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La présente invention se rapporte à un appareil perfectionné pour la fusion à l'arc de métaux et d'alliages actifs à point de fusion élevé, par exemple du titane, du zirconium, du molybdène, du thorium, du hafnium, du tantale, du chrome et de leurs alliages, et plus particulièrement à un appareil pour la mise en oeuvre d'un procédé suivant le brevet n 534.240,
Ce brevet décrit un procédé de fusion à l'arc de métaux et d'al- liages du type indiqué par formation d'une masse cohérente, mais incomplè- tement fondue, de métal ou d'alliage en faisant passer la matière brute dans la chambre de fusion d'un four de fusion à l'arc à une plus grande vi- tesse que celle qui permet une fusion complète de la matière brute sur tou- te la section transversale de la chambre de fusion,
et en utilisant ensuite la masse ainsi obtenue comme électrode consumable à faire fondre progres- sivement dans un second four de fusion à l'arc dont la chambre de fusion a une section transversale plus grande que celle de l'électrode, avec ou sans alimentation complémentaire de matière brute dans la chambre de fusion.
Suivant la présente invention, un appareil pour la mise en oeu- vre de ce procédé comprend un ou plusieurs creusets refroidis pour la fu- sion à l'arc, placés au-dessus d'un creuset refroidi de fusion à l'arc de section transversale plus grande et communiquant avec eux, un fond refroi- di et réglable dans le sens longitudinal pouvant servir à fermer la partie inférieure du oreuset supérieur ou du creuset inférieur, un dispositif pour faire passer la matière brute dans l'ensemble des creusets, un dispositif pour faire le vide dans cet ensemble et, si on le désire, pour y introduire une atmosphère inerte, et un assemblage d'électrodes consumables, réglable dans le sens de la longueur pour le ou les creusets supérieurs, pouvant servir de tige d'électrode dans le fonctionnement du creuset inférieur.
L'invention est illustrée mais non limitée par les dessins an- nexés, dans lequels :
Figure 1 représente une coupe longitudinale d'un four combiné au premier stade du procédé, c'est-à-dire la formation de l'électrode consu- mable cohérente; le métal à fondre est ,à titre d'exemple, le titane.
Figure 2 est une coupe semblable, mais au second stade du procé- dé, c'est-à-dire au début de la fusion finale.
Dans ces dessins, l'appareil comprend essentiellement' un creuset 1 refroidi à l'eau associé à un second creuset 2 refroidi à l'eau, de sec- tion transversale plus grande, les deux creusets utilisant une plaque commu- ne 3, refroidie à l'eau, servant de fond.
La partie supérieure du four est formée par le cône refroidi à l'eau 4, portant dans son couvercle 5 le raccord à la trémie 6, par lequel la matière brute sous forme appropriée passe de la trémie 7 au four à une vitesse déterminée d'avance à l'aide d'un mécanisme vibreur 8, un raccord à vide et à gaz inerte 9, par lequel le four est évacué par une pompe à vide 10, et si on le désire, rempli d'une atmosphère inerte telle que par exem- ple de l'argon et un joint étanche au gaz 11 à travers lequel passe l'élec- trode de titane 12.
Cette dernière peut être du titane massif, par exemple une barre forgée ou peut être constituée d'un certain nombre de blocs ag- glomérés formés de métal divisé et soudés ou joints l'un à l'autre d'une autre manière pour obtenir une longueur appropriée, Le mouvement vertical réglable de l'électrode 12 est obtenu par les rouleaux alimentaires 13 et l'électrode est reliée à une borne d'une source de courant électrique par un dispositif de contact approprié 14. Le cône 4 et les creusets 1 et 2 sont électriquement isolés l'un de l'autre par des anneaux isolants 15 et 16.
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La base 17 du creuset 2 est séparable, entourée d'une bride et percée d'une ouverture centrale dont une face inclinée s'adapte au fond 3 et peut servir de siège pour ce fond et le creuset est fermé par la boîte 18. Le fond 3 est creux et supporté par la tige creuse 19 passant à travers la boite 18 et le joint étanche au gaz 20. Le fond comporte une cloison in- térieure et un agent de refroidissement y circule en passant par la tige 19. Le mouvement longitudinal du fond 3 est obtenu par un mécanisme appro- prié, par exemple une crémaillère et un pignon 21. La tige est reliée à 1' autre borne de la source de courant électrique par un contact 22. La tige porte également une brosse souple circulaire 23 dans un but expliqué plus loin.
Pour faire fonctionner l'appareil, on fait d'abord le vide dans la trémie, le cône et les creusets, puis on les remplit d'un gaz inerte comme l'argon ou l'hélium. Le fond 3 est alors amené dans la position re- présentée sur la figure 1, une charge initiale de métal divisé venant de la trémie est introduite dans le creuset 1 et un arc est établi entre la char- ge et l'électrode 12. Lorsque la charge initiale est fondue, le métal divi- sé dans la trémie est introduit dans le creuset aussi rapidement que possi- ble, dans les limites imposées par la production d'une masse cohérente dans le creuset. La vitesse d'alimentation maximum est avantageuse parce qu'elle limite la quantité d'électrode consumée dans l'opération.
