CA2182945A1 - Moyen et bati pour le prechauffage d'un conduit de coulee de metal - Google Patents
Moyen et bati pour le prechauffage d'un conduit de coulee de metalInfo
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Abstract
Le moyen de préchauffage du conduit de coulée de métal est positionné rapidement démontable par l'intermédiaire du bâti. Ce dernier se compose d'une partie fixe et d'une partie mobile. Le conduit est du type comportant une pièce réfractaire, entourée d'un revêtement isolant, d'un inducteur et d'un béton réfractaire contenu dans une carcasse. Le moyen de préchauffage comprend l'inducteur et un élément constitué d'un matériau réfractaire et conducteur électrique. Application au préchauffage régulier et homogène d'un conduit de coulée de métal.
Description
~182945 W095l222~0 PCT~5/00112 Moyen et bâti pour le prechauffage d'un conduit de coulee de metal La présente invention est relative au préchauffage d'un conduit de coulée de métal. Elle concerne en premier lieu un moyen de préchauffage d'un conduit, du type comportant sur sa longueur une pièce réfractaire creuse S débouchante à section transversale fermée entourée d'un revêtement isolant, lui-même entouré d'un inducteur entouré
d'un béton réfractaire contenu dans une carcasse.
La demande de brevet français ~ 93 01 497 au nom de la Demanderesse décrit un conduit du type préci_~. Les conduits chauffants de transfert de métal sont particulièrement avantageux pour la transmission d'un métal à température de coulée élevée, notamment pour la coulée ascendante sous basse pression.
Lorsque les opérations de coulée présentent un caractère discontinu, le métal liquide peut ne pas être présent pendant une durée plus ou moins longue dans le conduit. Il est alors intéressant de garder celui-ci constamment préchauffé pendant cette durée.
Dans la technique classique, le préchauffage est obtenu au moyen d'un manchon suscepteur en graphite comportant une partie droite et une partie coudée qui présente quelques inconvénients d'exploitation liés à la complexité de la fabrication du chenal : difficultés de façonnage, difficultés de découpe, difficultés de centrage.
Ces inconvénients augmentent le coût de fabrication du conduit.
Pour pallier ces inconvénients, il a été utilisé un organe chauffant de transmission de métal liquide. Cet organe du type à section transversale fermée remonte vers le haut et débouche sur sa face supérieure par un orifice de coulée pour l'alimentation d'au moins un moule et du type comportant sur toute sa longueur au moins un moyen de chauffage constitué par un inducteur en forme de bobine dont les spires refroidies sont parcourues par un courant électrique alternatif.
Le chauffage et le maintien du métal liquide contenu dans le conduit réfractaire est assuré par l'inducteur 21829~5 w095/222~0 PCT~R95100112 parcouru par un courant alternatif à moyenne ou haute fréquence. Ce mode de chauffage permet de transférer directement au métal liquide l'énergie électrique sous forme d'énergie thermique. Comme il n'utilise pas d'élément intermédiaire tel que le graphite, le transfert énergétique est direct et le rendement est meilleur. La fréquence parcourant l'inducteur est typiquement dans la gamme 1000-15000 Hertz.
Un tel organe n'assure plus lui-même son préchauffage interne, aussi bien avant une campagne de coulée, qu'entre deux opérations de coulée successive~.
Dans la demande de brevet précitée n 93 01 497, il a été envisagé de réaliser le préchauffage par un moyen secon~aire comme celui utilisant le gaz. Cependant ce moyen de préchauffage ne peut pas être utilisé pour des conduits longs et de faible diamètre, comme par exemple un conduit d'une longueur d'un mètre et de diamètre inférieur à dix centimètres. De plus le chauffage au gaz n'est en général pas très précis.
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. A cet effet, le moyen de préchauffage selon l'invention comprend l'inducteur du conduit de coulée et un élément constitué d'un matériau réfractaire et conducteur électrique pour rayonner l'énergie de manière uniforme sur la surface interne du conduit.
