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"Procédé et appareil pour la production de grains de métaux sphériques".
Cette invention concerne un procédé et un appareil pour la production de grains métalliques sphériques et plus particulièrement la production de grenailles à partir d'alliages de plomb à bas point de fusion.
L'un des problèmes que l'invention vise à résoudre est la fourniture d'un appareil de ce type de grande capa- cité, compact et peu coûteux. Cet appareil peut être ins- tallé et fonctionner économiquement en de nombreux endroits dispersés, pour assurer une décentralisation de cette in- dustrie. Çelle-ci est désirable pour un certain nombre de
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raisons et en particulier pour réduire le prix du trans. port. L'appareil de la présente invention pour la produc- tion de grenailles de dimensions variées avec l'équipement associé, pour le traitement, le classement et l'emballage de la grenaille)peuvent être installés dans un local ordinaire, à un prix de revient modéré leur enctioone ment peut être assuré à plein rendement par un seul opéra- teur.
Un second problème est la réalisation d'un pourcentage élevé d'une dimension déterminée quelconque de grenailles dans une production continue. La solution à ce problème exige la production de gouttes uniformes de métal fondu et un procédé efficace pour convertir les gouttes fondues en grains sphériques. La présente invention permet de produire plus de 80 % de dimensions de grenailles choisies et dans certain cas, plus de 90 %. Sous ce rapport, une caractéris- tique spéciale de l'invention est la facilité et la vitesse avec laquelle on peut passer de la production d'une dimen- sion de grenaille à la production d'une autre dimension.
Un trosième problème, important dans certains cas, est la réduction à un minimum de l'oxydation du produit. Un cer- tain degré d'oxydation est inévitable, quand un métal forte- ment chauffé est exposé à l'atmopshère. L'inventisn élimine essentiellement cette exposition.
L'invention se base dans une large mesure sur la découverte que des masses de métal fondu, en forme de gouttes, peuvent être converties en masses sphériques mas- sives, au cours de leur chute dans une masse de liquide de refroidissement, de profondeur modérée s'élevant, par exem- ple, à essentiellement moins de 1,80 m, à condition que la chute des masses fondues dans le liquide de refroidissement
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soit interrompue et qu'on leur communique une rotation modérée pendant qu'aller sont encore à l'état fondu On a découvert que la ehute des gouttes de métal peut être interrompue ou arrêtée d'une manière désirable en plaçant dans le liquide de refroidissement, en travers du parcours de chute,
un organe qui présente une surface absorbante de faible conductivité thermique, telle qu'une surface en bois. Le métal extrêmement chaud d'une masse tombante vapo- rise le liquide de refroidissement voisin et on peut observer que celle-ci rebondit depuis la surface d'arrêt, vraisem- blablement à l'intervention d'un coussin de vapeur. On ne comprend pas entièrement ce phénomène, mais on a des rai- sons de croire que la présence de l'eau absorbée dans la structure de la surface de l'organe d'arrêt est importante et qu'il en est de même de la faible conductivité thermique de cet organe.
La rotation modérée requise peut être communiquée de deux façons différentes aux masses de métal fondu. Dans une disposition, la surface d'arrêt est simplement inclinée, pour obliger les masses fondues ralenties à descendre vers son bord en roulant. Dans une autre disposition un disque d'arrêt tourne pour obliger les masses de métal fondu à se déplacer vers son bord sous l'action de la force centrifuge.
Dans chaque cas, la rotation est impartie aux masses fondues par un contact de roulement, puis les masses en rotation sont relâchées et continuent leur chute à travers le liquide de re dissement pour se solidifier pendant qu'elles tomben
Les gouttes de métal fondu formées initialement dans l'air, au-dessus du liquide de refroidissement, sont natu- rellement allongées. Elles n'ont pas une occasion immédiate
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de devenir sphériques, en particulier en raison du pas- sage perturbateur de 1'air dans l'eau. Apparemment, l'in terruption de la chute des masses fondues sous la surface du liquide de refroidissement est. important';
pour permettre l'égalisation des forces agissant sur ces masses métalli ques dans toutes 'les directions et il semble que la rota- tion modérée de celles-ci dans des plans verticaux, pendant .qu'elles sont encore fondues, élimine 13ur allongement vertical initial.
Une caractéristique de la mise en pratique préférée de l'invention est un procédé de production d'une certaine quantité de gouttes de métal liquide uniformes. L'invention utilise des passages d'alimentation spéciaux au fond d'un réservoir de métal fondu et fait en outre vibrer le réser- voir et les passages pour déloger les gouttes formées. La vibration empêche le réglage des passages d'alimentation de devenir critique.
Dans la pratique préférée de l'inven- tion, chacun des passages d'alimentation formant les gouttes comprend des ouvertures coïncidentes dans deux feuilles transversales serrées face à-face ; les deux ouvertures sont effilées vers le bas et l'ouverture supérieure ou intérieure est plus petite que l'autre*
Une autre caractéristique d'une Niée en pratique de l'invention est la présence d'une unité d'alimentation pour fournir les gouttes de métal fondues, en combinaison, avec un certain nombre de réservoirs interchangeables pouvant être employés successivement avec l'unité d'alimen tation. Chacun des réservoirs interchangeables contient une masse de liquide de refroidissement et est équipé de diapo.. sitifs interrompant la chute des masses fondues pour leur communiquer un mouvement de rotation.
Quand une quantité
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désirée de grenailles terminés s'est accumulée dans un réservoir, on le remplace par un second Loi liquide de refroidissement est évacué du réservoir remplacé, qui est utilisé comme trémie pour amener la grenaille qu'il con- tient à un équipement destiné à poursuivre le traitement.
