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Procédé et appareil pour la coulée continue de métaux.
L'invention a pour but la coulée continue de produits métalliques 5 et particulièrement la coulée continue de métaux et alliages ferreux sous forme de produits finis et/ou semi-finis fie longueur indéterminée et de différentes sections transver- sales.
L'industrie des métaux a reconnu depuis longtemps le fait qu'un produit coulé de façon continue semi-fini ou fini de qua- lités industrielles acceptables, dont la longueur n'est limitée uniquement que par la quantité de matière fondue disponible pour la coulée;, offre des avantages économiques considérables par la suppression des pertes de métal à la coulée dues aux opérations d'ébarbage et de nettoyage qui se présentent lors
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de la production de lingots dans des moules fixes individuels .
Des procédés et appareils ont été mis en service avec succès dans l'industrie depuis des années pour la coulée continue de métaux non-ferreux, tels que le cuivre et l'aluminium, ayant des points de fusion relativement bas et des conductibilités ther- miques élevées.
La cristallisation (solidification) de métaux élémentai- res purs,tels que l'aluminium et le cuivre, se produit à un ni- veau de température unique bien défini, connu sous le nom de point de solidification. La transition de l'état liquide à l'é- tat solide de tous composés de début, y compris l'acier,qui est un alliage, a lieu sur un intervalle de température, dont les li- mites dépendent de la composition chimique spécifique du composé.
Par refroidissement à partir de l'état liquide ou fondu, un acier doux commence à se solidifier lorsqu'il atteint la température du "liquidus"et la solidification est complète lorsqu'il atteint la température du "solidus". Dans la zone comprise entre les températures du liquidus et du solidus, l'alliage consiste en deux phases - la solution solide delta et le fer liquide. Sous cet état, l'alliage n'a que peu ou pas de cohésion, et est désigné généralement comme étant dans l'intervalle poisseux.
La température du liquide plus élevée et la conductibilité ther- mique considérablement plus faible des aciers par rapport au point de solidification de cuivre et aluminium influencent considérablement l'opération de coulée.
La température de cristallisation et la chaleur contenue plus élevées de l'acier, lorsqu'il est à l'état fondu, nécessi- tent une vitesse beaucoup plus grande d'enlèvement de la chaleur de la surface du moule recevant la chaleur, pour maintenir la température de la surface réceptrice à une température qui ne provoque pas l'adhésion du métal coulée Etant donné la conduc- tibilité thermique plus faible de l'acier, une grande différence de température existera entre la surface et l'intérieur d'une /1
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masse d'acier coulée, qui dépendra de la vitesse d'élimina- tion de la chaleur de la surface de la nasse d' acier .
La coulée continue de cuivre et d'aluminium ne comprend aucun problème d'élimination notable de scories, tandis que l'élimination de la scorie représente un problè- me de première importance dans la coulée continue de l'acier.
Dans la fabrication de l'acier, la formation d'une scorie est une condition- de purification du métal et les composés non-métalliques et composés de fer présents attaquent la plupart des'produits réfractaires utilisés d'ordinaire comme revêtement des récipients dans lesquels l'acier est manipulé.
Une des principales difficultés rencontrées dans la coulée continue d'acier provient de la tendance du métal so- lidifié de coller à la paroi du moule. On pense que cette tendance est le résultat d'un refroidissement défectueux dû à un ou plusieurs facteurs, tels qu'un matériau: ou une épaisseur de moule non appropriée, des conditions inadéqua- tes du fluide de refroidissement, une atmosphère oxydante au niveau d métal fondu, la présence de scorie dans le métal, et la vitesse d'enlèvement des moulages. Le collage aux moules tend à provoquer la rupture du moulage embryonnaire à minces parois formé au début.
Il est indispensable que la pression ferrostatique du métal fondu soit maintenue sur le moulage embryonnaire.
Le problème de la coulée est dynamique, les variables étant la vitesse de déchargement, la vitesse de coulée, le degré de surchauffe du métal et la vitesse de transmission de la chaleur depuis le métal se solidifiant.
Dans un appareil de coulée continue, il est nécessai- re d'atteindre une vitesse de coulée relativement grande.
Ceci nécessite une grande vitesse d'absorption de la chaleur du métal fondu dans le moule de coulée. Une grande vitesse
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d'absorption de chaleur du métal fondu vers le moule de coulée et la conductibilité thermique relativement faible du métal ferreux se combinent pour permettre une formation rapide d'une enveloppe solidifiée autour du moulage embryonnaire. A mesure que l'enveloppe s'épaissit, le métal solidifié tend à se séparer de la paroi du moule par le retrait. Le retrait du métal de la paroi du meule réduit le frottement entre les deux, ce qui est un avantage au point de vue de certains des problèmes physiques de la coulée continue.
Cependant, le retrait du métal introduit également un problème d'échange de chaleur du à la variation des caractéristiques de transmission de chaleur entre une con- dition faisant intervenir la conduction de chaleur entre le métal fondu et la paroi de contact du moule, et la transmission de chaleur à travers l'espace existant entre la surface du mou- lage embryonnaire et la paroi du moule.
La faible conductibilité thermique de l'acier et l'é- tat de transition poisseux par lequel il passe donne lieu à la formation d'un noyau fondu en forme de V allongé entouré d'un noyau poisseux semblable en forme de V allongé dans la pièce coudée , ce qui est la cause de problèmes métallurgiques sérieux lors de la coulée continue d'alliages ferreux. De même, par suite de la relation entre la température et le temps lors de la formation du moulage embryonnaire, un refroidissement rapide pour former la croûte, suivi d'un nouveau refroidissement rapide pour solidifier le noyau, donne invariablement lieu à la pro- duction de craquelures dues à des efforts thermiques, craquelu- res de noyaux, craquelures de porosités et/ou dentritiques à l'intérieur de la pièce coulée.
De telles conditions à l'inté- rieur du produit coulé sont naturellement indésirables et peu- vent^être réduites ou supprimées en faisant varier la tempéra- ture de coulée, la vitesse de coulée et la vitesse d'élimination de la chaleur.
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Toutes scories et impuretés entraînées dans le moule se tendent à rassembler à la périphérie du moulage embryonnaire.
La scorie ayant une conductibilité calorifique inférieure à celle de l'aicier, toute scorie englobée à l'intérieur ou à la surface de la fine enveloppe du moulage embryonnaire a tendance à isoler la partie recouverte du moulage de l'action d'élimination de chaleur de la paroi du moule, de sorte que l'épaisseur de l'enveloppe du moulage peut être insuffisante, pour résister à la pression ferrostatique qui y est exercée, et peut donner lieu à la rupture de l'enveloppe. Dans le cas où la solidification de la partie intérieure voisine est retar- dée, sa solidification ultérieure et son retrait donnent par- fois lieu à la formation de craquelures de retrait et de vides dans cette zone.
