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"Âppar311 de fusion et de coulée de m6taux sous vide"
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La. présente invention se rapporte à la fusion et à la coulée sous vide des ;aux. Plua p8.1 oui 'C'p'<;!nt, elle so ppe.-te à Wl apAreijL coc,;,, --à;-J U1h. lu whu; . charem.n\. i;Lr;pix% à charger à la fois le soûle et la chargc dans la chambre r''.:c d'un four et un Mo--en servant à m('.Înten1:t:.' 'Un vide conbit'a ài+i<: le.
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chambre du four.
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On traite les .métaux et les composés métalliques ,'.'1lP vi... de pour éviter toute oxydation atmosphérique, pour permettru 0u désoxyder le bain fondu avec du carbone et pour éliminer lec autres gaz dissous tels que 111.1y--.rogène et l'asobe. La coulée ouc vide permet de plus de réduire la contamination atmosphêr (\lt: Il est par suite souhaitable d'utiliser un appareil qui pernet de maintenir une zone de fusion et de coulée sous un vide con.tiïm pendant tout le ionctionnéùient àe l'appareil. Si le vide ont main-
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tenu dans la zone de fusion et de coulée pendant tout le fonction-
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nement de l'appareil, on peut améliorer considérablement ,1 ú fn'n-lité des pièces coulées.
Pour cette Bison, toua les fou3!,,, Ç('vLi"" nus sous vide actuels comportent ie CI, ombre formeiit un cr'.:'. j;<;L;;. charger les i-n syqté 3 -n! ''.'.6 pour c .i>. liage, afin de constituer des moyens permettant de charger lOt moules et de charger 1 t allie,ge lesquels moyens sont séparée de la chambre du four de manière à empêcher autant que posuible tuu-'
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te contamination à l'intérieur de la. chambre du four tout en
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permettant à l'appareil de fonctionner d'une manière tela%1.véiui;nt continue
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L'appareil selon l'invention comprend une seule chambre
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de charge servant à Oho.J:.'lpr (\ la. foie Io moule et .1e, oharC\..1 di:=;s Itappareîl et une oi,v,miir<; do four n6pal'ée dltlia laquelle lu vido est
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maintenu tout le temps.
En supprimant le système à deux cas utili-
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sé auparavant, on évite la répétition des opérations àonsintàmb former la. charge et son chargement dqlyti des sas séparés ot l'appareil permet nouvelles sdç moc df charge, de c.hcu.'E'iemcnt du m<:n.t1; et U- fi;,.... JH. 'onst', !; L 1-1, i n procédé 'le 1 ut de coulée continue sous vida des métaux. D'une manière gûntÎ1'nJ 0) 1'appareil do cou1 'i; sous vide Jeii; à i:tL1re fondre une charge d'un mètal et à ouulur le fondu Mous vide. L'app;wui.i o'jid prend une seule chambre de charge servant à charger è. la fois le
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moule et la charge dans l'appareil) et une chambre de four qui est mise en communication avec le four pour faire fondre .la char-
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go et couler le bain fondu.
Une porte de cloison intermédiaire
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est disposée entre les chambres pour séparer et fermer la chambre de chargement de la chambre du four pendant la fusion et le chargemen' dans la chambre, de charge. Des creusets sont disposés dans la cham- bre du four pour recevoir la charge, la chauffer et la faire fondre.
, Des moyens sont également utilisés dans l'appareil pour trans- porter le moule et la charge entre les chambres respectives et un système de mise au vide est relié aux chambres pour y produire un vide. A l'aide de cette construction, lu chambra du four est toujours maintenue sous vide car elle peut être séparée de la chambre de charge unique pendant le chargement du moule et de la charge à l'aide de la porte de la cloison intermédiaire, et avant que la porte de la cloison soit ouverte, la chambre du moule peut être mise au vide en égalisant le vide dans cette chambre avec celui qui règne dans la chambre du four.
En principe, on fait fonctionner l'appareil comme suit : la chambre de charge et la chambre du four étant séparées par une porte intermédiaire fermée, on introduit une charge de métal dans la chambre de charge unique et on évacue l'air de la chambre de charge pour produire un vide qui-.est égal au vide déjà existant dans la nhambre du four ;on ouvre alors la porte de la cloison inter- médiaire et on introduit la charge dansla chambre du four, puis on referme la porte de la cloison ;
pendant que la charge de métal est fondue dans la chambre du four, le vide est supprimé dans la chambre de charge et une nouvelle charge et un nouveau moule y sont introduits ;la chambre de charge est alors formée et l'air est évacué jusqu'à ce que le vide dans la chambre de charge soit égal à celui qui règne dans la chambre du four ; on ouvre alors la porte de la cloison à nouveau et on introduit le moule dans la chambre du four à une position permettant de couler le métal fondu dans le moule ; après la coulée, la nouvelle charge de métal ost introduite dans la chambre du four et le moule est retiré dans la chambre de charge ;
on ferme la porte de la cloison, et pendant que la nouvelle charge de métal est chauffée, on supprime le vide dans la chambre de charge et le métal coulé qui se trouve dans le moule est enlevé et un nouveau moule et une nouvelle charge do métal sont introduits dans la chambre de charge, la succession des opérations étant ensuite répétée.
La présente invention fournit également un nouveau procédé de coulée sous vide qui consiste à charger une charge de métal dans une zone de chargement et à produire un vide dans cette
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zone* La zone de chargement est alors ouverte.sur une zone de fusion qui est maintenue continuellement sous vide. La charge de métal est ensuite introduite dans 'la zone de fusion et elle est ' chauffée pour faire fondre le métal dans la zone de fusion. Le métal fondu est ensuite coulé dans la zone de fusion et le métal coulé ainsi que le moule sont enlevés de la zone de fusion et amenés dans la zone de chargement. Les zones de chargement et de fusion nont isolées l'une de l'autre et ensuite la pièce coulée est onlevée de'la zone de chargement.
D'autres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés quidonnent/à titre ex- plicatif mais nullement limitatif une forme de réalisation conforme à l'invention.
Sur ces dessins, la figure 1 est une vue en plan, en partie en coupe, représentant l'appareil selon 1.* invention ; ' la figure 2 est une vue latérale, suivant la ligne 2-2 de la figure 1 ; la figure 3 est une vue latérale partielle du moyen servant à introduire la charge et à mettre en position le moule de l'appareil la figure 4 est une coupe d'une partie du dispositif d'introduction de la charge suivant la ligne 4-4 de la figure 3, le lingot étant Introduit dans le ereuset ; la figure 5 est une vue latérale suivant un coté de la chambre de fusion, représentant le moyen servant à faire tourner le creuset et indiquant un procédé pour le relier à une source de force motrice et effectuer les additions d'alliage dans le creu- set ;
la figure 6 est une coupe suivant la ligne 6-6 de la figure 5, la figure 7 est une coupe suivant la ligne 7-7 de la figure 1 ; et la figura 8 est une coupe suivant la ligne 8-8 de la figure 1.
Les figures 1, 2 et 5 représentent-deux chambres fermées, une seule chambre de chargement 10 et une chambre de four 11.
Ces chambres, dans leurs conditions de travail, sont caractérisées toutes les deux par le fait qu'elles sont sensiblement étanches à l'air de sorte qu'on peut y maintenir un vide poussé. La chambre
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de charge comprend, une fermeture supérieure 12, une plaque inférieure et de plaques de parois latérales 14, et elle n'est pas complètement fermée tant qu'elle.n'est pas dans sa position de travail au voisinage de la chambre de four 11. Ceci est dû à la construction de la chambre de charge qui est ouverte sur deux cotes adjacents.
Un coté 15, qui est tourné vers l'extérieur députa les chambres réunies dans leur position de travail, présente une ouverture extérieure 16 qui peut être fermée par une porte extérieure 17. La por- te extérieure est articulée sur la chambre et vient en contact avec celle-ci en affleurant son coté 15. Un joint périphérique 18 est disposé autour de l'ouverture 16 et un verrou 19 est monté sur la porte 17 pour la verrouiller en la mettant en contact avec le coté 16 de la chambre, qu'elle affleure en venant étroitement; contre le joint 18 lorsque la chambre est fermée et isolée de l'extérieur-.
Sur le coté 20 qui se trouve au voisinage du coté 16, se trouve une autre grande ouverture 21 qui est alignée sur une ouverture 22 formée sur le coté 23 de la chambre de four 11. Ce cote 23 de la-chambre de four 11 porte'un joint 24 qui est disposé autour de la périphérie de l'ouverture et vient en contact avec le coté voisin 20 de la chambre de charge lorsque la chambre de charge et la chambre du four sont verrouillées ensemble.