Les caractéristiques et avantages de l'invention peuvent être comprit à la lecture de la description détail- lés qui suit, faite en se reportant aux dessine annexés
Dans les dessins qui doivent être considéres comme simplement illustratifs : la figure 1 est une vue en perspective d'une forme d'exécution choisit de l'invertin la figure 2 est une vue partielle en élévation, sui . vant la flèche de la figure le montrant un contrôkle de trop-plein réglable, pour faire varier le niveau du liquide de refroidissement ; la figure 3 est une vue latérale partielle, en éléva tion, montrant comment on peut régler au moyen d'une via un réservoir de liquide de refroidissement ;
la figure 4 est une section transversale, à plus grande échelle, montrant la construction de l'unit' d'ali- mentation pour relâche le métal fondu sous forme de gouttes ainsi que le dispositif prévu dans le liquide de refroidis- sement pour interrompre la chute des masses de métal ; la figure 5 est une partie agrandie de la figure 4 indiquée par la flèche 5 dans cette dernière et montrant la construction d'un passage d'alimentation pour la formation des gouttes ; la figure 6 est une vue en coupe partielle, montrant une forme modifiée du dispositif pour interrompre la chute des masses de métal ;
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la figure 7 est une vue similaire d'une seconde modification du dispositif d'interruption de la chute la figure 9 est une vue partielle, en plan, de l'unité d'alimentation et de la structure adjacente ; la figure 9 est une vue schématique simplifiée, mom trame comment un certain nombre de reser s à liquide de refroidissement peuvent être utilises avec une unités d'alimentation ; la figure 10 est une vue schématique simplifiée, en plan, d'une unité d'alimentation circulaire et d'un dispo- sitif rotatif monté sur cette unité, pour interrompre la chute des masses de métal fondu et leur impartir un mouve- ment de rotation;
la figure 11 est une vue de profil simplifiée, en élé va%ion, de la structure de la figure 10.
Dispositon générale
Les parties principales de la construction choisie de l'invention représentée aux figures 1 à 3 et 4 à 8 com prennont t un réservoir à métal vertical, désigné générale- ment par 20, contenant une masse 22 de liquide de refroidis- sement (figure 4), un tuyau d'eau supérieur 24 avec une vanne 25, pour amener l'eau suivant les besoins en liquide de refroidissement, un déversoir réglable, désigné généra- lement par 26 (figures 2 et 8 pour régler le niveau du liquide de refroidissement dans le réservoir, un châssis rectangulaire vertical, désigné généralement par 28, enjam- bant le réservoir 20 et séparé de celui-si, une unité d'alimentation,
désignée généralement par 30, montée sur le haut du châssis 28, au-dessus du réservoir 20, pour relâcher les gouttes de métal fondu dans le liquide de refroidisse- ment, un vibrateur 32, monté sur le châssis 18, pour faire
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vibrer l'unité d'alimentation 30 et faciliter le délogement des gouttes de métal fondu, un creuset 34, supporté par un châssis 35, pour fondre le métal, un tuyau 36 s'étendant du creuset 34 à l'unité d'équipement 30, pour y amener le métal fondu, une vanne 38, dans le tuyau 36, pour contrôler le débit de métal fondu, un organe 40 (figure 4), dans la masse de liquide de refroidissement du réservoir 20, pour interrompre la chute des masses de métal fondu et leur com- muniquer une rotation, ayant la forme d'une plaque inclinée en un matériau approprié,
de préférence en sapin ou en cyprès, un dispositif en forme de braleur à gaz 42, pour réchauffer les niveaux supérieurs du liquide de refroidis- sement dans le réservoir 20, et un serpentin d'échange de chaleur 43, pour refroidir les niveaux inférieurs du liquide et faciliter la solidification des masses de métal tombantes.
Le fond du réservoir 20 est agrandi, pour servir de trémie destinée à la grenaille terminée et, de préférence, une chicane inclinée 44 est positionnée pour dévier la grenaille solidifiée tombante et la distribuer sur le fond agrandi de la trémie.
Une fenêtre en verre 45 permet d'obser- ver l'intérieur du réservoir pour voir quand une quantité désirée de grenailles s'est accumulée. Il est prévu, pour enlever la grenaille du fond du réservoir, un orifice cylindrique 46, muni d'un couvercle amovible 48 qui est lui-même équipé d'un robinet 50 pour permettre la vidange du réservoir avant l'enlèvement du couvercle.
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Fournionnement unité d'alimentation 30 possède une rangée d'ouver- tures d'alimentation, formant des gouttes successives de métal fondu, près de la surface du liquide da refroidisse- ment.
Les gouttes formées tombant dans celui-ci sont immé
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diatemont arrêtées par l'organe interrupteur 40; Avant d'atteindre le liquide, les gouttes passent' initialement dans l'air, sur une courte distance, d'habitude très infé- rieure à un pouce, en vue d'une oxydation minimum par l'atmosphère. On peut observer que les masses métalliques rebondissent légèrement sur l'organe 40 et descendent vers le bord inférieur de celui-ci, ce qui leur communique un mouvement de rotation pendant qu'elles sont encore fondues.
Les masses de métal en rotation durcissent en poursuivant leur chute dans le liquide de refroidissement et sont complètement solidifiées au moment où elles atteignent la chicane déflectrice 48
Comme on l'explique plus loin, l'unité d'alimentation 30 est d'une construction spéciale, qui forme des gouttes uniformes de métal liquide d'une dimension déterminée et peut se régler facilement pour passer d'une dimension à une autre. On peut effectuer divers réglages, dans les limites de l'habileté requises dans ce métier, afin d'ajua- ter l'appareil pour la production de grenailles en diffé- rents alliages, de dimensions variées.
La distance de chute des gouttes de métal avant qu'elles atteignent le liquide de refroidissement 22 peut être modifiée en agissant sur le déversoir réglable 26, afin de relever ou d'abaisser le niveau du liquide. Il est en général désirable de réduire cette distance pour les plus fortes dimensions de grenailles et il est également à conseiller de réduire la distance de l'organe interrupteur 40 sous la surface du liquide.
L'angle d'inclinaison de l'organe 40 se situe, de pré- férence, entre 10 et 20'. Un angle d'inclinaison de 17 sur l'horizontale donne de bons résultats pour les grenaille* des dimensions 8 et 9, respectivement 2,3 mm et 2 mm de
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diamètre). L'angle devrait être diminua lorsque la dimen- ion de* grenailles augmente.
Un angle de 12' se recom- mandt par exemple pour la grenaille n 6 2,8 mm de dia mètre)* La longueur du parcoura des masses de métal fondu le long de la surface inclinée de l'organe interrupteur 40 devrait 8tre augmentée en même temps que la dimension des grenailles et. vice versa A cet effet, l'organe interrup teur peut se régler horizontalement dans le réservoir, mais dans la forme d'exécution présente de l'invention, on envisage un déplacement horizontal du réservoir par rap- port A l'unité d'alimentation, chaque fois qu'un tel réglage est désirable.
