutting mechanism.
In order to better understand the invention and to facilitate its implementation, we will now describe, by way of example and with reference to the appended drawing, a few devices produced in accordance with the invention; on this drawing, which also shows the crystalline structure obtained when copper is continuously poured into the apparatus:
Figure 1 is a somewhat schematic elevational view, partially in section, of an apparatus;
Figure 3 shows part of. Figure 1 on a larger scale, with a partial section through 2-2 of Figure 3;
Figure 3 is a plan view of the parts shown in Figure 2;
Figure 4 is a section through 4-4 of Figure 3 on a larger scale.
Figure 5 is a section through 5-5 of Figure 4, on an even larger scale;
Figure 6 is a sectional view similar to that of Figure 5 with the members in another adjustment position;
Figures 7 and 8 show a mold in plan and in elevation respectively;
Figure 9 is a plan view of another mold;
<Desc / Clms Page number 6>
Figures 10, 11 and 11a show in vertical section, in plan and end elevation, respectively, the support and removal mechanism of the apparatus shown in Figure 1;
Figures 12 and 13 show in plan and in elevation, respectively, the cutting mechanism of the apparatus of Figure 1;
Figure 14 is a plan view of part of an apparatus for casting hollow ingots;
Figure 15 is a section through 15-15 of Figure 14;
Figures 16 and 17, finally, are macrographs of a cross section and a longitudinal section, respectively, of a copper ingot cast in the apparatus shown in Figure 1.
The whole apparatus is essentially composed of three assemblies marked A, B and C in figure 1. The upper assembly A comprises the mold and a device for cooling the ingot as it leaves the mold. The second assembly B has a mechanism for supporting the ingot and for removing it from the mold. The lower assembly C comprises a mechanism making it possible to divide the ingot into sections during its movement.
The upper assembly A comprises an oven 1 mounted so that it can tilt in supports 2 carried by a frame 3 on a beam 4. When this oven is tilted by means of a cable 6, it pours its contents over a pouring spout 5 in a pocket 8 of a pouring container 7 carried by a frame 12 via an upright 11 and a platform 10. An opening 9 is drilled in the bottom of the casting vessel 7 and the molten metal flows from ladle 8 through said opening 9 into the upper end of a mold 13. The latter is divided longitudinally in such a way that it is formed by corresponding parts 14.
The number of parts and their shape
<Desc / Clms Page number 7>
depend on the dimensions and shape of the ingot to be produced; satisfactory results can be obtained with the two-part mold shown in Figures 7 and 8 or with the four-part mold shown in Figure 9. The parts of the mold are preferably made of solid material. high thermal conductivity, for example in silver or silver alloys or copper or copper alloys. Their interior surface cannot be doubled or coated; for example, a mold made of copper cadmium alloy can be lined with a chrome lining.
The apparatus shown in Figures 1-4 is set up to receive a two-part mold. These two parts can leave between them a square as seen in Figures 6 and 9 or a circle as shown in Figure 7. They have internal conduits 15 which receive cooling water, or another fluid, via inlet conduits 16 and which deliver it via outlet conduits 17. As the two parts are intended to be made to vibrate at high speed, the connections by which the cooling liquid is supplied and evacuated must, of course, be flexible. Rubber pipes have been found to be suitable.
Each part 14 of the mold is fixed by bolts 19 to a yoke 18 mounted so as to perform a reciprocating movement on guide rods 20 carried by columns 21 of the frame 12; Each of the rods 20 has at one end a head 22 and, at the other end, a nut 23 held by a lock nut 24 (FIG. 3). The organization is such that when the calipers and the mold parts come to the maximum, these parts do not come into contact with each other and the mold parts reach the position no contact limit. Preferably, the parts of the mold are notched as shown at 25, so as to leave
<Desc / Clms Page number 8>
narrow flanges 26 which form the actual contact surfaces.
The calipers, with the mold parts they carry, are driven in a reciprocating motion, via connecting rods 29, by eccentric mechanisms 27 (FIG. 4) mounted in housings 28 fixed by screws 42 to the frame 12. Each connecting rod is connected to its caliper by a stick 30 and a pin 31; at its other end it engages in a boss of an eccentric head 32; at each end the connecting rod is held by locking nuts 33. The outer race 34 of a ball bearing 35 is held in the head 32 by an annular collar 36 fixed by means of screws 37 and covered with a plate 38.
