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PROCEDE ET APPAREILLAGE DE MOULAGE EN CONTINU.
La présente invention se rapporte en général au moulage continu de produits métalliques et plus particulièrement à un procédé et à un appa- reillage pour le moulage continu de métaux fondant à haute température, tels que les métaux ferreux et alliages, en produits demi-finis et/ou finis, de longueur indéterminée et de section transversale quelconques.
Conformément à l'invention, le métal est coulé dans un moule fixe, ouvert à ses extrémités et refroidi par liquide, par déversement du métal en fusion dans une extrémité dudit moule, par refroidissement du mé- tal à son intérieur pour former un moulage consistant, par retrait du mou- lage du côté opposé du moule, et par coordination du taux du jet du métal en fusion et du taux d'enlèvement du moulage, pour provoquer continuelle- ment dans le moule un changement cyclique du niveau du métal en fusion.
La présente invention peut être utilisée pour le,moulage conti- nu de métaux non-ferreux et alliages, mais elle'est particulièrement dési- gnée et spécialement utile pour le moulage continu des métaux ferreux et autres alliages fondant à haute température pour produire des moulages de- mi-finis et finis, chacun de qualité commerciale acceptable et d'une structure métallurgique substantiellement uniforme dans toute sa longueur.
Dans le moulage continu de l'acier, par exemple, l'acier de composition désirée est d'abord fondu ou porté dans un récipient de chauffage et/ou de coulée conformément à la bonne méthode de production de l'acier; ce réci- pient peut notamment être un basse de coulée. Les moyens de chauffage du bassin de coulée assurent que, durant le temps de coulée, la température du métal sera comprise dans une zone de température optima, laquelle, va- riant cependant avec la composition du métal, sera normalement assez au-des- sus de la température de liquéfaction du métal pour en assurer la fluidité désirée. La plus grande partie possible des scories présentes dans la charge sont séparément enlevées du bassin de coulée ou y sdnt retenues.
Un
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bassin basculant ayant un mécanisme pour contrôler le degré de basculement est préférablement employé pour assurer un taux approximativement constant de coulée du métal en fusion. Pour minimiser la quantité de scories dans la charge, les garnitures réfractaires des parties de l'appareil en contact avec le métal en fusion sont construites dans la mêmes matière céramique ou en une autre matière convenable.
Un assemblage spécial fixe du moule de coulage est employé; il est construit de façon à permettre et à maintenir le haut degré désiré d'absorption de chaleur du métal en fusion à son extrémité supérieure, et le taux d'enlèvement du moulage à son extrémité inférieure sont coordonnés pour maintenir, en opération normale, un niveau variable du métal en fu- sion, n'excédant pas une valeur,prédéterminée à l'intérieur et au-dessous de l'extrémité supérieure du moule.
Le niveau maximum du métal en fusion ne devrait pas être trop près de l'extrémité supérieure du moule, en raison de l'oxydation possible du métal à cause de l'exposition à l'atmosphère. Le courant du métal en fusion débité est aussi réglé en ajustant la position d'une poche pour in- troduire la masse du métal en fusion avec un minimum d'éclaboussement contre le moule et de turbulence dans la masse du métal en fusion dans le moule.
Une complète élimination de l'oxygène de l'atmosphère du moule au-dessus du métal en fusion est très désirable pour empêcher la formation d'oxydes métalliques. Ceci est réalisé par l'introduction continuelle, d'une part, d'un gaz inerte, de préférence plus lourd que l'air et non so- luble dans le métal, dans le sommet du moule, pour déplacer tout gaz plus léger, tel que l'air, et par l'introduction, d'autre part, d'une substance qui consume'tout l'oxygène et/ou tout gaz réactif délétère qui peut demeu- rer dans le moule. L'effet combiné produit une atmosphère substantielle- ment exempte d'oxygène dans l'espace du moule immédiatement au-dessus du niveau du métal en fusion.
Le présent procédé de moulage continu de métaux ferreux ou autres alliages à haut point de fusion est particulièrement caractérisé par le taux extrêmement élevé d'échange de la chaleur, effectué entre le métal se solidifiant et le liquide refroidissant le moule. Ceci est réalisé par l'introduction d'eau de refroidissement dans l'assemblage du moule fixe d'une manière telle et en quantité telle qu'elles assurent l'entrée et le maintien d'un fort courant d'eau froide d'un bout à l'autre de la zone de refroidissement du moule, à une vitesse ayant un nombre de "Reynolds" cal- culé pour. les conditions d'une haute turbulence du courant avec pression et courant combinés de manière à obtenir des taux d'échange de chaleur beau- coup plus élevés que ceux réalisés-dans n'importe quel autre système connu.
La combinaison d'une distribution tout à fait constante du mé- tal en fusion au moule fixe, avec un mouvement de retrait discontinu ou à vitesse variable du mécanisme d'enlèvement du moulage, détermine un niveau variable du métal en fusion dans le moule ; niveau varie entre des limi- tes prédéterminées, ce qui fait que la section de la chemise du moule, dans les limites précitées du niveau du métal en fusion, est alternative- ment en contact avec le métal et exposée à l'atmosphère du moule. Durant la période d'exposition, cette section de chemise du moule est continuelle- ment refroidie, au même taux, par le contact de l'eau fraîche diminuant la température du métal constituant la chemise du moule en cette section, no- tablement au-dessous de sa température, quand il est en contact avec le mé- tal en fusion.
Lorsque le niveau du métal en fusion s'élève de nouveau, la capacité d'accumulation de chaleur du métal en fusion détermine un effet de trempe initial sur le métal fondu, qui est en contact. Si la chemise du moule était aussi mince que possible, l'effet d'accumultation de cha-
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leur serait insignifiant.
Conformément à la présente invention, la chemise du moule est constituée, de préférence, en un métal ayant une conductibilité thermique relativement élevée et son épaisseur est suffisante pour fournir une sub- stantielle capacité d'accumulation de chaleur, suffisante pour donnèr un effet de trempe initial substantiel sur le métal fondu ou partiellement so- lidifié, sans compter l'extraction de chaleur du métal en fusion en son niveau d'équilibre. L'épaisseur maximum de la chemise du moule est seule- ment limitée par la nécessité de maintenir la température maximum du mé- tal de la paroi dans les limites de sécurité.