Dans la pratique actuelle de l'invention, le liquide de refroidissement est l'eau. On peut toutefois employer d'autres liquides et en général, des liquides de plus haute densité sont désirables pour les dimensions de gre- nailles plus fortes. La température de l'eau devrait être légèrement réduite pour les grandes dimensions.
En général, le métal est chauffé à une température se situant approxi- mativement à 72 au-dessus de son point de fusion et la température du liquide de refroidissement so situe approxi- mativement entre 88 et 96 c Pour la grenaille n 9, une température de 96 est désirable et pour la grenaille n 6 plus grosse on recommande une température de 90 Détails structuraux
On peut obtenir un combustible gazeux pour les divers brûleurs à partir d'un tuyau d'alimentation 52 qui possède une dérivation vers le brûleur 42 mentionné précédemment* D'autres dérivations amènent le combustible à un brOleur 54 sous le creuset 34, vers un brûleur 55 (figures 1 et 4)
qui s'étend longitudinlement à l'unité d'alimentation 30 et
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vers un brûleur 56, sous la fond du réservoir. Ce dernier brùleur peut être supprimé, mais il est utile de maintenir l'eau à température à chaque interruption d'une série de production.
La réservoir 20 a une tort@ lui permettant de sur- plomber le brûleur 42 qui Maintiens le* n' ux supéreures du liquide de refroidissement à la température détirée. Le chauffage du liquide par le brûleur 42 provoque un dégage- ment de gaz et une certaine vaporisation du liquide. Les bulles devraient être libres de monter vers la surface du liquide, dans une région écartée du passage des masses de métal fondu tombant de l'organe interrupteur de chute 40.
Comme le montre la figure 4. l'extrémité supérieure de celui-ci est espacée essentiellement de la paroi adjacente 58 du réservoir 20, pour permettre un libre passage des bulles au-delà de cette extrémité. Le bord de l'organe inclina vers le haut sert efficacement de barrière, pour empêcher l'émission de bulles de déranger le liquide de refroidissement le long de la surface supérieure de celui-ci.
Comme on le voit le mieux à la figure 4 l'organe
Interrupteur de chute 40 est constitué par une plaque en bois, par exemple en pin ou en érable, articulée à son extrémité supérieure sur une tringle transversale 60 au moyen d'une monture 62, La tringle 60 est supportée à cha- que extrémité dans une applique 65 par une vis réglable 64 permettant de la relever ou de l'abaisser. Le bord inférieur de l'organe interrupteur 40 peut être supporté, de manière à pouvoir le régler, par deux vis verticales 66 reliées à celui-ci par un pivot. Chacune des vis passe devant une douille de aupport fixe non filetée 68 ot dans un écrou de réglage moleté 70.
Un écrou à ailettes 72 peut servir de
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contre-écrou,
Le déversoir réglable 26, mentionné précédemment, est constitué par une ouverture dans le bord supérieur du ré- 'servoir 20 et une porte ou lame angulaire 74 servant comme bord réglable de l'ouverture. La porte 74 pivote sur une vis 75 équipée d'un écrou à ailettes 76. On voit que l'écrou 76 peut être desserré, pour permettre de modifier la position de la porte afin de changer le niveau du liqui- de de refroidissement. Le déversoir se vide dans un bac de vidange 78 qui peut à son tour s'évacuer dans un tuyau d'eau résiduaire ou dans un réservoir, en vue de la réuti- . lisation du liquide.
Si le liquide de refroidissement est amené de manière continue par le tuyau supérieur 24, il débordera à une allure correspondante. Si on n'ajoute pas de liquida, le réservoir débordera quand même en raison du déplacement du liquide par la grenaille s'accumulant sur le fond de celui-ci.
Le serpentin d'échange de chaleur 43 peut être réglé pour amener l'eau environnante à plus bas que l'eau supérieure et peut être constitué simplement par un serpen- tin de la forme indiquée pour l'emploi d'eau de refroidis- sement. L'entrée du serpentin peut être raccordée à une distribution d'eau appropriée quelconque.
Si on le désire, :,' l'eau de refroidissement peut être remise continuellement en circulation dans le serpentin 43. comme indiqué auparavant) le réservoir 20 peut être mobile par rapport à l'unit' d'alimentation 30, afin de faire ,rier la distance que parcourent les masses fondues en descendant sur la surface inclinée de l'organe interrup- teur de chute 40. A cet effet, le réservoir 20 peut être
Monté sur un chariot 80, possédant des roues de support 82,
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comme le montre la figure 3. Une extrémité du chariot 80 est équipée d'un écrou fixe 84 vissé sur une vis 85 à tête moletée 86.
La via 85 est supportée dans une applique fixe 88 de sorte qu'en faisant tourner la tête moletée 86 à la main, on déplace le chariot 80 par rapport au support fixe 88 en vue du réglage horizontal de l'organe inter- rupteur 40 par rapport à l'unité d'alimentation 30.
Comme indiqué précédemment, l'unité d'alimentation 30 est,montée .sur un châssis vertical 28 séparé du réser-'. voir 20 pour permettre un déplacement relatif de ce dernier.
Le vibrateur 32 mentionné plus haut, pour faire vibrer le châssis 28 et l'unité d'alimentation 30 qu'il porte, peut être un moteur avec un arbre 90 équipé d'un poids excen- trique 92.
Dans la pratique préférée de l'invention, la construc- tion de l'unité d'alimentation 30 est celle représentée aux figures 1 4 5 et 8 Cette unité est constituée par un récipient rectangulaire allongé, avec deux parois laté rales parllèles 94 et deux parois d'extrémité 95. Dans la construction représentée, un thermomètre approprié 96 passe dans un Manchon 998 prévu dans l'une des parois 94 pour @ indiquer la température approximative du métal liquide. On peut prévoir en outre un pyromètre (non représenté) pour des lectures précises de la température.