Suivant d'autres caractéristiques :
- l'élément constitué en matériau réfractaire et conducteur électrique est en métal austénitique, ce qui permet d'obtenir un bon rendement énergétique du début jusqu'à la fin du préchauffage ;
- l'élément en matériau réfractaire est en alliage de nickel contenant du chrome ;
- l'élément en matériau réfractaire est en graphite ;
~1829~S
~W095~2240 PCT~R95100112 - la section transversale de l'élément en matériau réfractaire est inférieure et centrée par rapport au creux de la pièce réfractaire ;
- l'élément en matériau réfractaire est un tube Sdroit à rayon de courbure constant.
L'invention a également pour objet un bâti pour le positionnement rapidement démontable dans un conduit de coulée d'un élément en matériau réfractaire d'un moyen de préchauffage conforme à celui décrit ci-dessus. Ceci dans le but de i ni i ser la perte thermique dans le conduit entre la fin du préchauffage et son remplissage par du métal.
Pour atteindre ce but, le bati comprend une partie fixe et une partie mobile sur laquelle est fixée l'élément en matériau réfractaire. La partie fixe comporte un système de guidage de la partie mobile de manière à maintenir centré l'élément réfractaire dans la pièce pendant tout le déplacement.
Suivant d'autres caractéristiques :
- la partie fixe comprend des galets diabolos auxquels sont associés des rails de guidage appartenant à la partie mobile ;
- la partie fixe étant amovible, elle comporte au moins un moyen de fixation sur la carcasse et de centrage par rapport au conduit ;
- le moyen de centrage comporte un plot coopérant avec un logement aménagé dans la carcasse.
Un exemple de mise en oeuvre de l'invention va maintenant etre décrit en regard des dessins annexés sur lesquels :
- La Fig. 1 représente schématiquement en coupe verticale un bati et un moyen de préchauffage adapté à un conduit de coulée ;
- la Fig. 2 représente schématiquement en vue latérale le bati et le moyen de préchauffage ;
- la Fig. 3 représente le détail d'un rail de la Fig. 2 entre les galets diabolos.
`WO 95/Z~240 2 1 8 2 9 ~ ~ PCrlFl~gS/001 12 Le bâti 1 et le moyen de préchauffage 2 adapté au conduit de coulée 3 présentés à la Fig. 1 sont adaptés à la coulée sous basse pression de métaux à points de fusion élevés (aciers, superalliages, fontes). Le moyen de préchauffage est représenté en traits forts dans la position de travail (préchauffage), il est représenté en traits pointillés dans sa position de dégagement.
Le conduit 3 est fixé à un four 4 pouvant contenir du métal liquide.
Le conduit 3 se compose :
- d'une pièce de forme 5 en matériau céramique alumineux présentant un axe 6 de rayon de courbure R constant et une section transversale circulaire ;
- d'un revêtement isolant 7 en tissu fibreux entourant la pièce de forme 5 ;
- d'un inducteur hélicoïdal 8 constitué de plusieurs spires 9 noyées dans un béton réfractaire 10 contenu dans une carcasse métallique 11.
L'inducteur est connecté à un générateur à courant alternatif , on applique à ses bornes a et b une tension U et une fréquence F.
Le moyen de préchauffage 2 est un tube métallique en alliage de nic~el contenant 15 % de chrome. Il est cintré
au rayon de courbure R de l'axe de la pièce de forme 5.
Le bâti 1 comprend une partie fixe parallélépipèdes mécanosoudée 12. Les éléments mécanosoudés sont assemblés verticalement et horizontalement pour former une cage d'écureuil. Un système de guidage 13 est solidaire de la partie fixe 12 du bâti. Le système de guidage est constitué
de galets diabolos 14 disposés par trois (14a, 14b, 14c) dans un même plan vertical. Deux galets 14a, 14c sont situés à l'intérieur du cercle trajectoire C de l'élément de préchauffage 2. Le troisième galet 14b est situé à
l'extérieur du cercle trajectoire C. Ces galets sont fixés sur une plaque 15, elle-même fixée sur l'élément mécanosoudé horizontal inférieur 16 de la partie fixe 12.
