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"Procédé de moulage continu du cuivre et des alliages de cuivre "
La présente invention est relative à l'art du moulage continu du cuivre et des alliages de cuivre et a pour objet certains perfectionnements apportés à cet art et grâce auxquels des profilés métalliques de longueur indéfinie peuvent être fabriqués sur une échelle industrielle d'une manière véritablement continue.
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Le principe du moulage continu du cuivre et des alliages de cuivre, c'est--dire par le procédé consistant à transférer le métal fondu d'un réservoir à l'une des extrémités d'une matrice ou moule contenant, dans son autre extrémité, du métal solide qui se comporte comme un bouchon et constitue une amorce à laquelle le métal fondu se soude à mesure qu'il se solidifie et à retirer le profilé moulé à une vitesse sensiblement égale à celle à laquelle il se solidifie est en réalité ancien et l'on a proposé divers procédés et appareils pour sa réalisation.
Toutefois, lorsqu'on cherche à mettre en pratique ou développer ce principe fondamental, on se heurte immédiatement à des difficultés et problèmes dont on chercherait inutilement une solu- tion satisfaisante dans les enseignements tirés de la pratique antérieure. Les principales de ces dif- ficultés sont:
Le fait que le métal moulé est phy- siquement " malsain" tant intérieurement (retassures, soufflures et autres défauts occasionnés par une accumulation ou emprisonnement de gaz) qu'extérieu- rement (surface fissurée, striée ou présentant d'autres défauts; le profilé moulé est sujet à se rompre, ce qui donne lieu à des pertes dues à la rupture elle-même et est d'ailleurs extrêmement indésirable en raison du dommage auquel l'appareil est exposé et du danger auquel les ouvriers sont exposés en raison des échappements de métal fondu qui accompagnent trop fréquemment la rupture de la pièce et le fait que les procédés antérieurs, s'il en existe qui donnent un métal sain, ne permettent pas une réalisation industrielle véritablement continue et satisfaisante.
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D'une façon générale, des recherches ont démontré que l'impossibilité d'obtenir des pièces saines d'une manière véritablement continue et sur une échelle industrielle satisfaisante par les procé- dés et appareils antérieurs peut être attribuée -di- rectement ou indirectement - à deux facteurs: l'em- prisonnement de gaz dans le métal solidifié; le frot- tement entre la matrice ou moule et le métal, La présente invention, en offrant un procédé et des modes opératoires qui suppriment le premier de ces deux facteurs et réduisent le second au minimum, résout efficacement le problème tout en permettant le mou- lage continu de profilés de cuivre et d'alliages de cuivre de longueur indéfinie à des vitesses qui sont nettement industrielle@.
Les recherches et expériences de la deman- deresse ont indiqué et démontré clairement que le frottement dans le moule et l'emprisonnement du gaz peuvent être surmontés ou réglés au degré prédéter- miné nécessaire pour permettre un moulage continu satisfaisant si certains facteurs ou conditions sont entièrement appréciés et observés. La description donnée ci-après fera ressortir le fait que certains de ces facteurs ou conditions sont plus ou moins indépendants, alors que d'autres ont des rapports étroits avec d'autres facteurs en ce qui concerne la façon dont l'observation convenable des divers fac- teurs contribue au résultat désiré.
Ces facteurs et conditions, dont l'importance et l'observation correcte ont été surabondamment confirmés dans la pratique, peuvent être résumés comme suit:
1. préparation préliminaire convenable du cuivre ou de l'alliage de cuivre.
2. Introduction du métal fondu dans le
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moule d'une manière qui évite la turbulence du métal dans le moule.
3. Nécessité d'éviter une grande hauteur de métal fondu sur celui que contient le moule.
4. Application d'un moule de construction convenable dans lequel la surface intérieure au moins dudit moule qui entre en contact avec le cuivre fondu et nouvellement solidifié satisfait à oertains desiderata.
5. Réglage convenable de la zone "inter- médiaire".
Avant d'entrer dans la description et l'explication détaillée des divers facteurs ci- dessus on remarquera que, en ce qui concerne le Procédé par lequel la majeure partie au moins de la chaleur est empruntée au métal fondu pour effectuer sa solidification, les procédés de moulage continu sont généralement de deux types: (a) le type à refroidissement latéral, c'est-à-dire dans lequel la chaleur est dissipée ou extraite par l'intermédiaire de la paroi du moule; (b) le type à refroidissement longitudinal, c'est-à-dire dans lequel la chaleur est dissipée ou extraite par l'intermédiaire du cuivre précédemment solidifié. Bien entendu, on peut considérer un troisième type dans lequel une dissipation sensible de la chaleur est effectuée à la fois latéralement et longitudinalement.
Tou- tefois, ceci est en réalité une question de degré, étant donné que, dans la pratique, il y a toujours au moins une petite quantité de chaleur qui est dissipée longitudinalement dans tout procédé de refroidissement latéral, et réciproquement.