La quantité de chaleur transférée par conductibilité par unité de surface entre n'importe qu'elles deux surfaces en contact est dépendan- te de l'étroitesse du contact, c'est-à-dire du degré de conformité des.sur- faces, du temps pendant lequel le contact est maintenu, et de la différence de température entre lesdites surfaces. Cette différence de température est d'abord dépendante de la température de coulée du métal.
Là où le métal en cours de solidification est continuellement déplacé de haut en bas dans le moule, le degré de conformité du métal en fu- sion est initialement élevé; ceci est dû à la propriété inhérente,de tout liquide d'épouser la paroi de son bassin, mais comme l'enveloppe périphéri- que de métal solidifié se forme et s'épaissit, le degré de conformité dé- croit, ce qui est dû à la contraction de cette enveloppe et à des variations dans les dimensions des sections transversales des parties environnantes du moule.
. En vue de la contraction des alliages ferreux, un "vide" partiel formant barrière de chaleur s'établit presque instantanément entre un em- bryon de moulage ferreux et la paroi du moule. Quand ce vide s'accroît, le taux de transfert de chaleur au moule décroît, et ce taux plus bas de trans- fert de chaleur subsiste, jusqu'à ce que le réchauffement interne du moulage et la force ferro-statique oblige l'enveloppe à se dilater et à réduire le vide. Dans certains cas, il a été trouvé que la dilation du moulage réta- blit le contact avec la paroi du moule, mais évidemment le degré de confor- mité ne sera jamais-aussi élevé que le contact initial entre le métal en fusion et la paroi du moule. Le cycle de solidification et de contraction, réchauffement et dilation, de la périphérie continue durant le mouvement descendant dans le moule.
Cette "respiration" du moulage est répétée un nombre de fois, fonction :du temps requis pour le réchauffement, du taux d'extraction du moulage, et de la longueur axiale et de la forme de la section transversale du moule. Quand l'enveloppe a atteint une épaisseur suffisante, la solidification et la contraction du moulage se poursuivent simultanément. Le temps de contact pour toute substantielle quantité d'échange de chaleur entre le moulage mouvant et le moule est ordinairement court.
Le présent procédé de retrait cyclique du moulage est destiné à accroître substantiellement le temps et le nombre de contacts de transfert de chaleur par unité de longueur de moule entre le moulage et le moule, avec, en conséquence, un gain dans l'efficacité totale du transfert de la cha- leur de l'assemblage du moule et les propriétés métallurgiques améliorées du moulage. Dans ce but, dans l'opération normale préférée, le mécanisme de démoulage du moule est opéré avec cycle discontinu pour tenir d'abord le moulage fixe dans le moule, durant une période variable, contrôlée par l'élévation en niveau du métal en fusion dans le moule dans une mesure dé- terminée.
Pendant cette période, un contact extrêmement étroit-est mainte- nu entre le métal en fusion et la paroi du moule, ce qui oblige le métal, là où il est en contact avec le bord extérieur, à se solidifier à un taux
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très rapide dû au taux élevé d'absorption de chaleur¯du moule et au contact étroit et fixe du métal. Les commandes en général sont placées pour main- tenir la période d'arrêt du mécanisme d'enlèvement ou arrêt du moulage pen- dant un intervalle de temps suffisant pour permettre la formation d'une en- veloppe notablement épaisse autour du métal fondu et une légère contraction de cette enveloppe en deçà du moule.
Cet intervalle de temps est coordonné avec le taux d'approvisionnement de métal en fusion au moule, et quand le niveau montant du métal en fusion, durant le repos du moulage, atteint un niveau prédéterminé, le mécanisme d'extraction est mis en action pour per- mettre au moulage de se déplacer de haut en bas d'unité prédéterminée de sa longueur ou de temps.
Durant la période de repos, le métal additionnel est coulé dans le moule à un taux substantiellement constant. Ce métal additionnel est soumis au taux élevé d'absorption de chaleur du moule et il se forme une enveloppe d'épaisseur allant en s'amincissant vers le haut jusqu'au point de former un genre de dentelle.
Lors du mouvement subséquent d'extraction du moulage, la par- tie la plus basse de cette enveloppe reste jointe à l'enveloppe sur le mé- tal présent au commencement du repos et se sépare de la partie restante plus faible de l'enveloppe, dont la partie supérieure dentellée n'étant plus soutenue par le métal en fusion tend à tomber intérieurement dans la masse du métal. La partie intermédiaire submergée paraît rester sur la paroi du moule, parce qu'une contraction suffisante ne s'est pas encore produite, jusqu'à ce que le métal présent emplisse et comble le vide et se soit solidifié pendant le démoulage et la période subséquente de repos.
Le taux décroissant d'absorption de chaleur par le moule, dû au vide, barrière de chaleur, permet à l'enveloppe du moulage d'être ré- chauffée par le noyau en clos du métal en fusion et dilatée du côté de la paroi du moule, sous la force ferro-statique du métal en fusion. Confor- mément à la présente invention, cette pression liquide est accrue à la fin de chaque période de travail,par la vitesse rapidement décroissante du mécanisme d'extraction ce qui fait que l'inertie du noyau du métal en fusion exerce un effet de "marteau" sur l'enveloppe environnante.
La l@illaflation ajoutée ainsi donnée à l'enveloppe rétablit le contact substantiel du moule avec l'enveloppe et, en conséquence, un taux élevé de transfert de' chaleur entre le moulage et le moule. L'enveloppe dilatée est épaissie durant l'arrêt du moulage et se contracte au moment où le mécanisme d'extraction est de nouveau actionné pour répéter le cy- cle. Comme le moulage avance en descendant dans le moule, chaque unité successive d'enlèvement est moins affectée par l'effet de.marteau jusqu'à ce que l'épaisseur et la force croissantes de l'enveloppe soient suffisan- tes pour supporter l'action combinée de la force ferro-statique et l'effet de marteau, et ce point détermine la longueur optimum du moule pour un taux de moulage particulier, puisqu'une enveloppe se supportant elle-même existe.maintenant.
