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DEMANDE DE BREVET D'INVENTION Dispositif de masselotage pour moules et lingotières.
La coulée d'un métal en fusion dans un moule présente de nombreuses difficultés, notamment lorsqu'*il s'agit de la coulée de l'acier ou de la fonte dans une lingotière. Que lton introduise le métal en fusion dans la lingotièe par siphonage ( coulée en source) ou par le haut (coulée en chute directe ou non), on risque de produire des pailles occasionnées par l'éclaboussement ou les remous du jet, des inclusions non métalliques généralement emprisonnées vers la périphérie, un creux axial ou retassure, etc..
Cas défauts se traduisent par des rebuts considérables de métal, quels que soient les soins apportez au cours des opérations précédentes . La plupart de ces difficultés sont dues au fait que le figement se produite par anticipation. en divers points du lingot, notamment au niveau du métal pendant sa montée dans la lingotière et en tête du lingot, surtout
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lorsqu'il s'agit d'un acier calmé coulé en source,ce qui provoque les défauts de peau connus et des creux pouvant s'étendre très loin au sein du lingot ,
Les remèdes préconisés ou utilisés jusqu'à ce jour sont plus ou moins compliqués ou inopérants , lorsque la cadence de la fabrication en laisse le temps, on s'en tient généralement, pour limiter le mal,au masselotage des têtes de lingots,
opération connue qui consiste à revêtir les parois intérieures de la lingotière ou à les surmonter d'une partie faite de matériaux réfractaires de même nature que ceux utili- sés, notamment, dans les cuves de hauts-fourneaux, les poches$ puits, busettes, tampons, ou canaux de coulée ,En fait, les caractéristiques de ces matériaux n'ont pas été prévues pour répondre aux particularités que nécessite le masselotage ra- tionnel des lingotières ,
La présente invention, due à la collaboration de Monsieur H.J.DAUSSAN, concerne un procédé et un dispositif grâce aux- quels une masse thermogène associée à une masse calorifuge paut être appliquée soue diverses formes pendant la coulée du métal dans une lingotière ou un moule quelconque pour éviter.
dans une large mesure, les défauts de coulée dont il vient d'être question.
La masse calorifuge peut âtre constituée par exemple de fibres végétales ou animales, de sciure ou déchets de bois en menus morceaux, de charbon de bois pulvérisé ou granulé, de graphite pulvérisé ou en paillettes, da suie ou de toute subs- tance analogue à base de carbone, pouvant être agglomérée et moulée ou utilisée comme pisé,
La masse thermogène peut être constituée par des subs- tances, sous forme de poudres ou de granulés, ayant à tempéras ture élevée une grande affinité pour l'oxygène ou le carbone ou pour ces deux derniers éléments à la fois,, telles que l'alu- minium, le silicium, le titane, le bore, etc,., Sous l'action de la chaleur du métal coulé, des réactions exothermiques se
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précisent entre les éléments de la masse thermog138ne: A1,Si, Ti,Bo, C, O.
Les proportions de ces éléments sont déterminées pour qu'il ne se produise aucune réaction défavorable entre les constituants de cette masse et le métal en fusion qui Tient à. son contact, et d'autre part pour que les réactions exothermiques se produisant dans la masse donnant naissance à une scorie légère capable d'entraîner les inclusions non métalliques du métal coulé pendant le remplissage de la lin- gotière ,
La masse thermogène et la masse calorifuge associées sont appliquées sur la surface du métal soit dès le début de la coulée, soit au cours de la coulée,
soit à la fin de la coulée 4 Cas masses thermogène et calorifuge peuvent être mé- langées l'une à l'autre ou constituer des éléments distincts que l'on peut réunir en un seul bloc ou que l'on peut placer dans des positions différentes. Une composition donnée peut même jouer à la fois le rôle de masse thermogène et de masse, calorifuge .