Par suite, il semble préférable, pour la clarté, de classer tous les procédés comme étant soit du type
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(a) ,soit du type (b), selon que la majeure partie de la chaleur ( 50% ou plus) est dissipée ou extraite soit latéralement, soit longitudinalement, pour effectuer la solidification du cuivre. Pour des raisons qui seront mises en évidence au cours de la description qui suit, la présente invention envisage un procédé dans lequel le refroidissement latéral est principalement appliqué, quoique l'ob- servation d'un grand nombre des facteurs donne aussi des résultats améliorés dans les procédés basés sur le refroidissement longitudinal.
Pour mieux faire comprendre l'invention et les rôles joués par les divers facteurs susmen- tionnés, il est bon d'observer que tous les procédés appliqués dans l'industrie pour le moulage du cuivre impliquent la manutention d'un métal contenant des gaz, car il est bien connu et généralement admis dans ce domaine qu'un cuivre liquide en con- tact avec une atmosphère gazeuse contient forcément un peu de gaz à l'état dissous ou occlus. De plus, la résistance à la traction du cuivre aux tempéra- tures peu inférieures à son point de fusion est très faible, et, par suite, le cuivre est extrêmement fragile juste au moment où il se solidifie. En outre, la tension superficielle du cuivre fondu est faible.
On passera maintenant en revue les divers facteurs qui ont été énumérés ci-dessus sans tenir compte de leur importance. Le premier à considérer est la préparation préliminaire du cuivre, qui con- siste essentiellement à rendre ce métal sensiblement exempt de gaz et exempt d'oxygène avant son introduc- tion dans le moule,
On rappellera que le procédé de moulage continu est basé sur le fait que le cuivre fondu
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d'un réservoir à cuivre fondu est amené dans une des extrémités d'un moule approprié dont l'autre extrémité est fermée par du cuivre précédemment solidifié et que le cuivre fondu ainsi introduit se solidifie et se soude au cuivre déjà solidifié, le profilé moulé résultant, de longueur indéfinie, étant continuellement retiré du moule.
En d'autres termes, le cuivre fondu est converti en une colonne mobile, et à mesure qu'une de ses extrémités se solidifie et est continuellement retirée, l'autre extrémité de la colonne mobile est renouvelée par du cuivre fondu.
A mesure que le cuivre se solidifie, les gaz qui y sont dissous sont mis en liberté et passent dans la zone intermédiaire (traitée ci-après avec plus de détail), de aorte qu'il semblerait à première vue qu'on pourrait fabriquer d'une façon continue des pièces moulées dont la densité attein- drait à très peu de chose près celle du cuivre pur, par le simple moyen consistant à solidifier le métal de bas en haut. Malheureusement pour cette industrie le problème n'est pas résolu d'une façon aussi simple si l'on veut obtenir et maintenir des vitesses de moulage suffisamment élevées pour rendre l'opération satisfaisante du point de vue industriel.
Des essais répétés ont démontré d'une manière concluante que si l'on n'effectue pas un dégazage sensible du cuivre avant son introduction dans le moule, il en résulte invariablement la rupture des profilés ou autres pièces, quelle qu'en soit la forme, avec les pertes qu'elle en- traine, de même qu'un métal défectueux.
La part que le dégazage préalable du cuivre a dans le succès du moulage continu est sans doute
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dûe en grande partie au fait que la mise en liberté des gaz a lieu au niveau de solidification du métal dans le moule, lequel niveau est précisément l'en- droit où le cuivre nouvellement solidifié est le plus fragile. Par suite, ceci indique clairement que le gaz est d'autant moins sujet à être empri- sonné, ou que des efforts inhérents au mouvement du gaz sont d'autant moins sujets à être engendrés, que la quantité de gaz mise en liberté dans cette zone délicate est plus faible.
De plus, la désoxy- dation du cuivre empêche la surface intérieure du moule, qui est en charbon comme on le verra plus loin, de s'oxyder et, de ce fait, de devenir rugueuse, ce qui diminue le frottement du moule et réduit au minimum les imperfections superficielles que présenterait la pièce moulée à l'aide d'une telle surface rugueuse.
Le traitement du cuivre préparatoirement à son introduction dans le moule peut être effectué conformément à la méthode d'affinage habituelle, c'est-à-dire en soumettant d'abord le métal à un soufflage par l'air jusqu'à ce que l'hydrogène et le soufre en aient été chassés aussi complètement que possible et en travaillant alors à la perche le métal léger résultant jusqu'à ce que des échan- tillons moulés possèdent une densité d'au moins 8,5. Le cuivre résultant, quoique exempt de gaz du point de vue industriel, contient encore une faible quantité d'oxygène (moins de 0,01%) et on élimine celui-ci de toute manière appropriée, par exemple en y incorporant des quantités faibles mais suffisantes d'un désoxydant métallique.
Le phosphore est un désoxydant efficace et, si on
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l'utilise, il est préférable de faire en sorte que le cuivre contienne une teneur en phosphore résiduel de l'ordre de 0,001% à 0,005%. Comme le cuivre ainsi préparé est sensiblement exempt de gaz et exempt d'oxygène, il convient maintenant pour son introduction dans le moule. Il est bien entendu que si l'on désire mouler des alliages de cuivre au lieu de cuivre, on pourra incorporer les constituants d'alliage nécessaires pour l'alliage particulier désiré au cuivre préparé, avant d'in- troduire le métal dans le moule.