Lorsque la masse 24 a été accumulée jusqu'à une hauteur appropriée dans le creuset, l'ali- mentation par la trémie est arrêtée et un bain fondu est formé à la partie supérieure de la masse en maintenant l'arc pendant une courte période, par exemple une à trois minutes. L'alimentation en courant électrique est alors interrompue et l'électrode 12 est immédiatement abaissée dans le bain fondu par les rouleaux alimentaires 13. La masse 24 dans le crueset est ainsi sou dée et ne fait qu'un avec l'électrode par soudure intime de ces deux élé- ments.
Le fond 3 est alors abaissé dans la position indiquée sur la figu- re 2, par le mécanisme de descente 21. A ce moment, une petite quantité de métal divisé non fondu au fond du creuset 1 peut tomber sur la surface coni- que intérieure du siège en cuivre 17 et empêcher le fond 3 de s'y appuyer exactement. Afin d'éviter cet inconvénient, la brosse 23 est fixée à la ti- ge 19 de façon qu'au moment de la descente du fond, la brosse passe à tra- vers l'ouverture du siège dans la boite 18 et entraîne les particules qui pourraient se trouver sur la surface formant siège.
Lorsque le fond 3 est en place, la masse cohérente 24 attachée à l'électrode 12 est abaissée dans la position représentée sur la figure 2, ce mouvement -étant'facilité si nécessaire par la conicité du creuset 1. Une charge initiale de métal divisé venant de la trémie est placée au fond du creuset 2 et un arc est établi entre cette charge et la masse 24 qui est fondue dans le creuset 2, avec ou sans alimentation complémentaire de métal divisé venant de la trémie. Lorsque la masse 24 est complètement fondue, l'alimentation en courant électrique est interrompue, et le lingot se soli- difie et est enlevé en abaissant la boite 18, le siège 17 et le fond 3.
Il est essentiel que le creuset 2 soit un peu plus grand que,le creuset 1 pour que la masse puisse être bien dégagée du creuset 1 avant qu'elle se rappro- che du fond du second creuset, afin qu'une certaine quantité de métal divi- sé puisse tomber par le premier creuset dans le second. Ce dernier doit é- galement avoir un diamètre plus grand pour que le métal divisé puisse tom- ber librement entre la masse 24 et les parois du creuset 2.
Quoique l'invention ait été décrite avec référence à un appareil particulier, il est clair que diverses modifications peuvent être apportées à l'appareil sans sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi, par exemple,
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que l'électrode initiale peut être entièrement enfermée avec les rouleaux alimentaires et le dispositif de contact dans un prolongement tubulaire, étanche au gaz, du couvercle du four, ou bien l'électrode peut être attachée par des dispositifs appropriés à une barre de cuivre refroidie à l'eau et passant à travers le joint dans le couvercle du four.
L'anneau isolant entre le creuset supérieur et le creuset inférieur peut être supprimé mais est de préférence utilisé pour éviter la formation d'arcs électriques et de court-circuits entre la masse 24 et le creuset supérieur pendant la fusion de la masse dans le creuset inférieur.
Dans une autre variante, plusieurs creusets supérieurs séparés, par exemple trois, peuvent être utilisés en association avec un seul creu- set inférieur d'un diamètre suffisamment grand. De cette manière, trois mas- ses d'électrodes peuvent être fermées, puis consumées simultanément pour obtenir un lingot plus grand dans le creuset inférieur.
L'appareil suivant la présente invention facilite la formation d'une grande électrode à partir de métal divisé suivant le procédé du bre- vet précité, avec une consommation minimum d'électrode préagglomérée. De plus, en utilisant un fond refroidi qui sert pour les deux creusets, il permet de faire fondre cette grande électrode dans le même appareil et avec un intervalle de temps minimum entre la formation et la fusion.
REVENDICATIONS.
1. - Four de fusion à l'arc pour la mise en oeuvre du procédé dé- crit dans le brevet n 534.240 caractérisé en ce qu'il comprend un creuset de fusion à l'arc refroidi placé au-dessus d'un creuset de fusion à l'arc refroidi de section transversale plus grande,un fond refroidi réglable dans le sens de la longueur entre une position supérieure où il sert à fermer la partie inférieure du creuset supérieur et une position inférieure où il sert à fermer la partie inférieure du creuset inférieur, un dispositif pour introduire la matière première dans l'ensemble des creusets,un dispositif pour faire le vide dans cet ensemble et pour y introduire une atmosphère inerte si on le désire, et un assemblage, réglable dans le sens de la lon- gueur, d'électrodes consumables pour le creuset supérieur,
pouvant servir de tige pour une électrode formée dans le creuser supérieur et devant être utilisée dans le creuset inférieur.