Lorsque le moulage est enlevé du moule, il contient usuellement un noyau en V de métal liquide. Pour solidifier le noyau plus rapidement et réduire les vides de retrait, le moulage est préférablement soumis à un substantiel effet de refroidissement par liquide, près de la base du moule.
Le taux et la quantité de refroidissement du moulage dans cette zone sont choisis en accord avec la bonne méthode métallurgique pour le type de mé- tal ou d'alliage qui est coulé pour produire un moulage complètement soli- difié à la température désirée. Le moulage peut être subséquemment ré- chauffé-et refroidi alternativement pour satisfaire toute demande métallur- gique particulière. De cette zone de solidification du noyau, le moulage continue en descendant par un tube-guide approprié'et enrobant, qui sert à la préserver de l'eau de refroidissement du moule.
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En-dessous'de la plus basse extrémité du tube enrobant, le mou- lage est engagé par*le mécanisme d'extraction et progresse en descendant vers l'appareillage de coupe et de manutention.
Il est un fait que la chemise réfractaire des bassins destinés à contenir ou à chauffer l'acier est sujette à érosion et/ou à dépôt, eau- sant ainsi un changement de forme intérieure. Ce changement de forme inté- rieure cause des difficultés dans tout contrôle pré-établi de coulée, spé- cialement pour le type de bassin de coulée à bec basculant. Le degré de précision requis de coulée d'un bassin est avantageusement moindre pour une extraction intermittente du moulage que pour une extraction continue. Con- formément au présent procédé, les variations dans le taux d'approvisionne- ment'de métal en fusion au moule sont facilement compensées par de minimes changements dans la période de repos du moulage.
La durée de la période de repos du moulage, dans le cycle, c'est-à-dire le temps requis pour que le métal en fusion ajouté atteigne une hauteur prédéterminée dans le moule après chaque temps d'extraction, donne une vérification effective sur le système de contrôle du bassin. Par exemple, si la durée des periodes de repos décroît continuellement, cela signifie que le taux d'arrivée du métal est trop rapide ; la durée des périodes de repos s'accroit continuellement, le taux d'arrivée du métal est trop lent. Dans les deux cas, le contrôle du basculement du bassin peut être ajusté en correspondance pour fournir une moyenne substantiellement constante du taux de démoulage.
En dépit des meilleurs méthodes et appareils connus pour l'éli- mination des scories ou impuretés de poids léger, quelques scories peuvent pénétrer dans le moule de coulage avec le métal en fusion. Avec le procé- dé cyclique de démoulage de la présente invention, les changements réglés dans le niveau du métal en fusion facilitent l'élimination des scories durant chaque cycle d'opération. Ainsi, toute scorie, apportée au moule avec le métal en fusion, est bien distribuée à la surface du produit de coulée et, pratiquement, ne nuit pas à la qualité du moulage.
Dans la description suivante, le terme "moulage continu" est employé pour signifier génériquement la formation d'un produit de métal coulé ayant une longueur plus grande que celle de son moule. Comme dé- crit plus loin, le produit moulé continuellement est fabriqué dans un mou- le refroidi par liquide, avec le métal fondu distribué continuellement à une extrémité du moule à un taux substantiellement uniforme, pendant que le moulage est démoulé à l'extrémité opposée du moule à un taux variable ou intermittent.- Le taux moyen de démoulage du moulage, hors du moule, est coordonné avec le taux de coulée du métal en fusion pour atteindre les meilleurs résultats de moulage.
Comme montré en fig. 1, le moyen de coulée du métal comprend un bassin 10 agencé pour la coulée par un bec, et une poche 11 agencée pour recevoir le métal en fusion du bassin et pour distribuer un courant de mé- tal substantiellement débarrassé de scories à une position choisie dans la partie de l'extrémité supérieure ouverte d'un assemblage de moule de moula- ge continu 12.
Le bassin 10 peut être un fourneau de fonte ou une poche ver- seuse de coulée agencée pour pouvoir être chargée de métal en fusion qui lui est distribués: par une cuillère intermédiaire. Le bassin 10 est avan- tageusement chauffé afin que le métal en fusion qui en est coulé soit dis- tribué au moule à une température substantiellement uniforme.
Le bassin 10 est agencé pour avoir un mouvement basculant au- tour d'un axe horizontal transversal défini par les tourillons 13 s'éten- dant extérieurement sur les côtés opposés d'un cadre 14 en forme de L sup- portant le bassin.
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Les tourillons 13 sont supportés dans des coussinets 15 montés chacun sur un support 16 et agencés pour avoir un mouvement glissant dans une direction horizontale normale à l'axe de mouvement basculant. La po- sition transversale du bassin 10 par rapport à la poche 11 est réglée au moyen d'engrenages moteurs, non représentés, reliés à la vis de rappel 17.
Le mouvement basculant du bassin est obtenu par tout moyen approprié, tel que par l'action.d'un tambour d'appareil de levage 18 actionné par un mo- teur. L'appareil de levage 18 est relié au bassin 10 par un câble 20 et un joug 21 qui est attaché à la plateforme du cadre 14 supportant le bassin.
Le taux de coulée d'un récipient du type à bec de coulée, tel que le bassin 10, n'est pas uniforme durant ùn taux angulaire uniforme de son mouvement basculant. Pour obtenir.l'uniformité du taux de coulée, le bassin doit être basculé par une méthode''de variation du mouvement angu- laire. Cette méthode préférable de mouvement basculant peut être détermi- née expérimentalement ou par le calcul pour toute forme intérieure spécifi- que du bassin.
Un système de contrôle de.basculement pour un bassin de coulée comportant un réglage angulaire pour obtenir un taux de coulée substan- tiellement uniforme est représenté schématiquement en fig. 1.
