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"Perfectionnements relatifs à la coulée de métaux".
Lorsqu'on coule des métaux à point de fusion élevé dans des lingotières, il arrive communément que le lingot a une couche de surface qui contient des quantités notables d'inclusions non métalliques. L'origine de ces inclusions n'est pas élucidée avec certitude, une des possibilités consistant en ce que ces inclu- sions sont dues aux projections ou à la turbulence et une autre possibilité est qu'elles sont introduites par l'usage répété de mitrailles en tant que constituant de la charge. La couche de sur-
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face contenant ces inclusions doit être enlevée par l'usinage, ce qui ajoute au prix de revient du produit final.
Si l'on met la pièce moulée dans une presse à extruder et qu'on l'extrude, ou si on la lamine pour en former une barre, les inclusions appa- raissent sous forme de veinules dans le produit extrudé ou laminé, à moins qu'on ne les élimine préalablement.
Cet inconvénient est particulièrement apparent pour les alliages qui contiennent du chrome, de l'aluminium ou du titane, car les oxydes de ces métaux sont stables et forment des pelli- cules mécaniquement résistantes dans le métal fondu, et ces pel- licules tendent à rassembler d'autres inclusions non métalliques et à former ainsi des agglomérats.
Pour éviter la production de la couche de surface indé- sirable, il a été proposé de mettre diverses matières dans le moule pour former une scorie lorsqu'on coule le métal dans le moule. Certaines de ces matières, par exemple la fibre de verre, ne deviennent pas assez fluides et sont retenues entre la paroi du moule et le lingot. La quantité de chaleur disponible est souvent insuffisante pour fondre une matière scorifiante de na- ture vitreuse. D'autres matières, par exemple les scories fondues, sont nocives lors de leur coulée dans les moules garnis de ma- tières réfractaires du fait qu'elles endommagent les garnitures réfractaires.
La couche de surface nocive se trouve dans les lingots de métal à point de fusion élevé, produits par le procédé Durville dans lequel le métal fondu est coulé d'une poche dans un disposi- tif récepteur d'une combinaison de dispositif récepteur et de moule, que l'on fait ensuite tourner dans un plan vertical pour amener le métal à s'écouler du dispositif récepteur dans le moule.
Lorsqu'on utilise le procédé Durville pour la production de lingots à bas point de fusion, on met une scorie dans le récepteur, mais, en dépit des tentatives répétées de trouver une scorie convenable
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qu'on puisse employer avec un métal à haut point de fusion dar le procédé Durville, le demandeur y a échoué et, en pratique, les alliages au nickel-chrome et les alliages semblables sont coulé, dans le dispositif récepteur sans aucune scorie. Ce-la présente un grand désavantage, car cela donne lieu à la formation rapide d'un gros cul de métal froid qui est un produit inutile et qui compromet partiellement le résultat visé par le procédé. En 1' absence de la scorie, il existe aussi une tendance importante la formation de la couche de surface indésirable.
Selon l'invention, le moule ou un récipient duquel métal fondu s'écoule dans le moule est chargé d'une masse de vermiculite et le métal fondu est coulé dans et à travers cet masse. Pendant la coulée, la vermiculite lave le métal fondu parait extraire l'oxyde de ce dernier pour former une scorie oxyde-vermiculite. Une partie de la vermiculite peut fondre former aussi de la scorie. Le restant de la vermiculite monte la surface et flotte sur sa propre scorie ou sur le métal et le métal pour éviter qu'il ne perde de la chaleur. Pendant la coulée du métal, le passage du courant de métal fondu à trav les particules de vermiculite provoque une turbulence qui met surface des particules en contact intime avec le métal.
Cela c tribue à la formation de la scorie et le lit fluidifié de vert. culite amortit le courant du métal fondu.