Le second des facteurs énumérés ci-dessus est que le cuivre fondu doit être introduit dans le moule d'une manière telle qu'on évite la turbulence du métal dans le moule. Ce facteur est étroitement lié à la nature extrêmement fragile du cuivre nouvellement solidifié, car on a constaté que la rupture du profilé nouvellement moulé est très aggravée lorsque le cuivre est introduit d'une manière telle qu'une agitation est communiquée au métal que contient le moule.
Des procédés et moyens divers propres à maintenir le métal du moule à l'état calme, se présenteront sans doute à l'esprit de l'homme du métier, mais un mode d'introduction qui a donné des résultats entièrement satisfaisants dans la prati- que consiste à introduire le cuivre fondu préparé dans le récipient ou réservoir dans lequel est monté le moule en un point dudit récipient qui est suffisamment éloigné du moule pour que l'agitation à laquelle le métal est soumis comme résultat de son introduction dans ledit récipient se soit calmée avant que l'entrée du moule ait été atteinte.
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La non observation de ce facteur dans l'introduction du cuivre fondu, favorise la rupture de la pièce et, par conséquent, l'interruption de la continuité du procédé. De plus, les interruptions occasionnées dans le travail par la rupture de la pièce sont bien entendu beaucoup plus sérieuses qu'une simple suspension du procédé de moulage, mais,même le fait d'avoir reoours à une telle suspension pour éviter la rupture au moment ou l'on introduit le cuivre dans le récipient se tra- duirait chaque fois par une perte ou un retard dans la période de remise en marche subséquente, comme il ressortira de ce qui suit.
Le troisième facteur à considérer eat celui d'éviter une grande hauteur de métal sur le métal du moule, ce facteur étant probablement lié étroi- tement à la fois à la faible tension superficielle du ouivre fondu et à la faible résistance à la traction ou grande ..fragilité du cuivre nouvelle- ment solidifié.
Il a été observé que chaque fois qu'une grande hauteur de métal est présente au-dessus du cuivre en cours de solidification dans le moule, la pièce moulée a une tendance marquée à émerger,-- du moule avec une surface rugueuse, craquelée ou crevasséôu même à se rompre entièrement en deux portions.
Si l'on considère la nature fragile du cuivre nouvellement solidifié et la faible tension super-.- ficielle du cuivre fondu, une explication de la surface striée ou craquelée réside peut-être dans le fait que la hauteur de charge ou pression hydro- statique exercée par la hauteur de métal existant au-dessus du moule provoque l'étalement du cuivre
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fondu et en cours de solidification dans le moule et que, avec une hauteur excessive de cuivre fondu au-dessus du moule, eu. égard au diamètre de la pièce moulée envisagée, il se produit entre le moule et le métal un degré de frottement tel qu'il en résulte un glissement entre les cristaux du cuivre avant que ces cristaux aient complètement fait prise comme résultat d'une solidification complète.
Toutefois, la cause ou explication exacte de ces défauts importe peu et il faut seu- lement retenir que, chaque fois que la hauteur du métal fondu devient excessive par rapport au dia- mètre de la barre en cours de moulage, les imper- fections susmentionnées se produisent.
L'échelle de travail des hauteurs du métal peut être considérée comme variant d'une valeur (minimum) propre à assurer le remplissage du moule sans agitation à une valeur (maximum) juste inférieure à celle qui provoque les imperfections observées. Une règle de travail sûre consistera à maintenir la hauteur du cuivre fondu au-dessus du moule entre les limites approximatives de 2,5 cm., comme minimum, et de 15 cm., comme maximum, étant donné qu'on a trouvé dans la pratique que cette échelle satisfait aux désidérata quel que soit le diamètre de la pièce moulée par le procédé continu.
Le quatrième facteur concerne l'application d'un moule approprié, l'expérience ayant démontré que, au moins en ce qui concerne la surface du moule qui entre en contact avec le cuivre au voi- sinage du point où s'effectue la solidification de ce métal, il faut prendre des précautions parti-
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oulières à la fois dans le choix de la matière du moule et dans sa préparation.
En raison de la faible tension superficielle du cuivre fondu, ce métal tend à pénétrer dans tou- tes les imperfections superficielles telles que: fissures, pores ou autres irrégularités de la paroi intérieure du moule et, en se solidifiant dans ces cavités, à constituer sur la pleut moulée des bavures ou autres irrégularités qui, en accroissant le frot- tement entre le cuivre et le moule, provoquent la fractura de cette pièce,, Il y a lieu de mentionner à cet égard que le frottement qui s'exerce entre la paroi du moule et le cuivre nouvellement solidifié doit être maintenu à une valeur aussi faible que possible car, s'il en était autrement, il en résul- terait inévitablement dans le procédé de graves perturbations dues à la faible résistance à la traction du ouivre nouvellement solidifié,
Etant donné ce qui vient d'être dit,
il est clair que la surface intérieure du moule qui entre en contact avec le cuivre fondu et nouvellement solidifié doit, du point de vue mécanique, être aussi parfaite qu'il est possible de l'obtenir et faite d'une matière qui ne réagisse pas avec le cuivre à un degré quelconque. pour un procédé à refroidissement latéral du genre de celui qui est envisagé, il a aussi été nettement établi que la paroi du moule doit être aussi mince que possible et faite d'une matière qui possède au moins un degré de conductibilité thermique raisonnable.