- ` 2182945 w095/222~0 PCT~R95100112 La partie fixe 12 du bâti peut être soulevée et déplacée au moyen d'un maneton de levage 17 fixé sur sa partie supérieure.
Sur l'élément inférieur horizontal 16 est fixé un dispositif de positionnement 18 sur la carcasse. Ce dispositif 18 comprend deux plaques verticales 19 et 20 s'étendant vers le bas et disposée de part et d'autre de la carcasse. Des patins horizontaux 21 et 22 sont soudés respectivement sous les plaques 19 et 20. Le patin 22 est solidaire de plots 23 tronconiques. Les patins 21 et 22 viennent respectivement en appui sur des excroissances horizontales 24 et 25 de la carcasse métallique 11 situées à la partie supérieure du conduit de coulée 1. Sur la plaque 25 sont ménages des perçages débouchants d'axe vertical et permettant le centrage du bâti 1 par l'intermédiaire des plots 23. Le bâti 1 comporte également une partie mobile 26 sur laquelle est fixé un manchon 27 permettant l'encastrement du moyen de préchauffage 2. Le moyen de préchauffage 2 est maintenu dans le manchon 27 au moyen d'une vis 28.
Comme représenté à la Fig. 2, la partie mobile comporte deux rails de guidage 29 et 30 positionnés chacun dans un plan vertical et cintrés du rayon de courbure R.
Les rails de guidage 29 et 30 sont disposés de part et d'autre de l'élément de préchauffage 2 à une distance suffisante du conduit de coulée 3. Chaque extrémité
inférieure des rails 29 et 30 comprend une butée d'arrêt 31 et 32. Chaque rail 29, 30 est guidé par un ensemble de trois galets 14a, 14b, 14c. Le plan de chaque rail 29, 30 coïncide avec le plan de l'ensemble des trois galets 14a, 14b, 14c.
Le rail 29 représenté en coupe transversale à la Fig. 3 est guidé entre les deux galets diabolos 14a et 14b, lesquels présentent une gorge 33 en forme de v permettant le guidage par centrage de l'arête 34 du rail 29.
Le rail est maintenu par un second galet 14b disposé
du côté opposé de la coupe transversale du rail 29 W095~22~0 PCTn~S/00112 .
L'invention n'est nullement limitée à l'exemple décrit en regard des figures annexées. En variante l'élément de préchauffage 2 peut être formé d'une chaînette constituée de boulets reliés entre eux et pouvant être installés et retirés dans des conduits de formes complexes.
Suivant la valeur de la fréquence F, l'élément de préchauffage 2 peut être creux ou plein. Il est en effet plus judicieux d'utiliser un élément de préchauffage 2 creux lorsque la fréquence est élevée (10 000 Hz) et un élément de préchauffage 2 plein lorsque la fréquence F est basse (1000 Hz).
Ce moyen de préchauffage selon l'invention permet une élévation régulière et homogène de la température en tout point à l'intérieur du conduit 3, ce qui évite d'une part, les fissurations de la pièce réfractaire creuse S
lors du préchauffage et d'autre part, de figer le métal liquide lors de son transfert au travers du conduit 3.
d'un béton réfractaire contenu dans une carcasse.
La demande de brevet français ~ 93 01 497 au nom de la Demanderesse décrit un conduit du type préci_~. Les conduits chauffants de transfert de métal sont particulièrement avantageux pour la transmission d'un métal à température de coulée élevée, notamment pour la coulée ascendante sous basse pression.
Lorsque les opérations de coulée présentent un caractère discontinu, le métal liquide peut ne pas être présent pendant une durée plus ou moins longue dans le conduit. Il est alors intéressant de garder celui-ci constamment préchauffé pendant cette durée.
Dans la technique classique, le préchauffage est obtenu au moyen d'un manchon suscepteur en graphite comportant une partie droite et une partie coudée qui présente quelques inconvénients d'exploitation liés à la complexité de la fabrication du chenal : difficultés de façonnage, difficultés de découpe, difficultés de centrage.