Que la masse thermogène et la masse calorifuge soient mélangées entre elles ou qu'elles constituent des éléments distincts l'un de l'autre, on se sert pour agglomérer les substances dont chacune de ces masses est formée dtun agglu- tinant ou liant, tel que le silicate de sodium ou de potassium la silice gélatineuse, ou le goudron, que ce dernier y soit ajouté ou qu'il se produise au cours de la fabrication de la masse par la carbonisation partielle du bois qu'elle peut renfermer
La masse agglomérée au moyen du liant ou agglutinant pu% être formée ou moulée et desséchée de telle sorte qu'elle reste peu conductrice de la chaleur, par suite,notamment, de sa poro- sité ou de ses cavités qui lui donnent sa qualité de calorifuge.
A titre d'exemple le tableau ci-après indique quelques compositions en poids de masse calorifuge (composition N 1)
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et de masses à la fois thermogènes et calorifuges donnant de bon résultats .
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Il est bien entendu que le tableau ci-dessus est donmé à titre non limitatif.Ainsi, comme on l'a déjà indiqué ci- dessus, on pourrait employer une composition distincte pour former la. masse thermogène, et une composition distincte pour former la masse calorifuge. lorsque ces deux masses ne doivent pas être mélangées
Les compositions ci-dessus, à l'exception des compost- tions 7 et 8, peuvent se préparer de la façon suivante. On mélange intimement les constituants .
On les moule ou on les forme en les comprimant suffisamment mais sans excès pour que la masse reste poreuse et assez résistante pour ne pas se désagréger sous le choc des manipulations et ne gers céder trop rapidement aux réactions chimiques dont elle est le siège au cours de la coulée .Cette: mise au point pré- sente, en fait, peu de difficultés d'ordre pratique. Les masses ainsi formées ou moulées sont desséchées progressive- ment à l'air ou dans une étuve aérée pour éviter les fissures ou craquelures . Lorsque la fixation aux parois de la lin- gotière est prévue par des ferrures, on noie dans la pâte la partie de la ferrure qui restera scellée dans la masse après séchage .
Au lieu de former ou mouler la pâte, on peut aussi l'appliquer, avant de la sécher, sur les parois de la lin- gotière avec interposition de ciment suivant que la masse y adhère ou non d'elle-même. On sèche la masse par un moyen quelconque ; la chaleur emmagasinée dans les parois au cours de la coulée précédente peut y suffire , Ainsi la composition N 7 est prévue particulièrement pour être utilisée éventuel- lement comme pisé gâché à pied-d'oeuvre ,
En ce qui concerne la préparation de la composition N 8 t on fait agir une lessive de soude ou de potasse cana. tique sur SiO2.On peut utiliser la silice sous forme de /1 sable très fin renfermant par exemple 96 à 99% de SiO2 et
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4 à 1% de A12O3.
On mélange intimement la silice ainsi traitée à la sciure pendant que la réaction se produit ; on comprime,, on moule et la suite des opérations reste la même que pour les autres compositions .On peut aussi agglo- mérer en chauffant la masse dans une étuve jusque la car- bonisation partielle de la sciure, ce qui donne naissance à du goudron de bois jouant le rôle d'agglutinant
Le dessin annexé donne, à titre d'exemple, quelques modes de réalisation de l'invention.
Les figs. 1,2,4,6,7 et 8 sont des coupes suivant l'axe longitudinal de lingotières de section transversale quelcon- que.
La fig.3 montre une variante de masse thermogène et calorifuge due 1*on peut employer dans le dispositif de la fig.2 ,
La fig.5 est une vue en plan de la lingotière de sec- tion carrée de la fig.4 .