Il a été démontré dans la pratique que des opérations de moulage industrielles répétées peuvent être réalisées à l'aide d'un moule fait d'un graphite
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dense ayant une grosseur de particule n'excédant pas 40 microns et ayant une porosité n'excédant pas 20% avec des pores dont la capacité est au maximum de 40 microns. Un graphite de cette qualité qu'on peut obtenir par une précipitation chimique et une agglomération à haute pression avec le char- bon colloïdal comme liant, ne doit pas être confondu avec d'autres qualités qui sont ordinairement appelées "denses" mais ne satisfont pas aux conditions ci-des- sus.
Le dernier des acteurs énumérés est celui du réglage convenable de la zone intermédiaire et, au cours de la description qui suit, on verra qu'une compréhension parfaite et une réalisation intelligente de ce réglage sont inestimables si l'on veut obtenir des résultats industriels, en particulier dans un procédé utilisant le refroidissement latéral.
Pour mouler le cuivre d'une façon continue, il faut bien entendu que le cuivre fondu soit refroidi de l'état liquide à l'état solide. Le refroidissement initial dissipe la surchauffe du métal, ce qui réduit sa température au point de fusion, et la continuation du refroidissement, en empruntant au métal sa chaleur de fusion latente, convertit le cuivre liquide à son point de fusion en cuivre solide à la même température.
Entre l'état complètement fondu du cuivre et l'état solide, il existe par conséquent une région dans la- quelle la chaleur latente de fusion du cuivre est soustraite de celui-ci et dans laquelle la solidifica- tion réelle dui cuivre s'effectue. En l'absence d'un meilleur terme descriptif, on a appelé cette région "zone intermédiaire ", et l'étendue dela zone in- termédiaire, c'est-à-dire la distance entre deux plana parallèles qui la limitent (dont l'un est entièrement
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dans la phase fondue et l'autre entièrement dans la phase solide) a été appelée " épaisseur " de cette zone.
Bien que les spécialistes puissent peut-être avoir différentes opinions en ce qui concerne l'état physique réel du cuivre dans cette zone intermédiaire, ceci ne présente pas d'importance en regard des résul- tats réellement observés qui montrent que la zone in- termédiaire est oelle où D'effectue l'emprisonnement du gaz. De nombreux échantillons de cuivre moulé démontrent d'une manière concluante que, à mesure que le métal se solidifia les gaz qui y étaient dissous sont mis en liberté comme résultat de la solidification du métal et passent dans la zone intermédiaire.
Si la zone intermédiaire a été convenablement réglée conformément à l'invention, on peut fabriquer d'une façon connue des pièces saines à des vitesses qui sont nettement commerciales; en cas contraire, des interruptions se produiront inévitablement.
Comme il a été indiqué précédemment, la présente invention envisage un refroidissement latéral plutôt que longitudinal, c'est-à-dire que le refroidissement auquel on soumet le cuivre pour le solidifier est effectué latéralement à travers la paroi du moule.
Ceci est important parce que, bien qu'on ait depuis longtemps proposé ce système de refroidissement, les obstacles que présentait sa réalisation industrielle avaient apparemment été considérés comme insurmontables par l'homme du métier, comme en témoigne l'apparition récente, dans l'art du moulage, du principe du refroi- dissement longitudinal.
Les résultats obtenus par la présente invention montrent toutefois que si les fac- teurs précédemment discutés sont observés et si la zone
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intermédiaire est réglée de la façon que l'on va décri- re, on obtient d'une manière continue des pièces de cuivre moulées saines à des vitesses commerciales no- tablement supérieures aux vitesses de production par elles-mêmes limitées de tout procédé connu appliquant le refroidissement longitudinal,
On a trouvé que si la zone intermédiaire est en tout temps maintenue telle que les cristaux du cuivre moulé se disposent radialement, c'est-à-dire forent une structure dans laquelle ils sont inclinés en hombres prédominante d'un angle de 45 , ou plus grand,sur l'axe de la billette ou barre,
dans une direction allant de bas en haut de la circonférence de la pièce moulée vers la surface en cours de solidi- fication du cuivre, on pourra indéfiniment fabriquer d'une façon continue des pièces moulées saines, étant donné qu'il ne se produira aucun emprisonnement de gaz si la zone intermédiaire est maintenue de façon qu'elle assure une telle cristallisation radiale.
Une explication du fait qu'on ne peut obtenir des pièces moulées de cuivre saines qu'en réglant la zone intermédiaire de façon à assurer une cristalli- sation radiale, qui empêche l'emprisonnement de gaz, est peut-être le fait que, dans un procédé à refroi- dissement latéral, le cuivre directement adjacent à la paroi du moule par l'intermédiaire de laquelle s'effectue la dissipation de la chaleur est le premier à se solidifier, alors que le dernier est celui qui est le plus rapproché du centre du moule. Si l'on sup- pose que le moule est vertical, cela veut dire que, dans le cas du refroidissement latéral, la ligne de solidification possède la forme d'un U, alors qu'elle est horizontale dans un procédé normal à refroidissement
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longitudinal.