Sur la chambre de charge 10 est montée à l'ouverture 21 une porte de cloison 25. Cette porte 25 est suspendue à un arbre 26 qui est monté de manière à tourner sur la plaqua inférieure 13 et sur la plaque supérieure 12 de la chambre de elarge 10, l'extré- mité supérieure 27 de l'arbre s'étendant au-del@de la plaque supérieure, et étant supportée dans cette position par des charnières espacées verticalement et des ensembles.'le paliers 28 montés sur les parois latérales intérieures de la chambre.
Deux barres de charnières 29 sont fixées à l'arbre 26 et étendent latéralement depuis celui-ci et sont fixées à la port25 par des vis la traversant, comme on le voit sur la figure 8 Les barres de charnières sont maintenues espacées l'une de l'être et sont supportées par une barre plate s'étendant en digonale 30 qui est soudée sur celle-ci et qui est repliée autoi: de la barre de charnière inférieure et qui est également fixée : la barre de charnière supérieure par un boulon 31 qui traverse un( barre µla, soudée à la porte, et la barre de charnière supériere.
A l'extrémité supérieure 27 de l'a@bre 26, est fixée une bielle 32 qui s'étend au-delà de la chaire et dont l'ex-
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trémité opposa 33 est reliée à une chape 34. La chape 34 est montée sur le plongeur.d'un cylindre hydraulique 35 monté au sommet de la chambre de charge et servant à faire tourner l'ar- bre et ouvrir et fermer la porte de la cloison* ; Dans sa position de fermetures la porte 25 de la cloi- son est destinée à fermer l'ouverture 21 d'une manière étanche pour que le vide poussé voulu puisse être maintenu dans la chambre du four et he subisse aucune fuite appréciable à travers la porte.
La, porte est également refroidie pour éviter qu'elle se gauchisse noue l'effet de la chaleur et pour la maintenir plane afin de réaliser une bonne étanchéité. Comme on le verra, la chambre du four est essentiellement un four à paroi froide qui est refroidi par eau de manière à maintenir le four à une température proche de la tem- pérature Ambiante pendant son fonctionnement à température élevée* } Un joint 36 est monté dans des gorges formées sur les bords extrêmes de la porte le long de sa surface qui est tournée vers la chambre du four dans sa position de fermeture.
L'espacement du joint 36 est tel qu'il est plus large dans toutes ses dimensions que l'ouver- %Une 21 et de telle sorte que lorsque la porte est fermée et affleu- re le coté 23 de la chambre 11 du four sur laquelle est formée l'ou- verture 21, -le joint est en contact affleurant avec le côté 23 pour maintenir entre eux un joint à peu près complètement étanche à l'air.
Pour prolonger la durée de service du joint 36 et contr8- 3 ler la chaleur subie par la porte 25, un système do refroidissement Constitué par une tubulure 37 en cuivre est monté suivant une cer- taine configuration sur le coté de la porte 25 de la cloison qui est tourné vers la première chambre lorsque la porte est fermée, et cette tubulure est reliée à une source d'eau pour y faire circu- 0 ler de l'eau.
La configuration de la tubulure est telle qu'elle est montée directement derrière le joint autant que possible, mais qu'elle croise par des allers et retours la largeur de la porte'un certain nombre de fois ; de cette manière,.on prolonge la durée de service du joint en disposant de cette manière la tu- 5 bulure, toute la sur.face de la porte étant maintenue plus froide par la présence de celle-ci. L'eau est introduite dans la chambre de charge 10 par un raccord d'admission 38 qui est relié à la tu- bulure montée sur la porte à l'aide d'un tuyau souple 39. Un raccord . de sortie 40 traverse également une paroi de la chambre de charge 0 et est relié de la même manière à l'extrémité opposée de la tubu-
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lure par un tuyau souple 41.
Ces liaisons souples permettent d'ou- vrir et de fermer la porte.
Un écran 42 de protection contre la chaleur rayonnée est monté sur le côté de la porte qui est tourné vers la chambre du 5 four lorsque la porte est fermée. Cet écran est dans ce mode de réalisation une toile métallique formée de fils en acier inoxydable et qui est supportée sur la porte à un certain espacement de celle- ci par un ensemble 43 de boulons et de colliers. L'écran .a pour but de ralentir le rayonnement de la chaleur sur la porte, cette 10 chaleur rayonnéerisquant. de déformer la porta et le joint en no maintenant qu'une étanchéité médiocre entre les chambres.
Quatre paires de roues 44 sont disposées sensiblement en dessous des quatre coins de la chambre de charge 10, ce qui permet de rouler la chambre de charge pour l'aligner et la mettre en contact 15 avec la chambre du four. Cette facilité de séparation physique de la chambre de charge permet d'accéder à la chambre du four pour la nettoyer et pour assurer son entretien.
Il convient de noter qu'un bord extérieur du côté 23 de la chambre du four sur lequel est montée une partie du joint 24 20est formé par une joue 45 qui s'étend latéralement vers l'extérieur depuis l'ouverture 22 et qui forme la surface plane contre laquelle vient buter la paroi latérale 2U de la chambre de charge. En fai- sant rouler la chambre de charge pour l'amener dans l'alignement de la chambre fixe du four, on peut relier les chambres respectives 25pour les faire fonctionner. Les chambres sont maintenues à leur po- sition de travail en réunissant les parois latérales et les joints respectifs et en les faisant affleurer à l'aide de deux paires de verrous, une paire 4b et une paire 47 qui sont représentées sur la figure 5 montées sur la paroi latérale 20 de la chambre do chargemoment.
Bien entendu, des verrous semblables puretés sont également montés sur la paroi latérale de la chambre de chargement, sur le côté opposé de la chambre du four. En position de fonctionnement, les verrous 46 et 47 sont disposés au voisinage d'un'bord latéral de la joue 45 et se verrouillent autour de celle-ci, ainsi quo les 35deux verrous qui se trouvent sur le coté opposé, afin de maintenir étroitement l'une contre l'autrales. chambres respectives.
En se reportant maintenant particulièrement aux figures l, 2 et 5, elles .représentent la chambre 11 du four qui est la chambre de fusion de l'appareil. De la joue 45 de la. chambre du 40four, s'étend d'une manière solidaire un corps 50 ayant sensiblement
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la forme d'un U, lequel est formé par des tôles à double paroi espacées 51 et 52 qui sont espacées pour former outre elles une chemise d'eau. La chambre 11 du four est de préférence fermée à sa partie supérieure et à sa partie intérieure par de;; plaques-. de sommet à double paroi 55 et des plaques de fond à double paroi
56.
Comme on le voit, une chemise d'eau 57 est formée entre les plaques à double paroi du sommet et les plaques ou tôles de la pa- roi latérale, et on peut utiliser d'une manière avantageuse une construction semblable pour les plaques du fond* En ménageant une chemise d'eau sensiblement sur toute l'enveloppe de la chambre du four, à l'exception des parties qui seront 'décrites ci-après et à travers lesquelles divers éléments sont introduits à travers la paroi de l'enveloppe, on peut faire circuler un réfrigérant tel que de l'eau à travers la paroi de l'enveloppe de la chambre du four.
Pour éviter que l'extérieur de celle-ci devienne excessive- ment chaud et pour réaliser un four à paroi froide, La chambre du ,four est supportée par des supports verticaux 58 et 59 qui la maintiennent espacées du sol. A travers une partie des plaques 55 du dessus et des parois latérales 50 passe un conduit de mise au vide 60 de diamètre relativement grand qui à son tour est relié à un moyen de pompage et de mise au vide approprié pour maintenir le vide poussé voulu à l'intérieur de la chambre du four. Comme on le voit un conduit de mise au vide semblable 61 mais de dia- mètre plus petit débouche dans la chambre de charge et est égale- ment relié à une pompe à vide afin de mettre au vide la chambre de charge pendant un stade du fonctionnement afin de conserver un vide continu d'une manière qui sera décrite plus loin.
Dans ce mode de réalisation, le système de pompage comprend une pompe à diffusion d'huile de 508 mm associée à une pompo mécanique de 8,5 m3/minute pour la chambre du four et un ventilateur de 34 m3/minute associé à une pompe mécanique de 3,7 m3 par minute pour la chambre de char- ge. L'appareil est conçu pour la coulée de métaux de grande pureté et la pression tombe dans la région du vide poussé à une valeur inférieure à 1 mm Hg et d'habitude de l'ordre de 10-1 mm de Hg pour la coulée sous vide.
C'est dans la chambre du four qu'un lingot de métal doit être fondu sous un vide poussé pour former du métal fondu qui est ensuite coulé dans le moule voulu pour lui donner la forme prévue.