Une came à chevilles 22 est entraînée à une vitesse angulaire uniforme par un moteur synchrone 23, par l'intermédiaire d'un réducteur de vitesse réglable (non représenté).
La profil de la came est réglable afin qu'il puisse être adap- té à un taux de basculement optimum du'bassin de coulée pour obtenir le taux uniforme désiré de coulée du métal. La vitesse angulaire, substan- tiellement uniforme de l'arbre à came, est convertie en un mouvement angu- laire choisi, variable d'une fagon décrite ci-après, et une indication ré- sultant d'une comparaison d'un tel mouvement angulaire variable avec le mouvement réel de l'appareil de levage 18 est transmise à un groupe 24 de contrôle de la vitesse et de la direction relié par un câble électrique 25 à un rhéostat 26 contrôlant le moteur 27 de l'appareil de levage 18.
Une indication continue d'un tel mouvement réel de l'appareil de levage 18 est fournie par un transmetteur de mouvement synchrone indé- pendant 30 commandé par tambour et relié électriquement avec un récepteur synchrone indépendant 31. La rotation réelle de l'appareil de levage, re- produite par la rotation de l'arbre 32 du récepteur 31 est transmise à un comparateur différentiel 33 et , une aiguille indicatrice 34. Le compara- teur 33 est également lié à un arbre 35 entraîné par le mouvement de la came 22 : par l'intermédiaire d'une chaîne 36 épousant le profil de la came, par les roues dentées 37 et 38 et par la'chaîne 40. Une aiguille 41 mon- tée sur l'arbre 35 indique le mouvement de l'arbre.
Les engrenages de com- mande de la boite 33 sont reliés séparément aux arbres 32 et 35 et sont ainsi agencés de façon à ce que tout mouvement différentiel de ces arbres produit une rotation dans un sens ou dans l'autre, de l'arbre différentiel de sortie 42 qui, à son tour, actionne le groupe de contrôle 24. Ainsi, le dispositif de contrôle de vitesse 26 réglera le moteur du tambour de l'ap- pareil de levage, en accord avec lemouvement relatif du taux réel de bas- culement et la position la plus favorable du profil de la came pour mainte- nir le mouvement effectif de basculement du bassin.10 au'taux de coulée du métal le plus favorable .
Comme montré particulièrement en figs. 2 et 3, la poche 11 est formée d'une cavité rectangulaire 44 avec garniture réfractaire, divisée par une cloison transversale 45 munie à sa base d'un ou plusieurs orifices 46 pour le passage du métal en fusion.
Le métal en fusion venant du bassin 10 pénètre dans la chambre
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réceptrice 44a de la cavité de la poche, avec le sens de son écoulement dé- vié suivant un angle substantiellement de 180 par une chicane submergée 47.
Toute scorie tend à se rassembler à la surface du métal en fu- sion dans la chambre réceptrice 44a, et peut être enlevée au fur et à mesu- re de son accumulation. La chambre réceptrice du métal est d'une dimension longitudinale suffisante pour permettre une légère variation dans la posi- tion d'approvisionnement du courant d'arrivée du métal sans altérer la po- sition horizontale relative du bassin 10 ou de la poche 11 ou contrariant l'effet de la séparation des scories par la chicane 47. Le métal en fusion, passant par l'orifice ou les orifices 46 de la cloison 45, remplit la cham- bre de décharge 44b jusqu'au niveau du bec d'évacuation 48, et, de là, se déverse dans l'extrémité supérieure ouverte de l'assemblage du moule 12.
La poche 11 est avantageusement montée de façon à posséder une pluralité d'ajustements., de façon à assurer la distribution du métal en fu- sion dans une zone préférée du moule. Pour assurer la fluidité désirable du métal en fusion passant par la poche, un brûleur approprié 43 à combus- tible est installé au sommet de la chambre de décharge 44b. Les produits gazeux de la combustion s'évacuent de la chambre par le bec de décharge- ment du métal en fusion, au-dessus du niveau dudit métal en fusion et par. ce moyen tendent à maintenir la fluidité du métal passant par l'orifice en V du bec de coulée.
La poche est munie de tourillons 50 supportés par des coussi- nets 51, portés par une plaque de base 52 et un organe 59 porté sur pivot à une extrémité, tel qu'en 53, avec la plaque 52 également montée pour mouvements horizontaux sur ledit organe 59. Les déplacements horizontaux de la plaque 52 et de la poche 11 par rapport à l'organe 59 sont obtenus par un mouvement angulaire autour d'un pivot 54 agencé verticalement et fi- xé à l'organe 59 et un mouvement transversal déplaçant la plaque 52 par rapport au pivot 54. Ces mouvements sont obtenus par les arbres filetés 55 et 56 respectivement.
De plus, la poche est agencée pour avoir un mou- vement basculant autour des tourillons 50 avec la position de basculement de la poche réglée par l'arbre fileté 57 et le bras 58 montrés en figures 1, 3 et 2.' Les réglages dans le positionnement de la poche sont destinés à permettre de diriger l'écoulement du courant de métal en fusion pour qu'il entre dans le moule à l'emplacement voulu.
L'assemblage du moule 12 est montré en figs. 2 et 3. Une pa- roi fixe de moule ou tube de moulage 60 est formée de cuivre jaune, de cui- vre rouge ou autre matériau convenable choisi d'une conductibilité thermi- que et d'une épaisseur de paroi suffisante pour obtenir un échange satis- faisant de chaleur. Le tube de moulage est ouvert à ses deux extrémités et est de forme allongé verticalement pour fournir une surface de paroi de délimitation pour la formation, en son intérieur, d'un embryon de mou- lage.
Le tube de moulage 60 peut être d'une seule pièce ou de con- struction segmentaire et il est refroidi extérieurement par un courant d'eau froide à grande vitesse. Pour atteindre un taux de coulage du métal, commercialement satisfaisant, la pression du courant d'eau froide doit être telle qu'elle assure un flot extrêmement turbulent le long de la surface extérieure du tube de moulage. Le tube 60 et sa galerie d'eau froide en- vironnante 61 sont avantageusement de profil transversal "oval" où "l'oval" est défini comme une figure formée symétriquement par l'intersection per- pendiculaire d'un grand axe et d'un petit axe.