Il semblerait raisonnable d'en tirer cette conclusion que lorsqu'un emprisonnement de gaz intervient, c'est parce que l'inclinaison de la ligne de solidification en forme d'U est si abrupte que les gaz qui pénètrent dans le cuivre de la zone intermédiaire à mesure qu'ils se dégagent du métal en cours de solidification ne peuvent pas s'échapper avant que le cuivre de cette zone se soit lui-même solidifié. Cette explication peut être et est corroborée par cette constatation réelle que la structure cristalline du cuivre indique la di- rection de la induction thermique au cours de la solidification .
En d'autres termes, il a été nettement établi que, pour assurer la production continue d'une pièce atoulée saine, il faut que l'épaisseur de la zone intermédiaire soit maintenue au-dessous d'un certain maximum. Ce maximum peut varier quelque peu avec différents métaux, mais on a trouvé que, dans le cas du cuivre, la zone intermédiaire doit être limitée à une épaisseur qui n'excède pas grandement le diamètre de la pièce si l'on veut éviter l'empri- sonnement du gaz.
Cette règle est toutefois aussi une règle de travail .Or. pour les alliages de cuivre parce que, bien que ladite épaisseur puisse être augmentée pour certains de ces alliages ( par exemple ceux qui ne contiennent pas de gaz ou qui peuvent être complètement dégazés par un traitement prélimi- naire), on a constaté dans le moulage réel de divers alliages que l'opération peut être réalisée d'une façon continue à des vitesses commerciales par l'ap- plication de la " règle du diamètre".
On a trouvé que le maintien d'une structure cristalline radiale, ou le réglage de la zone
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la mise en train de l'opération. On a trouvé dans la pratique qu'il ne faut atteindre la pleine vitesse de moulage industrielle que d'une manière progressive, par degrés lents et sans secousse de la pièce en cours d'extraction, et que, dès que la vitesse supérieure se trouve atteinte, il faut que la pièce moulée soit retirée d'une façon régulière et ininterrompue. Si l'on n'observe pas ces précautions, il en résultera une rupture de la barre en raison de la faible résistance de traction du ouivre nouvellement solidifié que contient le moule.
En outre, dans la mise en train de l'opéra- tion de moulage, il faut régler convenablement le taux de refroidissement par rapport au taux de moulage si l'on veut obtenir la vitesse commer- ciale supérieure désirée. Une des raisons les plus importantes de cette condition est que, si l'on applique le taux de refroidissement élevé normal à un moment où la vitesse d'entraînement est né- cessairement faible, il existe un risque réel que le cuivre se solidifie au-dessus de l'ouverture allant du réservoir à cuivre au moule et que ceci occasionne la rupture de la pièce qui On- tinue à être entraîné, hors du moule.
D'un autre cote, si on laisse la zone intermédiaire dépasser son épaisseur maximum en raison d'un refroidisse- ment insuffisant, il en résulte un emprisonnement de gaz, accompagné de la production d'un métal défectueux ou de la rupture de la pièce. pour mieux faire comprendre l'invention et faciliter sa mise en pratique, on en donnera ei-apxès une description plus détaillée en se
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référant au dessin annexé sur lequel:
La figure 1 représente schématiquement l'ensemble d'un type de four de moulage continu et de ses accessoires, susceptible d'être uti- lité pour mettre l'invention en pratique, ce four étant représenté en coupe longitudinale,
La figure 2 est une coupe verticale à plus grande échelle du moule représenté sur la figure 1, cette figure montrant les détails du montage du moule dans le four et le dispositif de refroidissement de ce moule.
La figure 3 montre par une vue analogue à la figure 2 la chemise de refroidissement des- tinée au moule dans une position abaissée.
La figure 4 est une coupe horizontale par la ligne 4-4 de la figure 2.
La figure 5 représente par une coupe verticale partielle un type de moule légèrement différent de celui des figures 2 et 3.
Les mêmes nombres de référence désignent des parties analogues sur les diverses figures.
Sur la figure 1, 10 désigne l'ensemble d'un four de fusion, de coulée et de moulage com- portant des parois latérales, des parois extrêmes 12 et 14, une paroi inférieure ou sole 16, une paroi supérieure ou voûte le et un mur d'autel 20 s'étendant en travers du four, près de son extré- mité de chargement. Une ouverture de chargement 22 est prévue dans la voûte 18, et une ouverture à brûleur 24 et un carneau 26 sont prévus dans les parois extrêmes 12 et 14, respectivement. La sole du four ainsi que, jusqu'à un niveau supé- rieur au. niveau. 28 du métal, les parois latérales et extrêmes dudit four sont pourvues d'un garnis- sage en charbon 30.
Une goulotte de chargement
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32 communiqué avec l'intérieur du four à l'extrémité de chauffage dudit four et un trou de coulée norma- lement fermé (non représenté) va de l'intérieur du four à un²buse 34 située à l'extrémité d'échappement de gaz du four.