Pour effectuer cette fusion du lingot, un creuset 63 est disposé à l'intérieur de la chambre du tour. Ce creuset est chemisé en gé-
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néral d'une matière réfractaire appropriée et on peut utiliser l'un quelconque des creusets électriques' connus permettant de chauffer le lingot pour l'amener jusqu'à une température de fusion, lesquels creusets utilisent en, général un arc, des bobines d'induction ou 5 des enroulements résistants logés dans le oreuset. Le creuset 63, qui est sensiblement cylindrique, est monté entre deux plaques parallèles et espacées 64 et 65 au moyen d'éléments de support b6 s'étendant radialement. A partir des plaques 64 et 65 s'étendent latéralement des tourillons 67 et 68 .
Les tourillons sont montés )dans des paliers 69 et 70 qui sont supportés sur des ensembles de plaques et de consoles 71 et 72 et sont fixés à la paroi latérale intérieure de la chambre* A l'intérieur des ensembles de plaques et consoles 71 et 72, entre la plaque et la 'console, se trouve un blindage isolant de l'électricité qui sert à interrompre 'le champ électrique. Il convient de noter que les tourillons s'éten- dent depuis les plaques respective en un point où ils ne sont pas alignés sur le centre du creuset et que dans ce mode de réalisation ils sont montés sur les plaques le long d'une partie de celles-ci qui s'étend vers l'extérieur au-delà du côté de coulée du creuset..
*Par suite, lorsqu'on fait pivoter le creuset sur l'axe formée par les tourillcns pour l'incliner suffisamment afin de couler le métal fondu, le creuset est élevé au-dessus de l'axe de rotation pendant qu'il tourne. Deux conducteurs électriques souples 74 et 75 sont connectés aux creusets et s'étendent de celui-ci vers 'l'extérieur en traversant la partie arrière de la chambre du four suivant une direction sensiblement perpendiculaire à celle des tourillons.
Il'était courant de faire passer ces conducteurs vers l'extérieur dans la direction des tourillons, mais la connexion qui vient d'être décrite est considérée comme un perfectionnement 'de cette manière antérieure pour réaliser les connexions électriques du fait qu'il n'y a aucun risque que les conducteurs se tordent, comme cela arrivait souvent avec la disposition précédente.
En se reportant maintenant particulièrement aux figures
1, 5 et 6, elles représentent le mécanisme servant à faire tourner ou incliner le creuset pour en déverser le métal. A travers la paroi
50 de la chambre du four passe un arbr/78. L'arbre 78 est relié à une extrémité de la chambre au tourillon 68 au moyen d'un agen- cement à languette et fente 79. L'arbre 78 passe dans un palier 80 à l'intérieur de la paroi 50 de la chambre et comporte deux bagues '-toriques 81 et 82 qui assurent une bonne étanchéité entre l'arbre'
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et le palier en ce point.
Entre les bagues toriques 81 et 82, est disposée une gorge annulaire 83 qui est reliée à un alésage de grais- sage 84 s'étendant nxialement et qui s'étend jusqu'à l'extrémité extérieure de l'arbre en formant un conduit à travers lequel on peut introduire de la graisse entre ce point et le point de rotation dans le palier 80. De la paroi 50 de la chambre du four s'étend vers l'extérieur une enveloppe 85 qui renferme la partie ex- térieure .de l'arbre. Un collier annulaire 88 est monté à l'in- , térieur do cette enveloppe de manière à tourner sur l'arbre 78 au moyen d'une clavette 87.
Le collier 88 présente une fente 90 deatinée à recevoir une tige 91, Une poignée 92 est montée à l'extrémité supérieure de la tige, et une petite broche 93 s'étendant latéralement est montée à l'intérieur de la tige 91 et s'étend latéralement depuis celle-ci. Un ressort de compression 94 est monté autour do la tige 91 et sert à la pousser vers le bas dans la fente 90 lorsque la broche 93 est introduite dans une 'fente 95, comme on le' voit sur la figure 5* En levant la tige 91 au moyen de la poignée 92 de sorte que la broche 93 est enlevée de la fente 95 et en la faisant tourner de manière à ce qu'elle ne puisse retomber dans celleci, on enlève la lise de la fente et on peut faire alors tourner le creuset.
Cette rotation du creuset est effectuée d'une manièrq hy- draulique dans ce mode de réalisation au moyen d'un levier 97 qui est olaveté sur l'arbre 78 par la clavette 87. Sur une/première extrémité du levier 97 est montée une chape 98 qui à son tour est montée sur le plongueur 9 d'un cylindre hydraulique 100. La course du cylindre hydraulique est suffisante pour faire tourner l'arbre 78 et le creuset de 1000 environ pour faire couler le métal fondu du creuset], et de 90 environ pour y introduire un lingot.
Une poignée 102 formée par un levier allongé est montée à l'extrémité extérieure de l'arbre 78 et forme un moyen permettant d'incliner manuellement le creuset et de le mettre en position appropriée, ,pour permettre d'introduire la tige 91 dans la fente 90 et la verrouiller dans sa position verticale,.
En se reportant maintenant aux figures 1, 2, 3 et 4, elles représentent un appareil servant à charger le métal à faire fondre sous la forme d'un lingot et à disposer le moule dans lequel le métal fondu doit être coulé à l'intérieur de la chambre 11 du four. Le moyen d'introduction de la charge de métal et le moyen de mise en position du moule sont montés tous les deux de manière à tourner autour d'un axe commun dans la chambre du moule depuis une
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position voisine de la porte extérieure 17 jusqu'à une position se trouvant à l'intérieur de la chambre 11 du four.
Comme on le verra, ces deux moyens peuvent tourner autour d'un axe commun, mais on peut, les faire tourner indépendamment vers les chambres respectives ou à partir de celles-ci. A l'intérieur de la chambre de charge est monté verticalement un arbre 110. Uet arbre présente une partie inférieure conique qui s'appuie dans une crapaudine.
en bronze 111 disposée à la partie inférieure de la chambre, et une extrémité supérieure qui traverse la plaque de couverture à double paroi 12 à l'intérieur d'un coussinet 113 monté sur celle-ci, Il convient de noter que la plaque de couverture à double paroi est constituée par deux plaques qui sont espacées pour former entre elles une chemise d'eau à travers laquelle @ fait circuler de l'eau comme réfrigérant de la même manière que celle décrite pour la chambre 11 du four.
Au voisinage de l'extré- mité de l'arbre 110 qui s'étend de l'extérieur en traversant la fermeture supérieure 12 est monté de manière à tourner un volant 114 monté sur un arbre 115 auquel est fixé un petit pignon droit
Il?, Ce pignon 117 est en prise avec un pignon droit plus grand
118 qui est fixé à l'arbre 110. Par suite, en faisant tourner le volant 114, ce mouvement de rotation est transmis à l'arbre 110 do sorte que tout élément fixé sur ce dernier est mis en rotation de la même manière.
A la partie la plus basse de l'arbre 110 est fixé un élément tubulaire allongé 120 claveté sur l'arbre à l'aide d'une clavette 121 de telle sorte qu'il tourne avec l'arbre 110. Une plateforme de support 123 est fixée à cet élément tubulaire 120 au moyen d'une console verticale 122. La plateforme de support présente un épaulement annulaire en relief 124 dans lequel on peut disposer un moule 125 pour le mettre en position à l'intérieur de la chambre du four.'Cet ensemble de volant, de pignon, d'arbre et de plateforme constitue le moyen de mise en position du moule de l'appareil.
Le moyen d'introduction du lingot est disposé audessus de la platef orme et il est monté sur l'arbre 110 mais il n'y est pas fixé de manière à tourner avec lui. Au contraire, un arbre 130 traverse la fermeture supérieure 112 et porte un volant 131 disposé au-dessus de celle-ci, et un pignon droit 132 est monté à l'intérieur de la chambre à l'extrémité.opposée de l'arbre 130. Un coussinet 133 est disposé sur la fermeture
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supérieure et l'arbre peut y tourner d'une manière étanche. Le petit pignon droit 132 est en prise avec un pignon droit plus grand 135 qui est fixé à un élément tubulaire 136 pouvant coulis- se sur l'arbre 110.
Un collier de serrage 137 est fixé sur l'arbre en un point se trouvant au-dessus de l'ensemble de la plateforme et un pal,ior de butée 138 est monté entre le collier de serrage et l'élément tubulaire 136. A l'aide de cet agencement, en tournant le volant 131 on fait tourner l'élément tubulaire 136 par l'in- termédiaire de l'engrenage, autour du palier de butée et du collier ' de support.
A l'élément tubulaire 136 estfixée une .première console verticale 140 qui tourne avec lui et qui supporte une plateformo 141 sur laquelle est monté un dispositif de commande hydraulique
142. Une seconde console verticale 143 est également montée sur l'élément tubulaire 136 et s'étend à partir de celui-ci de manière à supporter une plateforme de guidage courbe 144 sur laquelle peut coulisser une pelle 145 à lingottsous l'action du dispositif de commande hydraulique.