L'exemple de la fig.1 se rapporte à la coulée en source ;la masse calorifuge et thermogène a la forme d'une cuvette renversée 1 posée sur la base de la lingotière 2 (ou sur le fond du moule); le métal en fusion débouche par le conduit 3 à l'intérieur de la lingotière et du moule, monte dans celui-ci et soulève la cuvette 1 de façon à l'amener successivement à la position moyenne et à la position supérieure ± , -cette dernière position correspondant à la fin de la coulée . La poussée d'Archimède exercée par le métal liquide sur la cuvette est très forte par suite de la grande densité du métal par rapport à celle de la masse .
Le métal en fusion reste constamment en contact à sa surface avec le bord inférieur de la cuvette, la hauteur de celle-ci diminuant au fur et à mesure de son ascension par suite de l'usure produite par les réactions exothermiques .Lorsque le Moule est rempli ( position 1b) la cuvette bute sur des arrsts réglables 4 fixés à la partie supérieure de la lingo-
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tière 2 par des vis 5 par exemple Tissées sur un cadre 6 assez lourd pour compenser la poussée d'Archiomède ou de toute autre façon.
Les avantages que présente ce dispositif sont évidents, Lorsque le métal débouche dans le moule en 3, le jet est brisé sous la cuvette et les remous sur les parois sont amor- tis, pendant la montée du métal. La masse 1 forme non seules ment un écran athermans évitant les pertes par rayonnement, mais encore apporte des calories par suite des réactions exothermiques qui stamorcent sous l'action de la chaleur du métal en fusion, de telle sorte qu'on évite le figement an ticipé du métal pendant la coulée et tous les inconvénients qui s'y rattachent.
De plus, ces réactions exothermiques don- nent naissance à une scorie légère, très fluide, qui reste en quelque sorte accrochée à la cuvette dont elle est issue pendant la montée du métal et qui draine les inclusions non métalliques provenant des matériaux réfractaires, tels que pisé ou briques siliceuses et alumineuses,des poches,busettes. tampons, canaux. etc...
En fin de coulée* ( position 1b), la cuvette baigne entièrement dans le métal et agit très efficacement contre le figement anticipé de la tête du lingot évitant ainsi le creux axial ou retassure .on peut d'ailleurs augmenter lespoints de contact avec le métal en fusion par des trous 7 ou par des rugosités ou cavités prévues dans les parois de la cuvette$ ce qui facilite en marne temps le déga- zage .On peut aussi diminuer la dureté de la masse pour que la cuvette dont elle est faite se désagrège lorsqu'elle est entièrement immergée en fin de coulée à la position 1b.
Dans ce cas. l'action thermogène en tête est encore plus grande mais peut être moins bien répartie que lorsque la mas- selotte flottante reste agglomérée au haut de sa course, On voit donc que ce dispositif constitue un dispositifde masselotage idéal à la fois thermogène et calorifuge,
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Le cas de la fig.2 se rapporte à une lingotière dans laquelle la coulée se fait par le haut .La masse calorifuge et thermogène suivant l'invention 8 y est utilisée sous la forme d'un prisme droit ou d'un cylindre creux ou d'un tronc de pyramide ou de cône creux, ou encore, comme le montre la fig.3 sous forme d'une cuvette renversée 9 pré- sentant une ouverture 10 suffisante pour le passage du jetde coulée .Comme dans le cas de la fig.l ,
la masse 8 est posée sur la base de la lingotières Sur les parois de la perforation centrale de la pièce 8 on peut disposer des fibres végétales ou animales non agglomérées,imprégnées ou non de silicate de sodium, telles que paille de céréales,, copeaux, etc.. ,ce qui augmente la protection contre l'éclaboussement .La couronne 8 ou la cuvette 9 monte avec le métal et vient buter sur les arrêts 11 à la partie su- périeure du moule où elle s'immerge dans le métal en fusion.
De marne que dans le cas de la tigol, on peut avoir intérêt à ce que la masse se désagrège en fin de coulée, mais si la masse 8 reste à l'état de bloc compact, elle constitue une masse thermogène et calorifuge idéale, grâce à laquelle le retrait du lingot sa localise dans les meilleures conditions.