Ces inconvénients augmentent le coût de fabrication du conduit.
Pour pallier ces inconvénients, il a été utilisé un organe chauffant de transmission de métal liquide. Cet organe du type à section transversale fermée remonte vers le haut et débouche sur sa face supérieure par un orifice de coulée pour l'alimentation d'au moins un moule et du type comportant sur toute sa longueur au moins un moyen de chauffage constitué par un inducteur en forme de bobine dont les spires refroidies sont parcourues par un courant électrique alternatif.
Le chauffage et le maintien du métal liquide contenu dans le conduit réfractaire est assuré par l'inducteur 21829~5 w095/222~0 PCT~R95100112 parcouru par un courant alternatif à moyenne ou haute fréquence. Ce mode de chauffage permet de transférer directement au métal liquide l'énergie électrique sous forme d'énergie thermique. Comme il n'utilise pas d'élément intermédiaire tel que le graphite, le transfert énergétique est direct et le rendement est meilleur. La fréquence parcourant l'inducteur est typiquement dans la gamme 1000-15000 Hertz.
Un tel organe n'assure plus lui-même son préchauffage interne, aussi bien avant une campagne de coulée, qu'entre deux opérations de coulée successive~.
Dans la demande de brevet précitée n 93 01 497, il a été envisagé de réaliser le préchauffage par un moyen secon~aire comme celui utilisant le gaz. Cependant ce moyen de préchauffage ne peut pas être utilisé pour des conduits longs et de faible diamètre, comme par exemple un conduit d'une longueur d'un mètre et de diamètre inférieur à dix centimètres. De plus le chauffage au gaz n'est en général pas très précis.
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. A cet effet, le moyen de préchauffage selon l'invention comprend l'inducteur du conduit de coulée et un élément constitué d'un matériau réfractaire et conducteur électrique pour rayonner l'énergie de manière uniforme sur la surface interne du conduit.
Suivant d'autres caractéristiques :
- l'élément constitué en matériau réfractaire et conducteur électrique est en métal austénitique, ce qui permet d'obtenir un bon rendement énergétique du début jusqu'à la fin du préchauffage ;
- l'élément en matériau réfractaire est en alliage de nickel contenant du chrome ;
- l'élément en matériau réfractaire est en graphite ;
~1829~S
~W095~2240 PCT~R95100112 - la section transversale de l'élément en matériau réfractaire est inférieure et centrée par rapport au creux de la pièce réfractaire ;
- l'élément en matériau réfractaire est un tube Sdroit à rayon de courbure constant.
L'invention a également pour objet un bâti pour le positionnement rapidement démontable dans un conduit de coulée d'un élément en matériau réfractaire d'un moyen de préchauffage conforme à celui décrit ci-dessus. Ceci dans le but de i ni i ser la perte thermique dans le conduit entre la fin du préchauffage et son remplissage par du métal.
Pour atteindre ce but, le bati comprend une partie fixe et une partie mobile sur laquelle est fixée l'élément en matériau réfractaire. La partie fixe comporte un système de guidage de la partie mobile de manière à maintenir centré l'élément réfractaire dans la pièce pendant tout le déplacement.
Suivant d'autres caractéristiques :
- la partie fixe comprend des galets diabolos auxquels sont associés des rails de guidage appartenant à la partie mobile ;
- la partie fixe étant amovible, elle comporte au moins un moyen de fixation sur la carcasse et de centrage par rapport au conduit ;
- le moyen de centrage comporte un plot coopérant avec un logement aménagé dans la carcasse.
Un exemple de mise en oeuvre de l'invention va maintenant etre décrit en regard des dessins annexés sur lesquels :
- La Fig. 1 représente schématiquement en coupe verticale un bati et un moyen de préchauffage adapté à un conduit de coulée ;
- la Fig. 2 représente schématiquement en vue latérale le bati et le moyen de préchauffage ;
- la Fig. 3 représente le détail d'un rail de la Fig. 2 entre les galets diabolos.