Une section transversale typique du moule et ses relations avec la poche 11 sont montrées en fig. 3.
L'extrémité ouverte supérieure du tube de moulage 60 est suppor-
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tée dans une plaque supérieure 90, grâce à laquelle le tube est libre de s'étendre axialement à partir de là. ,
La plaque 90 forme la paroi supérieure d'une chambre annulaire 91,qui est alimentée par un courant d'eau froide, par une pluralité de tuyaux d'arrivée 92.
Un fourreau métallique 93,de section transversale correspon- dante entoure le tube de moulage 60 pour déterminer le passage 61 du cou- rant d'eau froide et pour confiner le courant d'eau de refroidissement à haute vitesse contre la surface du tube substantiellement d'un bout à l'autre de sa longueur. La partie supérieure du fourreau 93 s'enchâsse dans une partie en retrait correspondante pratiquée dans un manchon 94 se prolongeant dans la chambre 91, et définissant un déversoir de décharge de ladite chambre 91. La section du déversoir du manchon 94 est agencée pour former une entrée de tuyère anti-cavitation au passage 61 et pour ac- célérer uniformément et substantiellement et distribuer le courant d'eau froide dans son contact avec la surface extérieure du tube de moulage.
Comme indiqué en fig. 3, la poche et le moule ovale sont agen- cés relativement de façon que le courant de;métal en fusion entre par le sommet ouvert du tube de moulage suivant une trajectoire située dans un plan vertical contenant le grand axe de la section transversale interne du moule ovale et vienne en contact avec le métal en fusion qui s'y trou- ve, à l'intersection du petit axe du moule ou légèrement au delà de cette intersection.
Les courants tourbillonnaires desurface en résultant obligent toutes les scories ou les oxydes ferriques qui peuvent flotter à la surface du métal en fusion à s'accumuler dans l'endroit calme en arrière du point de contact du courant adjacent, du côté du moule le plus proche du courant apporté et de la poche.
En commençant une opération de moulage, l'usuel "dummy" est in- séré dans le moule avec son extrémité supérieure située au niveau minimum escompté du métal liquéfié dans le moule, et avec son extrémité inférieure engagée par le mécanisme d'extraction du moulage, qui, comme montré en fig. l, consiste en paires, espacées verticalement, de rouleaux d'extraction 71 actionnés au moyen d'un engrenage approprié, par un moteur électrique à vitesse variable 70. Le métal coulé au début de l'opération se prend au- tour d'une saillie de l'extrémité du "dummy" pour former joint en vue de permettre le mouvement de coulage.
La principale caractéristique de la présente invention réside dans l'effet de changements multiples cycliques contrôlés du mécanisme de démoulage du moulage par lequel le métal en fusion et l'embryon de moulage sont soumis à des périodes de taux élevés d'absorption de chaleur pendant qu'ils sont stationnaires dans le moule;
et à des périodes de taux moindres d'absorption de chaleur pendant qu'ils se'déplacent en descendant dans le moule, c'est-à-dire que le mécanisme d'extraction s'effectue par cycles, chaque cycle comprenant une période de "repos" et une période de "déplace- ment". '
Comparée au taux d'absorption,de chaleur dans un moule ayan un approvisionnement continu de métal en fusion et un taux uniforme de dé- moulage, la présente opération de mécanisme de démoulage qui inclut une pé- riode de repos dans laquelle le moulage est stationnaire par rapport à la paroi adjacente du moule produit un taux d'absorption de chaleur plus éle- vé, en raison du contact extrêmement intime maintenu entre le métal en fu- sion ou partiellement solidifie et la paroi du moule,
particulièrement dans la zone initiale de solidification, et secondement, en raison de la pro- priété d'accumulation de chaleur du tube de moulage conjointement avec un
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niveau variable du métal en fusion dans le moule. Ce niveau variable du mé- tal en fusion est obtenu par l'apport continu substantiellement uniforme du métal en fusion au moule fixe du commencement à la fin de chaque cycle. Le niveau baisse durant la période de déplacement du moulage et s'élève pen- dant la période de repos entre des limites prédéterminées, ce par.quoi une section longitudinale du tube de moulage est alternativement exposée à l'at- mosphère du moule et est couverte par le-métal en fusion.
Avec le tube formé d'un métal de conductibilité thermique élevée, l'action continuelle ' refroidissante de l'eau froide qui est à son contact produit un rapide abaissement de température de la paroi dans cette section à une valeur ap- prochant la température de l'eau de refroidissement. Les contacts subsé- quents du métal en fusion avec cette section de paroi du tube de moulage relativement froide produisent un effet de "choc" refroidissant sur le mé- tal qui entre à son contact, dépendant de la capacité d'accumulation de chaleur du tube.
Conformément à la présente invention, cet effet de choc re- froidissant est rendu substantiel par la construction du tube de moulage 60 en un métal ayant une conductibilité thermique relativement élevée et par l'épaisseur suffisante de la paroi, pour donner un substantiel effet de trempe au métal en fusion ou partiellement solidifié, en addition à l'ab- sorption normale de chaleur par l'eau refroidissant le moule. L'épaisseur maximum de la paroi du tube de moulage est limitée seulement par la néces- sité de garder la température du métal du tube au maximum dans les limites de sécurité, durant l'opération.
Par exemple, un tube de moulage en cuivre rouge d'une épaisseur approximative de 12 mm. donnerait satisfaction pour le moulage d'acier con- formément au présent procédé.
En exécutant cet effet cyclique, le mécanisme de démoulage peut être réglé en accord avec les mesures de temps, avec l'indication des chan- gements de niveau du métal en fusion dans le moule, ou par combinaison de mesures de temps et d'indication de niveau. Avec un taux moyen, choisi, d'extraction du moulage et un taux de coulée substantiellement uniforme, l'importance du changement de niveau du métal en fusion est déterminée par la durée des périodes de déplacement et de repos.