Le métal est amené de manière continue du creuset 34 à l'unit' d'alimentation 30. la brûleur 55 évoqué précédem ment maintient le.Métal de l'unité d'alimentation à la température désirée, par exemple à 72 c au-dessus du point de fusion du métal Le brûleur 55 ost muni d'une chicane longitudinale 100 (figure 4 de configuration angulaire, pour faciliter le chauffage du métal et son maintien à la température désirée.
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La vanne 38 est réglée pour amener le *étal fondu à l'unité d'alimenttion à une vitesse dépassant légère- ment celle à laquelle il est distribué sous forme de gouttes par l'unit'. Le métal en excès s'écoule dans un coude 102 (figure 8), à l'extrémité de l'unie d'alimenta- tion ; ce coude envoie le trop-plein dans un petit creuset 104 monté sur une tablette 105 sur le côté du châssis 28.
On peut faire varier facilement l'angle du coude 102, pour modifier lad hauteur du métal liquide dans l'unit* d'ali- mentation. On diminue en général la hauteur de métal fondu , pour les plus grandes dimension. de grenailles puisqu'on utilisa pour celles-ci des ouvertures d'alimentation plus grandes* La hauteur de métal fondu peut aller de 12,7 à 31,7 mm Une caractéristique importante de l'invention est la manière dont l'unité d'alimentation 30 est construite pour former les gouttes de métal. Le fond de l'unité est muni à cet effet d'une rangée de passages d'alimentation ayant la forme indiquée à la figure 5.
Chaque passage se caractérise par une configuration dans laquelle un étranglement est sui.. vi par un élargissement auquel fait suite, un nouvel étran- glement à l'extrémité du passage où seront formées les gouttes de métal. On peut prévoir une rangée de ces passages d'alimentation dans le fond de l'unité d'alimentation, dis.. posée de diverses manières dans les différentes formes d'exécution de l'invention.
Dans la construction des figures 4 et 5, le fond 103 du réservoir de l'unité d'alimentation présente un alésage 110, relativement grand, pour chacun des passages d'alimen- tation. Deux t81es métalliques relativement minces, 112 et 114, sont serrées contre le fond 108 du réservoir au moyen d'une plaque de serrage 115. Dans cette construction, la
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plaque de serrage est fixée par des vis 116 sur lea facea longitudinales opposées du réservoir de l'unité ; ces via passent dans des brides latérales opposées 118 du réservoir et à travers les deux tôles 112 et 114 pour se violer dans la plaque 115.
La tôle supérieure 112 eat percée d'une ran- gée d'ouverture 120, relativement petite- qui occident avec les trous correspondants 110 du fo :sa. Les ouver- tures 120 sont fraisées pour leur donner la forme conique vers le bas de la figure 5. Le bord inférieur de chacune des ouvertures 120 sert. d'étranglement pour le passage d'alimentation
La seconde tôle mince inférieure 114 est percée d'une . rangée d'ouverturs plus grandes 122 coïncidant avec lea petites, ouvertures 120 de la tôle 112.
Les plus grandes ouvertures 122 sont également fraisées pour leur donner ' une forme conique vers le bas. Les ouvertures 122 peuvent être considérées comme les extrémités des sorties des pas- sages d'alimentation, puisque les gouttes de métal succes sives se forment aux bords inférieure de ces ouvortures. La plaque de serrage 115 présente des trous relativement granda 124, coïncidant avec les ouvertures 122 de la tôle mince 114
Les trous 124 sont suffisamment grands pour éviter le con- tact avec les gouttes de métal. fondu successivement formées.
Le débit de métal fondu dans chacun des passages d'ali- mentation est contr8lé par un organe correspondant de régla- ge ou de retardement 125, présentant à son extrémité infé- rieure une mince tige 126 se terminant par une tête 128 suspendue dans le trou correspondant 110 du fond 108 La tête 128 est suspendue au-dessus de la petite ouverture su- périeure 120 et peut être réglée pour un ample intervalle d'écoulement autour de sa circonférence. Comme on le voit
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le mieux à la figure 4 le réservoir de l'unité d'alimen- tation possède un couvercle sous la forme d'une lourde plaque ou barre 130, fixée par des vis latérales appropriées
132.
Le couvercle 130 possède pour chacun des organes de réglage 125 un trou vertical 134 surdimensionné afin d'as- surer la liberté de mouvement de ces organes. Chaque organe de réglage est monté en le vissant au moyen de filets dans une plaque de métal individuelle 135 dont chacune est fixée au couvercle 130 par deux vis 136.
Dans la forme d'exécution préférée de l'invention, le trou fileté 13 dans chacune des petites plaques métalli- ques 125 est surdimensionné par rapport à l'organe de ré- glage 125 correspondant, de manière à lui assurer une li- berté de mouvement appréciable et permettre un pivotement de son extrémité inférieure dans toutes les directions. En raison de cette disposition, la tête 128 de l'extrémité inférieure de l'organe de réglage est libre d'un mouvement radial universel par rapport à l'axe du passage d'alimenta- . tion correspondant et cherche à prendre une position cen- trale d'équilibre, dans laquelle l'écoulement de fluide est étranglé uniformément suivant sa circonférence.
En pratique, la-tète 128 peut accumuler des crasses, mais elle est libre de se déplacer pour compenser de telles modifications de sa forme.
Dans la forme initiale de l'invention, les trous 110 dans la plaque de fond 106 du réservoir de l'unité dtalimen- tate ont un diamètre de 6,86 mm tandis que le diamètre exterpour de la tête 128 est do 6,35 mm environ. L'épais- , saur des deux tôlex 112 et 114 est de 10 mm Le diamètre des ouvertures 120 dans la tôle 112 est do 5 mm et le dia. mètre des plus grandes ouvertures intérieures 122 de la tôle 114 est de 6,35 mm ce qui donne un fort pourcentage de
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grenailles ayant; un diamètre de 2,3 à 2,4 mm On peut obte. nir d'autres dimensions de grenaille en adoptant des dimen- sions d'ouverture différentes.
On peut faire varier la di- mension des grenailles dans une mesure limitée, par les organes de réglage 125 ou par une augmentation ou une dimi. nution de la pression, en manipulant le coude 102.
