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Dispositif pour la coulée continue de billettes métalliques.
La présente invention a pour objet un mandrin et un dispositif pour la coulée continue de billettes creuses de mé- taux tels que le cuivre, le laiton ou l'aluminium.
Les dispositifs pour la coulée continue de billettes métalliques creuses comportent en général un moule muni d'un re- vêtement intérieur de graphite, un mandrin en graphite suspendu dans ledit moule, de sorte qu'il existe, entre le revêtement et le mandrin, un espace vertical annulaire dans lequel on verse le métal et dans lequel le métal se solidifie, des moyens pour lu- brifier les surfaces de graphite et des moyens pour refroidir et vibrer le moule et en retirer la billette refroidie. On peut uti-
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liser avantageusement le mandrin selon l'invention dans un disposi- tif de coulée de ce type; le mandrin constitue un moyen amélioré pour amener le métal en fusion dans l'espace de.coulée.
Le mandrin selon l'invention est constituée par du graphite,il estprévu pour'être supporté à l'intérieur d'un moule vertical et il est muni, à son extrémité supérieure, d'un évi- dement en forme de coupelle destiné à recevoir le métal en fu- sion et d'une pluralité de conduits disposés latéralement de- puis l'extrémité inférieure de ladite coupelle en direction de la surface du mandrin de façon à diriger el métal vers l'espace compris entre le mandrin et le moule. Le métal en fusion est versé dans la coupelle au moyen d'un siphon. La profondeur de cette coupelle est une condition importante du taux de coulée peur maintenir un niveau désiré de métal liquide dans ladite coupelle et dans l'espace entourant le mandrin.
La descente du métal liquide dans la coupelle et dans les conduits radiaux pré' vus à son fond entraîne un écoulement doux et uniforme du métal dans l'espace-de coulée. Le mandrin comporte de préférence, à son extrémité supérieure, un rebord radial disposé au-dessus des conduits précités.
Le dispositif selon l'invention comporte des moyens 'pour supporter, maintenir et protéger un mandrin en graphite si- tué à l'intérieur d'un moule en graphite. Le moule en graphite est fixé à l'intérieur d'un support et le dispositif pour supporter le mandrin est fixé, de façon amovible, au support du moule et il est réalisé de façon à fixer et 'à centrer le mandrin dans le moule.
L'invention peut être appliquée, de façon avantageuse, à des man- drins munis, à leur sommet, d'un rebord comme mentionné plus haut.
Le dispositif comporte, de préférence, un couvercle ou analogue ayant une ouverture qui permet au siphon de pénétrer dans
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la tête creuse du mandrin. Il est nécessaire que la partie supé- rieure ou tête du mandrin s'étende au-dessus du niveau du liqui- de dans le.moule afin que le métal soit maintenu dans ladite tê- te et qu'il puisse s'écouler dans le moule. La tête qui s'étend ainsi au-dessus du niveau du liquide sert à délimiter l'espace entre le moule et le mandrin de telle sorte que la billette creuse puisse commencer à se former là où le métal est en fu- sion.
Ce mode de construction laisse une partie de la tête du mandrin exposée à l'atmosphère et étant donné que le mandrin est en contact avec un métal chaud, par exemple 10000C environ dans le cas du cuivre, la partie du mandrin qui est exposée à l'atmosphère est susceptible de s'oxyder et par conséquent de se détériorer. Le support conforme à l'invention comporte de préférence une jupe ou analogue dirigée vers le bas et allant en s'amincis- sant, cette jupe recouvrant la majeure partie du mandrin qui autre- ment serait exposée à l'atmosphère et la protégeant.
La jupe pré- citée va de préférence en s'amincissant jusqu'à présenter un re- bord mince de façon à augmenter l'espace au voisinage de la sur- face du métal dans le moule de façon à permettre l'emploi de grains flottants de carbone ou de graphite pour diminuer l'oxydation de la tête du mandrin. De plus, le fait que le support va en s'amin- cissant permet à l'opérateur de voir le niveau du métal dans le moule et de régler en conséquence l'écoulement de ce métal.