Outre les avantages précédemment signalés à propos de la fig.l la protection que présente le dispositif contre l'éclaboussement du jet sula base estremarquable, d'autant plus que cet éclaboussement est beaucoup plus violent dans le cas de la coulée en chute que dans celui de la coulée en source
Comme le montre la fig.2, on peut an fin de coulée disposer sur la couronne ou masse 8 une plaque 12 représen- tée en traits mixtes et constituée soit par une composition calorifuge, soit par une composition thermogène, soit par unc composition à la fois calorifuge et thermogéne et couler une petite quantité de métal en fusion par dessus,
ce qui coopère au figuement rationnel de la tête du lingot
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Cette plaque 12 est de préférence plus épaisse à sa périphé- rie qu'au centre pour compenser les pertes de calories qui sont plus grandes à la périphérie, ce qui est l'un des avantages de l'aggloméré sur les poudres
On remarquera que les dispositifs des figs, 1 et 2 permettant de couler des lingots de diverses hauteurs dans la marne lingotière en réglant les arrêt% 4 ou 11 à la hau- teur désirée que. le métal en fusion soit introduit dans le moule par le haut ou en source$ les masses calorifuge et thermo- gène peuvent être disposées à la partie supérieure de la lingotière, à la hauteur voulue,$ soit avant la coulée:
gà la manière des masselottes faites en matériaux réfractaires courants, soit en fin de coulée en les disposant sur la. matai en fusion, de préférence un peu avant la fin de la coulée,notamment dans le cas d'un métal fortement calmé.
La fig.4 représente le cas d'une masse à la fois thermogène et calorifuga 14 dans laquelle sont scellées des ferrures 13 permettant de fixer cette masse 14 à la hauteur voulue sur la lingotière 16 au moyen d'un cadre 15. La masse 14 pourrait aussi être cimentée aux parois de la lingotière 16 par un coulis approprié ou de toute autre façon convenable* La masse 14 peut avoir la forme d'une cuvette renversée ou d'une gaine ou couronne semblable aux dispositifs des fige.
1 et 2 ou d'une cuvette pourvue d*une ouverture suffisante pour le passage du jett de métal si celui-ci est coule en chute, comme le montre la fig.4. On obtient ainsi une masse. lotte parfaite avec le minimum de difficulté, de temps perdu et de main-d'oeuvre et le maximum d'avanteges Le dispositif permat également dobtenir des lingots de diverses hauteurs dans une même lingotière en fixant la masselotte 14 à la hauteur voulue
On peut aussi combiner le dispositif de la fig.4 et
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ceux des figs,l et 2,
o'est-à-dire prévoir une masselotte fixée avant la coulée à la partie supérieure de la lingotière à la hauteur désirée et une masselotte flottante venant en fin de coulée seloger de façon convenable dans la masselotte fixe .On peut dans ce cas supprimer les arrêts 4 et 11 des figs. 1 et 2, la masselotte fixe du type de la fig.4 ser- vant de butoir à la masselotte flottante du type des masse- lottes 1, 8 ou 9 des fige, 1 à 3.
Dans ce cas l'une quelcon- que des deux masselottes peut être simplement calorifuge et l'autre masselotte peut être simplement thermogène; ou bien la masselotte fixe et la masselotte flottante peuvent être toutes deux à la fois thermogène et calorifuge; ou enfin l'une des deux masselottes seulement peut être à la fois thermogène et calorifuge, l'autre masselotte étant simplement calorifuge ou simplement thermogène
La fig.6 représente une variante très simplifiée de cette combinaison des dispositifs des figs.l 2 et 3 dont il vient d'être question .On trai te à pied-d'oeuvre la composition pulvérulente en la gâchant à l'eau (l'aggluti- nant étant préalablement incorporé à la masse sous forme de poudre très fine)
. On appliqua cette pâte au degré de fluidité voulu en 17 sur les parois intérieures de la lin- gotière 18, à sa partie supérieure, comme un pisé, à la truelle, au pistolet à air comprimé ou de toute autre façon, La com- position N 7 du tableau ci-dessus convient particulièrement dana ce cas.Dans le cas où l'on désire donner plus d'épais- saur à ce pisé, on peut maintenir la masse pendant le séchage à l'aide de parois amovibles,, en tôle par exemple, s'appli- quant à l'intérieur de la lingotière . Dans ce cas on peut -'damer la masse dans la sorte de moule qui est ainsi cons- titué entre les parois intérieures de la lingotière et les tôles .