Les organes de réglage 125 sont ajustés relativement près des ouvertures 120 de la tôle supérieure 112 et les tatas 128 sont ajustées à une distance de cette dernière se,', situant entre 0,127 et 0,254 mm. La vitesse à laquelle le métal fondu passe autour des têtes 128 dans les plus petites ouvertures 120, pour parvenir dans les plus grandes ouver- tures 122, est réglée pour provoquer la formation de gouttes successives de la dimension désirée. L'étranglement de l'écoulement dans les plus petites ouvertures 120 réduit la pression statique pour faciliter la formation des gouttes.
L'ajustement des organes de réglage 125 pour réduire le débit des plus petites ouvertures a pour effet d'augmenter la dimension des gouttes. Pour permettre à l'appareil de produire une large gamme de dimension$ de grenailles, on peut employer des jeux différents de deux tôles 112 et 114 avec différentes dimension* d'ouvertures 120 et 122 pour les diverses dimensions de grenailles désirées. Comme indi- qué précédemment, la vibration de l'unité d'alimentation au moyen du vibrateur 32 facilite le relâchement des gouttes et rend également les dimensions et les réglages moins cri- tiques pour un bon fonctionnement de l'unité d'alimentation.
La figure 6 montre comment on peut remplacer l'organe interrupteur de chute 40 de la figure 4 par un organe 40a monté sur deux appliques angulaires latérales 140 au moyen de vis appropriées 142. L'extrémité supérieure de l'organe incliné s'étend relativement près de la paroi du réservoir, .
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mais cet munit d'un certain nombre de trous 144 pour le libre passage des bulles vers la surface du liquide de refroidissement 22.
L'extrémité supérieure de l'organe 40a est découpée pour former un épaulement 145 servant de bar- rière pour entacher la turbulence créée par les bulles de s'étendre par-dessus la surface supérieure de l'organe 40a Afin de faire varier l'élévation de la surface de l'organe 40a, un jeu de ces organes d'épaisseurs. différente. est prévu en vue de l'interchangeabilité.
La figure 7 montre un organe interrupteur de chute 40b qui peut également remplacer l'organe 40 du la figure 4. L'organe 42 est de la même construction générale que l'organe 40, mais possède un panneau supérieur amovible 146. L'élévation de la surface supérieure de l'organe 40b peut être modifiée en choisissant un panneau 146 hors d'un jeu de panneaux interchangeables d'épaisseurs variables.
La figure 9 montre comment un jeu de réservoirs 20a, 20b, 20c etc... peut être employé de manière interchangeable avec l'unité d'alimentation 30. Les réservoirs interchan- geables roulent librement en position pour recevoir les gouttes de métal fondu de l'unité d'alimentation et servir de container pour transporter la grenaille formée à un autre équipement de traitement et de classification. Cha- cun des réservoirs interchangeables peut être équipé d'un radiateur électrique 148 se raccordant par un câble 150 à une source de courant appropriée.
Chacun des réservoirs est muni du serpentin d'échange de chaleur habituel 43 dont les extrémités opposées sont munies de raccord à décon- nexion rapide en vue de les relier à une paire de tuyaux flexibles correspondants 152 et 154 pour assurer la circu- lation de l'eau.
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Les figurée 10 et 11 montrent une disposition, pou- vant s'utiliser dans certaines formes de l'invention, pour interrompre la chute des masses de métal fondu et leur communiquer une rotation avant de les libérer pour. continuer leur chute à travers le liquide de refroidisse- ment. Cette disposition utilise une unité d'a entation circulaire 30a de la même construction généra que l'unité 30 décrite précédemment. L'unité d'alimentation 30a possède une série de passages d'alimentation disposés en cercle, pour libérer des gouttes successives de métal fondu tombant ensuite sur un organe interrupteur de chute immergé 40c en forme do disque, qui peut être en un bois approprié.
Le disque 40c est monté sur un arbre vertical 155, pour tour- ner à une vitesse obligeant les masses de métal fundu qui s'y trouvent à se déplacer vers le bord extérieur. La chute de ces masses est donc momentanément interrompue et elles sont obligées de tourner à l'état fondu lorsqu'elles reprennent leur chute.
La description de la pratique choisie de l'invention accompagnée de détails spécifiques permettra d'envisager différents changements, substitutions ou variations de l'invention, tout en respectant l'esprit et on restant dans le cadre des revendications annexées.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"Method and apparatus for the production of spherical metal grains".
This invention relates to a method and apparatus for the production of spherical metal grains and more particularly to the production of shot from low melting lead alloys.
One of the problems which the invention aims to solve is the provision of an apparatus of this type of large capacity, compact and inexpensive. This device can be installed and operate economically in many dispersed places, to ensure decentralization of this industry. This is desirable for a number of
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reasons and in particular to reduce the price of trans. Harbor. The apparatus of the present invention for the production of shot of various sizes with the associated equipment, for the treatment, classification and packaging of shot) can be installed in an ordinary room, at a cost price. moderately their enctioon ment can be performed at full capacity by a single operator.
A second problem is to achieve a high percentage of any given size of shot in continuous production. The solution to this problem requires the production of uniform drops of molten metal and an efficient method of converting the molten drops into spherical grains. The present invention makes it possible to produce more than 80% of selected shot sizes and in some cases more than 90%. In this connection, a special feature of the invention is the ease and speed with which it is possible to switch from the production of one size of shot to the production of another size.
A third problem, important in some cases, is minimizing the oxidation of the product. A certain degree of oxidation is inevitable when a strongly heated metal is exposed to the atmosphere. The inventisn essentially eliminates this exposure.
The invention is to a large extent based on the discovery that masses of molten metal, in the form of drops, can be converted into massive spherical masses, as they drop into a mass of coolant, of moderate depth. rising, for example, to substantially less than 1.80 m, provided that the fall of the melts in the coolant
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be stopped and given a moderate rotation while going are still in the molten state It has been found that the drop of the metal drops can be interrupted or stopped in a desirable manner by placing in the coolant, across the fall path,
an organ which has an absorbent surface of low thermal conductivity, such as a wooden surface. The extremely hot metal of a falling mass vaporizes the adjacent coolant and it can be observed that this bounces off the stop surface, presumably by the intervention of a vapor cushion. We do not fully understand this phenomenon, but we have reasons to believe that the presence of the water absorbed in the structure of the surface of the stop member is important and that the same is true of the low thermal conductivity of this organ.