La présente invention permet la coulée continue de produits ferreux divers et d'autres alliages à points de fu- sion élevés, de qualité industrielle convenable dans chaque cas et de structure métallurgique sensiblement uniforme sur toute sa longueur indéterminée. Lors de la coulée continue de l'acier, par exemple, l'acier de composition désirée est d'abord fondu suivant une pratique d'obtention d'acier de bonne qualité et puis est versé dans une poche appropriée contenant le métal et servant à la coudée. La poche peut avantageuse- ment être munie de soyons de chauffage du métal pour être sur qu'au moment de la coulée,la température du métal sera com- prise dans un intervalle de température optimum qui, tout en variant avec la composition du métal, sera normalement supé- rieure de 65 à 95 C (150-200 F)
à la température du liquidas du métal. La plus grande quantité possible de la scorie présen- te est enlevée ou retenue dans la poche. Le métal fondu est coulé à une vitesse réglée dans une auge en forme de tonneau construite dans le but de supprimer sensiblement la pression
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dynamique du métal coulé, de retenir la scorie restante dans l'auge et de décharger le métal fondu propre à une tempéra- ture sensiblement uniforme et sous une faible pression dyna- mique au centre d'un moule de coulée continue.
Pour réduire à un minimum la quantité de scorie dans la charge, les revêtements réfractaires des parties en contact avec le métal fondu sont construits au moyen d'une même com- position céramique. L'emploi de réfractaires semblables et compatibles tend à éviter les réactions chimiques entre la scorie formée par la réaction du métal fondg. avec un type de revêtement réfractaire, et un revêtement d'une autre composi- tion réfractaire.
Un assemblage fixe de moule de coulée spécial est utilisé, construit de manière à permettre le maintien de la grande vitesse désirée d'absorption de la chaleur du métal fondu et du moulage embryonnaire formé. Le moule de coulée lui-même est vertical et ouvert aux deux extrémités, et la vitesse d'introduction de métal fondu à son extrémité supé- rieure est mise en relation avec la vitesse de déchargement de la pièce coulée à son extrémité inférieure de manière à maintenir, pendant l'opération normale, un niveau raisonnable- ment uniforme de métal fondu à l'intérieur et en-dessous de l'extrémité supérieure du moule. Le niveau du liquide ne doit pas être trop rapproché du dessus du moule à cause des condi- tions combinées de l'atmosphère et du liquide de refroidisse- ment.
Une pression ferrostatique sensiblement uniforme de mé- tal fondu est ainsi maintenue sur l'enveloppe du moulage em- bryonnaire, de manière à éviter la rupture de l'enveloppe.
Le courant de métal fondu délivré est également réglé en ré- glant la position de l'auge, de manière à ce qu'il pénètre dans la masse fondue suivant l'axe du moule en ne produisant qu'un minimum d'éclaboussures sur le moule et de manière à éviter des remous dans le métal fondu dans le moule. Uneiasse
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tranquille de métal fondu a été trouvée favoriser un refroi- dissement circonférentiel uniforme lors de la formation de l'enveloppe solidifiée du moulage embryonnaire.
Le maintien d'un ménisque négatif sur la surface supé- rieure du métal fondu dans le moule a été trouvé important, si pas essentiel pour une opération satisfaisante.Le caractère du ménisque formé par le métal fondu dépend du fait qu'il existe un contact mouillant ou non-mouillant entre le métal fondu et la surface adjacente du moule. La présence d'oxydes, principalement d'oxyde de fer et d'autres impuretés sur la surface du métal fondu tend à provoquer le mouillage de la surface voisine du moule et aboutit ainsi au collage de la pièce coulée dans le moulé, tel qu'il est mis en évidence par la formation d'un mé- nisque positif sur le métal fondu. Une élimination complète de l'oxygène de l'atmosphère du moule au-dessus du métal fondu est hautement désirable pour éviter la formation de ces oxydes .
On l'obtient par l'introduction continue d'un gaz inerte;, de préférence plus lourd que l'air et insoluble dans le métal, à la partie supérieure du moule pour déplacer tout gaz plus lé- ger, tel que l'air pouvant s'y trouver, et également par l'in- troduction d'une substance qui absorbe l'oxygène et/ou les gaz réactifs- pouvant rester dans le moule. L'effet combiné des deux procédés produit une atmosphère sensiblement exempte d'oxygène dans l'espace du moule se trouvant immédiatement au-dessus du niveau du métal fondu.
Le procédé de coulée continue d'alliages ferreux et au- tres alliages à hauts points de fusion correspondant à la pré- sente invention, se distingue particulièrement par la vitesse extrêmement élevée de refroidissement du moule qui est appliquée Cette vitesse de refroidissement extrêmement élevée est atteinte par l'introduction du liquide de refroidissement dans l'assem- blage du moule de manière et en quantités convenables pour assu- rer l'introduction et le maintien d'un courant important de
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liquide de refroidissement sur toute la longueur du passage de refroidissement du moule, évitant les effets de cavitation,
par l'écoulement du liquide de reffodissement à travers le pas- sage à une vitesse ayant un nombre de Renold calculé pour cor- respondre à des conditions d'écoulement fortement turbulent, par un gradient de température entre le métal fondu et le liquide de refroidissement capable de réduire à un minimum la différence de température entre la surface de revêtement en contact avec le métal liquide et le liquide de refroidissement, et également par une élévation minimum de température du liquide de refroi- dissament lui-même entre ses points d'entrée et de sortie du passage dans le moule.
On obtient un moulage continu sain au point de vue métal- lurgique par la coordination de la solidification rapide décrite de manière à former une enveloppe ou croûte du moulage ayant la résistance voulue pour éviter des percées par le métal fondu in- térieur, suivie d'un refroidissement réglé, ou dans certains cas d'un réchauffage extérieur de la pièce coulée, après qu'elle a quitté le moule. La structure de grains la meilleure et la plus uniforme dans une pièce coulée d'acier saine s'obtient en main- tenant un gradient minimum de température entre le centre de la pièce coulée et sa périphérie pendant toute sa période restante de solidification.
De telles conditions exigent un réglage du temps et de la température de la pièce coulée qui est entièrement différent des conditions de coulées d'acier stationnaires.Dans la zône de refroidissement retardé ou de réchauffage, l'enveloppe solidifiée est réchauffée par de la chaleur fournie extérieureme ou par échange de chaleur avec le noyau plus chaud. Il en résulte que le gradient de température du centre vers la périphérie du produit coulé est réduit à un minimum et que, pendant que le noyau liquide et poisseux cède sa chaleur de fusion à la croûte solidi- fiée, la pièce coulée se solidifie entièrement.
Pendant cette solidification réglée , tout vide créé par un retrait du métal dans la masse durera avantageusement pendant un temps suffisant
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pour pouvoir être rempli de métal fondu provenant du noyau de métal fondu voisin situé au-dessus. Par suite de ce refroidisse- ment lent et réglé, le noyau du moulage a une longueur notable et agit ainsi à peu près de la même manière que la tête chaude utilisée d'habitude en aciérie, tendant à éviter la production de craquelures dues à des tensions internes et externes dans le moulage fini.Lorsqu'il a dépassé un point où sa solidification est complète, le moulage obtenu de façon continue, descendant est périodiquement découpé à une longueur déterminée d'avance par un mécanisme approprié de découpage de métaux,
en vue de la facilité ultérieure de sa manutention et de son transport à l'endroit d'emploi.
Bien que différentes réalisations du procédé et de l'ap- pareil perfectionnés de l'invention sont adaptées à l'applica- tion de la coulée continue à la fois de métaux et alliages à bas et à hauts points de fusion, le procédé et l'appareil décrits ici sont prévus particulièrement et sont spécialement utiles à la coulée continue d'alliages d'aciers au carbone et d'aciers spé- ciaux aussi bien que du nickel et d'alliages à points de fusion élevés.