Le support de mandrin et les moyens qui lui sont as- sociés pour fixer le mandrin du support métallique du moule pré- cité sont réalisés de façon à ménager un petit espaoe qui permet à l'opérateur de voir le niveau du métal dans le moule sur pres- que toute la circonférence de la coulée.
L'invention a également pour objet un procédé d'utili- sation d'un tel dispositif pour la coulée continue de billettes.
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L'invention sera décrite de façon plus détaillée en se référant aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple, et dans lesquels - la figure 1 est une coupe verticale d'un dispositif pour la coulée continue comportant un mandrin selon un mode de ré- : alisation de l'invention, cette coupe étant prise selon la ligne I-I de la figure 2 mais le plan de coupe étant déplacé vers la gauche de façon à passer par un des conduits ; - la figure 2 est une vue de dessus du dispositif de la figure 1 montrant en particulier le support du mandrin; - la figure 3.est une vue latérale du mandrin de la figure 1, la partie supérieure ou tête dudit mandrin étant vue en coupe; - la figure 4 est une vue en plan du mandrin de la figure 3.
En se référant aux figures 1 et 2, on voit que les parties principales du dispositif soit constituées par un mandrin disposé coaxialement à l'intérieur d'un moulé de façon à consti- tuer, entre ledit moule et ledit mandrin, une billette métallique de forme tubulaire, un support de mandrin et un oouvercle qui main- tient ledit mandrin en place.
Le moule métallique 10 a une section de forme circu- laire et est muni d'un revêtement en graphite 12 qui présente une conicité vers le bas. Le support de mandrin 14 qui présente de pré- férence, en plan, une forme circulaire, est muni d'un évidement annulaire 16 qui sert à supporter le mandrin,' et d'un écran en forme'de jupe 18 qui entoure le mandrin pour le protéger de l'oxy- dation au-dessus du niveau du métal en fusion 20. Le support de mandrin 14 comporte également une rainure périphérique annulaire 22 qui le centre sur la partie supérieure du moule 10 et trois pattes ou analogues 24 grâce auquel il est attaché, au moyen de
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boulons 26, à un anneau d'accouplement 27 qui est fixé au moule 10.
Le mandrin en graphite 28 (voir également les figures 3 et 4) a une section circulaire et comporte 'une partie inférieure 30 qui est légèrement conique et autour de laquelle est formée la bil- lette 32 et une tête supérieure 34. Dans la partie supérieure de la tête 34 est ménagé un évidement cylindrique ou coupelle 36 destiné à recevoir le métal en fusion. Trois conduits 33 qui sont disposés radialement et vont en descendant légèrement, relient la coupelle 36 à l'espace de coulée. La partie de la tête du mandrin qui entoure la coupelle se prolonge de façon à former un rebord assez pro- fond 40 qui est incurvé à sa partie inférieure de façon à corres- pondre à la forme de l'évidement 16 du support de mandrin.
Le cou- vercle 42 est plat et comporte un corps annulaire muni, dans sa partie centrale, d'un trou 44 et il comporte en outre trois prolon- gements 46 à travers lesquels passent les écrous 47 qui permettent de l'attacher au support de mandrin 14. Les dimensions du support de mandrin 14 et du couvercle 42 sont telles qu'il existe un es- pace annulaire 48 (lequel est interrompu par les prolongements 46) qui permet à l'opérateur de voir la surface du métal en fusion 20 dans la coupelle 36.
Un siphon 50 traverse l'orifice 44 de façon à amener, dans la coupelle 36, le métal en fusion qui vient d'un réservoir d'alimentation (non représenté).
Le moule 10 et son revêtement 12 ainsi que le mandrin 28 peuvent être munis de préférence de moyens de refroidissement (non représentés) et le mandrin peut être muni également de moyens de lubrification.
Le mandrin reprédenté peut être utilisé avantageuse- ment dans des moules de dimensions diverses. C'est ainsi par ex- emple que pour un moule ayant un diamètre de 10,5 cm environ à sa
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partie supérieures le mandrin a un diamètre de 8,94 cm environ à sa partie supérieure, la coupelle a un diamètre de 4,76 cm environ et la profondeur de cette coupelle est de 10,16 cm en- viron. Les conduits 38 ont un diamètre de 1,91 cm environ et ils ont une pente vers le bas faisant un angle de 15 environ.