Comme montré schématiquement en figs. 1, 2 et 3, un indicateur de niveau du métal en fusion à radiation pénétrante est agencé dans le pré- sent type cyclique de circuit de contrôle d'extraction du moulage, pour contrôler la limite supérieure de variation de niveau du métal en fusion et pour opérer le départ de la période de déplacement du cycle. Une source de radiation pénétrante, tel qu'un tube de rayons X, est aménagée dans un bac protégé 62, avec un courant de rayons pénétrants dirigé par un conduit protégé 63 à travers la partie arrière du moule, au niveau choisi comme ni- veau maximum du métal en fusion dans le tube de moulage. Au côté opposé, une chambre d'ionisation 64 reçoit toute radiation pénétrante passant à travers le moule.
Un moyen électrique mesure la conductibilité de la cham- bre d'ionisation 64, de façon qu'un changement prédéterminé dans la condue- tibilité de celle-ci indique la présence du métal en fusion au niveau du faisceau de rayons pénétrants passant à travers le moule. Comme montré en fig. 2, la dimension transversale du faisceau de rayons pénétrants passant par le moule est limitée, de façon qu'un changement relativement faible dans le niveau du métal en fusion produise une variation importante à mesu- rer dans la conductubilité de la chambre d'ionisation 64.
Les changements dans la conductibilité de la chambre d'ionisa- tion sont transmis électriquement par les conducteurs 65 à un circuit am- plificateur (non représenté) et, de là, à un relais dans une boîte de con- trôle 66. Le relais est joint à un circuit de contrôle électrique réglant le contrôleur 68 du moteur 70 actionnant le rouleau d'extraction. Le mo- teur 70 est du type à vitesse variable, avec sa vitesse de rotation réglée
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par n'importe quel système habituel à commande électrique.
Dans l'appareillage montré en fig. 1, le contrôle de niveau à radiation pénétrante est utilisé pour limiter l'élévation maximum du niveau du métal en fusion dans le moule, en mettant en marche le moteur du rou- leau d'extraction pour démouler le moulage du moule à un taux plus élevé que le taux d'approvisionnement en métal en fusion. La baisse de niveau dans le métal en fusion continue durant une période de temps prédéterminée réglée par un contrôleur de temps réglable 72.
A la fin d'une période de temps déterminée, le moteur du rouleau d'extraction est arrêté, ou bien sa vitesse est réduite pour permettre au niveau du métal en fusion de s'élever dans le moule. Lorsque le niveau du métal à l'intérieur du moule arrête à nouveau le courant de la radiation pénétrante du système de contrôle de niveau, le cycle de démoulage décrit se répète.
Le circuit de contrôle pour régler le cycle décrit de marche du moteur du rouleau d'extraction est représenté en figure 4, dans laquelle l'action du circuit de contrôle est obtenue par les lignes L. L'interrup- teur habituel manuel S est placé sur la ligne 4, de façon que le système de contrôle puisse être séparé, lorsqu'on n'en use pas. Les contacts XII sont fermés par le relais de radiation pénétrante, quand le métal en fusion atteint son niveau de position le plus élevé dans le moule de coulage. Il y a excitation du relais qui ferme les contacts la et Ib, ce qui fait dé- marrer le contrôleur de temps ce et exciter le relais 2. Avec le contact Ia fermé, le relais PR du moteur du rouleau d'extraction est excité, ce qui fait démarrer le moteur du dit rouleau par l'organe contrôleur 68.
En exci- tant le relais PR, les contacts PR2 et PR3 sont fermés. Les contacts PR2 et PR3 sont montés en parallèle avec les contacts la et Ib respectivement, de façon que le niveau du métal en fusion baisse dans le moule avec, pour résultat, l'ouverture des contacts XH; le relais du moteur du rouleau d'extraction restera excité et le démoulage du moulage continuera. Quand le temps désiré est écoulé, réglé par ajustage de l'élément TC de l'organe de commande, les contacts TMC s'ouvrent pour désexciter le relais 2 et fer- ment les contacts2a. Avec le contact 2a fermé, le relais PR du moteur du rouleau stoppera le moteur 70 et ouvrira les contacts PR2 et PR3. La résis- tance R1 sur la ligne d'amenée au relais PR limitera la charge par la ligne de shunt, incluant le contact2a, jusqu'à ce que les contacts PR2 s'ouvrent.
L'opération discontinue décrite du mécanisme de démoulage est, de préférence, réalisée avec une période de repos de plus grande durée que la période de déplacement pour une capacité de production maximum. Avec le taux élevé décrit d'absorption de chaleur effectif durant la période de re- pos du cycle, la solidification initiale du métal en fusion pour former l'embryon de moulage, particulièrement en moulage d'alliage ferreux, fait que le métal se contracte et se retire de la paroi adjacente du moule.
Avec la formation de vide, barrière d'air, il n'y aurait pas avantage à continuer plus longtemps la période de repos et, comme le niveau du métal en fusion doit alors avoir atteint approximativement le niveau désiré, les organes de commande sont réglés pour faire démarrer les rouleaux d'extrac- tion pour la période de déplacement.
Dans un exemple illustratif de l'opération discontinue décrite du mécanisme d'extraction du moulage, un acier en fusion, dont la teneur en carbone est celle d'un acier doux courant, fut versé à l'extrémité supé- rieure d'un moule "ovale" dont le grand axe et le petit axe, étaient de dimension intérieures respectives de 23,5 centimètres et 10,8 centimètres.
Le taux de coulée du métal en fusion était équivalent à un taux moyen de production de moulage d'approximativement 1 mètre/minute de produit de cou- lé, d'approximativement cette section transversale.
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Durant le démoulage intermittent et cyclique, comme décrit, la période d'arrêt ou de repos était en moyenne de 8,2 secondes et la période "de déplacement" était en moyenne de 11 secondes, avec un changement de ni- veau du métal fondu de: 13,2 centimètres durant chaque cycle opérant du mé- canisme de démoulage.