On sèche cette masse par un chalumeau avant de démon- ter les tôles ou par tout autre procédé.La chaleur de la paroi
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emmagasinée au cours de la coulée précédente assure genêt ralement le séchage. dans le cas d'une faible épaisseur du pisé.
D'autre part, on peut soit disposer au fond du moule une simple plaque 19 percée ou non de trou* et faite de la masse thermogène et calorifuge qui monteavec le métal,soit jeter cette plaque 19 sur le métal un peu avant la fin de la coulée . Il est généralement avantageux. comme pour la plaque 12 de la fig.2, que la plaque 19 soit plus épaisse vers son pourtour pour compenser les pertes de calories plus grandes vers les parois du moule. ce qui ne pourrait être réalisé si la masse n'était pas agglomérée, Cette dise position de la fig.6 facilite l'arrivée du métal au début de la coulée en source , la fig.7 représente une variante de la constitution de la.
masse prévue dans ce cas comme masse calorifuge en 20 et comme masse thermogène en 21, les deux parties 20 et /21 pouvant être agglomérées ensemble ou séparément au coure de la fabrication de la masse
La fig.8 est une variante analogue prévue notamment pour la coulée en source, dans laquelle la partie 22 cet par exemple prévue en composition calorifuge N 1 sans élément thermogène,
et la partie 2 est prévue en composition N 6 les deux parties 22 et 83 étant moulée ensemble ou séparée ment . Au début delà coulée une scorie très fluide due au silicate de sodium se répand à proximité des bords laté- raux intérieurs de la partie 22 et entraîne les inclusions non métalliques du métal en fusion$ et pendant la coulée les bords latéraux dela masse thermogène 23 évitent les "roulures" du métal qui se produiraient par le figement anticipé sur les bords, et en fin de coulée la paroi supé- rieure de la partie 23 fortement exothermique s'immerge et maintient la téta dulingot suffisamment chaude pour at-
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teindre les résultats recherchés dans l'invention.
On peut prévoir en 24 une boucle de ficelle ou de fil de fer pour descendre facilement le dispositif dans la lingotière à ltaide d'un crochet On pourrait d'ailleurs employer une ou plusieurs boucles de ficelle ou de fil de fer de ce genre dans le cas des autres figures pour faciliter la pose de la masse sur le fond du moule ,
Il est à remarquer que la masselotte flottante ou fixe en forme de cuvette, ou de gaine à section carrée rectangulaire, polygonale ou circulaire selon la forme de la section transversale de la lingotière peut être consti- tuée par la masse thermogène et calorifuge coulée d'une seule pièce ou en briques de forme appropriée dont la fig.5 donne un exemple de réalisation,
Il est entendu que les indications données au sujet de la composition des masses thermogène et/ou calorifuge et au sujet de la forme et de la position à donner à ces masses dans les moules ou lingotières ne sont données qu'à titre d'exemple .Les proportions des constituants et la nature de ces constituants peuvent différer sensiblement das proportions et des natures indiquées dans le tableau ci- dessus ; les constituants peuvent notamment être mélangés entre eux
L'invention ntest donc pas limitée aux modes d'exé- cution décrits ci-dessus et peut subir de nombreuses modi- fications sans sortir du cadre de l'invention.