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Procédé et dispositif en vue d'exercer une pression sur des métaux en fusion.
La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif en vue d'exercer une pression sur des métaux en fusion.
Ils trouvent leur application notamment dans le cas de la coulée continue de lingots à faibles sections sans retassure.
Le but de l'invention est de réaliser cette opé- ration à l'aide de moyens particulièrement simples et peu coû- teux par le simple déplacement d'un piston dans une cuve.
Ainsi que cela est bien connu, ces métaux à point de fusion élevé ne peuvent être contenus que dans des réci- pients pourvus intérieurement d'un garnissage réfractaire.
De ce fait, il n'est pas possible de réaliser un calibrage /
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rigoureux de la surface interne de ces réceptacles, en raison d'une part des dégradations que doivent subir à l'usage ces revêtements et, d'autre part, de l'irrégularité de leur usure.
Un réservoir pourvu d'un tel garnissage ne peut donc jouer le rôle d'un cylindre dans lequel coulisse un piston destiné à comprimer le métal situé en-dessous de lui sans que l'on prévoie un joint tenant lieu de segment.
On se rend compte aisément des conditions exigées par un tel joint : il doit être réfractaire, imperméable au métal et capable de combler un espace essentiellement variable, compris entre des surfaces rugueuses et irrégulières.
Conformément à l'invention, le procédé consiste en ce que le métal liquide, contenu dans la partie inférieure d'une cuve garnie en cet endroit d'un revêtement réfractaire, est soumis à l'action d'un piston ou d'un organe analogue qui coulisse dans cette cuve en exerçant une pression sur le métal et qui en même temps comprime une matière plastique réfractaire disposée dans un espace compris entre le corps du piston et la surface inté- rieure de la.partie nue de la cuve, de telle manière que cette matière forme joint entre le piston et la surface intérieure du revêtement réfractaire garnissant la cuve vers le bas où est contenu le métal, la compression de cette matière étant obtenue par une diminution progressive du volume de l'espace dont elle dispose au fur et à mesure de la descente du piston,
la section de l'espace contenant le métal étant inférieure à celle de la partie supérieure et nue de la cuve.
Les dessins ci-joints montrent à titre d'exemple un dis- positif convenant pour la réalisation du procédé. Ce dispositif n'est représenté que schématiquement et les détails de réalisa- tion peuvent évidemment varier dans une large mesure.
La fig. 1 est une coupe verticale du réservoir contenant le métal liquide à soumettre à l'action d'une pression extérieu- re. Cette figure montre également le piston devant exercer cette pression sur le bain. Elle permet aussi de voir comment est réa-
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lisé le joint jouant le rôle de segment et montre également comment le procédé peut être appliqué à la coulée de lingots sans retassure.
La figure 2 est une vue en plan de la partie supérieure de la cuve.
La figure 3 est une vue de détail.
La figure 4 est une vue en coupe verticale relative à une variante de réalisation.
L'appareil utilisé pour la réalisation du procédé com- prend en ordre principal un réservoir 1 dont la partie inférieu- re destinée à recevoir le métal en fusion est munie intérieure- ment d'un revêtement 2 en une matière réfractaire.
Cet appareil est évidemment décrit à titre d'exemple et de nombreuses modifications constructives peuvent être introdui- tes. C'est ainsi, par exemple, que la, cuve au lieu d'être cylin- drique pourrait être ovale ou posséder une autre section .
Au-dessus du revêtement 2, le réservoir 1 se prolonge par une partie 3 dont le diamètre reste toujours supérieur à celui de la partie inférieure contenant le métal, quel que soit le degré d'usure du garnissage 2. La surface interne de la partie 3 est avantageusement usinée.
Vers le bas, le réservoir 1 comporte une tubulure 4 qui est destinée à permettre l'écoulement du métal sous pression. l'intérieur de la cuve, se trouve un piston 5 dont le diamètre correspond au diamètre intérieur de la partie nue 3 de la cuve, moins le léger jeu habituellement prévu. Ce piston se prolonge vers le bas par une partie 6 dont le diamètre extérieur est inférieur au diamètre intérieur de la cuve et il se termine par un fond 7 muni d'un revêtement réfractaire 8 par l'intermé- diaire duquel le piston vient en contact avec le métal liquide 9 contenu dans la partie inférieure du réservoir 1. Le diamètre du revêtement 8 est aussi voisin que possible du diamètre intérieur de l'espace contenant le métal en fusion, tout en lui étant toute- fois toujours inférieur.
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L'espace 10 compris entre la partie nue 3 de la cuve et la partie cylindrique 6 du piston doit être remplie par un mortier réfractaire de consistance convenable.
Cette installation peut être utilisée pour la- coulée sous pression de moulages soit en sable, soit en coquille. Elle trouve aussi son application dans le cas du lingotage des métaux.