Le dispositif de commande hydraulique 142 est constitué ) par une ailette rotative 146 à commande hydraulique sur laquelle est fixée une barre radiale 147 et qui tourne avec elle, Un bras de liaison linéaire 148 est articulé à une extrémité de la barre radiale et porte deux roues parallèles et espacées 149 fixées à son extrémité opposée. A l'extrémité du bras de liaison auquel sont fi- , xées les roues est également fixée la pelle allongée 145 dans laquelle et 1 on place un lingot pour le transporter dans la chambre du four/pour le faire avancer d'un mouvement rectiligne vers le creuset.
La pla- teformo de guidage courbe 144 sur laquelle roule la pelle 145 pré- sent@ doux supporta 152 disposés radialement qui s'étendent à l'in- térieur de la partie convexe de la plateforme courbe et la pelle roule contre ces supports disposés radialement lorsqu'elle est avancée d'un mouvement rectiligne. Lorsque l'ailette rotative 146 tourne en sens inverse des aiguilles d'une montre (en observant la figure 3), la barre radiale et les bras de liaison 147 et 148 font avancer linéairement la pelle dans la plateòrme'courbe 144 de telle sorte qu'un lingot indiqué en 154 sur la figure 3 peut être introduit dons le creuset lorsque le moyen d'introduction du lingot et le creuset ont été/alignés.
Une tige 155 est montée à l'extrémité avant de la plaque .de gudage courbe et est articulée à la plateforme à son extrémité
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156. En avant de la tige 155 s'étend un prolongement 157 qui, comme on le voit sur la figure 3, passe le long de la surface extérieure d'un lingot lorsque ce dernier est avancé d'un mouvement rectiligne vers le creuset. Une fois que l'extrémité arrière du lingot a dépassé la tige 155 pendant qu'il est introduit dans le creusets la tige 155 tombe latéralement en travers de la plateforme courbe dans une fente 158 formée sur le bord avant de la plateforme.
Lorsque la tige 155 se trouve dans la fente 158 et que la pelle est ensuite retirée du creuset, la tige 155, comme on le voit sensiblement sur la figure 4, repose en travers de l'extrémité arrière du lingot et empêche le lingot d'être retiré du creuset avec la pelle. Ce moyen servant à faire avancer d'un mouvement rectiligne/unlingot, combiné avec l'élément tubulaire 136, les pignons droits 135 et 132, l'arbre 130 et'le volant 131 constituent le moyen servant à introduire la charge dans le creuset, et en faisant tourrene la poignée 131, la plateforme qui porte le lingot peut être amenée depuis une position où elle se trouve au voisinage de la porte extérieure 17, comme on le voit sur la figure 1 jusqu'à une position en alignement avec le creuset 63, comme on le voit sur la figure 3..
Ensuite, en actionnant d'une manière hydraulique le dispositif de commande 146 à l'aide de deux tuyaux souples 160 et 161 qui s'étendent vers l'extérieur depuis la chambre jusqu'à un distributeur à quatre directions, on peut introduire le lingot dans le creuset.
Il convient de noter qu'un écran 163 de protection contre le rayonnement est disposé en dessous du dispositif de commande hy- draulique pour empêcher la chaleur provenant de la pièce coulée se trouvant dans le moule de perturber le système hydraulique du dispositif de commande.
Une fois que le lingots est mis en position dans le creuset et que le creuset est amené à sa position verticale de fusion, il est parfois souhaitable'd'effectuer des additions d'alliages au creuset. L'appareil représenté fournit un moyen permettant d'effectuer des additions d'alliages au creuset pendant le chauffage sans rompre le vide continu de la chambre du four.
Deux tubes de visée 170 et 171 traversent la fermeture supérieure 55 de la chambre du four en un point qui se trouve près de l'extrémité arrière de l'appareil ; ces tubes sont de construction essentiellement identique et une description d'entre eux suffira pour l'autre, C@s tubes de visée sont constitués d'un premier élément de tuyau 173 qui traverse la fermeture supérieure @ et débouche dans la chambre
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du four. A l'extrémité du premier ornent de tuyau 173, au-dessus de la fermeture 55, sont montés un robinet sphérique 174 et une poignée 175. Un autre prolongement d'un élément de tuyau 176 est monté sur le robinet 174 et comporte un écrou 177 monté sur lui.
Une bague torique 178 est montée sur l'écrou 177 à son extrémité et un verre de visée 180 est disposé sur la bague torique 178.
Le verre de visée est constitué par un tronçon cylindrique de verre "Pyrex" et c'est à travers ce. verre et à travers l'ensemble du tube de visée qu'on peut voir l'intérieur de la chambre* Le verre de visée est maintenu contre la bague torique par la différence entre la pression atmosphérique et le vide qui régne à l'inté- rieur de la chambre. Directement, en dessous des ensembles des tubes de visée 170 et 171,sont montés des récipients 182 et 183. Ces récipients sont montés sur des tiges perpendiculaires 184 et 185 et sont montés ae manière à pivoter'sur des tourillons 186 et 187 qui traversent la paroi latérale de la chambre du four et sont entourés à l'endroit de la paroi de la chambre par des coussinets 188 et 189, comme on le voit sur la figure 5.
On voit sur la figure 7 comment l'ensemble est monté sur les parois latérales et comment il est monté sur un arbre 187 sur lequel un coussinet 189 entoure l'arbre autour de deux bagues toriques espacées 190 et 191 montées sur cet arbre.'A l'extrémité des arbres 187 et 186 et le long de leur partie qui s'étend à l'extérieur au-delà de la chambre, sont montées des poignées 192 et 193. En fonctionnement} des additions d'alliages sont effectuées en enlevant le verre de visée 180 après avoir fermé le robinet, en introduisant les ad-, ditions et en ouvrant le robinet de telle sorte que les additions d'alliages traversent l'ensemble du tube de visée et pénètrent dans le récipient 182.
On fait ensuite tourner le récipient 182 à l'aide de la/poignée 192, de l'arbre 186 et de la tige à angle droit 184, qui sont tous disposés de telle sorte que le récipient 182 pivote et vient au-dessus du creuset de telle sorte que son contenu est vidé dans le creuset simplement en faisant tourner la poignée.
Il convient det noter qu'en divers points du sommet de la chambre de charge/du sommet de la chambre du four, on a repré- senté des verres de visée 195 qui servent à vérifier les opérations effectuées à l'intérieur des chambres fermées.
Il convient de noter de plus que sur la figure 5, on a représenté un robinet de oommande hydraulique 196 de la porte de la cloison monté sur les parois latérales du four et un robinet
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de commande 197 pour la coulée du creuset est également monté sur la paroi ; ces robinets sont reliés aux ensembles de la porte de la paroi et du creuset, d'une manière classique.
Pour préparer le fonctionnement de l'appareil, on peut séparer physiquement la chambre de charge 10 de la chambre 11 du four du fait que la chambre de charge est montée sur des roues 44 permettant de la rapprocher et de l'écarter facilement de la chambre du four, lorsque les deux chambres sont séparées physiquement, un ouvrier peut nettoyer ou régler l'appareil se trouvant dans la chambre 11 du four en l'atteignant par l'ouverture 22, Lorsque l'appareil est prêt à fonctionner, on fait rouler la chambre de charge pour la mettre en contact de butée avec le coté 23 de la chambre du four et on la verrouille dans cette position à l'aide des verrous 46 ,et 47 comme on le voit sur les figures 1 et 5.La porte 25 de la cloison intermédiaire se trouve à sa position de fermeture et de ce fait la chambre du four est isolée de la chambre de chargement.
L'appareil étant dans cette position, on met en action le système de mise au vide qui agit par l'intermédiaire du conduit de mise au'vide 60 et établit un vide poussé dans la chambre du four. Pendant que cette chambre du four est amenée à ce vide poussé, on ouvre la porte extérieure 17 permettant d'accéder à la chambre de chargement et on 'introduit un lingot de métal 154 dans le moyen d'introduction de la charge de métal sur la pelle 145 qui est disposée au voisinage de la porte, comme on le voit sur la figure 1.
On-ferme la porte 17 et on met en action le système de mise au vide qui agit par l'intermédiaire du système de mise au vide 61 allant à la chambre de chargement de manière à produire un vide dans celleci. Une fois que le vide dans la chambre de chargenent est égal au vide de la chambre du four, on ouvre la claison 25 en mettant en action le cylindre hydraulique 35. Ensuite, on fait @ourner la poigne 131 et ce mouvement de rotation est transmis par l'intermédiaire des pignons 132 et 135 au cylindre 136 de sorte que le lingot 154 qui est disposé sur la pelle 145 est introduit de la chambre de chargement dans la chambre du four.