Dans l'appareil de coulée continue représenté sur les des sins, de l'acier fondu ou un autre métal ou alliage ferreux est introduit à une extrémité de l'appareil et des produits semi- finis prêts à recevoir leur forme finale et leur finissage sont déchargés à l'extrémité opposée. L'ensemble de l'appareil est représenté de façon générale sur la fig.l, tandis que les dé- tails des pièces sont représentés sur les fig.2 à 13. Comme on le voit sur la fig.l, l'acier fondu est amené à l'appareil par une poche de transport 10 venant d'un four de fusion et est coulé par le fond dans une poche appropriée servant de réservoir et pour la coulée 11 , qui est construite et fonctionne de ma- nière à y maintenir le métal fondu à une température choisie, dans le cas actuel par chauffage par induction.
La poche 11 est construite de manière à effectuer la coulée par le bec, munie d'un mécanisme de réglage prévu pour assurer une vitesse de
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coulée continue choisie dans une auge en forme de tonneau 18 placée de manière réglable, qui déverse le métal fondu à l'ex- trémité supérieure et le long de l'axe central d'un ensemble de moule de coulée qui lui est associé 12.
Le métal fondu est rapide- ment refroidi dans l'ensemble de moule 12 pour former l'enveloppe ou croûte d'un moulage embryonnaire, et la solidification de la piè ce coulée se termine dans une section ultérieure de refroidissement retardé ou de plongée 63, d'où le moulage est enlevé continuelle- ment sous forme d'une pièce coulée continue 13 à une vitesse ré- glée par une série de pinces commandées et/ou de rouleaux de dé- chargement 14, le moulage continu passant ensuite à la section de manutention 15 où le moulage est découpé à longueurs déterminées d'avance et où chaque longueur ainsi découpée est déchargée sur un convoyeur horizontal.
La poche de coulée 11 et son mécanisme de manoeuvre repré- senté sur les fig.2,3 et 4 comprend un revêtement de blocs réfrac- taires 16 et un réfractaire plastique 17 contenant une bobine d'in- duction 20 refroidie à l'eau. La bobine 20 est supportée dans une boite en asbeste cimentée 22. Le fond de la poche et le couvercle amovible 23 sont également revêtus de matériaux réfractaires appro- priés.
Dans le but de régler de façon précise le point d'introduc- tion du courant de métal fondu dans l'auge'en tonneau 18 à partir du bec 24 de la poche, la pèche peut basculer autour d'un axe ho- rizontal X-X dans le sens latéral et peut se déplacer par rapport à l'ensemble du moule 12. La poche est montée sur un châssis en forme de L,25 portant des tourillons 26 qui s'engagent dans des paliers 27 sur des piédestaux 30. Comme on le voit sur la fig.3, le bord inférieure du bec 24 se trouve de préférence sur l'axe X-X.
Les paliers pour tourillons 27 sont montés de manière à pouvoir glisser horizontalement sur des guides 31 sur les piédestaux 30, la position latérale des paliers étant réglée simultanément par des vis 32 actionnées par une paire de moteurs à engrenages du type réversible à verrouillage. Le mouvement de basculage du châs- sis et de la poche s'effectue par l'intermédiaire d'un câble 33
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fixé à un étrier à câble 34 sur le châssis 25. Le câble 33 passe à travers une paire de mouffles différentiels 35 et s'enroule autour d'un tambour à gorge 36 mis en rotation par une commande à moteur réversible. Le châssis et la poche peuvent tourner d'un angle d'en- viron 90 autour de l'axe X-X.
Les connexions électriques et les conduites d'eau de refroidis- sement vers la bobine 20 de la poche sont flexibles, de manière à per - mettre la rotation de la poche.Les câbles électriques 40 sont fixés alternativement aux tubes 41 refroidis à l'eau aboutissant à la bo- bine 20 pour réduire la perte électrique et la réactance. Les câbles 40 passent sur un tambour à gorge 42 monté sur le châssis 25 et sur un tambour à gorge 43 placé sur le châssis de la construction. Les câbles 40 sont alors enroulés vers le bas autour d'un tambour à gor- ge 44 qui agit comme contrepoids. Les câbles 40 aboutissent à l'appa- reil de contrôle et générateur de fréquence électrique placé à un ni- veau inférieur et représenté de façon générale en 45 sur la'fig.l.
L'auge en forme de tonneau 18 et ses dispositifs de support re- présentés sur les fig.5 à 9? peuvent être réglés de manière à recevoir le métal fondu de la poche 11 et à décharger ce métal sous forme d'un courant continu suivant l'axe central de l'ensemble du moule 12 au niveau normal du métal fondu qui s'y trouve. Pour amortir le choc du courant de chute de la poche et faire revenir à la surface de la scorie englobée, et en même temps réduire et diriger la turbulence produite par le courant tombant, l'auge consiste en une boîte rec- tangulaire ouverte vers le haut, revêtue de réfractaires, divisée en une chambre d'entrée 18a et une chambre de sortie plus petite 18b par une cloison réfractaire transversale verticale 19.
Une pièce en forme de chicane réfractaire 19a inclinée transversalement, est placée dans la chambre d'entrée et s'étend vers le haut en formant un angle d'en- viron 20-30 C avec son extrémité inférieure qui se raccorde à la cloi- son verticale 19. Des trous 28 forment des passages séparés à travers lesquels le métal fondu peut s'écouler de la chambre d'entrée vers la chambre de sortie pour s'échapper par un déversoir réfractaire à bec 29 en forme de V.
Pendant la marche, l'auge est préchauffera
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une température élevée et inclinée normalement d'environ 15 etplacée de manière que le courant de métal fondu venant de la poche 11 tombe dans la chambre d'entrée et atteigne la cloison verticale 19 en dessous du niveau normal de métal fondu suivant un angle tel que le courant continue à descendre jusqu'à ce qu'il atteigne la pièce en forme de chicane 19a qui ramène la scorie entraînée par le métal vers la sur- face d'où elle est enlevée.
L'auge-tonneau est montée de façon amovible sur les paliers à tourillons ouverts 37 supportés de façon réglable sur un bras oscil- lant dans le sens horizontal 38 qui permet à l'auge d'être écartée du voisinage du moule. Pendant la marche, l'auge peut être basculée dans un plan vertical autour d'un axe placé dans l'alignement de la crête du déversoir 29, être tournée dans un plan horizontal autour d'un point situé immédiatement en-dessous du déversoir et être déplacée horizontalement le long de son petit axe. Ces mouvements corrigent tout mauvais alignement du courant de métal pouvant être provoqué par de la scorie ou du métal solidifié sur le déversoir et permet à l'opé- rateur de diriger le courant de métal au centre de la masse fondue dans le moule.
L'auge est basculée par une crémaillère à vis 49 venant en contact avec un levier 49a placé sur un des tourillons. Le mouve- ment angulaire de l'auge autour d'un axe vertical s'effectue en mon- tant les paliers à tourillons 37 sur un plateau séparé 58 relié par pivot 58a à un levier extensible 38a et une manivelle à vis 58b mon- tée de façon amovible à l'extrémité extérieure du plateau qui s'engage dans un écrou à pivot 58c sur le levier extensible 38a de manière que la manoeuvre de la manivelle fait tourner le plateau angulairement autour de l'axe vertical de la connexion pivotante 58a. Le mouvement latéral de l'auge s'effectue par une glissière arquée 59 engageant une bride arquée fixe 58d située à l'extrémité opposée du plateau 58.