Le moule 36 dans lequel s'effectue le moulage continu du cuivre est monté dans un support en forme de cuvette renversée 38, qui est lui-même disposé et fixé dans la sole du four par des moyens appropriés, par exemple à l'aide de briques 40 et de ciment réfractaire, en un point éloigné de celui auquel le métal fondu est introduit dans le four 10.
Une vis variable 42 munie d'un volant de commande 44 est supportée par une entretoise 46 et est reliée à une chemise d'eau 48 pour permettre de régler la position de cette chemise par rapport au moule 36. On a indiqué des poulies à gorge réglables 50 permettant de retirer la billette ou barre moulée 52, ainsi qu'une filière 54 et un dispositif d'enroulement 56.
On se référera maintenant aux figures de détail, en particulier aux figures 2 et 3. On voit que le moule 36, qui est fait du graphite dense de qualité spéciale précédemment mentionné, est noyé dans la partie supérieure du support 38 et affleure la face supérieure dudit support. Un écrou de blocage 58 fixe ce moule dans le support. Le moule 36 est complètement entouré par une chemise de circulation d'eau à paroi relativement épaisse 48, faite d'un métal de grande conductibilité thermique, tel que le cuivre forgé, et munie d'un tuyau d'arrivée d'eau 60 et d'un tuyau de départ d'eau 62.
Pour assurer un ajustement précis entre la chemise d'eau et le moule lorsque la chemise occupe
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sa position la plus haute, représentée sur la figure 2, comme dans l'opération à pleine vitesse normale, tout en permettant d'abaisser aisément la chemise à la position représentée sur la figure 3, par exemple en vue de diminuer le refroidisse- ment lors de la mise en train de l'opération, la chemise d'eau et la portion à paroi mince du moule sont l'une et l'autre légèrement coniques, comme indiqué sur les figures 2 et 3, de façon qu'on puisse régler leurs positions mutuelles en élevant ou abaissant la chemise par la rotation de la vis 42.
Au-dessous du moule 36 se trouve un prolon- gement de moule ou rallonge, indiqué dans son ensemble par 64, fixé en place à l'aide de tout dispositif approprié, non représenté, Cette ral- longe est composée de deux moitiés 66,68 qui sont assemblées élastiquement par un dispositif à bou- lons et ressorts ordinaire, comme représenté sur les figures 2 et 4. Chacune des sections de cette rallonge est pourvue de tuyaux d'arrivée 70 et de départ 72 d'eau de refroidissement. La rallonge 64 est de préférence en cuivre et pourvue d'une garniture en graphite 74.
La figure 5 montre un type de moule 76 et de chemise de circulation d'eau 78 légèrement dif- férent, le moule 76 présentant au-dessus de la zone de solidification une section intérieure plus grande que le moule des figures 2 et 3. Sur cette figure, la chemise est emboîtée à chaud sur le moule mais ladite chemise et le moule pourraient être rendus réglables l'un par rapport à l'autre de la même manière que dans les figures 2 et 3.
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Les autres détails des deux constructions sont essentiellement les mêmes. Dans les trois figures, la zone intermédiaire est indiquée schématiquement par 80, la pièce moulée solidifiée par 52 et le métal complètement liquide par 82.
A l'aide de l'appareil qui vient d'être décrit, on peut réaliser le Moulage de la façon suivante: Après que le cuivre a été amené à l'état approximativement exempt de gaz et désoxydé, ce qu'on peut effectuer de la manière précédemment décrite, il est introduit dans le four ou réservoir 10 par l'ouverture 22 à travers la couche épaisse de oharbon 84,qui est de préférence du charbon de bois préalablement enflammé de faible teneur en soufre, de même que la couche 86.
Le cuivre que contient le four 10 est maintenu à l'état complè- tement liquide par un brûleur ( non représenté) placé dans l'ouverture 24 ,et, par des additions appropriées effectuées par intervalles, ce métal est maintenu au niveau voulu, c'est-à-dire à un niveau tel que la hauteur de métal qui existe au-dessus du métal que contient le moule 36 ne soit pas excessive. Il y a lieu de,noter qu'on évite la turbulence du cuivre que contient le moule 36 en plaçant ce moule dans la sole du four en un point éloigné de l'extrémité de chargement du four.
Un bouchon s'élevant à l'intérieur du moule et pouvant avantageusement constituer la dernière partie de la pièce moulée d'une opération précédente empêche le cuivre de s'échapper en tra- versant le moule pendant le chargement initial du four avant la mise en train de l'opération de moulage.
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A la mise en train, on fait circuler de l'eau de refroidissement dans la chemise d'eau pour solidifier le cuivre que contient Inouïe et le souder à la barre 52, qui est retirée len- tement du moule par la rotation des poulies à gorge 50. Bien entendu, ces poulies peuvent être disposées de façon réglable l'une par rapport à l'autre pour permettre le passage de barres de dif- férents diamètres et chacune d'elles peut être actionnée d'une manière connue, par exemple par un moteur à vitesse variable accouplé à un réduc- teur de vitesse et placé sous la commande d'un rhéostat régulateur approprié.