The housing 28 and the eccentric head 32 have on their corresponding faces tongues and annular grooves, the grooves being sufficiently wider than the tongues to allow free movement of the eccentric head in any horizontal direction.
The eccentric mechanisms 27 are controlled by shafts 39; each of these engages in one of the housings 28 through a lower cover 40 formed of a plate 40a, a crown 40c and a gasket ring 40b held between the plate and the crown by screws 40d, the cover being held as a whole by screws 41.
Each of the shafts 39 has a collar 43. A locking nut 44 holds the internal raceway 45 of a ball bearing 46 against the underside of the collar 43., the external race 47 of said ball bearing s 'fitting in the housing 28. The upper face of the collar 43 supports the raceway / inner 48 of the ball bearing 35 inside which is disposed an eccentric ring 49 with flange held by a disc 50 fixed at the end ¯ 51 of shaft 39 by means of screws 50a. Part 51 of the shaft is eccentric with respect to the axis of said shaft and the inner and outer walls of the ring 49 are
<Desc / Clms Page number 9>
offset from each other.
This is shown schematically in FIG. 5 in which the degree of eccentricity has been exaggerated and in which the center of the eccentric ring 49 is represented at 49c, the center of the shaft 39 being indicated at 39c and the center of part 51 of the tree: the being in 51c. It can be seen that by rotating the ring 49 relative to the shaft 39 so that the organs occupy, for example, the relative positions shown in FIG. 6, the amplitude of the movement of back and forth transmitted by the sticks 30.
The eccentric ring 49 can be locked in any desired adjustment position by a set screw 52 which can be passed through the disc 50 to engage it in one of the many holes drilled in the upper part of the ring. ring 49.
The shafts 39 are controlled by an electric motor 53 by means of a flexible coupling 54, shafts 55 and toothed wheels 57 and 56, said toothed wheels being mounted in a housing 58 provided with oil seals 60 and bearings 59 for the shafts.
If the mold is formed of four parts, instead of two, the organization shown in FIG. 3 is modified: for example, two other eccentric mechanisms are provided, with the corresponding associated members, and the shafts 55 in a direction substantially parallel to the sides of the frame 12, so as to control four shafts 39.
The apparatus is first put into working order by bringing the parts 14 of the mold to the minimum clearance position, placing the head of a dummy bar at about a third of the height of the mold from the bottom and admitting molten metal into the mold. When the metal which was first introduced has solidified around a bolt, or the like, of the head of the dummy bar, the parts 14 of the mold are vibrated. We then move gra-
<Desc / Clms Page number 10>
dually downwards the dummy bar and casting continues, the vibration of the mold parts continuing during operation of the apparatus. It is preferable to cast the metal continuously as well.
The metal solidifies in the form of an ingot as it passes through the mold and, when it leaves the latter, it is still very hot. Consequently, it is passed through a cooling device 61 carried by a support. 67 and constituted by a receptacle 62, the bottom 63 of which is made of rubber, rubberized asbestos or any other elastic material giving good contact with the lint when the latter passes through a hole drilled in the bottom.
Water is continuously supplied to the container 62 through a pipe 64 disposed at the bottom and it flows at the top into an overflow bowl 65 from where it is discharged through a pipe 66. To maintain lateral ingots, supports in the form of rollers can be provided in the cooling device.
The ingot now passes to assembly B. This comprises a frame 68 on which the frame 12 rests and which, in turn, rests on the frame 113 of the assembly C. The frame 68 has transverse elements 71 which form a platform through which the ingot passes and on the upper face of which is mounted a support and removal mechanism 69, a support mechanism 70 being mounted on the underside of said platform. The two mechanisms 69 and 70 are identical, with the difference, however, that the mechanism 69 comprises a driven roller and the mechanism 70 is reversed with respect to the mechanism 69.