`WO 95/Z~240 2 1 8 2 9 ~ ~ PCrlFl~gS/001 12 Le bâti 1 et le moyen de préchauffage 2 adapté au conduit de coulée 3 présentés à la Fig. 1 sont adaptés à la coulée sous basse pression de métaux à points de fusion élevés (aciers, superalliages, fontes). Le moyen de préchauffage est représenté en traits forts dans la position de travail (préchauffage), il est représenté en traits pointillés dans sa position de dégagement.
Le conduit 3 est fixé à un four 4 pouvant contenir du métal liquide.
Le conduit 3 se compose :
- d'une pièce de forme 5 en matériau céramique alumineux présentant un axe 6 de rayon de courbure R constant et une section transversale circulaire ;
- d'un revêtement isolant 7 en tissu fibreux entourant la pièce de forme 5 ;
- d'un inducteur hélicoïdal 8 constitué de plusieurs spires 9 noyées dans un béton réfractaire 10 contenu dans une carcasse métallique 11.
L'inducteur est connecté à un générateur à courant alternatif , on applique à ses bornes a et b une tension U et une fréquence F.
Le moyen de préchauffage 2 est un tube métallique en alliage de nic~el contenant 15 % de chrome. Il est cintré
au rayon de courbure R de l'axe de la pièce de forme 5.
Le bâti 1 comprend une partie fixe parallélépipèdes mécanosoudée 12. Les éléments mécanosoudés sont assemblés verticalement et horizontalement pour former une cage d'écureuil. Un système de guidage 13 est solidaire de la partie fixe 12 du bâti. Le système de guidage est constitué
de galets diabolos 14 disposés par trois (14a, 14b, 14c) dans un même plan vertical. Deux galets 14a, 14c sont situés à l'intérieur du cercle trajectoire C de l'élément de préchauffage 2. Le troisième galet 14b est situé à
l'extérieur du cercle trajectoire C. Ces galets sont fixés sur une plaque 15, elle-même fixée sur l'élément mécanosoudé horizontal inférieur 16 de la partie fixe 12.
- ` 2182945 w095/222~0 PCT~R95100112 La partie fixe 12 du bâti peut être soulevée et déplacée au moyen d'un maneton de levage 17 fixé sur sa partie supérieure.
Sur l'élément inférieur horizontal 16 est fixé un dispositif de positionnement 18 sur la carcasse. Ce dispositif 18 comprend deux plaques verticales 19 et 20 s'étendant vers le bas et disposée de part et d'autre de la carcasse. Des patins horizontaux 21 et 22 sont soudés respectivement sous les plaques 19 et 20. Le patin 22 est solidaire de plots 23 tronconiques. Les patins 21 et 22 viennent respectivement en appui sur des excroissances horizontales 24 et 25 de la carcasse métallique 11 situées à la partie supérieure du conduit de coulée 1. Sur la plaque 25 sont ménages des perçages débouchants d'axe vertical et permettant le centrage du bâti 1 par l'intermédiaire des plots 23. Le bâti 1 comporte également une partie mobile 26 sur laquelle est fixé un manchon 27 permettant l'encastrement du moyen de préchauffage 2. Le moyen de préchauffage 2 est maintenu dans le manchon 27 au moyen d'une vis 28.
Comme représenté à la Fig. 2, la partie mobile comporte deux rails de guidage 29 et 30 positionnés chacun dans un plan vertical et cintrés du rayon de courbure R.
Les rails de guidage 29 et 30 sont disposés de part et d'autre de l'élément de préchauffage 2 à une distance suffisante du conduit de coulée 3. Chaque extrémité
inférieure des rails 29 et 30 comprend une butée d'arrêt 31 et 32. Chaque rail 29, 30 est guidé par un ensemble de trois galets 14a, 14b, 14c. Le plan de chaque rail 29, 30 coïncide avec le plan de l'ensemble des trois galets 14a, 14b, 14c.
Le rail 29 représenté en coupe transversale à la Fig. 3 est guidé entre les deux galets diabolos 14a et 14b, lesquels présentent une gorge 33 en forme de v permettant le guidage par centrage de l'arête 34 du rail 29.