L'opération discontinue décrite des rouleaux d'extraction peut être modifiée, en certains cas, en utilisant un effet de vitesse réduite des rouleaux, au lieu de les arrêter complètement durant la période d'arrêt ou de repos du cycle.
Pour un tel effet modifié, la commande 72 du contrôleur de temps serait réglée pour maintenir une vitesse élevée prédéterminée de démoulage, supérieure au taux d'approvisionnement du métal en fusion pour un laps de temps défini et, ainsi,pour actionner le dispositif de contrôle de la vi- tesse du moteur pour actionner les rouleaux d'extraction à une vitesse pro- duisant un mouvement de moulage substantiellement inférieur au taux d'ap- provisionnement du métal en fusion.
Avec l'élévation résultante du niveau du métal, le mécanisme de contrôle du niveau opèrera subséquemment pour rétablir le contrôle de vitesse à sa position de haute vitesse d'opération et pour recommencer le cycle.
Le rouleau d'extraction et le mécanisme de commande à engrena- ge sont de construction telle que, lorsque le moteur de commande est stop- pé ou que sa vitesse est soudainement réduite à la fin de chaque période "de travail", la vitesse d'extraction du moulage sera rapidement ralentie, obligeant le noyau du métal en fusion au sommet du moulage à exercer l'ef- fet de "marteau" décrit, sur l'enveloppe embryonnaire environnante. Le ralentissement rapide peut être accrû par tous moyens appropriés, tels que, par exemple, par action d'un frein 74, monté sur l'arbre reliant le moteur de commande 70 et les rouleaux d'extraction 71. Le frein peut être de n'importe quel type approprié, mécanique ou électrique, actionné en coor- dination avec l'arrêt ou le changement dans la vitesse du moteur 70.
Alternativement, comme montré en figure 5, le cycle de démou- lage peut être réglé par une paire de contrôles de niveau du type décrit à radiation pénétrante,
Dans un tel agencement, les contrôles de niveau sont espacés longitudinalement du moule et sont reliées électriquement à la boîte de contrôle 66, pour faire démarrer les rouleaux 71 à une vitesse élevée quand le niveau du métal en fusion atteint la position de contrôle du ni- veau supérieur. Cette grande vitesse.de démoulage continue jusqu'à ce que le niveau du métal en fusion tombe à la position du contrôle du niveau - inférieur. A cette position, les rouleaux d'enlèvement sont stoppés ou obligés à démouler le coulage à un taux bas, ce qui fait monter le niveau du métal en fusion dans le moule.
Comme montré au plan de cablage de figure 5, le contact XH est fermé, quand le niveau du métal en fusion s'élève à sa position supé- rieure dans le moule et coupe la radiation du contrôle de niveau. En se fermant, le contact XH amorce le relais PR pour faire démarrer le moteur 70 du rouleau d'extraction et pour fermer le contact PR2. Comme le ni- veau du métal baisse, les contacts XH s'ouvriront, mais les rouleaux d'ex- traction continueront à opérer jusqu'à ce que le niveau du métal tombe au niveau du contrôle du niveau le plus bas. A ce bas niveau, le change- ment dans la radiation pénétrante, mesuré dans la chambre d'ionisation fermera les contacts X1, désamorçant le relais PR pour arrêter le moteur .du rouleau d'enlèvement.
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Quand le taux de coulée du métal en fusion peut être maintenu uniforme, il est possible de régler l'enlèvement cyclique du moulage seule- ment par le moyen de contrôleurs de temps. En telles circonstances, la pé- riode de grande vitesse du démoulage peut être réglée par un contrôleur de temps, pendant que la période d'arrêt ou de vitesse ralentie du démoulage peut être réglée par un second contrôleur, de tels contrôleurs étant du type du contrôleur 72 indiqué en fig. 1 et étant placé dans le circuit de con- trôle du moteur 70.
Le circuit de contrôle de la commande du rouleau d'extraction de ce type est montré en figure 6, où le circuit est amorcé par fermeture de l'interrupteur manuel 1 au commencement de la période de "repos, c'est- à-dire de la période d'élévation de niveau du métal en fusion. Ceci amorce le contrôleur de temps d'arrêt 72' et le relais 2,) pour ouvrir les contacts 2a et 2b. Le relais du rouleau d'extraction PR n'est pas excité durant cette période contrôlée et le moteur du rouleau ne tourne pas: A la fin de la période de repos contrôlée déterminée par ajustage de 70', les contacts TMC' s'ouvrent pour désexciter le relais 2 et fermer les contacts 2a et 2b. La fermeture du contact 2 fait démarrer le moteur du rouleau d'extrac- tion pendant que 2a fait démarrer le contrôleur de travail 72 et amorce le relais 1.
Avec le relais 1¯ amorcé, le contact Ia est ouvert pour rétablir le circuit 72' du contrôleur de repos, de façon que le cycle puisse être répété, lorsque la période contrôlée de travail sera passée, comme détermi- né par l'ajustement de TC, et les contacts MTC se sont ouverts pour désexci- ter le relais I.
Avec un taux de coulée uniforme du métal en fusion, le mécanis- me de démoulage peut également être réglé en se servant d'un indicateur de niveau de métal en fusion, du type à radiation pénétrante mis au point à l'extrémité inférieure du point du niveau désiré du métal en fusion dans le moule en conjonction avec un contrôleur de temps pour le réglage du temps durant lequel le mécanisme de démoulage est arrêté et entraîné à vitesse réduite, permettant ainsi au niveau du métal en fusion de s'élever dans le moule, et alors de faire commencer l'opération à vitesse élevée des rouleaux d'extraction, qui est subséquemment limitée par le contrôle du niveau. Le circuit de commande pour ce mode d'opération est montré en figure 7.