Le rebord 40 doit avoir une épaisseur de 1,27 cm.environ ou da- vantage. La disposition ainsi que les proportions de la coupelle et des conduits sont très importants pour le centrale de la vitesse d'amenée du métal en fusion, de la vitesse de démoulage et du ni- veau de métal en fusion dans le moule. La section totale des trois conduits peut être au moins égale à la section de la coupelle. Si les trous sont trop hauts, le contrôle du niveau du métal dans le moule est difficile par suite de la quantité insuffisante de mé- tal en fusion qui joue le rôle de réserve pour compenser les variations d'écoulement dans le siphon.
Si les trous sont trop bas la longueur effective du moule pour le refroidissement est diminuée et, pour les vitesses de coulée désirées, la billette peut quitter le mandrin avant qu'elle ne soit solide et le métal déborde. '
L'invention présenta, outre la structure de la coupelle , 36 et des conduits 38, d'autres caractéristiques avantageuses.
L'écran 18 se trouve au voisinage immédiat du niveau du métal li- quide et il empêche pratiquement qu'une partie de la tête 34 du mandrin soit exposée aux gaz oxydants. Pour diminuer encore l'oxydation de l'étroite surface du mandrin qui reste exposé -.eux gaz oxydants, on peut faire flotter de petits grains de graphite dans l'espace situé au-dessous du support du mandrin, sur le métal qui entoure le mandrin de façon à recouvrir cet espace restreint.
L'espace 48 qui entoure le couvercle 42 est avantageux en ce qu'il permet à l'opérateur de voir la surface du métal en fusion 20 pen- dant la coulée.
'Ce dispositif est'utilisé de la façon suivante. Le métal
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en fusion est versé par le siphon 50 et il forme une première ré- . serve dans la coupelle 36, puis il s'écoule doucement et sans tur- bulence à travers les conduits 38 en constituant une seconde ré- serve dans l'espace compris entre le mandrin et le revêtement 12.
Le métal en fusion se refroidit pendant son écoulement vers le bas et il se solidifie en général à environ 15,24 cm au-dessous du niveau 20 du métal en fusion et il forme une billette 32.
La vitesse de démoulage de la billette doit être con- , trôlée et ne doit être ni trop lente, ni trop rapide, de telle sorte que d'une parc, la seconde réserve de métal soit maintenue au-dessus de la billette et que les conduits ne se bouchent pas, et que, d'autre part, le métal en fusion ne s'écoule pas par le fond du moule.
Lorsque la billette se dé 'ace vers le bas, elle se rétrécit et décroît en diamètre, et le revêtement conique 12 reste en contact étroit avec la billette de telle sorte qu'il y a un transfert efficace de chaleur de la billette vers le moule refroidit Le diamètre interne de la billette décroît également légèrement et celle-ci se maintient en contact étroit mais libre avec la partie inférieure conique 30 du mandrin. On refroidit de préférence le mandrin et le moule pour aider au refroidissement de la billette, Après que la billette ait été enlevée du moule, on la refroidit encore par des projections d'eau selon le procédé habituel. Si on le désire, le moule et le mandrin peuvent être entraînés en- semble alternativement parallèlement à la direction de la coulée.
Après que l'on ait déterminé une vitesse donnée de cou- lée, par exemple 1,52 m environ à la minute, le métal est' versé par le siphon à une vitesse telle que le niveau 16 du métal liquide soit maintenu à 4,45 cm environ (dans un mandrin ayant les dimen- sions sus-mentionnées) au-dessus du fond de la coupelle 36 et à environ 1,91 cm au-dessous de la partie supérieure du revêtement
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12, de telle sorte que le métal recouvre l'extrémité du siphon.
Ce niveau peut être vu à travers l'espace 48.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté'qui n'a été donné qu'à titre d'exemple.
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Device for the continuous casting of metal billets.
The present invention relates to a mandrel and a device for the continuous casting of hollow billets of metals such as copper, brass or aluminum.