La vermiculite turbulente empêche les éclaboussuref ou projections indésirables, pourvu que la masse de la vermi contenue dans le moule ou d'autre récipient; ait une profonie suffisaute. Si l'er y mettait: une couche peu profonde, les pr, tions ascendantes de métal passeraient à travers cette coucha Dans le procédé Durville, la couche de vermiculite doit avoir profondeur d'au moins quatre pouces et le demandeur préfère un' profondeur de sept pouces ou plus.
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Dans l'application de l'invention à la coulée par le procédé Durville, la vermiculite est mise dans le dispositif ré- cepteur. Normalement, on obtient des résultats excellents si la vermicculite se trouve dans le seul dispositif récepteur; toute- en fois, si on le désire, on peut/mettre aussi dans la poche, si bien que le métal coulé du four passe dans la vermiculite et à travers cette dernière pour pénétrer dans la poche.
Si l'on fait la coulée par d'autres procédés, par exem- ple la coulée dans une poche et la coulée de la poche dans une lingotière, la vermiculite peut être mise dans la lingotière ou à la fois dans la poche et dans la lingotière. Si l'on fait usage d'une poche à trou de coulée disposé dans le fond, de sorte que le métal fondu s'écoule directement du fond de la poche dans le moule, la vermiculite peut être mise dans la poche seule.
L'invention peut être appliquée à un procédé de coulée montante, par exemple à un procédé dans lequel le métal est coulé dans un plateau de coulée comportant une vanne sous laquelle le métal s'écoule vers un trou de coulée de fond et, de celui-ci, par des tubes qui mènent aux fonds de lingotières, si bien que le métal passe par l'atmosphère seulement lors de la coulée dans le plateau de coulée. Dans un tel procédé, la vermiculite peut être mise dans le plateau de coulée. En outre, une certaine quantité de la vermiculite peut être mise dans le fond de chaque moule.
De préférence, le procédé est mis en oeuvre de manière que la vermiculite repose sur le métal fondu contenu dans le moule pendant la solidification, car il retarde alors la solidification du fait de ses propriétés calorifuges supplémentaires et donne le temps aux fines particules non métalliques de s'échapper du métal fondu et de passer dans la scorie, si bien que les lingots sont plus propres que dans le cas habituel. Ainsi, dans le procédé Durville, la vermiculite s'écoule dans le moule en venant du dis- positif récepteur après l'entrée du métal dans le dispositif récep-
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teur et retarde la solidification de cette façon.
La vermiculite consiste en mica exfolié et elle est bien connue en tant que matière calorifuge réfractaire de faible densité.Il est important d'employer précisément la vermiculite.
Le mica qui n'est pas exfolié ne produit pas les mêmes résultats, Il forme une couverture dure sur le métal et manque à empêcher les projections. En outre, bien que le processus de 1'exfoliation requière des températures et d'autres conditions qui diffèrent de celles qui existent au cours d'une coulée normale, il peut se produire une certaine exfoliation, avec dégagement d'humidité, lors du contact avec le métal chaud, et cette humidité est nocive,
La vermiculite doit toujours être sèche et, si c'est nécessaire, on doit la sécher en la chauffant, par exemple à 100 C, avant de l'employer.
La vermiculite a, de préférence, la composition suivante;
SiO2 39,5 % A1203 12,0 %
Fe2O3 + FeO 7,0 %
TiO2 1,0 %
MgO 23 %
CaO 1,5 %
K20 2 %
Eau libre et combinée 12 % La grosseur granulométrique est de préférence comprise entre 1/16 de pouce à 1/4 de pouce.
Une proportion notable de la vermiculite peut être récupérée à la fin du processus, par exemple par l'application de l'aspiration par un tuyau ou par le vannage.
La demanderesse trouve qu'en procédant selon l'inven- tion, on est apte à produire des pièces coulées sensiblement dé- pourvues d'inclusions non métalliques dans les couches de surfa- ces. Cet avantage est clairement mis en évidence par les dessins annexés.