La glissière 59 porte sur le côté un boulon 59a sur lequel est vissé un écrou 59b portant un engrenage conique 59c à son extrémité exté- rieure. Un engrenage conique 68 porté par une manivelle 68a sur le levier 38 s'engage dans l'engrenage 59c de manière à déplacer le boulor 59a dans le sens latéral et régler la position du levier 38a et du
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plateau 58. La connexion pivotante 58a est construite de manière à permettre ce mouvement latéral par rapport au levier 3.
Le vitesse désirée extrêmement élevée de refroidissement du moule est obtenue par application du fait que la vitesse de transmis- sion de la chaleur à partir de la paroi du moule est une fonction di- recte de la vitesse du liquide de refroidissement, pourvu qu'aucun effect de cavitation ou d'écoulement lamellaire ne se produise lors du passage du liquide de refroidissement. L'ensemble de moule 12 est disposé dans ce but, comme on le voit sur les fig.10,11 et 12 de ma- nière à éliminer la chaleur du métal fondu introduit à son extrémité supérieure et à former de façon continue un moulage embryonnaire qui est continuellement enlevé à sa partie inférieure.
Pendant qu'il est dans le moule, le métal fondu et le moulage .embryonnaire sont en contact ou au voisinage de la surface intérieure d'un tube ou fourreau de métallique et moulage/à parois relativement minces allongé verticalement/refroidi à l'eau, 46, qui est ouvert à ses extrémités supérieure et inférieure et a la section transversale du moulage désiré qui? dans la réalisa- tion représentée sur les figures 5 à 13, est une section transversale horizontale circulaire. L'extrémité ouverte supérieure du tube est supportée dans un plateau de tête 47 d'où le tube est suspendu au niveau fixe du plateau et est libre de se dilater suivant son axe à partir de ce point.
Le plateau 47 forme la paroi supérieure d'une chambre annulaire 56 terminée par un cylindre 5,- monté sur une pla- que de fond supportant la charge, 55.
Un tablier tubulaire métallique 52 de forme de section trans- versale correspondante, entoure le fourreau du moule 46 et est dis- posé de manière à maintenir un courant de liquide de refroidissement contre la surface du fourreau du moule sensiblement sur toute sa lon- gueur.
Le tablier est également supporté par suspension au voisinage de son extrémité supérieure en étant fixé à l'intérieur de l'ouverture centrale de la plaque 55.L'extrémité supérieure du tablier 52 s'é- tend au-dessus du niveau de la plaque de support 55, et son bord supérieur s'adapte dans une encoche correspondante d'un manchon 60 qui l'entoure et qui est fixé à la face supérieure de la plaque 55,
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dé et forme un déversoir de/charge de la chambre 56. Un passage d'eau 53 relativement étroit de largeur uniforme, à extrémité ouverte annulaire; escainsi formé entre le fourreau 46 et le tablier 52.
Les entrées d'eau de refroidissement 57 débouchent dans la chambre 56 en des points espacés uniformément suivant la circonfé- rence et un plateau de distribution annulaire perforé 61 est inter- posé entre les entrées et le passage de l'equ 53.L'extrémité supé- rieure ou section de déversement du manchon 60 a une forme telle qu'elle constitue une tuyère d'entrée empêchant la cavitation vers le passage d'eau 53, l'extrémité supérieure du manchon étant arron- die et sa paroi intérieure découpée de manière à converger sous un angle d'environ 20 jusqu'à atteindre un diamètre correspondant au diamètre intérieur du tablier 52.
L'extrémité inférieure du tablier 52 est espacée de l'ex- trémité inférieure du fourreau 46, le fourreau et le tablier étant maintenus indépendamment l'un de l'autre en des positions en-des- sous de la plaque 55, de manière que chacun puisse s'adapter de lui-même à la température et à la charge exercée par le métal en- fermé ou le liquide de refroidissement. La longueur du fourreau du moule 46 dépendra de différents facteurs tels que la composition du métal, la section transversale du moulage et la vitesse désirée de déchargement du moulage. Le fourreau du moule représenté lors de son emploi pour la coulée de cylindres de 15 cms, (6 pouces) a une longueur de 2,70 m. (108 pouces).Dans un tel ensemble de moule, la largeur radiale du passage de l'eau 53 est d'environ 3 mms. (1/8 pouce).
Comme de grandes vitesses de transmission de chaleur du métal coulé vers l'eau sont développées, l'épaisseur de la paroi du fourreau du moule 46 est avantageusement faible et, dans le cas où le fourreau est fait en laiton,une épaisseur de 6 mm (1/4 pouce) a été utilisée. Dans le cas où le fourreau du moule est préparé en une autre matière tel que de l'acier doux, acier stainless ou cuivre, les caractéristiques de conductibilités ther- miques différentes entrent en ligne de compte pour la détermination des dimensions appropriées du fourreau du moule.
La situation de l'entrée convergente du passage de l'eau entre l'extrémité supérieure du manchon 60 et le côté extérieur du four- reau 46 de manière
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à recevoir une alimentation d'eau de refroidissement de la partie annulaire supérieure de la chambre 56 située au-dessus de la plaque perforée 61,assure un important courant d'eau uniforme dans le passage 53 sur togte sa circonférence.
De plus,l'entrée graduellement convergente du passage crée également une accélération graduelle de la vitesse de l'eau à l'entrée du passade d'eau annulaire 53, à un degré tel. cu'elle corresponde bien aux conditions d'é- coulement turbulente assurant decette manière une grande vitesse de transmission de chaleur de la face extérieure de la paroi du fourreau à l'eau de refroidissement. Les diamè- tres relatifs extérieurs et intérieurs du fourreau et du tablier 52 sont choisis de telle sorte que,pour la vitesse de circulation et la tempe rature de l'eau qui en sort, on obtienne un nombre de Reynold calculé qui assure des condi- tions d'écoulement fortement turbulent à travers le passade.
L'extrémité inférieure du fourreau 46 porte un bou- clier 5C d'écartement de l'eau en dessous du tablier 5 et qui est disposé de manière à écartes l'eau de refroidisse- ment du moulage embryonnaire lorsqu'elle sort de l'ouverture annulaire 73 à l'extrémité inférieure du fourreau 46.
L'arrangement des pièces décrit contribue à former une por- tion de l'ensemble de moule la, refroidie à l'eau, dans la- quelle une grande vitesse de transmission de chaleur entre le métal fondu introduit au-dessus et l'eau de refroidisse- ment s'écoulant à l'extérieur du fourreau 46 peut être main- tenue pour solidifier une enveloppe extérieure sur le mou- lage embryonnaire, qui s'épaississe à mesure que la pièce coulée se déplace vers le bas.
Lors de la mise en marche de l'opération de coulée, un bouchon 164 tel que représenté sur la figure 13 est intro- duit dans le moule avec son extrémité supérieure placée en un point intermédiaire de la longueur du fourreau du mou- le 46 et son extrémité inférieure engagée dans les rouleaux
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à pinces 14. Le bouchon 164 est constitué d'une série de petites sections 165 maintenues ensemble au moyen de tiges 166 de manière que le bouchon puisse être rapidement assemblé et démonté.