Ce circuit est substantiellement le même que celui montré en figure 4, excepté que l'actionnement du contrôle de radiation pénétrante à la limite inférieure du niveau du métal en fusion dans le moule arrête l'opération du moteur du rouleau d'enlèvement. Ceci permet au niveau du mé- tal de s'élever, durant une période contrôlée, comme déterminée par l'ajus- tement de l'élément du contrôleur TC'. A la fin de la période de "repos" contrôlée, la désexcitation du relais 2 ferme le contact 2a pour provoquer une baisse-dans le niveau du métal en fusion, par l'opération du relais PR et le moteur du rouleau d'extraction.
Comme mesure de sécurité, lorsque la durée des périodes de déplacement ou de repos est commandée par un contrôleur de temps du type décrit, il est habituellement désirable d'accompagner le contrôle de temps d'un contrôle de niveau du métal, tel ceux du type décrit à radiation péné- trante, pour éviter tout changement dans,le niveau du métal en fusion au- dela d'une limite prédéterminée établie par le dispositif indiquant le ni- veau. L'usage du contrôleur de niveau comme interrupteur de limite de sé- curité est représenté en figures 4,6 et 7. En figure 4, les contacts XL et ILS sont ouverts, quand le niveau inférieur du métal en fusion est at- teint, stoppant les rouleaux d'extraction jusqu'à ce que le métal en fusion s'élève au-delà du niveau de contrôle, lorsque les contacts sont fermés de nouveau et que le cycle normal continue.
En figure 6, un contrôleur de sécurité du niveau supérieur et un contrôleur du niveau inférieur sont uti- lisés, le contrôleur de niveau supérieur fermant le contact XH et ouvrant le contact HLS pour actionner les rouleaux d'extraction, pour abaisser le niveau du métal en fusion dans le moule. Le contrôleur de niveau inférieur ouvre les contacts XL et LLS pour stopper le moteur des rouleaux d'extrac-
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tion, pour élever le niveau du métal en fusion dans le moule.
En figure 7, le contrôleur de niveau supérieur est montré comme un contrôle de sécurité, où un niveau montant du métal en fusion atteignant le niveau du contrôleur oblige les contacts XH et HLS à se fermer, ce qui actionne les rouleaux d'extraction pour abaisser le niveau du métal.en fu- sion dans le moule.
Lorsque l'embryon de coulage quitte le moule dans son mouve- ment cyclique descendant, le moulage passe par une zone de solidification du noyau, dans laquelle il est soumis à un effet de refroidissement supplé- mentaire, pour réduire la température du moulage au moins à une valeur à laquelle il sera complètement solidifié.
Des moyens variés de refroidissement peuvent être employés dans ce but, mais il est préférable d'utiliser des pulvérisations d'eau froide contre le moulage. Comme montré en figure 2, les jets de pulvérisa- tion 75 sont périphériquement espacés sur le côté intérieur d'une rampe 76 placée horizontalement et encerclant le moulage. L'extrémité inférieure du tube de moulage 60 porte 'une pièce 77 en forme de tronc de cône, recou- vrant le collecteur 76 et disposé pour détourner l'eau froide coulant en descendant par le passage 61 en dehors du moulage. Au-dessous et au-dedans de la périphérie de la pièce 77, un protecteur tubulaire allongé vertica- lement 78 enferme le moulage de façon à le protéger encore des effets de refroidissement excessif de l'eau de refroidissement du moule.
Un espace 81 est ménagé entre l'extrémité supérieure du protec- teur 78 et la pièce 77, pour l'échappement de vapeur résultant de l'évapo- ration des jets d'eau contactant le moulage. Ordinairement, la quantité d'eau pulvérisée contre le moulage sera seulement une petite fraction de celle s'écoulant par le passage 61 dans le moule, et elle est complètement évaporée au contact. Cependant, la quantité d'eau refroidissante pulvéri- sée utilisée peut être substantiellement -augmentée, ceci dépendant de la composition du métal qui est coulé et de l'effet d'un tel refroidissement rapide sur sa qualité métallurgique.
Pour assurer un refroidissement périphériquement uniforme du moulage dans le moule et la zone de pulvérisation refroidissante, il est désirable de placer un guide ou des guides au-dessus des rouleaux d'ex- traction 71, pour maintenir l'alignement vertical du moulage. Une paire de guides fixes 82, montrés en figure 1, sont montés dans le protecteur 78.
Ces guides peuvent être refroidis à l'eau et empêchent toute tendance à un mouvement transversal du moulage brûlant qui pourrait obliger le mou- lage émergeant à se porter sur un côté de la partie inférieure du tube de moulage 60.
En cours d"opération le métal en fusion est versé à l'extrémi- té supérieure du moule 12, à une température et à un taux substantiellement uniforme et est démoulé avec l'embryon de moulage à l'extrémité inférieure du moule dans un cycle contrôlé de mouvement descendant. Avec l'enlèvement cyclique du moulage décrit, la quantité accrue de chaleur extraite du métal chaud à l'intérieur du moule est illustrée en figure 8.
Le trait plein indique la solidification progressivè de l'acier dans le moule dans des conditions d'extraction continu, alors que la ligne pointillée indique le refroidissement progressif de l'acier dans le même moule avec une opéra- tion cyclique discontinue du mécanisme d'enlèvement du moulage, conformé- ment à la présente invention
Les valeurs indiquées en figure 8 ont été obtenues par un pro- cessus d'écoulement du métal en fusion, dans lequel une lance à oxygène était utilisée pour provoquer un trou au travers de la paroi latérale du moulage à une position immédiatement au-dessous de l'extrémité inférieure du tube de moulage 60, pour permettre au noyau de métal en fusion de sor-
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tir, et simultanément d'arrêter l'approvisionnement en métal en fusion à l'extrémité supérieure du moule.
Quand toutes les variations du moulage sont comparables, c'est-à-dire que la composition du métal, la température de coulée, le taux de coulée et le courant du liquide refroidissant le moule, sont substantiellement égales, le poids de métal solidifié dans la section de sortie du coulage est égal à moins que la méthode de démoulage soit changée. Le taux de solidification accru du métal dans le moule atteint par le système d'enlèvement du moulage de la présente invention ressort d'une comparaison des courbes montrées en figure 8.