Le rail est maintenu par un second galet 14b disposé
du côté opposé de la coupe transversale du rail 29 W095~22~0 PCTn~S/00112 .
L'invention n'est nullement limitée à l'exemple décrit en regard des figures annexées. En variante l'élément de préchauffage 2 peut être formé d'une chaînette constituée de boulets reliés entre eux et pouvant être installés et retirés dans des conduits de formes complexes.
Suivant la valeur de la fréquence F, l'élément de préchauffage 2 peut être creux ou plein. Il est en effet plus judicieux d'utiliser un élément de préchauffage 2 creux lorsque la fréquence est élevée (10 000 Hz) et un élément de préchauffage 2 plein lorsque la fréquence F est basse (1000 Hz).
Ce moyen de préchauffage selon l'invention permet une élévation régulière et homogène de la température en tout point à l'intérieur du conduit 3, ce qui évite d'une part, les fissurations de la pièce réfractaire creuse S
lors du préchauffage et d'autre part, de figer le métal liquide lors de son transfert au travers du conduit 3.
Claims (9)
1.- Moyen de préchauffage d'un conduit (3) de coulée de métal du type comportant sur sa longueur une pièce (5) réfractaire creuse débouchante à section transversale fermée, successivement entourée :
- d'un éventuel revetement isolant (7), - d'un inducteur (8), - d'un béton réfractaire (10) contenu dans une carcasse (11), caractérisé en ce qu'il comprend ledit inducteur (8) et un élément (2) constitué d'un matériau réfractaire et conducteur électrique pour rayonner l'énergie de manière uniforme sur la surface interne du conduit (3) ; la section transversale dudit élément (2) en matériau réfractaire étant inférieure et centrée par rapport au creux de la pièce réfractaire (5).
- d'un éventuel revetement isolant (7), - d'un inducteur (8), - d'un béton réfractaire (10) contenu dans une carcasse (11), caractérisé en ce qu'il comprend ledit inducteur (8) et un élément (2) constitué d'un matériau réfractaire et conducteur électrique pour rayonner l'énergie de manière uniforme sur la surface interne du conduit (3) ; la section transversale dudit élément (2) en matériau réfractaire étant inférieure et centrée par rapport au creux de la pièce réfractaire (5).
2.- Moyen de préchauffage selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'élément (2) constitué en matériau réfractaire et conducteur électrique est en métal austénitique.
3.- Moyen de préchauffage selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit élément (2) en matériau réfractaire est en alliage de nickel contenant du chrome.
4.- Moyen de préchauffage selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément (2) en matériau réfractaire est en graphite.
5.- Moyen de préchauffage selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément (2) en matériau réfractaire est un tube droit ou de rayon de courbure (R) constant.
6.- Bâti pour le positionnement rapidement démontable dans un conduit de coulée (3), d'un élément en matériau réfractaire d'un moyen de préchauffage conforme à
l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une partie fixe (12) et une partie mobile (26) sur laquelle est fixé l'élément en matériau réfractaire (2), la partie fixe (12) comportant un système de guidage (13) de la partie mobile (26) de manière à
maintenir centré l'élément réfractaire (2) dans la pièce (5) pendant tout le déplacement.
l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une partie fixe (12) et une partie mobile (26) sur laquelle est fixé l'élément en matériau réfractaire (2), la partie fixe (12) comportant un système de guidage (13) de la partie mobile (26) de manière à
maintenir centré l'élément réfractaire (2) dans la pièce (5) pendant tout le déplacement.
7.- Bâti selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la partie fixe (12) comprend des galets (14, 14a, 14b, 14c) auxquels sont associés des rails de guidage (29, 30) appartenant à la partie mobile (26).
8.- Bâti selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la partie fixe (12) étant amovible, elle comporte au moins un moyen de fixation sur la carcasse (11) et de centrage par rapport au conduit. -
9.- Bâti selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moyen de centrage comporte un plot (23) coopérant avec un logement aménagé dans la carcasse (11).
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