Lorsque le métal fondu a été déchargé dans la poche de coulée 11 et que le métal a été chauffé à la température de coulée désirée dans cette poche, on fait circuler l'eau de refroidissement à travers le moule 12 et le métal fondu est introduit dans la cavité du moule formée dans le four** peau 46 par le bouchon 164.
Lorsque le niveau du métal fondu dans le fourreau du moule 46a atteint un point dé- terminé d'avance voisin de son extrémité supérieure,les rouleaux à pinces 14 sont mis en marche pour enlever le bouchon 164 à une vitesse uniforme choisie en rapport avec les variables de la coulée de manière à former un moulage sain au point de vue métallurgique. Lorsque chaque section successive 165 du houchon dépasse le dessous des rouleaux 14, la tige 166 est enlevée et la section est détachée.
La tête du bouchon 167 est munie d'une vis à chapeau 168.
L'extrémité inférieure du moulage se solidifie tout autour et saisit la visà chapeau 168, ce qui permet que la pièce cou- lée 13 formée au début puisse être enlevée du moule par les rouleaux à pinces 14.
Des matières liquides ou gazeuses sont introduites niveau, du dans la partie supérieure du moule au-dessus du/métal fondu dans le moule,de manière à créer une atmosphère non oxydante su dessus du métal fondu. Ces matières liquides sont en grande partie gazéifiées par les conditions de hautes tempé- ratures existant dans le moule et le gaz produit crée une atmosphère non oxydante pour le métal fondu à l'extrémité su- périeure du moule. Des tubes pour l'introduction de matières liquides et gazeuses sont représentés sur les figures 10, 11
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et et la disposés en paires espacées suivant la circonférence su- tour de l'extrémité supérieure de l'ensemble du moule 12.
Un tube 77a de chaque paire est relié à un mécanisme de con- trôle de débit à déplacement positif, à travers lequel un li- quide tel que de l'huile de ricin peut être introduit dans le moule, tandis que l'autre tube 77b est relié à une source de gaz inerte tel que l'argon. L'argon étant plus lourd que l'air,se rassemble dans le moule au-dessus de la surface du métal fondu qui s'y trouve,de sorte que les gaz réactifs con- tenant de l'oxygène ou les gaz solubles dans le métl sont dé- placés et que la masse de mets,! fondu et le courant de métal entrant sont protégés contre l'oxydation.
L'huile de ricin semble être vaporisée après être entrée dans le moule et être au moins partiellement décomposée au voisinage du ménisque du métal* L'hydrogène libéré par la décomposition de la vapeur d'huile de ricin tend à se combiner à tout oxygène présent et réduit ainsi toute tendance à la formation d'oxydes métalliques; la quantité d'huile de ricin introduite par chacun des tubes 77b s'élève seulement à une à quatre gouttes par minutes, ce qui équivaut à environ à 22 va à 90 grs (0,05-0,30 livres) par tonne de métal.
Fendant la marche de l'appareil de moulage,l'eau de refroidissement, avec ou sans addition d'un agent de mouillage 'approprié, est introduite à la partie supérieure du moule 12 à travers les conduites 57. L'eau entrant dans la chambre 56 s'écoule vers le bas à travers le passage annulaire 53 sous for- me d'un courant uniforme important. Pour obtenir la vitesse de transmission de chaleur nécessaire à la coulée continue avec succès d'alliages ferreux à des vitesses linéaires industrielles, il est essentiel qu'on fasse passer une grande quantité d'eau de refroidissement à travers le passage annulaire 53.
La quantité d'eau variera avec la surface de la section transversa-
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le de la pièce coulée et avec sa forme et la vitesse de dé- chargement maintenue mais en général elle doit être telle que l'élévation moyenne de la température de l'eau de refroidisse-.: ment à travers l'ensemble formant moule 12. soit inférieure à 6,5 C (12 F) et que la .température de la surface extérieure du fourreau du moule soit de beaucoup inférieure à la tempé- rature à laquelle des bulles de vapeur se forceraient à sa sur face. On a trouvé avantageux, si pas essentiel, d'utiliser un courant d'eau de refroidissement de 1575-1300 litres par minute.
(350-400 gallons) à une température d'entrée d'eau de conduite et sous une pression de colonne de 75-100 psi pour la coulée continue de cylindres d'acier de 15 cms (6 pouces) dans un ensemble de moule semblable à celui représenté ici.
Fer conséquent, un point¯'essentiel du procédé de coulée d'al- liages ferreux suivant la présente invention consiste en ce que la quantité d'eau de refroidissement introduite soit au moins de plusieurs fois supérieure à la quantité maximum re- connue nécessaire auparavant dans l'application antérieure de ces procédés de coulée. On obtient ainsi un rapport élevé d'eau de refroidissement introduite par rapport au poids de métal coulé par minute.
Par suite de la section relativement rétrécie du passage d'écoulement d'eau 53, l'eau s'écoule à travers ce passage à une grande vitesse pour obtenir une transmission de chaleur effective de la surface extérieure du fourreau du moule à l'eau. Pour obtenir la transmission de chaleur la plus effec tive entre le fourreau du moule et l'eau de refroidissement, l'écoulement de l'eau à travers le passage 53 doit être main- tenu à une vitesse ayant un nombre de Reynold calculé indi- quant un écoulement fortement turbulent plutôt qu'un écoule- ment laminaire.
Puisque l'extrémité de décharge annulaire de ce passage de l'eau n'est pas rétréci et que l'eau se décharge
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dans une aire annulaire à la pression atmosphérique,la pres- sion de l'eau de refroidissement se transforme sensiblement d'une pression statique en une pression dynamique . La conti- nuité,la vitesse et la direction du courant d'eau sont ainsi maintenues sur toute la longueur et sur toute la périphérie du passage. Cette transformation de pression évite toute ten- dance de déformation du fourreau du moule 46 par la pression statique élevée de l'eau, qui aurait pour résultat un refroi- dissement circonférentiel non uniforme du moulage.
Toute de- formation du fourreau du moule par suite de dilatations ou de contractions dues aux variations de température aurait une action destructrice supplémentaire sur la formation du moulage du fait que le moulage pourrait avoir tendance à se fixer au moules et une telle interruption dans la continuité de déchar- gement du moulage peut causer la rupture de la croûte fragile du moulage embryonnaire. La déformation et/ou la rupture du moule est évitée du fait que les parties qui le composent sont libres de se dilater suivant l'axe du moule.
En dessous de l'extrémité inférieure du tablier 52 et du bouclier 50 se trouve une zone de refroidissement retardé ou de réchauffage, ou une section d'égalisation de température concentriques 63 définie par une paire de manchons cylindriques/espacés 64 e t 65 ayant même axe e t espèces du moulage embryonnaire formé dans le moule voisin supérieur. L'espace annulaire entre les manchons est rempli d'une matière isolante de la chaleur 66 résistant à la température, maintenue en place par des plaques annulaires supérieure et inférieure 67 et 70.
L'eau de refroi- dissement déchargée par l'ouverture annulaire 73 est écartée vers l'extérieur par le bouclier 50 et une plaque en .forme de tronc de cône 71 pour descendre entre le manchon extérieur 65 et un manchon cylindrique 74 dans une cuve 75. La cuve 75 s une section horizontale annulaire et est munie d'une paroi in- térieure cylindrique 75a eyent même axe que le moulage et aynt le même diamètre intérieur que celui du manchon 64. De cette
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façon, la pièce coulée formée dans le moule continue à se re- froidir mais à une vitesse sensiblement réduite et sans con- tact avec une eau de refroidissement quelconque.