Au même moment où l'on actionne le moyen d'introduction du lingot, on actionne également le cylindre hydraulique 100 après avoir dégagé la tige d'arrêt 91 de la fente 90 et on incline d'une manière correspondante le creuset 63 sensiblement de 90 de manière à l'aligner parfaitement sur la pelle 145 du @oyen d'introduction du lingot lorsque ce dernier est dis-
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posé dans la chambre du four* La figure 3 représente cet alignement,
Le dispositif de commande hydraulique du moyen d'introduction du lingot est ensuite mis en action én lintroduisant un fluide hydraulique par l'un des tuyaux souples 160 et 161 de manière à faire tourner l'ailette rotative 146 et faire avancer le bras de liaison linéaire 48 vers le creuset 63 de sorte que la pelle 145 portant le-lingot 154 se trouve introduite à l'intérieur du creuset. La tige 155 tombe dans la fente 158 de sorte que lorsqu'on fait reculer la pelle en/faisant tourner l'ailette 146 en sens opposé, l'extrémité arrière du lingot est empêchée de reculer avec la pelle du fait de la tige 155.
On fait alors tourner à nouveau le volant 131 et la plateforme 144 est complètement retirée dans la chambre de chargement où elle se trouve au voisinage de la porte 17, comme on le voit sur la figure 1. On met en action le cylindre hydraulique 35 à nouveau et la porte intermédiaire 25 est fermée de manière à isoler l'une de l'autre d'une manière étanche les chambres respectives. On aotionne le cylindre hydraulique 100 de manière à faire reculer le plongeur 99 et faire tourner le creuset 63 pour/l'amener à la position verticale représent6e sur la figure 6. On peut alors introduire la tige 91 dans la fente 90 de façon à maintenir le creuset dans cette position verticale. Le lingot est ensuite fondu dans le creuset.
Dès que la porte intermédiaire 25 a été fermée, le vide a été supprimé dans la chambre du moule, et' une fois le vide supprimé, on peut ouvrir la porte extérieure 17 et mettre en position un nouveau lingot dans le moyen d'introduction, de la même manière que pour le lingot 65, De plus, un moule 125 est disposé sur la plateforme du moule lorsque la porte 17 est ouverte.
Le lingot et le moule étant disposés de cette manière, on ferme la porte 17 et on met en action le système de mise au vide par le conduit 61 de maniera à produire'dans la chambre de chargement un vide qui est égal à celui régnant dans la chambre du four, Au moment où l'opération de chargement est achevée, et où les vides ont été' égalisés entre la chambre de chargement et la chambre du four, le lingot à .' été fondu et a formé un métal fondu.
La porte 25 de la cloison est à nouveau ouverte à l'aide du cylindre hydraulique 35 et on met en position le moule 125 dans la chambre du four par l'ouverture''.; 22 en faisant tourner le -volant 114, dont la rotation a été transmise par l'intermédiaire des pignons'117 et 118 à un arbre 110 et finalement à la plateforme 123. Lorsque le moule qui se trouve sur la
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plateforme 123 est disposé d'une manière appropriée à l'intérieur de la chambre du four, sensiblement comme indiqué sur la figure'1, on soulève alors la tige 91 de la fente 90 et on actionne le cylin- dre hydraulique 100 pour faire tourner le creuset de 100 et couler le métal fondu dans le moule 125.
Après que le métal fondu a été coulé dans le moule, l'appareil d'introduction du lingot est mis en fonctionnement en faisant tourner le volant 31 et en faisant à nouveau aligner la pelle 145 portant le nouveau lingot au voisinage de l'ouverture sur le creuset incliné 63. On actionne à nouveau le dispositif de commande hydraulique du moyen d'introduction du lingot ot le nouveau lingot est introduit dans le creuset.
On fait alors tourner le oyen d'introduction du lingot et la plateforme du moule qui contient alors le Moule dans lequel se trouve le métal coulé pour les romener dans la chambre de chargement en faisant tourner les volants 131 et 114, respectivement.
Lorsque la plateforme du moule et le moyen d'introduction du lingot sont revenus complètement dans la chambre de chargement au voisinage de la porbe 17, on met en action le cylindre hydraulique 35 et la cloison 125 est refermée à nouveau d'une manière étanche.
On actionne le cylindre hydraulique 100 à nouveau et le creuset est amené à sa position verticale ou position de fusion. En même temps, on supprime le vide dans la chambre de chargement et.une fois qu'il est supprimé, on ouvre la porte 17 pour.pouvoir enlever le moule contenant le métal coulé de la chambre. Lorsque la porte est ouverte, on charge un nouveau moule et un nouveau lingot sur la plateforme 123 et sur la pelle 145, respectivement. On referme ensuite la porte 17 d'une manière étanche, on refait le vide dans la chambre de chargement et on.répète l'opération.
On a trouvé qu'avec l'appareil décrit et représenté, dans lequel on a utilisé une source de.courant de 100 kw pour. un bain fondu de 11,3 kg, le cycle complet dure 6 minutes environ par moule.
Une caractéristique supplémentaire présentée par l'appareil est le fait qu'en pratique, un lingot chauffé est souvent mis dans le creuset afin de maintenir le creuset à sa température et réduire les chocs thermiques qu'il subit. Avec/cet appareil,le lingot peut être enlevé pendant qu'il est chaud et pendant qu'il se trouve encore sous vide au moyen du bras de chargement, ce qui est impossible avec les équipements dont on dispose actuellement.
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"Apparatus for melting and casting of metals under vacuum"
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The present invention relates to the melting and vacuum casting of aux. Plua p8.1 yes 'C'p' <;! nt, she is ppe.-te to Wl apAreijL coc,; ,, --at; -J U1h. read whu; . charem.n \. i; Lr; pix% to load both the soûle and the chargec into the chamber r ''.: c of an oven and a Mo - by serving to m ('. Înten1: t :.' 'A vacuum conbit'a ài + i <: the.
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oven chamber.
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Metals and metal compounds are treated to avoid atmospheric oxidation, to allow or deoxidize the molten bath with carbon and to remove other dissolved gases such as 111. and asobe. Vacuum casting furthermore reduces atmospheric contamination (\ lt: It is therefore desirable to use an apparatus which allows a melting and casting zone to be maintained under a constant vacuum throughout the operation. device.If the vacuum have main-
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held in the melting and casting area during the entire operation
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nment of the apparatus, one can considerably improve, 1 ú fn'n-ity of the castings.
For this Bison, toua les fou3! ,,, Ç ('vLi "" current vacuum nudes include ie CI, shadow forms a cr' .: '. J; <; L ;;. Load in syqté 3 -n! ''. '. 6 for c .i>. Binding, in order to constitute means for loading the molds and loading the alloy, which means are separated from the oven chamber so as to prevent as much as possible tuu- '
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te contamination inside the. oven chamber while
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allowing the device to operate in such a continuous manner
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The apparatus according to the invention comprises a single chamber
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load serving Oho.J:. 'lpr (\ la. liver Io mold and .1e, oharC \ .. 1 di: =; s Itappareîl and an oi, v, miir <; do four n6pal'ée dltlia which read video is
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maintained all the time.
By eliminating the two-case system used
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before, we avoid the repetition of operations àonsintàmb form the. load and its loading dqlyti separate locks ot the device allows new sdç moc df load, from c.hcu.'E'iemcnt du m <: n.t1; and U- fi;, .... JH. 'onst',!; L 1-1, i n process 1 ut of continuous casting under vacuum of metals. Generally speaking, the cou1 'i apparatus; vacuum Jeii; at i: 1st melt a charge of a metal and at 1st the soft melt empty. The app; wui.i o'jid takes a single charging chamber used to charge è. both the
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mold and load in the apparatus) and a furnace chamber which is communicated with the furnace to melt the char-
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go and run the melted bath.
An intermediate partition door
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is disposed between the chambers to separate and close the charging chamber from the furnace chamber during melting and charging into the charging chamber. Crucibles are placed in the furnace chamber to receive the charge, heat it and melt it.
Means are also used in the apparatus for transporting the mold and the load between the respective chambers and a vacuum system is connected to the chambers to produce a vacuum therein. Using this construction, the furnace chamber is always kept under vacuum as it can be separated from the single charge chamber during mold loading and charge using the intermediate partition door, and before the partition door is opened, the mold chamber can be evacuated by equalizing the vacuum in this chamber with that in the furnace chamber.
In principle, the apparatus is operated as follows: with the charging chamber and the furnace chamber separated by a closed intermediate door, a metal charge is introduced into the single charging chamber and the air is evacuated from the chamber load to produce a vacuum which is equal to the vacuum already existing in the furnace chamber; the door of the intermediate partition is then opened and the charge is introduced into the furnace chamber, then the partition door is closed. ;
As the metal charge is melted in the furnace chamber, the vacuum is removed in the charge chamber and a new charge and a new mold are introduced there; the charge chamber is then formed and the air is exhausted to that the vacuum in the charging chamber is equal to that in the oven chamber; the door of the partition is then opened again and the mold is introduced into the chamber of the furnace at a position allowing the molten metal to be poured into the mold; after casting, the new charge of metal is introduced into the furnace chamber and the mold is withdrawn into the charge chamber;
the bulkhead door is closed, and while the new metal charge is heated, the vacuum in the charge chamber is removed and the cast metal in the mold is removed and a new mold and a new charge of metal are introduced into the charging chamber, the succession of operations then being repeated.