Pour élever la vitesse de moulage à la pleine vitesse, on entratne la pièce régulièrement à des vitesses graduellement croissantes en même temps qu'on augmente le refroidissement du moule pour les raisons précédemment expliquées, On peut utiliser différents dispositifs pour établir la relation désirée entre les vitesses de refroidis- sement et d'entraînement de la pièce pendant cette période. Avec un moule tel que celui repré- senté sur la figure 5, dont la chemise a été em- bottée à chaud sur le moule, la meilleure façon de réaliser ce résultat est de régler le débit de l'eau circulant dans la chemise.
Dans un système tel que celui des figures 2 et 3, il est préfé- rable, en vue du même résultat, de commencer l'opération avec la chemise dans une position abaissée, comme représenté sur la figure 3, et d'élever graduellement cette chemise pour la rap- procher de la paroi du moule à mesure que la
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vitesse d'entraînement de la pièce augmente, jusqu'à ce que, finalement, elle s'ajuste étroi- tement à la paroi du moule et exerce son effet réfrigérant maximum, le moulage étant alors réalisé à la pleine vitesse commerciale, Un avan- tage de la chemise d'eau réglable est que le même débit élevé de l'eau peut être maintenu en tout temps, étant donné que le réglage du taux de re- froidissement s'effectue en modifiant simplement l'espace existant entre la chemise et le moule,
comme représenté.
En quittant le moule 36, dans lequel la zone intermédiaire convenable est maintenue comme on l'a dit précédemment et dans laquelle le cuivre se so- lidifie, la pièce passe par la rallonge 64 qui, étant donné qu'elle est composée de plusieurs sections assemblées élastiquement comme représenté, s'adapte automatiquement à la barre obtenue à l'aide de l'alésage partioulier du moule utilisé, Comme la formation de la pièce est et doit nécessai- rement être réalisée dans le moule 36 si l'on veut obtenir des pièces de cuivre moulées saines, la rallonge refroidie par l'eau n'est pas absolument nécessaire.
Cette rallonge est toutefois extrêmement désirable à titre de précaution de sécurité, en ce sens qu'elle empêche les échappements de métal en cas de rupture de la pièce et qu'elle contribue aussi à empêcher l'oxydation de la pièce chaude, qui se produirait autrement à sa sortie du moule, le métal étant et restant brillant à sa sortie de la rallonge, ce qui évite la nécessité d'avoir recours à des opérations de décapage,
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Il y a lieu de noter ici qu'alors que le moule 36, ou au moins sa surface intérieure, dans le cas d'un moule composite, est fait de la qualité spéciale de graphite dense précédemment mentionnée, on peut utiliser des sortes de graphite ordinaires pour garnir la rallonge,
étant donné que le cuivre a déjà été solidifié au delà de son état pâteux et fragile critique au moment où il pénètre dans la rallonge. Dans le même ordre d'idées, on notera que le mot " moule" est utilisé ici pour désigner l'appareil dans lequel on effectue la solidification physique du cuivre, pour distinguer nettement cet appareil de toute structure semblable dans laquelle cette opération délicate n'est pas réalisée, telle que la rallonge qui refroidit cependant la pièce moulée chaude.
La barre 52 ayant quitté la rallonge et passé entre les poulies 50 peut recevoir tout trai- tement et toute destination désirés. par exemple, on peut l'étirer à travers une filière 54 ou une série de filières et l'enrouler sous forme d'une bobine 56 ; bien on peut la découper à l'aide d'une scie appropriée en tronçons de longueur dé- sirée à sa sortie des poulies 50, comme dans le cas du moulage de billettes de 7,5 cm, par exemple.
Il est bien entendu qu'on peut apporter à la construction de l'équipement ainsi qu'aux détails de l'opération diverses modifications rentrant dans le cadre de cette invention. Cer- taines de ces modifications ont été représentées sur le dessin et d'autres se présenteront évidemment à l'esprit de l'homme du métier. En ce qui concerne les premières, on remarquera que, dans la construc- tion du moule des figures 2 et 3, on peut donner
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à ce moule un alésage cylindrique à l'exception d'un léger cône ou évasement vers l'intérieur et vers le haut, de la chemise à l'orifice du moule, ce cône ayant approximativement une inclinaison de 21 mm par mètre.
Lorsqu'on chauffe le moule jusqu'à la température de travail, la dilatation diminue la conicité, de sorte que le moule offre un conduit sensiblement rectiligne au cuivre pas- sant à travers lui,
La figure 5 montre un moule ayant une ouverture plus large qui, dans la pratique, semble présenter quelques avantages dans le moulage des barres de petit diamètre en facilitant l'échappement du gaz et en réduisant au minimum l'agitation du métal dans la zone intermédiaire sous l'influence du mouvement des gaz, Par contre, en raison de l'épaulement existant dans un moule de ce genre immédiatement au-dessus de la zone intermédiaire, il faut apporter encore plus de soins dans le maintien du rapport favorable entre les vitesses de refroidissement et d'en- traînement du métal, en partioulier à la mise en train,
pour éviter la " congélation" de l'ap- pareil.