The moderate rotation required can be imparted to the masses of molten metal in two different ways. In one arrangement, the stopping surface is simply tilted, to force the slowed-down melt to descend towards its edge while rolling. In another arrangement a stop disk rotates to force the masses of molten metal to move towards its edge under the action of centrifugal force.
In each case, the rotation is imparted to the molten masses by a rolling contact, then the rotating masses are released and continue their fall through the reducer liquid to solidify as they fall.
The drops of molten metal initially formed in the air above the coolant are naturally elongated. They don't have an immediate opportunity
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to become spherical, in particular due to the disturbing passage of air through water. Apparently, the interruption of the fall of the melts below the surface of the coolant is. important';
to allow the equalization of the forces acting on these metallic masses in all directions and it seems that the moderate rotation of these in vertical planes, while they are still melted, eliminates their initial vertical elongation. .
A feature of the preferred practice of the invention is a method of producing a certain amount of uniform liquid metal drops. The invention utilizes special feed passages at the bottom of a molten metal tank and further vibrates the tank and passages to dislodge the formed drops. The vibration prevents the adjustment of the feed passages from becoming critical.
In the preferred practice of the invention, each of the droplet feed passages comprises coincident openings in two transverse sheets clamped face to face; both openings are tapered down and the top or inside opening is smaller than the other *
Another characteristic of the practice of the invention is the presence of a supply unit for supplying the molten metal drops, in combination, with a number of interchangeable reservoirs which can be used successively with the unit. 'food. Each of the interchangeable reservoirs contains a mass of coolant and is fitted with slides interrupting the fall of the molten masses to impart a rotational movement to them.
When a quantity
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The desired amount of completed shot has accumulated in a tank, it is replaced by a second Act coolant is drained from the replaced tank, which is used as a hopper to bring the shot it contains to equipment intended for further processing. treatment.
The characteristics and advantages of the invention can be understood on reading the detailed description which follows, made with reference to the accompanying drawings.
In the drawings which are to be regarded as merely illustrative: Figure 1 is a perspective view of a selected embodiment of the invertina Figure 2 is a partial elevational view, sui. before the arrow in the figure showing it an adjustable overflow control, to vary the level of the coolant; Fig. 3 is a partial side elevation view showing how to adjust by means of a coolant reservoir;
Fig. 4 is a cross-section, on a larger scale, showing the construction of the feed unit for releasing the molten metal in the form of drops as well as the device provided in the coolant for interrupting the cooling. falling masses of metal; Fig. 5 is an enlarged part of Fig. 4 indicated by arrow 5 in the latter and showing the construction of a feed passage for the formation of the drops; FIG. 6 is a view in partial section, showing a modified form of the device for interrupting the fall of the masses of metal;
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Figure 7 is a similar view of a second modification of the fall interrupting device; Figure 9 is a partial plan view of the power unit and the adjacent structure; Fig. 9 is a simplified schematic view showing how a number of coolant reservoirs can be used with a power unit; FIG. 10 is a simplified schematic plan view of a circular feed unit and of a rotary device mounted on this unit, for interrupting the fall of the masses of molten metal and imparting to them a movement of rotation;
FIG. 11 is a simplified side view, in element, of the structure of FIG. 10.
General provision
The main parts of the selected construction of the invention shown in Figures 1 to 3 and 4 to 8 comprise a vertical metal reservoir, generally designated 20, containing a mass 22 of coolant (Figure 4). ), an upper water pipe 24 with a valve 25, to supply the water according to the cooling liquid needs, an adjustable weir, generally designated by 26 (figures 2 and 8 to adjust the level of the cooling liquid in the tank, a vertical rectangular frame, generally designated by 28, spanning the tank 20 and separated from it, a supply unit,
generally designated by 30, mounted on the top of the frame 28, above the reservoir 20, to release the drops of molten metal into the coolant, a vibrator 32, mounted on the frame 18, to make
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vibrate the feed unit 30 and facilitate dislodgement of the molten metal drops, a crucible 34, supported by a frame 35, for melting the metal, a pipe 36 extending from the crucible 34 to the equipment unit 30 , to bring the molten metal there, a valve 38, in the pipe 36, to control the flow of molten metal, a member 40 (figure 4), in the mass of coolant of the reservoir 20, to interrupt the fall of the masses of molten metal and give them a rotation, in the form of an inclined plate of a suitable material,
preferably of fir or cypress, a device in the form of a gas burner 42, for heating the upper levels of the cooling liquid in the tank 20, and a heat exchange coil 43, for cooling the lower levels of the coolant. liquid and facilitate the solidification of falling metal masses.
The bottom of the tank 20 is enlarged to serve as a hopper for the finished shot and preferably an inclined baffle 44 is positioned to deflect the falling solidified shot and distribute it over the enlarged bottom of the hopper.
A glass window 45 allows the interior of the tank to be observed to see when a desired amount of shot has accumulated. To remove the shot from the bottom of the tank, a cylindrical orifice 46 is provided, provided with a removable cover 48 which is itself equipped with a valve 50 to allow emptying of the tank before removing the cover.
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Supply The supply unit 30 has a row of supply openings, forming successive drops of molten metal, near the surface of the coolant.
The formed drops falling into it are imme
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diatemont stopped by the switch member 40; Before reaching the liquid the drops initially pass through air for a short distance, usually much less than an inch, for minimal oxidation by the atmosphere. It can be observed that the metal masses rebound slightly on the member 40 and descend towards the lower edge of the latter, which gives them a rotational movement while they are still being melted.
The rotating masses of metal harden as they continue to fall into the coolant and are completely solidified by the time they reach the deflector baffle 48
As will be explained later, the supply unit 30 is of a special construction, which forms uniform drops of liquid metal of a determined size and can be easily adjusted to change from one dimension to another. Various adjustments can be made, within the limits of skill in the art, in order to adjust the apparatus for the production of shot of different alloys of varying sizes.
The distance of fall of the metal drops before they reach the coolant 22 can be varied by acting on the adjustable weir 26, in order to raise or lower the level of the liquid. It is generally desirable to reduce this distance for larger sizes of shot and it is also advisable to reduce the distance of the switch member 40 below the surface of the liquid.