For convenience of illustration, the supporting and removing mechanism 69 is shown at right angles to the supporting mechanism 70 in Figures 1 and 2. Corresponding parts of the two mechanisms have been designated by like reference numerals.
Each mechanism essentially comprises two frames
<Desc / Clms Page number 11>
swivels 80 and 81 (figures 10, 11 and 11a) mounted so as to be able to turn around shafts 76 fixed by collars 77 to a frame 72 comprising a horizontal plate 73, uprights 74 and transverse bars 75 Each of the frames is formed of side plates 78 and spacers 79; it carries a roller 83 mounted on a journal 82. The journals 82 rotate in bearings 84 and are connected, by connecting rods 85 held by discs 85a and by cap screws 85b, to a slide 86 guided vertically in the frame 72 by dovetail slides 87 formed on the uprights 74.
By virtue of this connection of the two pivoting frames and of the slide, it is ensured that the two rollers move together to approach and move away from the ingot. The rollers are pushed into contact with the ingot by a leaf spring 98 which pivots the two frames 80 and 81 towards each other. This pivoting is achieved by means of connecting rods 88 which connect the frame 80 to the binoculars 99 carrying the spring 98. The connecting rods 88 are articulated on a pin 89 passing through extensions 90 of the side plates 78. The connecting rods are placed on the axis 89, between a manohon 92 and end nuts 93; they have slots 97 intended to receive the ends of a pin 91.
The latter is part of the frame 81 and is similar to the axis 89; it can move along slots 97 relative to connecting rods 88 which pass between a sleeve 94, similar to sleeve 92, and end nuts 96. A threaded sleeve 95 protrudes from sleeve 94, perpendicular to it. the latter, and receives an adjusting screw 100 controlled by means of a wheel 103 and mounted, so as to be able to rotate, in a head 101 to which the spring 98 is freely connected by a bar 101a and by screws 101b and which can slide on a crossbar 102.
The spring 98 thus carried, by means of the head 101 and of the screw 100, on the axis 91 and pushes it towards the right (with respect to FIG. 11); in other words, the
<Desc / Clms Page number 12>
spring 98 tends to rotate the frame 81 clockwise (relative to Figure 10). The connection, described above, between the two frames forces the frame 80 to pivot counterclockwise when the frame 81 is pivoted in the direction of clockwise. It will be noted that the speed at which the ingot is withdrawn from the mold depends on the speed at which the controlled roller of mechanism 69 rotates.
In the mechanism 69, the right roller 83 shown in Figures 10 and 11 is controlled, at variable speed, by an electric motor 104 carried by a console 105.
The shaft 112 of this motor carries a toothed wheel 111 meshing with a toothed wheel 110 which is keyed to a shaft 108 itself carrying a toothed wheel 107 which meshes with a toothed wheel 106 wedged on the shaft of the roller. The shaft 108 is carried by one of the uprights 74 and by another upright 109. The two rollers can be controlled if desired.
In the support mechanism 70 none of the rollers are controlled.
The rate at which the ingot is withdrawn must be coordinated with the rate at which the metal is poured and these two rates are determined by the cooling capacity of the apparatus. In practice, copper ingots can be formed at a speed ranging from 30 to 60 cm per minute in a mold such as that shown in FIG. 3 and having a cross section of 26 cm 2. In molds having a cross section of 58 cm 2, the speed can be between 23 and 36 cm per minute but it is understood that all these figures are given purely by way of illustration.
As a specific example, a charge of refined copper weighing 1065 kg and prepared in an electric furnace was cast in a two-part copper mold (having a casting cavity of approximately 7.6 x 7.6 cm. in cross section with a length of about 22.9 cm) in 78.7
<Desc / Clms Page number 13>
minutes to produce a 21.53 meter ingot. The mold parts were vibrated at a frequency of about 1020 cycles per minute, with an amplitude of about 0.2mm and with a minimum clearance of about 0.1mm. Cooling water entered the cooling ducts of the mold parts at a temperature of about 2 C and came out at a temperature of about 9 C. The water flow was about 90 ° C. liters per minute.