En oute, bien qu'il soit préférable que la paroi du moule soit aussi mince que possible pour faciliter le taux de refroidisse- ment élevé et rapide qui est nécessaire si la zone intermédiaire doit être commandée convena- blement aux pleines vitesses de moulage, on peut utiliser dans la rallonge une garniture de graphite beaucoup plus épaisse. En outre, au lieu d'avoir une rallonge en plusieurs pièces,
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ou même une rallonge en une seule pièce relativement longue, on peut utiliser deux ou plus de deux rallon- ges plus courtes.
Il y a lieu de noter aussi que, dans le type particulier de montage de moule représenté sur le dessin, les c8tés du support 38 sont évasés vers l'extérieur et vers le bas, ce qui facilite le démon- tage de cette pièce lorsque ceci devient nécessaire, En outre, étant donné que le moule est en graphite, il est bon, dans la pratique, de maintenir une atmos- phère réductrice à l'intérieur du support, à l'en- droit où le moule est exposé, pour empêcher son oxydation,
Il a été surabondamment démontré que le cuivre peut être moulé d'une façon continue à des vitesses commerciales par l'application de cette invention.
Par exemple, en utilisant un moule ayant un alésage cylindrique de 2,5 cm et muni d'une paroi de 6,3 mm d'épaisseur seulement autour de laquelle était emmanchée à chaud une chemise de circulation d'eau de 7,5 cm de longueur, chemise dans laquelle l'eau circulait avec un débit de 32 kg par minute, il a été facile d'obtenir une vitesse de moulage de 50 cm par minute en produisant une barre de cuivre de 2,5 cm de diamètre, saine et dense. La densité était supérieure à celle d'un cuivre recuit laminé, soit supérieure à 8,93, des éprouvettes prélevées sur la barre ayant donné des densités d'au moins 8,95. Dans une opération un peu analogue réalisée sur du bronze-cuivre, une vitesse de moulage d'en- viron 75 cm par minute a été maintenue avec succès.
En ce qui concerne la nature véritablement continue du procédé, il suffit d'ajouter qu'une barre d'environ 800 mètres a été coulée sans une seule rupture et que,
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jusqu'au point où l'opération a été finalement arrê- tée volontairement, une barre dense et saine a été retirée continuellement. Il y a lieu d'observer que cette opération particulière a été mise en train sur du cuivre et finie avec du bronze-cuivre, le changement ayant été effectué sans interrompre la continuité de l'opération de moulage.
Il a déjà été indiqué que les principes de l'invention sont non seulement applicables au cuivre.mais aussi aux alliages de cuivre, dont le moulage continu présente des difficultés analogues à celles rencontrées dans le cas du moulage continu du cuivre par. Parmi les alliages qui ont été moulés avec succès par le présent procédé, on ci- tera le tellure-étain-cuivre, le tellure-silicium- cuivre, le nickel-cuivre, le silicium-cuivre, le cuivre-phosphore et le cuivre-zinc,
Les pièces moulées fabriquées conformément à l'invention présentent de nombreux avantages dont un grand nombre sont dûs à la structure cris- talline radiale du produite Ainsi, la structure produite par le laminage et le recuit est une structure dans laquelle les cristaux sont dépourvus d'orientation,
ce qui donne au produit les mêmes qualités de formation ou de façonnage dans toutes les directions, ce qui est extrêmement désirable dans la production d'objets de section circulaire.
Ceci est un avantage marqué sur une structure composée de cristaux longitudinaux qui sont gros et orientés dans un plan et une direction uniformes et conservent cette orientation directionnelle même lorsqu'ils ont été laminés et recuits..
On indiquera+particulièrement important la
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fabrication d'un nouveau produit métallurgique com- prenant du cuivre et de 0,001% à 0,005 % de phos- phore, lequel produit possède une densité de 8,93 ou au-dessus (8,95 étant courant dans la pratique) et une structure cristalline radiale, c'est-à-dire une structure dans laquelle les cristaux sont inclinés en nombres prédominants d'un angle d'au moins 45 par rapport à l'axe longitudinal de la pièce, On a trouvé que ce produit possède des propriétés inattendues qui le rendent nettement supérieur à tout autre produit de cuivre connu jusqu'à ce jour pour de nombreux usages différents.
On peut aisément fabriquer ce produit par le pré- sent procédé de moulage, la teneur en phosphore convenable étant introduite au moment où l'on désoxyde le cuivre préparatoirement au moulage.
REVENDICATIONS
1. Un procédé pour mouler le cuivre et les alliages de cuivre sous forme d'une colonne mobile, du genre dans lequel le métal est continuel- lement transféré d'une source fondue dudit métal à l'intérieur d'un moule dans lequel la solidification du métal est effectuée et hors duquel la pièce est continuellement retirée, ce procédé étant caracté- risé par le fait que la chaleur est continuellement extraite du métal latéralement à la direction du mouvement dudit métal, à une vitesse telle que la zone intermédiaire existant entre le métal à l'état fondu et le métal à l'état solidifié soit constamment maintenue à une épaisseur qui n'est pas sensiblement plus grande que le diamètre de la pièce moulée.
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