C'est cette dernière application qui a été prévue dans l'exemple représenté.
A cet effet, à la tubulure 4, est raccordée une lingo- tière métallique 11 qui est de préférence usinée intérieurement et qui est entourée d'une chemise 12, laquelle est parcourue de façon continue par un fluide réfrigérant amené par une tuyauterie 13 et évacué, après échauffement, par une tuyauterie 14. La pres- sion et la vitesse de ce fluide, comme aussi le volume de la che- mise par rapport à celui de la lingotière, doivent être judi- cieusement calculés.
Au lieu d'une seule tubulure 4, on peut évidemment en prévoir plusieurs et dans ce cas il y a évidemment aussi plu- sieurs lingotières.
Deux cylindres superposés 15 et 16 à écartement variable sont disposés à proximité de l'extrémité de la lingotière par laquelle doit sortir le lingot, @ lequel devra s'introduire entre ces deux cylindres. Ceux-ci peuvent, dans certains cas, tourner librement autour de leur axe, mais leur rotation peut aussi être provoquée par tout moyen approprié. Dans ce cas, leur vitesse de rotation doit être variable et réglable, et ils doi- vent pouvoir tourner en sens inverse. Ces cylindres sont destinés à freiner la sortie du lingot de manière que la pression commu- niquée au métal en fusion par le piston 5-8 conserve son ,maxi- mum d'efficacité. Ces cylindres pourraient également coopérer au démoulage si la pression n'y suffisait pas. Dans ce cas, ils devraient être commandés.
La production de lingots au moyen de l'installation ainsi décrite s'effectue de la façon suivante :
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Avant l'introduction du métal dans la partie inférieure de la cuve 1 revêtue du garnissage 2, on place dans la lingo- tière un tronçon de lingot 17 qui devra la remplir entièrement; l'une des extrémités de ce lingot sera engagée entre les deux cylindres 15 et 16 qui doivent être suffisamment rapprochés l'un de l'autre pour que le bouchon constitué par le lingot 17 reste bien en place pendant tout le temps que cela sera néces- saire.
On supposera qu'à ce moment le piston a été remonté à une assez grande hauteur en dehors de la cuve et suffisamment pour qu'il soit possible d'introduire le métal dans la cuve.
Après introduction du métal, le piston 5-8 est redescendu et remis à la place indiquée à la figure 1 et dans laquelle la partie inférieure réfractaire 8 affleure le niveau supérieur du bain de métal.
Au préalable, on aura garni la périphérie de la partie
6 du piston, avant son introduction dans la cuve, de mortier réfractaire comme indiqué en 10, ce mortier ayant une consis- tance convenable. On ouvre alors les vannes d'admission et d'évacuation du fluide réfrigérant dans les tuyaux 13 et 14 ; on charge ensuite la partie supérieure 5 du piston,par exemple à l'aide d'une masse ayant un poids convenable.
Les cylindres 15 et 16 sont alors insensiblement écartés jusqu'au moment où, sous la poussée du métal sous pression, le lingot-bouchon 17 se déplace lentement et sorte de la lingo- tière. Il va de soi que la vitesse du démoulage peut être ré- glée à volonté en agissant d'une part sur l'écartement variable des cylindres et d'autre part sur la pression exercée sur le piston.
On se rend compte aisément du rôle important joué par le joint constitué par le mortier plastique 10 pendant la des- cente du piston 5-8.
Aussitôt en effet que le piston commence à descendre, le mortier est soumis à une pression exercée par la partie 5
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du piston et est comprimé fortement dans un espace qui va en se réduisant. Ce mortier s'introduit entre la partie inférieure 8 du piston et le garnissage réfractaire de la cuve en formant joint. Les infractuosités de la surface du garnissage 2 ne peu- vent même pas dans ce cas constituer un obstacle en vue de la constitution d'un joint entièrement efficace, ces infractuosités étant comblées par le mortier 10 qui, comprimé dans son logement à volume décroissant, comblera tous les vides dans lesquels il pourra s'introduire sous la pression à laquelle il sera soumis.
Toutefois, comme la compressibilité de ce mortier est limitée,il y a lieu de prévoir un moyen permettant à la matière, réellement en excès, de s'échapper. Ceci est obtenu en prévoyant à la partie supérieure 5 du piston des trous 18 dont le nombre et le diamètre doivent toutefois être calculés de telle manière que le mortier 10 soit toujours soumis à une pression suffisante pour qu'il puisse remplir le rôle qui lui est dévolu.
Pendant la descente du piston au cours de l'opération de lingotage, on peut boucher ces trous,ou certains d'entr'eux, si l'on s'aperçoit que le mortier s'échappe trop facilement, ce qui Indique que la compression est insuffisante à l'intérieur pour obtenir un joint efficace.