The angle of inclination of the member 40 is preferably between 10 and 20 '. An inclination angle of 17 on the horizontal gives good results for shots * of dimensions 8 and 9, respectively 2.3 mm and 2 mm
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diameter). The angle should be decreased as the size of the shot increases.
An angle of 12 'is recommended for example for No. 6 shot 2.8 mm in diameter) * The length of the path of the masses of molten metal along the inclined surface of the switch member 40 should be increased by the same time as the size of the shot and. vice versa For this purpose, the switch member can be adjusted horizontally in the tank, but in the present embodiment of the invention, a horizontal displacement of the tank relative to the supply unit is envisaged. , whenever such an adjustment is desirable.
In the current practice of the invention, the cooling liquid is water. However, other liquids can be employed and in general, higher density liquids are desirable for larger grit sizes. The water temperature should be reduced slightly for large sizes.
In general, the metal is heated to a temperature of approximately 72 ° C above its melting point and the temperature of the coolant is approximately between 88 and 96 ° C. For No. 9 shot, a temperature of 96 is desirable and for the larger No. 6 shot a temperature of 90 is recommended Structural details
A gaseous fuel can be obtained for the various burners from a supply pipe 52 which has a bypass to the previously mentioned burner 42 * Other bypasses bring the fuel to a burner 54 under the crucible 34, to a burner 55 (figures 1 and 4)
which extends longitudinally to the power unit 30 and
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to a burner 56, under the bottom of the tank. The latter burner can be omitted, but it is useful to keep the water at temperature at each interruption of a production series.
The reservoir 20 has a fault allowing it to overhang the burner 42 which maintains the upper flow of the coolant at the set temperature. The heating of the liquid by the burner 42 causes the evolution of gas and some vaporization of the liquid. The bubbles should be free to rise to the surface of the liquid, in a region away from the passage of masses of molten metal falling from the drop switch member 40.
As shown in Figure 4. the upper end thereof is spaced substantially from the adjacent wall 58 of the reservoir 20, to allow free passage of bubbles beyond this end. The edge of the upward sloping member effectively serves as a barrier, to prevent the emission of bubbles from disturbing the coolant along the top surface thereof.
As best seen in figure 4 the organ
Fall switch 40 consists of a wooden plate, for example made of pine or maple, articulated at its upper end on a transverse rod 60 by means of a mount 62. The rod 60 is supported at each end in a applies 65 by an adjustable screw 64 allowing it to be raised or lowered. The lower edge of the switch member 40 can be supported, so that it can be adjusted, by two vertical screws 66 connected to it by a pivot. Each of the screws goes past a fixed non-threaded socket 68 and through a knurled adjusting nut 70.
A wing nut 72 can serve as a
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lock nut,
The aforementioned adjustable weir 26 is formed by an opening in the upper edge of the tank 20 and an angular gate or blade 74 serving as an adjustable edge of the opening. The door 74 pivots on a screw 75 fitted with a wing nut 76. It is seen that the nut 76 can be loosened, to allow the position of the door to be changed in order to change the level of the coolant. The weir empties into a drain pan 78 which can in turn drain into a waste water pipe or into a reservoir for reuse. lization of the liquid.
If the coolant is continuously supplied from the upper pipe 24, it will overflow at a corresponding rate. If no liquida is added, the tank will still overflow due to the displacement of the liquid by the shot accumulating on the bottom of it.
The heat exchange coil 43 may be adjusted to bring the surrounding water lower than the upper water and may be simply a coil of the shape shown for the use of cooling water. . The inlet of the coil can be connected to any suitable water supply.
If desired,: the cooling water can be continuously recirculated in the coil 43. as previously indicated) the reservoir 20 can be movable relative to the supply unit 30, in order to do, the distance traveled by the molten masses in descending on the inclined surface of the drop switch member 40. For this purpose, the reservoir 20 can be
Mounted on a cart 80, having support wheels 82,
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as shown in figure 3. One end of the carriage 80 is equipped with a fixed nut 84 screwed on a screw 85 with knurled head 86.
Via 85 is supported in a fixed bracket 88 so that by rotating the knurled head 86 by hand, the carriage 80 is moved relative to the fixed support 88 for the horizontal adjustment of the switch member 40 by compared to the power supply unit 30.
As indicated above, the power unit 30 is mounted on a vertical frame 28 separate from the tank. see 20 to allow a relative displacement of the latter.
The vibrator 32 mentioned above, for vibrating the frame 28 and the power unit 30 which it carries, may be a motor with a shaft 90 equipped with an eccentric weight 92.
In the preferred practice of the invention, the construction of the feed unit 30 is that shown in Figures 1, 4, 5 and 8. This unit consists of an elongated rectangular container, with two parallel side walls 94 and two. end walls 95. In the construction shown, a suitable thermometer 96 passes through a Sleeve 998 provided in one of the walls 94 to indicate the approximate temperature of the molten metal. A pyrometer (not shown) can also be provided for precise temperature readings.
Metal is continuously fed from crucible 34 to feed unit 30. The previously mentioned burner 55 maintains the metal in the feed unit at the desired temperature, for example at 72 ° C above. of the melting point of the metal The burner 55 is provided with a longitudinal baffle 100 (FIG. 4 of angular configuration, to facilitate heating of the metal and its maintenance at the desired temperature.
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The valve 38 is set to supply the molten cal to the feed unit at a rate slightly exceeding that at which it is dispensed as drops from the unit. The excess metal flows into an elbow 102 (Figure 8) at the end of the feed unit; this elbow sends the overflow into a small crucible 104 mounted on a shelf 105 on the side of the frame 28.
The angle of the elbow 102 can be easily varied to alter the height of the liquid metal in the feed unit. The height of molten metal is generally reduced for the largest dimensions. shot size since larger feed openings were used for them. * The height of molten metal may range from 12.7 to 31.7 mm An important feature of the invention is the manner in which the unit of feed 30 is constructed to form the metal drops. The bottom of the unit is provided for this purpose with a row of feed passages having the shape shown in figure 5.
Each passage is characterized by a configuration in which a constriction is followed by a widening followed by a new constriction at the end of the passage where the metal drops will be formed. A row of such feed passages can be provided in the bottom of the feed unit, arranged in various ways in the various embodiments of the invention.