The devices for the continuous casting of hollow metal billets generally comprise a mold provided with an inner coating of graphite, a graphite mandrel suspended in said mold, so that there is, between the coating and the mandrel, a annular vertical space in which the metal is poured and in which the metal solidifies, means for lubricating the graphite surfaces and means for cooling and vibrating the mold and removing the cooled billet therefrom. We can use
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Advantageously read the mandrel according to the invention in a casting device of this type; the mandrel provides an improved means of delivering molten metal into the flow space.
The mandrel according to the invention is formed by graphite, it is designed to be supported inside a vertical mold and it is provided, at its upper end, with a cup-shaped recess intended to receive the molten metal and a plurality of conduits disposed laterally from the lower end of said cup towards the surface of the mandrel so as to direct the metal towards the space between the mandrel and the mold. The molten metal is poured into the cup by means of a siphon. The depth of this cup is an important condition of the pour rate to maintain a desired level of liquid metal in said cup and in the space surrounding the mandrel.
The descent of the liquid metal into the cup and into the radial conduits provided at its bottom results in a smooth and uniform flow of the metal in the casting space. The mandrel preferably comprises, at its upper end, a radial flange disposed above the aforementioned conduits.
The device according to the invention comprises means for supporting, maintaining and protecting a graphite mandrel located inside a graphite mold. The graphite mold is fixed within a support and the device for supporting the mandrel is removably fixed to the mold support and is made to fix and center the mandrel in the mold.
The invention can be applied, advantageously, to chucks provided, at their top, with a rim as mentioned above.
The device preferably comprises a cover or the like having an opening which allows the siphon to enter.
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the socket head of the chuck. It is necessary for the top or head of the mandrel to extend above the level of the liquid in the mold so that the metal is held in said head and can flow into the mold. mold. The head which thus extends above the liquid level serves to demarcate the space between the mold and the mandrel so that the hollow billet can begin to form where the metal is molten.
This method of construction leaves a part of the mandrel head exposed to the atmosphere and since the mandrel is in contact with a hot metal, for example about 10000C in the case of copper, the part of the mandrel which is exposed to the atmosphere. The atmosphere is liable to oxidize and therefore deteriorate. The support according to the invention preferably comprises a skirt or the like directed downwards and tapered, this skirt covering the major part of the mandrel which would otherwise be exposed to the atmosphere and protecting it.
The aforementioned skirt preferably tapers until it has a thin rim so as to increase the space in the vicinity of the surface of the metal in the mold so as to allow the use of floating grains. carbon or graphite to reduce oxidation of the mandrel head. In addition, the fact that the support becomes thinner allows the operator to see the level of the metal in the mold and to adjust the flow of this metal accordingly.
The mandrel support and the means which are associated with it for fixing the mandrel of the metal support of the aforementioned mold are made so as to leave a small space which allows the operator to see the level of the metal in the mold on the surface. almost the entire circumference of the casting.
A further subject of the invention is a method of using such a device for the continuous casting of billets.
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The invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, given solely by way of example, and in which - Figure 1 is a vertical section of a device for continuous casting comprising a mandrel according to one embodiment. embodiment of the invention, this section being taken along line II of FIG. 2 but the section plane being moved to the left so as to pass through one of the conduits; - Figure 2 is a top view of the device of Figure 1 showing in particular the support of the mandrel; - Figure 3 is a side view of the mandrel of Figure 1, the upper part or head of said mandrel being seen in section; - Figure 4 is a plan view of the mandrel of Figure 3.
Referring to Figures 1 and 2, it can be seen that the main parts of the device are constituted by a mandrel arranged coaxially inside a mold so as to constitute, between said mold and said mandrel, a metal billet of tubular form, a mandrel holder and a cover which holds said mandrel in place.
The metal mold 10 has a circular section and is provided with a graphite coating 12 which has a downward taper. The mandrel holder 14 which preferably has a circular shape in plan, is provided with an annular recess 16 which serves to support the mandrel, and with a skirt-like screen 18 which surrounds the mandrel. to protect it from oxidation above the level of the molten metal 20. The mandrel holder 14 also has an annular peripheral groove 22 which centers it on the upper part of the mold 10 and three tabs or the like 24 by which it is attached, by means of
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bolts 26, to a coupling ring 27 which is fixed to the mold 10.