Lorsque l'opération de coulée continue a été mise en marche, à une vitesse d'introduction du métal fondu dans le moule en rapport avec la vitesse d'enlèvement du moulage dé- terminée d'avance, en maintenant ainsi une pression ferrostti- que sensiblement uniforme sur le moulage,le métal liquide com- mence à se solidifier en une couche de séparation ou croûte le long de'la paroi intérieure du fourneau du moule 46.
Le débit désiré d'eau de refroidissement étant introduit par les conduites 57, la croûte commence à se former sur une fraction de pouce du ménisque de métal fondu, et puisque la distribu- tion de l'eau de refroidissement est sensiblement égale sur tout? la circonférence du moule,3 la formation de la croûte sera également sensiblement uniforme sur toute la circonférence.
Presqu'aussitôt, la croûte solidifiée sur le moulage se rétré- cit en se séparant de la paroi du moule, et ceci s'accompagne d'une réduction correspondante de la transmission de chaleur par conduction à la paroi du moule. L'espace de retrait entre le moulage et la paroi augmente progressivement avec l'augmen- tation de l'épaisseur de la croûte jusqu'à ceque la transmis- sion totale de chaleur au fourreau au moulera la fois par con- duction et radiation, soit finalement dépassée par le courant de chaleur du noycu fondu du moulage vers l'enveloppe.
Lorsque ce déséquilibre de transmission de chaleur se produit, l'épais- seur de l'enveloppe se réduit graduellement en même temps que la surface intérieure du métal solidifié atteint un état poisseux ou plastique. Lorsque le moulage continue à descendre dns le moule,le réchauffage graduel de l'enveloppe par le noyau fondu se réduit à un point où l'élimination de la chaleur de l'enveloppe vers le moule est à nouveau plus grande et où ///
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l'épaisseur de l'enveloppe va de nouveau augmenter graduel- lement.
On pense également qu'au moment de la cristallisa- se forme tion initiale une enveloppe à grains fins/du fait qu'elle est coulée essentiellement en se refroidissant brusquement.
Il se forme immédiatement de longues dentrites minces augmen- tant en longueur et épaisseur à mesure que la température du noyau fondu diminue. Si les dentrites n'atteignent pas le cen- tre géométrique de la section, pendant le temps où la tempéra- tmre du noyau atteint le solidus, la formation de noyaux eug- mente rapidement et le restant de la masse fondue se solidifie en une fois en formant un ensemble centralde cristaux à axes égaux. Le gradient de température du noyau central vers la surface extérieure peut provoquer des transformations solides telles qu'elles se produisent lors de la transition de marten- site en bainite au cours de la trempe incomolète dans de l'eau d'un acier moyennement riche en carbone.
Il existe un inter- valle d'épaisseurs de moulage pour lequel la vitesse de refroi- dissement doit être réduite si on veut obtenir un moulage sain.
L'expérience a montré qu'il est recommandable d'éviter la formation de grandes quantités de cristaux équiaxiaux. D'or- dinaire, les variables de coulée telles que le niveau du métal dans le moule, la température de coulée du métal et la vitesse de refroidissement du inouïe , sont maintenues dans des condi- tions sensiblement équilibrées ou coordonnées pendant la cou- lée. Des moulages peuvent être produits de façon continue dans un moule ayant une section transversale de forme circu- laire, carrée,rectangulaire ou de forme géométrique semblable.
Cependant, les moulages ainsi formés sont aptes à présenter des défauts de structure sous forme de craquelures intérieures ou extérieures,de porosité axiale ou de soufflures. De tels défauts peuvent être provoqués par des interférences de crois- sance de cristaux au cours de la solidification du métal ou
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par des tensions inégales dans les moulages par suite du retr&it du métal. Ces défauts de coulée peuvent être partiellement évités par une coordination soignée des variables de la coulée et par des faibles vitesses de coulée.
De tels défauts de coulée dans un moulage ou une billette d'acier coulée de façon continue, peuvent être pra- tiquement supprimés etune vitesse de coulée de métal élevée peut être maintenue en faisant usage d'un moule de coulée ayant une section transversale intérieure de forme ovale. Dans cette description, le terme ovale ne doit pas être considéré comme définissant une section transversale ayant.la forme d'un oeuf, mais bien des formes qui sont bisymé triques autour de leur pe- tit et de leur grand axes qui se coupent perpendiculairement.
De telles ovales peuvent être formées par des paires d'arcs circulaires, c'est-à-dire un arc de grand rayon de chaque cOté et un arc de petit rayon aux deux extrémités,mais elles sont de préférence définies par des courbes de symétrie moins sim- ples telles que des ellipses, paraboles,hyperboles ou chai- nettes. Avec des formes de moules constituées d'une ou de plusieurs de ces courbes,les tangentes, c'est-à-dire les déri- vées de la courbe en des points equidistants le long de la courbe varieront lentement ou, en d'autres mots, la forme de la courbe présentera une variation continue du rayon de cour- bure.
Conformément à l'invention, le rapport de la largeur intérieure du moule, c'est-à-dire la dimension du petit axes à sa longueur,c'est-à-dire la dimension du grand axe, est com- prise entre 0,20 et 0,50 et est de préférence environ égale à 0,35 dans le but de satisfaire aux propriétés cristallogra- phiques et caractéristiques de retrait pour toute méthode de coulée ou métal à couler. Le choix du meilleur rapport entre la largeur et la longueur est déterminé par le type de produit
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final désiré, le métal utilisé, la section transversale dé- sirée et le procédé de coulée, c'est-à-dire à refroidissement lent ou rapide.
Sur la figure 14, est représentée une forme de moule ayant un rapport de largeur à longueur de 0,46, superposée au contour de la section transversale d'un moulage coulé de façon continue dans ce moule. L'espace périphérique entre ce moule et le moulage montre l'étendue du. retrait nécessaire à cette pièce coulée au cours de la solidification et après refroidissement. Le retrait le long du petit axe est visible- ment plus grand que le long du grand axe. Ceci est dû à l'ap- titude des arcs latéraux à faibles courbures allongés de se rétrécir en dernier lieu lorsque le- retrait final du centre se produit.
Four déterminer de telles formes de moules, il est seulement nècessaire de choisir la longueur ou largeur désirée du moule, de calculer la dimension, axiale inconnue par appli- cation du rapport désiré déterminé par l'usage attendu du pro- duit finalpuis de dessiner par les extrémités des grand et petit axes ainsi définis une ellipse ordinaire.
Des chaînettes, paraboles, hyperboles et autres cour- bes de symétrie moins simples peuvent aussi être utilisées pour construire cette., forme . En utilisant de telles courbes, la largeur et longueur fiant déterminées comme il est dit plus haut. Un point espacé de chaque extrémité du grand axe est , . alors déterminé en choisissant un rapport de petit axe compris entre 20 et 45%, de préférence 35%. partir de ces points situés sur le grand axe:, des points situés à des distances correspondant à la dimension obtenue, sont déterminés sur des perpendiculaires au grand axe. Une quelconque de ces diffé- rentes courbes peut alors être dessinée pcr ces deux points et l'extrémité correspondante du grand axe.