The present invention also provides a novel method of vacuum casting which comprises charging a charge of metal into a charging zone and producing a vacuum therein.
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zone * The loading zone is then opened on a melting zone which is kept continuously under vacuum. The metal charge is then introduced into the fusion zone and is heated to melt the metal in the fusion zone. The molten metal is then poured into the melting zone and the cast metal along with the mold is removed from the melting zone and brought into the loading zone. The loading and melting areas are not isolated from each other and then the casting is lifted from the loading area.
Other advantages and characteristics of the present invention will emerge during the detailed description which follows, given with reference to the appended drawings which give / by way of explanation but in no way limiting an embodiment in accordance with the invention.
In these drawings, Figure 1 is a plan view, partly in section, showing the apparatus according to the invention; Figure 2 is a side view, taken on line 2-2 of Figure 1; Figure 3 is a partial side view of the means for introducing the load and for positioning the mold of the apparatus Figure 4 is a sectional view of part of the load introduction device along line 4-4 of Figure 3, the ingot being introduced into the ereuset; Figure 5 is a side view taken from one side of the melting chamber, showing the means for rotating the crucible and indicating a method of connecting it to a source of motive force and making the alloy additions to the crucible ;
Figure 6 is a section taken on line 6-6 of Figure 5, Figure 7 is a section taken on line 7-7 of Figure 1; and figure 8 is a section taken on line 8-8 of figure 1.
Figures 1, 2 and 5 show two closed chambers, a single loading chamber 10 and a furnace chamber 11.
These chambers, in their working conditions, are both characterized by the fact that they are substantially airtight so that a high vacuum can be maintained therein. Bedroom
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load comprises, an upper closure 12, a lower plate and side wall plates 14, and it is not completely closed until it is in its working position in the vicinity of the furnace chamber 11 This is due to the construction of the charging chamber which is open on two adjacent sides.
One side 15, which is turned outwards, deputates the rooms together in their working position, has an outer opening 16 which can be closed by an outer door 17. The outer door is hinged on the chamber and comes into contact. with the latter, flush with its side 15. A peripheral seal 18 is arranged around the opening 16 and a latch 19 is mounted on the door 17 to lock it by bringing it into contact with the side 16 of the chamber, which it emerges when coming in closely; against the seal 18 when the chamber is closed and isolated from the outside.
On the side 20 which is in the vicinity of the side 16, there is another large opening 21 which is aligned with an opening 22 formed on the side 23 of the furnace chamber 11. This dimension 23 of the furnace chamber 11 carries a seal 24 which is disposed around the periphery of the opening and comes into contact with the adjacent side 20 of the charge chamber when the charge chamber and the furnace chamber are locked together.
On the loading chamber 10 is mounted at the opening 21 a partition door 25. This door 25 is suspended from a shaft 26 which is mounted so as to rotate on the lower plate 13 and on the upper plate 12 of the chamber. wide 10, the upper end 27 of the shaft extending beyond the top plate, and being supported in this position by vertically spaced hinges and bearing assemblies 28 mounted on the side walls. interior of the room.
Two hinge bars 29 are attached to shaft 26 and extend laterally from it and are secured to port 25 by screws passing through it, as seen in Figure 8 The hinge bars are kept spaced apart one by one. the being and are supported by a flat bar extending in digonal 30 which is welded to it and which is folded autoi: of the lower hinge bar and which is also fixed: the upper hinge bar by a bolt 31 which crosses a (µla bar, welded to the door, and the upper hinge bar.
At the upper end 27 of the a @ bre 26, is fixed a connecting rod 32 which extends beyond the pulpit and whose ex-
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The opposite end 33 is connected to a yoke 34. The yoke 34 is mounted on the plunger of a hydraulic cylinder 35 mounted at the top of the charging chamber and serving to rotate the shaft and open and close the valve door. partition* ; In its closed position the door 25 of the partition is intended to close the opening 21 in a sealed manner so that the desired high vacuum can be maintained in the furnace chamber and there is no appreciable leakage through the door. .
The door is also cooled to prevent it from warping knot the effect of heat and to keep it flat in order to achieve a good seal. As will be seen, the furnace chamber is essentially a cold wall furnace which is water cooled so as to maintain the furnace at a temperature close to Ambient temperature during operation at elevated temperature *} A seal 36 is fitted. in grooves formed on the extreme edges of the door along its surface which faces the oven chamber in its closed position.
The spacing of the seal 36 is such that it is wider in all its dimensions than the opening 21 and such that when the door is closed and flush with the 23 side of the oven chamber 11 on which is formed the opening 21, the seal is in flush contact with side 23 to maintain a substantially completely airtight seal between them.
To extend the service life of seal 36 and to control the heat experienced by door 25, a cooling system consisting of copper tubing 37 is mounted in a certain configuration on the side of door 25 of the door. partition which is turned towards the first chamber when the door is closed, and this tubing is connected to a water source for circulating water therein.
The configuration of the tubing is such that it is mounted directly behind the seal as much as possible, but that it crosses back and forth the width of the door a number of times; in this way, the service life of the seal is extended by arranging the tubing in this manner, the entire surface of the door being kept cooler by the presence of the door. Water is introduced into the charging chamber 10 through an inlet fitting 38 which is connected to the tubing mounted on the door by means of a flexible pipe 39. A fitting. outlet 40 also passes through a wall of the charging chamber 0 and is similarly connected to the opposite end of the tube.
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lure by a flexible pipe 41.
These flexible connections allow the door to be opened and closed.
A radiated heat shield 42 is mounted on the side of the door which faces the oven chamber when the door is closed. This screen is in this embodiment a wire mesh formed of stainless steel wires and which is supported on the door at a certain spacing therefrom by a set 43 of bolts and clamps. The purpose of the screen is to slow down the radiation of heat onto the door, which radiated heat is hazardous. to deform the door and the seal while maintaining only a poor seal between the chambers.
Four pairs of wheels 44 are disposed substantially below the four corners of the charging chamber 10, which allows the charging chamber to be rolled to align it and bring it into contact with the furnace chamber. This ease of physical separation from the load chamber allows access to the oven chamber for cleaning and maintenance.
It should be noted that an outer edge of the side 23 of the oven chamber on which a part of the seal 24 20 is mounted is formed by a cheek 45 which extends laterally outwards from the opening 22 and which forms the flat surface against which the side wall 2U of the load chamber abuts. By rolling the charging chamber to bring it into alignment with the fixed chamber of the furnace, the respective chambers can be joined together for operation. The chambers are maintained in their working position by joining the side walls and the respective gaskets and making them flush with the aid of two pairs of bolts, a pair 4b and a pair 47 which are shown in figure 5 mounted. on the side wall 20 of the loading chamber.
Of course, similar purity locks are also mounted on the side wall of the loading chamber, on the opposite side of the furnace chamber. In the operating position, the latches 46 and 47 are disposed in the vicinity of a side edge of the cheek 45 and lock around it, as well as the two latches which are on the opposite side, in order to hold tightly one against the other. respective rooms.
Referring now particularly to Figures 1, 2 and 5, they represent the chamber 11 of the furnace which is the melting chamber of the apparatus. From the cheek 45 of the. chamber of the oven, extends in an integral manner a body 50 having substantially
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the shape of a U, which is formed by spaced double-walled sheets 51 and 52 which are spaced apart to form a water jacket besides them. The oven chamber 11 is preferably closed at its upper part and at its interior part by ;; plates-. 55 double wall top and double wall bottom plates
56.
As can be seen, a water jacket 57 is formed between the top double wall plates and the side wall plates or sheets, and a similar construction can advantageously be used for the bottom plates. * By leaving a water jacket substantially over the entire casing of the oven chamber, with the exception of the parts which will be described below and through which various elements are introduced through the wall of the casing, a coolant such as water can be circulated through the wall of the furnace chamber shell.
To prevent the outside of it from becoming excessively hot and to provide a cold wall oven, the oven chamber is supported by vertical supports 58 and 59 which keep it spaced from the floor. Through a portion of the top plates 55 and side walls 50 passes a relatively large diameter evacuation conduit 60 which in turn is connected to suitable pumping and evacuating means to maintain the desired high vacuum at. inside the oven chamber. As can be seen a similar evacuating conduit 61 but of smaller diameter opens into the charging chamber and is also connected to a vacuum pump in order to evacuate the charging chamber during a stage of operation. in order to maintain a continuous vacuum in a manner which will be described later.