The graphite mandrel 28 (see also Figures 3 and 4) has a circular section and has a lower part 30 which is slightly conical and around which are formed the ball 32 and an upper head 34. In the upper part. of the head 34 is formed a cylindrical recess or cup 36 intended to receive the molten metal. Three conduits 33 which are arranged radially and go down slightly, connect the cup 36 to the casting space. The portion of the mandrel head which surrounds the cup extends to form a fairly deep flange 40 which is curved at its lower portion to match the shape of the recess 16 in the mandrel holder.
The cover 42 is flat and comprises an annular body provided, in its central part, with a hole 44 and it further comprises three extensions 46 through which the nuts 47 pass which allow it to be attached to the support of the cover. mandrel 14. The dimensions of the mandrel holder 14 and the cover 42 are such that there is an annular space 48 (which is interrupted by the extensions 46) which allows the operator to see the surface of the molten metal 20. in the cup 36.
A siphon 50 passes through the orifice 44 so as to bring, into the cup 36, the molten metal which comes from a supply tank (not shown).
The mold 10 and its coating 12 as well as the mandrel 28 may preferably be provided with cooling means (not shown) and the mandrel may also be provided with lubricating means.
The illustrated mandrel can be used advantageously in molds of various sizes. Thus, for example, for a mold having a diameter of approximately 10.5 cm at its
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upper part the mandrel has a diameter of about 8.94 cm at its top, the cup has a diameter of about 4.76 cm and the depth of this cup is about 10.16 cm. The conduits 38 are approximately 1.91 cm in diameter and slope downward at an angle of approximately 15.
The rim 40 should be about 1.27 cm thick or more. The arrangement as well as the proportions of the cup and the conduits are very important for the control unit of the speed of supply of the molten metal, the speed of demoulding and the level of molten metal in the mold. The total section of the three conduits can be at least equal to the section of the cup. If the holes are too high, it is difficult to control the level of the metal in the mold because of the insufficient quantity of molten metal which acts as a reserve to compensate for variations in flow in the siphon.
If the holes are too low the effective length of the mold for cooling is decreased and, for the desired casting speeds, the billet may leave the mandrel before it is solid and the metal overflows. '
The invention has, in addition to the structure of the cup, 36 and of the conduits 38, other advantageous characteristics.
The screen 18 is in the immediate vicinity of the liquid metal level and substantially prevents any portion of the mandrel head 34 from being exposed to oxidizing gases. To further decrease oxidation of the narrow mandrel surface which remains exposed to its oxidizing gases, small grains of graphite can be floated in the space below the mandrel support, on the metal surrounding the mandrel. mandrel so as to cover this restricted space.
The space 48 which surrounds the cover 42 is advantageous in that it allows the operator to see the surface of the molten metal 20 during the casting.
This device is used as follows. Metal
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molten is poured through the siphon 50 and it forms a first re-. serves in the cup 36, then it flows slowly and without turbulence through the conduits 38, constituting a second reserve in the space between the mandrel and the coating 12.
The molten metal cools as it flows downward and generally solidifies about six inches below the level of the molten metal and forms a billet 32.
The release rate of the billet must be controlled and must not be too slow or too fast, so that from one park the second reserve of metal is maintained above the billet and the ducts do not clog, and that, on the other hand, the molten metal does not flow through the bottom of the mold.
As the billet moves downward, it narrows and decreases in diameter, and the taper liner 12 remains in close contact with the billet so that there is efficient heat transfer from the billet to the mold. cools The internal diameter of the billet also decreases slightly and the billet maintains close but free contact with the tapered lower portion 30 of the mandrel. The mandrel and the mold are preferably cooled to aid in cooling the billet. After the billet has been removed from the mold, it is further cooled by splashing water according to the usual method. If desired, the mold and mandrel can be driven together alternately parallel to the direction of casting.
After a given pouring speed has been determined, for example about 1.52 m per minute, the metal is poured through the siphon at a speed such that the level 16 of the liquid metal is maintained at 4. Approx. 45 cm (in a mandrel having the above-mentioned dimensions) above the bottom of the cup 36 and approx. 1.91 cm below the top of the coating
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12, so that the metal covers the end of the siphon.
This level can be seen through space 48.
Of course, the invention is in no way limited to the embodiment described and shown which has been given only by way of example.