The assembly C comprises the support frame 115 mentioned above and a mechanism for cutting the ingot into sections. This mechanism (Figures 12 and 13) comprises a carriage 114 with vertical flanges 115 which slide in grooves in the frame 113. A mechanically controlled saw 116 is mounted on the carriage 114 and has a frame 117 which slides horizontally in guides 118. An electric motor 119 is fixed by means of nuts 121 to vertical parts 120 of the frame 117 and its shaft carries a pulley 122. A belt 125 connects this pulley to a second pulley 123 wedged on a shaft 124 which carries a worm 126 which engages with a helical wheel 127 of a vertical shaft 128.
The latter is connected to a second vertical shaft 129 by helical gears 132 and 131. The shaft 129 carries a saw 130 which causes the latter to be given a rotational movement each time the motor is running. The entire frame 117 can be moved along the guides 118 so as to approach or move away from the liner, this movement being produced by the rotation of a handwheel 136 mounted on it. a shaft 137 which carries an endless screw 138 meshing with a helical wheel 139 of a shaft carrying a screw 133. The latter is engaged with an éorou 135 of the frame 117. The shaft of the screw 133 and the shaft 137 are mounted in a column 134. The carriage 114 also carries a mechanism, allowing it to be clamped on the moving ingot.
This mechanism is controlled by a hand wheel 142 carried by a shaft 141. Two arms 140 arranged
<Desc / Clms Page number 14>
at the top of the column 134 form bearings for the shaft 141 which has two series of threads, namely threads 143 with right-hand thread and thread 144 with left-hand thread, which respectively engage with nuts 148 and 149 mounted in two clamping arms 145.
The latter pivot at 146 on tabs 147 of column 134. When the handwheel 142 is rotated, the arms 145 are forced to pivot about their axes and to move closer or further apart. on the other, depending on the case.
Removable jaws 150 are provided in the clamping arms. They are shaped to engage the ingot and therefore have the same opening in cross section as the mold.
The carriage 114 is balanced by counterweights 151 connected to said carriage by cables 152 passing over pulleys 153.
When it is desired to cut a section of the ingot, the handwheel 142 is first turned in such a way that the jaws 150 are strongly clamped against the ingot; the motor 119 is started and the flywheel 136 is turned to pass the circular saw 130 through the ingot. Due to the engagement of the clamping jaws with the ingot, the entire carriage descends with the ingot against the opposing action of the counterweights 151 so that the operation of the circular saw is not hampered. When the desired length has been cut from the ingot, the frame 117 is returned to its original position and the jaws are released so that the entire carriage can again be moved upwards under the action of the counterweights 151.
Figures 14 and 15 show an alternative mold and mechanism usable in the production of a hollow cylindrical ingot. A 213 formed of two parts 214 is provided in the mold 13 and protrudes from the upper part of the mold. The parts 214 are connected to the same
<Desc / Clms Page number 15>
plan that the parts 14 of the mold; they can be provided with cooling water passage conduits if desired, although said conduits have not been shown.
Each core part 214 is attached to the head of a support 218 which slides in a guide 220. At the other end the support 218 is connected by a pin 231 to a stick 230 which, in turn, is connected by a connecting rod 229 to an eccentric head 232, locking nuts 233 being provided to lock the connecting rod in place. The eccentric head 232 is part of the eccentric mechanism 227 similar to the eccentric mechanism 27. The eccentric head 232 has a shoulder on which the outer race 234 of a ball bearing 235 rests, said raceway. bearing being held by a plate 236 and by screws 237.
The eccentric portion 51 of the shaft 39 is extended to form a shaft element 251 for the mechanism 227 and enters an eccentric ring 249 surrounded by the internal bearing race, 248 of the ball bearing 235. This raceway bearing is held by a disc 250 fixed by a screw 250a to the end of the shaft part 251. A set screw 252 is used to lock the eccentric ring 249 in any desired angular position relative to the part. shaft 251. The axis of this shaft is offset by 180 with respect to the center 51c of the shaft part 51 but, on the other hand, the relation between the parts 251 and 249 is the same as the relation between the parts 51 and 49.
The rotation of the shaft 39 therefore forces the connecting rods 29 and 229 to perform a reciprocating movement with a phase shift of 1800 from one connecting rod to the other. With this arrangement the parts 14 of the mold are at the point of minimum play when the parts 214 of the core are at the point of maximum displacement with respect to each other and vice versa.