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La figure 1 est une section .partielle d'un lingot d'allié
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.e au nickel-chrome, de l'espèce d'allisses qui contiennent l'alu- minium et le titane pu"r lui donner de bonnes propriétés en ce qui concerne le rannewent ou le fluate, coulé dans un moule de Durville de la manière habituelle, sans scorie.
L,, figure 2 est une section semblable d'un alliage iden- tique, coulé selon l'invention, dans un moule semblable, à travers une couche de vermiculite de sept pouces de profondeur, mise dans le dispositif récepteur.
On voit que les inclusions indésirables, situé/* près de la surface du lingot de la figure 1 sont absentes de la figure 2.
Les métaux haut point de fusion, qui peuvent être cou-
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las dans et ?. travers la ver.dculite selon l'invention, compren- nent t'ros:o-r.lvdo tous le, métaux ayant un point de fusion de 1300 C et 'plus et, spécialement, l'acier, allié et non allié, et les alliates àhaute teneur en nickel.
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..;'t,.DiCi"'ItIT 1. Procède de coulée de nét.,ux, ayant un point de fusion élevé, dans une li-.i-otîère d:ns lequel la lin::otière ou un réci- pient d' 0.J. le métal fondu s'écoule dans la lin.rrotière est chargé d' une nasse de vermiculite et le métal fondu est coulé dans et à travers cette messe.
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"Improvements relating to metal casting".
When casting high melting point metals into ingots, it is common for the ingot to have a surface layer which contains significant amounts of non-metallic inclusions. The origin of these inclusions is not elucidated with certainty, one of the possibilities being that these inclusions are due to projections or turbulence and another possibility is that they are introduced by the repeated use of scrap. as a constituent of the load. The overcoat
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face containing these inclusions must be removed by machining, which adds to the cost price of the final product.
If the molded part is placed in an extrusion press and extruded, or if it is rolled to form a bar, the inclusions appear as veins in the extruded or rolled product, unless that we do not eliminate them first.
This disadvantage is particularly apparent for alloys which contain chromium, aluminum or titanium, since the oxides of these metals are stable and form mechanically strong films in the molten metal, and these films tend to collect. other non-metallic inclusions and thus form agglomerates.
To avoid the production of the unwanted surface layer, it has been proposed to put various materials in the mold to form a slag when the metal is poured into the mold. Some of these materials, for example fiberglass, do not become sufficiently fluid and are retained between the wall of the mold and the ingot. The amount of heat available is often insufficient to melt a slag material of a glassy nature. Other materials, for example molten slag, are harmful when pouring into molds lined with refractory materials because they damage the refractory linings.
The noxious surface layer is found in high melting point metal ingots, produced by the Durville process in which molten metal is poured from a ladle into a receiving device of a combination of receiving device and mold. , which is then rotated in a vertical plane to cause the metal to flow from the receiving device into the mold.
When using the Durville process for the production of low melting ingots, a slag is put into the receiver, but despite repeated attempts to find a suitable slag
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which can be used with a high melting point metal in the Durville process, Applicant has failed and in practice nickel-chromium alloys and the like are cast in the receiving device without any slag. This has a great disadvantage, as it gives rise to the rapid formation of a large butt of cold metal which is an unnecessary product and which partially compromises the result intended by the process. In the absence of the slag, there is also a strong tendency to form the unwanted surface layer.
According to the invention, the mold or a container from which molten metal flows into the mold is charged with a mass of vermiculite and the molten metal is poured into and through this mass. During casting, the vermiculite washes the molten metal and appears to extract the oxide from the latter to form an oxide-vermiculite slag. Some of the vermiculite can melt and also form slag. The rest of the vermiculite rises to the surface and floats on its own slag or on metal and metal to prevent heat loss. During metal casting, the passage of the stream of molten metal through the vermiculite particles causes turbulence which puts the surface of the particles in intimate contact with the metal.
This contributes to the formation of slag and the fluidized bed of green. culite dampens the flow of molten metal.