Sous l'action du fluide réfrigérant circulant dans la chemise 12, le mtal arrivant dans la lingotière 11y est presque aussitôt solidifié et la solidification s'opère évidemment de la périphérie du lingot vers le centre de sa section. Le lingot sor- tira de la lingotière au fur et à mesure de sa solidification, de la même manière que le bouchon 17, et il s'engagera à son tour entre les cylindres 15 et 16 en poussant le bouchon devant lui; il continuera son chemin, sur un transporteur à rouleaux par exem- ple, ou sur tout autre dispositif approprié. On peut évidemment prévoir des moyens pour effectuer le tronçonnage de ce lingot con- tinu.
Il est toutefois à remarquer,qu'étant donné que plusieurs lingots peuvent être obtenus simultanément en prévoyant une cuve comportant plusieurs orifices de sertie, la longueur de chaque @
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lingot sera dans bien des cas assez réduite pour que cette opération ne s'avère pas indispensable au cours du dmoulage.
La construction de la lingotière peut être réalisée selon différentes conceptions, mais il sera avantageux de la cons- truire en un métal qui soit de nature à favoriser au maximum l'échange de température qui devra s'opérer entre le métal en fusion arrivant dans cette lingotière et le fluide réfri- gérant. Certains alliages Al-Cu ou ±1-Si à conductibilité thermique élevée pourraient par exemple très bien convenir à un tel usage. D'autre part, sa résistance à l'éclatement peut être considérablement accrue en l'entourant d'une frette appropriée qui peut être constituée par exemple par un fil d'acier enroulé sous tension convenable.
Comme montré par la figure 3, le lingot 17 occupera de préférence la position indiquée par cette figure, entre deux cylindres cannelés 15 et 16 et les cannelures du cylindre ve- nant en contact avec les faces du lingot sur une grande sur- face.
On pourra prévoir avantageusement,également dans la partie 7 du piston, un évent pour l'échappement des gaz com- pris entre le piston et la surface du bain avant que le con- tact s'établisse. Cet évent pourra être fermé par un bouchon 19 aussitôt que le contact sera établi entre la surface du bain et le piston.
La figure 4 représente une variante de réalisation dans laquelle le piston peut rester en place pendant le rem- plissage. A cet effet, la partie inférieure 7 -est munie d'un trou de grande dimension pouvant être obturé par un bouchon 20 Le métal liquide est introduit à la partie supérieure du pis- ton en passant à travers une ouverture 21 prévue dans la par- tie 5 du piston et représentée à la figure 1.
Pour éviter que la température élevée qui règnera dans la partie inférieure de la cuve ne dessèche le mortier et di- minue se plasticité, il peut être avantageux de prévoir un
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refroidissement de la partie nue de la cuve et de la surface du piston devant venir en contact avec le mortier. On peut éven- tuellement remédier au séchage du mortier, par addition d'eau par les trous 18.
On peut aussi prévoir des guides appropriés entre lesquels le piston peut coulisser, lors de le sa descente, en vue de sa mise en place.
On pourra également prévoir un agencement permettant de sou- mettre le piston à l'action d'une pression mécanique, hydrauli- que ou pneumatique qui sera reetransmise au métal contenu dans la cuve. Dans certains cas; il suffira de placer sur le piston une charge d'un poids convenable.
La surface extérieure de la cuve 1 est de préférence munie de nervures de raidissasge 22 afin d'augmenter sa résistance.
Ainsi que l'on pourra s'en rendre compte, grâce au procédé décrit, la retassure,qui se forme dans le métal en cours de so- lidification et qui se situe à l'endroit de la masseuse solidi- fie en dernier lieu, sera comblée par l'apport constant de métal liquide et chaud arrivant sous pression de la cuve. Le compacité du métal ainsi obtenu sera bien supérieure aussi à celle dé l'a- cier composant les lingots coulés parles procédés habituels soit en chute, soit en source. La ségrégation sera aussi fortement atténuée en raison du refroidissement rapide du métal.
L'installation servent à la réalisation du procédé sera.peu coûteuse et peu compliquée et,une fois amortie, le prix de revient à la tonne de lingots coulés par ce procédé sera très voisin du prix de revient d'une tonne de gros lingots coulés par le procédé actuellement en usage.
Le procédé permet encore l'obtention directe de lingots à faible section, de l'ordre de celle des blooms ou billettes et ces lingots qui seront de véritables demi-produits ne comporteront, p.ais plus que ces derniers, la retassure constatée au sommet des lingots coulés par toute autre méthode.
En résumé, on peut dire que, par le procédé décrit, le tonnage du métal liquide sortant de l'appareil dans lequel il a @
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été élaboré peut être transformé sans frais en un tonnage équivalent de demi-produits.