The invention makes it possible to produce copper ingots
<Desc / Clms Page number 16>
dense of very satisfactory quality having a crystalline structure as shown in Figures 16 and 17. The macrostructure of the ingot is characterized by a narrow band of equi-centered "quench crystals" (that is to say crystals having the same shape on any axial section), by a zone of Sunburst oristals "or aggregates of radial crystals developing in the form of columns towards the cooling center of the casting and by a central zone, of relatively small extent , comprising columns of crystals forming within the radial columns or columns of "Sunburst" crystals along the longitudinal axis of the ingot or casting.
The radial columns develop in a direction substantially perpendicular to the adjacent side of the casting. Whatever the length of the ingot, its structure is substantially uniform over the entire length, the section represented by FIG. 17 being the type of the macrostructure on a longitudinal section made by the axis of the ingot. The average density of the refined copper cast in accordance with the present invention is about 8.83, while it is about 8.73 when the copper is cast in ordinary vertical molds and molds. about 8.5 when pouring in ordinary horizontal molds.
Although the mechanism of the phenomena which manifest themselves in the present invention has not been fully determined, we believe that a possible explanation for the formation of the structure of the bars cast in accordance with the present invention may be as follows: given that there is, at all times, a continuous mass, or inverted cone, of molten metal at the top of the casting within the mold, the forming crystals which constitute the Solid casting can, at all times, be supplied with pure metal allowing their growth.
In addition, the constant supply of molten metal
<Desc / Clms Page number 17>
during the solidification contraction of the forming crystals, there are no cavities or solutions of continuity in the crystal structure.
Thanks to the fact that molten metal is supplied to the mold in the form of a continuous and regular current, the level of the molten metal in the mold is kept substantially constant, which eliminates any possibility of the formation of cold drops, splash marks or other blemishes. Another consequence of the regular and uniform supply of metal to the mold is that this procedure allows the formation of a stable meniscus on the metal at the location of the wall of the mold; meniscus on which metal continuously flows when the lower part of said meniscus solidifies against the wall of the mold.
Under these conditions, a continuous, smooth and uniform skin is formed, substantially free from defects, the metal flowing easily from the center of the mold to the wall of the latter, over the meniscus, and then becoming the surface. external or skin of the casting.
Microscopic examination of the structure of refined copper castings obtained in accordance with the present invention reveals the presence of a very thin "skin" on the surface of the ingot, a skin formed of small copper crystals surrounded by the eutectic. Or-Or 20. The thickness of this skin is generally about 0.2 mm but it can vary from a value less than that which has just been indicated up to about 1 mm. The average oxygen content of this skin is around 0.15%.
Immediately below the skin the oxygen content drops sharply to a value which is practically constant in any cross section, although it tends, however, to increase slightly near the longitudinal axis of the casting. average oxygen content of the ingots forming the subject of the present invention is, however, lower than the content
<Desc / Clms Page number 18>
average of vertical "wire bars" cast from the same metal.
The existence of the somewhat lower density area in a narrow band adjacent to the outer surface and the area with the highest density in the center of the ingots is advantageous, as ordinary cast bars have a lower density throughout. the cross section with the lowest density in the central area.
It is well established that in operations for the purpose of bringing the metal to smaller dimensions, for example in drilling, rolling and drawing, the metal adjacent to the outer surface is usually subjected to work. larger than the one in the center.
The ingots forming the object of the present invention, in which the zone of somewhat lower density substantially coincides with the zone in which the greatest work occurs, ensure that a sound finished product having a satisfactory density is obtained. .
The description of the results has been limited to a large extent to copper, but other metals and alloys can be cast in the apparatus which is the subject of the invention and in accordance with the process which is the subject of the invention. brass, bronze, nickel, nickel-copper alloys, steels, etc. which can be cast in the same way. Certain modifications must be made to the length of the mold,. the rate of removal of the casting, the amount of cooling water supplied to the mold, etc., to take account of differences in melting point, latent heat, thermal conductivity, etc. different metals and alloys.