In this embodiment, the pumping system comprises a 508 mm oil diffusion pump associated with a mechanical pump of 8.5 m3 / minute for the furnace chamber and a fan of 34 m3 / minute associated with a pump. mechanical 3.7 m3 per minute for the loading chamber. The apparatus is designed for casting high purity metals and the pressure drops in the high vacuum region to a value less than 1 mm Hg and usually in the order of 10-1 mm Hg for casting under empty.
It is in the furnace chamber that a metal ingot must be melted under a high vacuum to form molten metal which is then poured into the desired mold to give it the intended shape.
To carry out this melting of the ingot, a crucible 63 is placed inside the chamber of the lathe. This crucible is lined in general
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of a suitable refractory material and one can use any of the known electric crucibles for heating the ingot to bring it to a melting temperature, which crucibles generally use an arc, coils of induction or 5 resistive windings housed in the oreuset. The crucible 63, which is substantially cylindrical, is mounted between two parallel and spaced apart plates 64 and 65 by means of support members b6 extending radially. From the plates 64 and 65 extend laterally the journals 67 and 68.
The journals are mounted) in bearings 69 and 70 which are supported on sets of plates and consoles 71 and 72 and are attached to the inner side wall of the chamber * Inside sets of plates and consoles 71 and 72 between the plate and the console is an electrically insulating shield which serves to interrupt the electric field. It should be noted that the journals extend from the respective plates at a point where they are not aligned with the center of the crucible and that in this embodiment they are mounted on the plates along a portion of the crucible. these extending outward beyond the casting side of the crucible.
* As a result, when the crucible is rotated on the axis formed by the journals to tilt it enough to flow the molten metal, the crucible is raised above the axis of rotation as it rotates. Two flexible electrical conductors 74 and 75 are connected to the crucibles and extend therefrom outwardly through the rear part of the furnace chamber in a direction substantially perpendicular to that of the journals.
It was common practice to run these conductors outward in the direction of the trunnions, but the connection just described is considered to be an improvement in this earlier manner for making the electrical connections because it does not there is no risk of the drivers twisting, as often happened with the previous arrangement.
Referring now particularly to figures
1, 5 and 6, they represent the mechanism used to rotate or tilt the crucible to pour out the metal. Through the wall
50 from the oven chamber passes a tree / 78. The shaft 78 is connected at one end of the chamber to the journal 68 by means of a tab and slot arrangement 79. The shaft 78 passes through a bearing 80 within the wall 50 of the chamber and has two rings '-toriques 81 and 82 which ensure a good seal between the shaft'
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and the landing at this point.
Between the O-rings 81 and 82 is disposed an annular groove 83 which is connected to a lubricating bore 84 extending nxially and which extends to the outer end of the shaft, forming a conduit through. through which grease can be introduced between this point and the point of rotation in the bearing 80. From the wall 50 of the chamber of the furnace extends outwardly a casing 85 which encloses the outer part of the chamber. 'tree. An annular collar 88 is mounted inside this casing so as to rotate on the shaft 78 by means of a key 87.
Collar 88 has a slot 90 designed to receive a shank 91, a handle 92 is mounted at the upper end of the shank, and a small laterally extending spindle 93 is mounted within the shank 91 and s' extends laterally from it. A compression spring 94 is mounted around the rod 91 and serves to push it down into the slot 90 when the pin 93 is introduced into a 'slot 95, as seen in Figure 5 * By lifting the rod 91 by means of the handle 92 so that the pin 93 is removed from the slot 95 and by rotating it so that it cannot fall back into the slot, the ridge is removed from the slot and can then be rotated. the crucible.
This rotation of the crucible is effected in a hydraulic manner in this embodiment by means of a lever 97 which is keyed onto the shaft 78 by the key 87. On one / first end of the lever 97 is mounted a yoke. 98 which in turn is mounted on the plunger 9 of a hydraulic cylinder 100. The stroke of the hydraulic cylinder is sufficient to rotate the shaft 78 and the crucible by approximately 1000 to flow the molten metal from the crucible], and 90 approximately to introduce an ingot.
A handle 102 formed by an elongated lever is mounted at the outer end of the shaft 78 and forms a means for manually tilting the crucible and placing it in the appropriate position, to allow the rod 91 to be introduced into the vessel. slot 90 and lock it in its vertical position ,.
Referring now to Figures 1, 2, 3 and 4, they show an apparatus for charging the metal to be melted in the form of an ingot and for arranging the mold in which the molten metal is to be poured therein. of the oven chamber 11. The means for introducing the metal charge and the means for positioning the mold are both mounted so as to rotate about a common axis in the mold chamber from a distance.
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position close to the outer door 17 to a position located inside the chamber 11 of the oven.
As will be seen, these two means can rotate around a common axis, but it is possible to make them rotate independently towards the respective chambers or from them. A shaft 110 is mounted vertically inside the load chamber. The shaft has a conical lower part which rests in a frame.
bronze 111 disposed at the lower part of the chamber, and an upper end which passes through the double-walled cover plate 12 inside a pad 113 mounted on it, It should be noted that the cover plate Double-walled consists of two plates which are spaced apart to form a water jacket between them through which water circulates as refrigerant in the same manner as described for chamber 11 of the oven.
In the vicinity of the end of the shaft 110 which extends from the outside through the upper closure 12 is mounted so as to rotate a flywheel 114 mounted on a shaft 115 to which is attached a small spur gear.
It ?, This pinion 117 is in mesh with a larger spur gear
118 which is attached to the shaft 110. As a result, by rotating the flywheel 114, this rotational movement is transmitted to the shaft 110 so that any element attached to the latter is rotated in the same manner.
At the lowest part of the shaft 110 is fixed an elongated tubular element 120 keyed to the shaft by means of a key 121 so that it rotates with the shaft 110. A support platform 123 is fixed to this tubular element 120 by means of a vertical console 122. The support platform has an annular raised shoulder 124 in which a mold 125 can be placed in order to put it in position inside the oven chamber. This set of flywheel, pinion, shaft and platform constitutes the means of positioning the mold of the apparatus.
The ingot introduction means is disposed above the platform and it is mounted on the shaft 110 but it is not fixed therein so as to rotate with it. Rather, a shaft 130 passes through the top closure 112 and carries a flywheel 131 disposed above it, and a spur gear 132 is mounted inside the chamber at the opposite end of the shaft 130. . A pad 133 is disposed on the closure
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upper and the shaft can turn in a sealed manner. The small spur gear 132 engages with a larger spur gear 135 which is attached to a tubular member 136 slidable on the shaft 110.
A clamp 137 is attached to the shaft at a point above the entire platform and a stopper pad 138 is mounted between the clamp and tubular member 136. At the same time Using this arrangement, turning the handwheel 131 rotates the tubular member 136, through the gear, around the thrust bearing and the support collar.
To the tubular element 136 is fixed a first vertical console 140 which rotates with it and which supports a platform 141 on which is mounted a hydraulic control device.
142. A second vertical bracket 143 is also mounted on the tubular element 136 and extends therefrom so as to support a curved guide platform 144 on which an ingot shovel 145 can slide under the action of the device. hydraulic control.
The hydraulic control device 142 consists) of a hydraulically controlled rotary vane 146 to which a radial bar 147 is fixed and which rotates with it, A linear link arm 148 is articulated at one end of the radial bar and carries two wheels parallel and spaced apart 149 attached at its opposite end. At the end of the link arm to which the wheels are fixed is also fixed the elongated shovel 145 in which and 1 an ingot is placed to transport it into the furnace chamber / to advance it in a rectilinear movement towards the crucible.
The curved guide platform 144 on which the shovel 145 rolls presents a soft support 152 radially arranged which extend inside the convex portion of the curved platform and the shovel rolls against these radially arranged supports. when it is advanced in a rectilinear motion. As the rotary vane 146 rotates counterclockwise (observing Figure 3), the radial bar and link arms 147 and 148 linearly advance the shovel in the curved platform 144 so that An ingot indicated at 154 in Fig. 3 can be introduced into the crucible when the ingot introduction means and the crucible have been / aligned.
A rod 155 is mounted at the front end of the curved gudage plate and is hinged to the platform at its end.
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156. In front of the rod 155 extends an extension 157 which, as can be seen in FIG. 3, passes along the outer surface of an ingot when the latter is advanced in a rectilinear movement towards the crucible. Once the rear end of the ingot has passed rod 155 as it is introduced into the crucible, rod 155 falls laterally across the curved platform into a slot 158 formed on the front edge of the platform.
When the rod 155 is in the slot 158 and the shovel is then withdrawn from the crucible, the rod 155, as seen substantially in Figure 4, rests across the rear end of the ingot and prevents the ingot from breaking out. be removed from the crucible with the shovel. This means for advancing in a rectilinear / unlingot movement, combined with the tubular member 136, the spur gears 135 and 132, the shaft 130 and the flywheel 131 constitute the means for introducing the charge into the crucible, and by rotating the handle 131, the platform which carries the ingot can be brought from a position where it is in the vicinity of the outer door 17, as seen in figure 1, to a position in alignment with the crucible. 63, as seen in Figure 3 ..