Les courbes n'ar- rivent pas dans la plupart des cas à se fermer aux extrémités
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du petit axe, et il est nécessaire de fermer la figure par des courbes supplémentaires passant par les extrémités du petit axe et se raccordant aux courbes extrêmesles courbes de fer- meture étant telles qu'au voisinage de leurs points de raccor- dements il ne se produise pas de variation rapide de la cour- bure.
Dans certains cas, des arcs de cercle centres sur le prolongement du petit axe peuvent servir de courbes de ferme- ture., parce que de tels ares seront suffisamment longs pour que la variation de courbure par rapport à celle des courbes terminales voisines au point de raccordement soit sensiblement la même.
, Lorsque le pourcentage du petit axe choisi se trou - ve dans la partie supérieure de l'intervalle prescrite il peut arriver oue pour certains rapports faibles de largeur à lon- gueur, il soit impossible de tracer des courbes de fermeture passant par les extrémités du petit axe et se raccordant eux courbes terminales avec la faible variation désirée de courbu- re au voisinage des points de raccordement. Dans ces cas, le pourcentage choisi pour le petit axe doit être diminué jusqu'à une valeur pour laquelle des courbes de fermeture convenables peuvent être tracéesen évitant ainsi des points de raccorde- ment au voisinage desquels se produit une variation rapide de la courbure.
L'utilisation de ces forces de moules ovales est avantageuse à la fois au point de vue des caractéristiques cristallines d'un métal qui se solidifie et de l'aptitude de la section du moulage de se rétrécir sens provoquer de défauts ni intérieurs ni extérieurs c'est-à-dire des craquelures et/ou de la porosité.
Pour chaque section de moulage il existe un cent tre d'équilibre et/ou un centre géométrique. les formes de moules décrites produiront des moulages ne possédant aucun cen- tre de concentration d'efforts., tels qu'ils se produisent dans le cas de sections de moulages circulaires, ni de plans de tensions tels outils se produisent dans des moulages ayant une autre forme de section transversale.
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En outre-, des moulages produits conformément à l'in- vention ne présenteront pas le long ou parallèlement au grand axe des concentrations d'efforts caractéristiques des sections rectangulaires allongées. Lême avec un métal tel que le zinc qui possède une forte tendance de cristallisation, la formation de cristaux en colonnes est telle que, non seulement les cris- taux se rencontrent à un moment différent sur le grand axe, mais qu'ils se tournent également dans la direction du centre géométrique lorsqu'ils s'approchent de cette ligne. Ceci pro- voque une combinais on de cristaux qui, contrairement à une disposition bout à' bout., est avantageuse pour supprimer toute ligne de concentration d'efforts.
La zêne du centre peut se solidifier en un crist&l équisxial qui tend à unir les uns aux autres les cristaux en colonnes croissant vers l'intérieur à partir des surfaces limitrophes.
Dans le cas de métaux ferreux et de beaucoup d'au- tres métaux le retrait est une cause certaine de défauts de coulée, c'est-à-dire de porosité et de craquelures intérieures et extérieures. Des moulages produits conformément au procède de l'invention ont la propriété de permettre aux sections ex- terieures se solidifiant successivement de se rétrécir suivent la longueur périphérique sans provoquer de craquelures super- ficielles.
En outrer ces bennes élastiques de métal solidifié deviennent plus résistantes à mesure que la solidification progresse vers le centre et obligent la masse se solidifiant enfermée à se déplacer progressivement vers le centre géométri- que de la section de moulage le long du grand axeet agissent ainsi à la manière d'un moule de forgeage ou de compression l'entourant complètement agissant de l'extrémité de la forme vers le centre.
La figure 15 est une reproduction photographique non rc touchée d'une section développée de façon . macroscopique:
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d'une billette en acier doux coulé de façon continua dont le contour général est représenté sur la figure 14. Cette repro- duction montre les caractéristiques de ces formes en ce Qui concerne leur aptitude à régler la direction de croissance des cristaux et ànéviter ainsi les défauts de coulée provenant de la croissance des cristaux constatés antérieurement dans le métier.
Sur la figure 15, 9 le. structure en colonne des cristaux sur toute l'étendue de la section transversale part de la sur- face d'origine isothermique en formant des cristaux qui dévient graduellement vers le centra géométrique mais sans aboutir en un point ou à une ligne de concentration d'efforts. Cette con- dition est représentée plus clairement dans les deux-tiers supérieurs de la photographie. L'extrémité inférieure de la figure montre une couche périphérique notablement plus épaisse de cristaux équiaxiaux provenant d'une actionde refroidisse- ment légèrement plus intense le long de cette partie du moulage.
Malgré le fait que ce moulage n'ait pas été uniformément re- froidi sur la périphérie, la forme ovale permet encore au métal de se solidifier sans produire de tensions de grandeurs telles qu'elles provoquent des defauts3 et de produire un moulage sain au point de vue métallurgique.
L'explication de la formation du moulage embryonnaire, de forme circulaire ou ovale, est représentée sur les figures 10 et Il sur lesquelles l'épaisseur de métal solidifié formant la croûte 80, le métal poisseux 81 et le noyau fondu 8- du mou- lage ont été exagérés dans un but de représentation. Le trou d'air- 83 entre le fourreau du moule 46 et la croûte 80 est repré- senté en dimensions exagérées sur la figure 11 tandis que, pr suite de la petite échelle de la figure 10, il n' y est pas représenté. Sur la figure 10, on a représenté la formation d'un moulage continu d'acier pauvre en carbone dans un moule tel que décrit précédemment.
Les distances entra les différen-
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tes ztnes représentées varient avec le type de métal coulé la vitesse de déchargement des moulages et la vitesse de refroi dissement. Au niveau A le métal voisin du fourreau de moule 46 devient poisseux ou plastique et son épaisseur augmente graduellement jusqu'au niveau B où une enveloppe ou croûte SC de métal solidifié commence à se former. Entre les niveaux B et C, les épaisseurs du métal poisseux 81 et de 12 croûte 80 augmentent pour toutes deux, tendis Qu'entre les nuveaux C et il 12 croûte 80 devient plus épaisse et ensuite plus mince comme il est décrit plus haut.
Entre les niveaux D et E, l'épaisseur de la croûte 80 augmente progressivement jusqu'à ce que, au niveau E,le noyau fondu 82 disparaisse. Entre les niveaux E et F la zone de métal poisseux 81 se réduit progressivement jusqu'au niveau F où le moulage est entièrement solidifié.
L'élimination de la chaleur du métal fondu dans la partie supérieure du fourreau de moule 46 est réalisée en premien lieu par conduction due au contact direct du métal avec la surface intérieure du fourreau. Cette vitesse de transmission de chaleur est excessivement grande. Lorsque le métal en con- tact avec le fourreau du moule se solidifie pour former la croûte 80 du moulage embryonnaire¯, la surface extérieure du moulage se rétrécit graduellement et se sépare du moulede sorte que la transmission de la chaleur s'effectue à travers l'espace 83 par radiation de la surface extérieure de la croû- te du moulage vers le fourreau.
Le gradient de température entre l'axe du moulage et se périphérie est le plus grand à l'extrémité supérieure du moule. Lorsqu'il atteint l'extrémité inférieure du fourreau 46, le moulage a une épaisseur de croûte notable avec une par- tie annulaire intérieure de métal à l'état poisseux.