The turbulent vermiculite prevents unwanted splashing or spattering, provided that the mass of the vermi contained in the mold or other container; have sufficient profony. If the er put there: a shallow layer, the upward steps of metal would pass through this layer In the Durville process, the vermiculite layer should be at least four inches deep and the applicant prefers a depth of seven inches or more.
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In the application of the invention to casting by the Durville process, the vermiculite is placed in the receiving device. Normally, excellent results are obtained if the vermicculitis is found in the receiving device only; however, if desired, it can also be put in the ladle, so that the cast metal from the furnace passes into the vermiculite and through the latter to enter the ladle.
If the casting is done by other methods, for example ladle casting and ladle casting in an ingot mold, the vermiculite can be placed in the ingot mold or both in the ladle and in the mold. ingot mold. If one makes use of a ladle with a tap hole disposed in the bottom so that the molten metal flows directly from the bottom of the ladle into the mold, the vermiculite can be put in the ladle alone.
The invention can be applied to a rising casting process, for example to a process in which the metal is poured into a casting tray having a valve under which the metal flows to a downhole and, from that here, by tubes which lead to the bottoms of ingot molds, so that the metal passes through the atmosphere only during the casting in the casting plate. In such a process, the vermiculite can be put into the casting tray. In addition, a certain amount of the vermiculite can be put in the bottom of each mold.
Preferably, the process is carried out so that the vermiculite rests on the molten metal contained in the mold during solidification, since it then delays solidification due to its additional heat-insulating properties and gives the fine non-metallic particles time to settle. escape from the molten metal and pass into the slag, so that the ingots are cleaner than usual. Thus, in the Durville process, the vermiculite flows into the mold from the receiving device after the metal has entered the receiving device.
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tor and retards solidification in this way.
Vermiculite consists of exfoliated mica and is well known as a low density refractory heat insulating material. It is important to use vermiculite precisely.
Mica that is not exfoliated does not produce the same results. It forms a hard cover on the metal and fails to prevent spattering. Further, although the exfoliation process requires temperatures and other conditions which differ from those which exist during normal casting, some exfoliation, with release of moisture, may occur upon contact. with hot metal, and this moisture is harmful,
Vermiculite must always be dry and, if necessary, it must be dried by heating it, for example to 100 C, before using it.
The vermiculite preferably has the following composition;
SiO2 39.5% A1203 12.0%
Fe2O3 + FeO 7.0%
TiO2 1.0%
MgO 23%
CaO 1.5%
K20 2%
Free and Combined Water 12% The particle size is preferably between 1/16 inch to 1/4 inch.
A significant proportion of the vermiculite can be recovered at the end of the process, for example by the application of suction through a pipe or by winnowing.
The Applicant has found that by proceeding according to the invention, it is possible to produce castings substantially free of non-metallic inclusions in the surface layers. This advantage is clearly demonstrated by the accompanying drawings.
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Figure 1 is a partial section of an alloy ingot
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.e nickel-chromium, of the species of allisses which contain aluminum and titanium could give it good properties with regard to rannewent or fluate, cast in a Durville mold of the usual way, without slag.
Figure 2 is a similar section of an identical alloy, cast according to the invention, in a similar mold, through a layer of vermiculite seven inches deep, placed in the receiving device.
It can be seen that unwanted inclusions, located / * near the surface of the ingot of Figure 1, are absent from Figure 2.
High melting point metals, which can be cut
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weary in and?. through the ver.dculite according to the invention, comprise t'ros: or.lvdo all metals having a melting point of 1300 C and above and, especially, steel, alloyed and unalloyed, and high nickel alloys.
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..; 't, .DiCi "' ItIT 1. Processes for casting nét., ux, having a high melting point, in a li-.i-otière in which the lin :: otière or a container. pient d '0.J. the molten metal flows into the lin.rrotière is charged with a trap of vermiculite and the molten metal is poured into and through this mass.