Then, by hydraulically actuating the control device 146 with the aid of two flexible pipes 160 and 161 which extend outwardly from the chamber to a four-way distributor, the ingot can be introduced. in the crucible.
It should be noted that a radiation shield 163 is disposed below the hydraulic controller to prevent heat from the casting in the mold from disturbing the hydraulic system of the controller.
Once the ingot is placed in position in the crucible and the crucible is brought to its vertical melting position, it is sometimes desirable to make alloy additions to the crucible. The apparatus shown provides a means for making alloy additions to the crucible during heating without breaking the continuous vacuum of the furnace chamber.
Two sighting tubes 170 and 171 pass through the upper closure 55 of the furnace chamber at a point which is near the rear end of the apparatus; these tubes are of essentially identical construction and a description of them will suffice for the other, These sighting tubes consist of a first pipe element 173 which passes through the upper closure @ and emerges into the chamber
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from the oven. At the end of the first pipe ornament 173, above closure 55, are mounted a ball valve 174 and a handle 175. Another extension of a pipe member 176 is mounted on the valve 174 and has a nut. 177 mounted on him.
An O-ring 178 is mounted on the nut 177 at its end and a sight glass 180 is disposed on the O-ring 178.
The sight glass is made up of a cylindrical section of "Pyrex" glass and it is through this. glass and through the whole sighting tube that you can see the inside of the chamber * The sighting glass is held against the O-ring by the difference between atmospheric pressure and the vacuum which prevails inside. laughter of the room. Directly below the sighting tube assemblies 170 and 171 are mounted vessels 182 and 183. These vessels are mounted on perpendicular rods 184 and 185 and are mounted to pivot on journals 186 and 187 which pass through the barrel. side wall of the oven chamber and are surrounded at the location of the chamber wall by bearings 188 and 189, as seen in Figure 5.
We see in Figure 7 how the assembly is mounted on the side walls and how it is mounted on a shaft 187 on which a bearing 189 surrounds the shaft around two spaced O-rings 190 and 191 mounted on this shaft. the end of the shafts 187 and 186 and along their part which extends outwardly beyond the chamber, are mounted handles 192 and 193. In operation} alloy additions are made by removing the sight glass 180 after closing the valve, introducing the additions and opening the valve so that the alloy additions pass through the entire sight tube and enter the container 182.
The container 182 is then rotated using the / handle 192, the shaft 186 and the right angle rod 184, all of which are arranged so that the container 182 pivots and comes above the crucible. so that its contents are emptied into the crucible simply by turning the handle.
It should be noted that at various points on the top of the charge chamber / top of the furnace chamber, sight glasses 195 have been shown which serve to verify the operations carried out inside the closed chambers.
It should further be noted that in Figure 5 there is shown a hydraulic control valve 196 of the door of the partition mounted on the side walls of the oven and a valve
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control 197 for casting the crucible is also mounted on the wall; these valves are connected to the sets of the wall door and the crucible in a conventional manner.
To prepare the operation of the apparatus, it is possible to physically separate the charging chamber 10 from the chamber 11 of the furnace because the charging chamber is mounted on wheels 44 allowing it to be easily brought together and removed from the chamber. of the oven, when the two chambers are physically separated, a worker can clean or adjust the appliance located in the oven chamber 11 by reaching it through the opening 22. When the appliance is ready to operate, the appliance is rolled the charging chamber to put it into abutment contact with the side 23 of the oven chamber and it is locked in this position using the bolts 46, and 47 as seen in Figures 1 and 5. 25 of the intermediate partition is in its closed position and therefore the oven chamber is isolated from the loading chamber.
With the apparatus in this position, the evacuation system is activated which acts through the evacuation duct 60 and establishes a high vacuum in the oven chamber. While this chamber of the furnace is brought to this high vacuum, the outer door 17 is opened allowing access to the loading chamber and a metal ingot 154 is introduced into the means for introducing the metal charge onto the chamber. shovel 145 which is arranged in the vicinity of the door, as seen in Figure 1.
The door 17 is closed and the evacuation system is activated, which acts through the evacuation system 61 going to the loading chamber so as to produce a vacuum therein. Once the vacuum in the charging chamber is equal to the vacuum in the furnace chamber, the claison 25 is opened by activating the hydraulic cylinder 35. Then, the handle 131 is turned and this rotational movement is transmitted. via the pinions 132 and 135 to the cylinder 136 so that the ingot 154 which is disposed on the shovel 145 is introduced from the loading chamber into the chamber of the furnace.
At the same time when the means for introducing the ingot is actuated, the hydraulic cylinder 100 is also actuated after having disengaged the stop rod 91 from the slot 90 and the crucible 63 is inclined in a corresponding manner by substantially 90 so as to align it perfectly with the shovel 145 of the means for introducing the ingot when the latter is dis-
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placed in the oven chamber * Figure 3 shows this alignment,
The hydraulic control device of the ingot introduction means is then put into action by introducing a hydraulic fluid through one of the flexible pipes 160 and 161 so as to rotate the rotary vane 146 and advance the linear link arm. 48 towards the crucible 63 so that the shovel 145 carrying the ingot 154 is introduced inside the crucible. Rod 155 falls into slot 158 so that when backing the scoop by rotating vane 146 in the opposite direction, the trailing end of the ingot is prevented from moving back with the scoop by rod 155.
The flywheel 131 is then rotated again and the platform 144 is completely withdrawn into the loading chamber where it is located in the vicinity of the door 17, as seen in FIG. 1. The hydraulic cylinder 35 is put into action to again and the intermediate door 25 is closed so as to seal off the respective chambers from each other. The hydraulic cylinder 100 is moved so as to move the plunger 99 back and rotate the crucible 63 to / bring it to the vertical position shown in FIG. 6. The rod 91 can then be introduced into the slot 90 so as to maintain the crucible in this vertical position. The ingot is then melted in the crucible.
As soon as the intermediate door 25 has been closed, the vacuum has been removed in the mold chamber, and 'once the vacuum has been removed, the outer door 17 can be opened and a new ingot can be put into position in the introduction means, in the same way as for the ingot 65, In addition, a mold 125 is disposed on the platform of the mold when the door 17 is open.
The ingot and the mold being arranged in this way, the door 17 is closed and the vacuum system is put into action via the conduit 61 so as to produce a vacuum in the loading chamber which is equal to that prevailing in the furnace chamber, By the time the charging operation is completed, and the voids have been 'equalized between the charging chamber and the furnace chamber, the ingot to.' was melted and formed a molten metal.
The door 25 of the partition is again opened with the aid of the hydraulic cylinder 35 and the mold 125 is positioned in the oven chamber through the opening '' .; 22 by rotating the -wheel 114, the rotation of which has been transmitted through the pinions' 117 and 118 to a shaft 110 and finally to the platform 123. When the mold which is on the
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platform 123 is suitably disposed inside the furnace chamber, substantially as shown in figure '1, then the rod 91 is lifted from the slot 90 and the hydraulic cylinder 100 is actuated to rotate the crucible of 100 and pour the molten metal into the mold 125.
After the molten metal has been poured into the mold, the ingot introduction apparatus is put into operation by rotating the handwheel 31 and again aligning the scoop 145 carrying the new ingot in the vicinity of the opening on. the inclined crucible 63. The hydraulic control device of the ingot introduction means is again actuated ot the new ingot is introduced into the crucible.
The ingot introduction means and the mold platform are then rotated, which then contains the mold in which the cast metal is located, in order to break them into the loading chamber by rotating the handwheels 131 and 114, respectively.
When the mold platform and the ingot introduction means have completely returned to the loading chamber in the vicinity of the porbe 17, the hydraulic cylinder 35 is activated and the partition 125 is closed again in a sealed manner.
The hydraulic cylinder 100 is actuated again and the crucible is brought to its vertical position or melting position. At the same time, the vacuum in the loading chamber is removed and once it is removed, door 17 is opened so that the mold containing the cast metal can be removed from the chamber. When the door is opened, a new mold and a new ingot are loaded onto the platform 123 and the shovel 145, respectively. The door 17 is then closed in a sealed manner, the vacuum is re-created in the loading chamber and the operation is repeated.
It has been found that with the apparatus described and shown, in which a current source of 100 kw was used. a molten bath of 11.3 kg, the complete cycle lasts approximately 6 minutes per mold.
An additional feature presented by the apparatus is the fact that in practice, a heated ingot is often placed in the crucible in order to maintain the crucible at its temperature and to reduce the thermal shocks to which it is subjected. With this apparatus the ingot can be removed while it is hot and while it is still under vacuum by means of the loading arm, which is not possible with the equipment currently available.
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