In the construction of Figures 4 and 5, the bottom 103 of the feed unit tank has a relatively large bore 110 for each of the feed passages. Two relatively thin metal t81es, 112 and 114, are clamped against the bottom 108 of the tank by means of a clamp plate 115. In this construction, the
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clamping plate is fixed by screws 116 on the opposite longitudinal facea of the tank of the unit; these via pass in opposite side flanges 118 of the tank and through the two plates 112 and 114 to violate in the plate 115.
The upper sheet 112 is pierced with a row of opening 120, relatively small, which west with the corresponding holes 110 of the fo: sa. The openings 120 are countersunk to form the downward taper of Figure 5. The lower edge of each of the openings 120 serves. throttle for the supply passage
The second lower thin sheet 114 is pierced with a. row of larger openings 122 coinciding with the small, openings 120 of the sheet 112.
The larger openings 122 are also countersunk to give them a downward taper. The openings 122 can be viewed as the ends of the outlets of the feed passages, since successive drops of metal form at the lower edges of these openings. The clamping plate 115 has relatively large holes 124, coinciding with the openings 122 of the thin sheet 114
The holes 124 are large enough to avoid contact with the metal drops. successively formed fades.
The flow of molten metal in each of the feed passages is controlled by a corresponding regulating or retarding member 125, having at its lower end a thin rod 126 terminating in a head 128 suspended in the hole. mating 110 of bottom 108 Head 128 hangs over small top opening 120 and can be adjusted for a wide flow gap around its circumference. As one can see
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best in figure 4 the tank of the feed unit has a cover in the form of a heavy plate or bar 130, fixed by suitable side screws
132.
The cover 130 has for each of the adjustment members 125 an oversized vertical hole 134 in order to ensure the freedom of movement of these members. Each adjuster is mounted by screwing it by means of threads into an individual metal plate 135, each of which is fixed to the cover 130 by two screws 136.
In the preferred embodiment of the invention, the threaded hole 13 in each of the small metal plates 125 is oversized with respect to the corresponding adjustment member 125, so as to ensure freedom of movement. appreciable movement and allow pivoting of its lower end in all directions. Due to this arrangement, the head 128 of the lower end of the adjustment member is free of universal radial movement relative to the axis of the feed passage. tion and seeks to assume a central position of equilibrium, in which the flow of fluid is constricted uniformly along its circumference.
In practice, the head 128 may accumulate dross, but it is free to move to compensate for such changes in its shape.
In the initial form of the invention, the holes 110 in the bottom plate 106 of the titanium unit reservoir have a diameter of 6.86 mm while the outer diameter of the head 128 is 6.35 mm. about. The thickness of the two sheets 112 and 114 is 10 mm. The diameter of the openings 120 in the sheet 112 is 5 mm and the dia. meter of the largest interior openings 122 of the sheet 114 is 6.35 mm which gives a high percentage of
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shot having; a diameter of 2.3 to 2.4 mm can be obtained. ning other sizes of shot by adopting different aperture sizes.
The size of the shot can be varied to a limited extent by the adjusters 125 or by increasing or decreasing. decrease in pressure, by manipulating the elbow 102.
The adjusters 125 are fitted relatively close to the openings 120 of the top sheet 112 and the tatas 128 are adjusted at a distance from the latter itself, ', between 0.127 and 0.254 mm. The rate at which the molten metal passes around the heads 128 through the smaller apertures 120, to reach the larger apertures 122, is adjusted to cause the formation of successive drops of the desired size. Restricting the flow in the smaller apertures 120 reduces static pressure to facilitate drop formation.
The adjustment of the regulators 125 to reduce the flow rate of the smaller openings has the effect of increasing the size of the drops. To enable the apparatus to produce a wide range of shot sizes, different sets of two plates 112 and 114 can be employed with different sizes of apertures 120 and 122 for the various shot sizes desired. As indicated above, the vibration of the feed unit by means of the vibrator 32 facilitates the release of the drops and also makes the dimensions and settings less critical for proper operation of the feed unit.
Figure 6 shows how the drop switch member 40 of Figure 4 can be replaced by a member 40a mounted on two lateral angular brackets 140 by means of suitable screws 142. The upper end of the inclined member extends relatively near the tank wall,.
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but this provides a number of holes 144 for the free passage of the bubbles to the surface of the coolant 22.
The upper end of member 40a is cut to form a shoulder 145 serving as a barrier to taint the turbulence created by the bubbles extending over the upper surface of member 40a to vary the pressure. elevation of the surface of the member 40a, a set of these thickness members. different. is intended for interchangeability.
Figure 7 shows a drop switch member 40b which can also replace member 40 of Figure 4. Component 42 is of the same general construction as member 40, but has a removable top panel 146. The elevation The upper surface of the member 40b can be modified by choosing a panel 146 out of a set of interchangeable panels of varying thicknesses.
Figure 9 shows how a set of reservoirs 20a, 20b, 20c etc ... can be used interchangeably with the power supply unit 30. The interchangeable reservoirs roll freely into position to receive the drops of molten metal from. feed unit and serve as a container for transporting the formed shot to other processing and classification equipment. Each of the interchangeable tanks can be fitted with an electric heater 148 connecting by a cable 150 to a suitable current source.
Each of the tanks is provided with the usual heat exchange coil 43, the opposite ends of which are provided with a quick-disconnect fitting for connection to a pair of corresponding flexible pipes 152 and 154 to ensure the circulation of the water. 'water.
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Figures 10 and 11 show an arrangement, which may be used in certain forms of the invention, for interrupting the fall of masses of molten metal and imparting a rotation to them before releasing them for. continue their fall through the coolant. This arrangement uses a circular ventilation unit 30a of the same general construction as the unit 30 described above. The feed unit 30a has a series of feed passages arranged in a circle, for releasing successive drops of molten metal then falling onto a disc-shaped submerged drop switch member 40c, which may be of a suitable wood.
The disc 40c is mounted on a vertical shaft 155, to rotate at a speed forcing the masses of fundu therein to move to the outer edge. The fall of these masses is therefore momentarily interrupted and they are forced to turn in the molten state when they resume their fall.
The description of the chosen practice of the invention accompanied by specific details will allow consideration of various changes, substitutions or variations of the invention, while respecting the spirit and remaining within the scope of the appended claims.
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