Il est important à cet endroit d'effectuer un traitement du moulage tendant à égaliser la température sur toute la section trans- versale du moulage, Pour obtenir ce résultat, le moulage est
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déplacé en passant par une zone de refroidissement retardé ou d'égalisation de température 63 dans laquelle le manchon 64 est isolé de manière à supprimer sensiblement la transmission de la chaleur entre le moulage et l'eu de refroidissement passant entre le manchon 65 et le manchon 74. Dans cette zone:, le noyau fondu 82 du moulage réchauffe à la fois le métal poisseux 81 et la partie de métal solidifiée du moulage.,et en cédant ainsi sa chaleur, le noyau se solidifie progressive- ment par échange de chaleur avec la croûte.
En plus du moulage d'acier doux et d'aciers spéciaux, l'appareil convient à la coulée d'autres alliages à points de fusion élevés grâce à des modifications correspondantes de la température du métal fondu, et de sa vitesse de coulée., de la vitesse de refroidissement et de la vitesse de déchargement des moulages de l'Appareil. Il est évident que, vu la grande variété d'alliages ferreux industriels et de métaux utilisés actuellement dans l'industrie, les conditions de moulage d'une composition particulière de métal nécessiteront une combinai- son particulière des variables de coulée correspondant à cette composition de métal pour obtenir une coulée continue satis- faisante de produits industriels.
On a coulé de façon continue les alliages ferreux les plus communs, tels que l'acier doux, 18-8, 25-20 et des- alliages analogues avec succès en longueurs et quantités industrielles dans un appareil semblable à celui décrit, en introduisant de l'eau de refroidissement de la ma- nière décrite en quantités correspondant à 10 à 25 litres par Kgr.(1.00-3,5 gallons par libre) de métal coulé dans le moule.
Les rouleaux à pinces 14 représentés sur la figure 1 sont disposés de manière à saisir le moulage 19 après son pas- sage à travers la cuve annulaire d'immersion 75 et à régler la vitesse de déchargement du moulage venant de la section de moulage précédente de l'appareil. Les rouleaux sont commandés
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à vitesse constante réglée par un moteur électrique SO par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse ordinaire pour ob- tenir une vitesse constante de déchargement des moulages.
Les rouleaux sont munis de gorges correspondant aux contours du moulage et saississent le roulage sous ludion d'un ressort ou d'une pression hydraulique suffisante pour empêcher le glis- saient du moulage.
Le moulage continu 13 formé dans le moule se meut vers le bas en dessous des rouleaux à pinces 14 dans la zône de découpage et de manutention de l'appareil. Cette partie de l'appareil est. représentée sur la figure 1 et comprend des organes de découpage du moulage continu à des longueurs déter- minées d'avance, comme il est indiqué en 92, une grue mobile verticalement et basculante 91,et un convoyeur 94 disposé horizontalement.
Le moulage continu peut être découpé aux lon- gueurs désirées par une flamme du type oxyacétylénique ou autre appareil approprié la flamme étant placée de manière à se déplacer avec le moulage pendant la période de découpage.
Le moulage. découpé est reçu en position verticale par la grue 51, la grue et le moulage découpé sont ensuite abaissés on posi tion horizontale et le moulage est enlevé par le convoyeur 94.
Aussitôt que le moulage découpé est enlevé, la grue est rame- nee à sa position verticale pour recevoir la section suivante du moulage continu, et l'opération de manutention se répète sur des longueurs de moulages découpées périodiquement vers le convoyeur.
Un exemple de la relation temps-température et d'au- tres relations au cours d'une opération de coulée continue type ef ectuée au moyen de l'appareil décrit est le suivant.
Le métal fondu est coulé d'un four électrique et versé dans la poche réservoir de coulée 11, Le métal fondu est maintenu dans la poche de coulée de manière à obtenir la température optimum de coulée du métal. La période de coulée du moulage continu
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dure environ 30 minutes. La température du métal fondu est maintenue avec un écart de plus ou moins 5 C à environ 1580 C (2880 F) pendant une partie notable de la période de coulée.
Le moulage est un cylindre de 10 cms (4 pouces) d'acier doux au carbone, de 2,40 ms (95 pouces) de longueur et pesant envi- ron 1840 Kgrs. La vitesse de déchargement varie entre 0, 60 et 1,50 ms par minute.
Comme autre exemple de marche de l'appareil et du procédé de coulée continue, produisant un produit de diamètre plus petit, un acier industriel à teneur moyenne en carbone ayant environ la composition suivantes 0,16- de carbone, 0,670 de manganèses 0,310 de silicium, 0,016% de phosphore; 0,030% de soufre et le restent sensiblement tout fer, est fon- du dans un four électrique et coulé à une température d'environ 1700 C (3100F). La température réelle de coulee du métal en- trant dans le moule 12 est comprise entre 1590 et 1620 C (3900-3950 F). Ce métal est coulé de façon continue dans un moule de section transversale circulaire ayant un diamètre intérieur de 75 mms (Spouces).
Sous cette forme et ce diamètre, le moulage est parce sous la forme "tel que coulé" avec le réchauffage nécessaire. Dans cette opération de perçage, le moulage déchargé par l'appareil de coulée continue est découpé en longueurs de 90 cms (36 pouces) de longueur pour être dé- chargés sous formes de cylindres à tubes au laminoir de perçage et on y produit des tubes de 1 1/2 pouces de diamètre extérieur et d'une épaisseur de paroi de 1/4 pouce. Des essais mécani- ues de ces tubes donnent une résistance à la traction de 7.000 à 807000 psi, urne limite d'élasticité de 48.000-53.000 psi et un allongement sur deux pouces de 35,00 à 37,00%.
Tous les échantillons de ces tubes subissent avec succès les essais d'aplatissement et de flambage pour cette analyse. Dans le procédé de coulée continue utilisé pour produire ces cylin- dres pour tubes, le fourreau de moule a un diamètre intérieur
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de 75 rems. ( pores) avec une épaisseur de paroi de 1,5 mim (1/16 pouce) . Bien que la matière de construction du fourreau du moule utilisée pour cette opération particulière soit cons- tituée d'acier doux ordinaire, des résultats analogues ont été obtenus avec un fourreau de moule de même diamètre intérieur, mais formé d'un tube de laiton ayant mne épaisseur de parois de 6 mms (1/4 pouce) et une surface intérieure recouverte d'ar- gent.
Le procédé et l'appareil de coulée continue décrits ont pour résultat une réduction sensible du prix de revient de la production de formes de petites dimensions d'alliages fer- reux et autres alliages à points de fmsion élevés, provenant de la suppression sensiblement complète des pertes par ébarbage et du nettoyage inhérentes à des coulées en moules fixes indi- viduels,et également à cause de la suppression du temps et des appareils nécessaires au traitement thermique et à la réduction des moulages aux dimensions du produit coulé de façon continue.
Tandis que la qualité des produits d'alliages ferreux coulée, par suite de la possibilité de production de centras poreux ou de craquelures intérieures, tend à diminuer particulière- ment pour les pièces coulées de grands diamètres, à mesure que la vitesse de coulée augmente, des moulages yant ces défauts ont été trouvés acceptables industriellement pour une grande quantité de produits d'alliages ferreux.
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