Procédé de coulage centrifuge d'un élément tubulaire en métal et moule métallique permanent pour la mise en oeuvre de ce procédé. l'invention comprend un procédé de cou lage centrifuge cl'un élément tubulaire en mé tal et un moule métallique permanent pour la mise en oeuvre de ce procédé. Elle se rap porte notamment au coulage centrifuge d'un tel élément dans un moule\ métallique perma nent disposé sensiblement horizontalement et oui est animé d'un mouvement de rotation autour de son axe longitudinal.
Pour effectuer un coulage centrifuge de cette manière, et notamment quand il s'agit (le couler nu corps tubulaire relativement long, c'est-à-dire dont la longueur dépasse trois ou quatre fois le diamètre extérieur, on a longtemps éprouvé des difficultés empê chant < .l'obtenir un élément fondu, dans le quel le métal soit. complètement fondu dans toute l'épaisseur de la paroi et qui ait une surface extérieure à peu près sans défauts.
Selon un procédé (le coulage centrifuge employé jusqu'ici pour la fabrication d'un long élément. tubulaire dans un moule métal lique permanent, on coule une quantité déter minée de métal fondu dans le moule, de ma nière telle que la répartition dit métal dans le sens de la longueur du moule se fasse prin cipalement sous l'effet de la force centrifuge. Un moyen employé communément pour at teindre ce but consiste à verser le métal à l'aide (l'uii bec, occupant une position relati vement fixe le loti- chi moule et placé.
par exemple, à l'une (les extrémités (le ce moule. Toutefois, les tentatives faites jusqu'à pré sent pour fabriquer de longs éléments tubu- laires selon ce procédé de coulage centrifuge n'ont pas permis d'obtenir des éléments ne présentant pas de piqûres ni de recouvre ments ou de reprises , qui rendent ces élé ments inacceptables pour le commerce.
Selon un autre procédé, très utilisé dans l'industrie, le métal fondu est coulé dans le moule au moyen d'un bec, qui pénètre à l'in térieur du moule bors duquel on le retire progressivement, de façon que le métal fondu soit déposé le long d'une hélice, dont les tours se fondent les uns dans les autres pour for mer une structure unique. Selon ce procédé, le métal est réparti dans le sens de la lon gueur sur la surface du moule, principale ment par le mouvement du bec à l'intérieur de celui-ci et la force centrifuge maintient le métal fondu contre le moule, comme dans tout. coulage centrifuge.
Toutefois, dans la pratique, le métal ayant été ainsi déposé s'étend dans une certaine mesure, à cause de la pression latérale résultant de la force cen- t.rifube. De ce fait, il coule dans le sens de la longueur du moule pour avancer au-delà, de la, zone hélicoïdale dans laquelle il a été déposé. Il s'étend d'une manière quelquefois excessive et fréquemment irrégulière oit dis continue sur le bord antérieur. Il en résulte alors une formation de dépôts excessivement minces, qui se solidifient presque instantané- ment et produisent de petits recouvrements ou reprises à la surface extérieure de l'élé ment coulé.
Ce procédé atténue les défauts inhérents au coulage centrifuge sans les éli miner complètement.
On a constaté que la fusion incomplète du métal et les défauts de la surface exté rieure des éléments coulés selon les procédés connus de coulage centrifuge sont dus au fait que la charge de métal fondu avance sans contrôle le long du moule, sans prendre une part suffisante à son mouvement de rota tion. Quand le métal fondu, qui s'avance le long du moule glisse sur celui-ci et s'avance par intermittences ou trop rapidement ou par intermittences et trop rapidement, il en ré sulte -me tendance à la formation de piqûres partant de la surface extérieure de l'élément fondu.
Les recouvrements ou les reprises se produisent quand le bord antérieur du métal fondu se déplace le long du moule d'une manière phis ou moins intermittente ou dis continue ou encore d'une manière plus ou moins intermittente et discontinue, à lune vi tesse qui le rend par endroits si mince qu'il se refroidit rapidement. Il se solidifie pré maturément et s'oxyde, si bien qu'il ne se soude ou ne s'unit pas efficacement à la masse de métal, qui s'écoule sur lui par la suite, lorsque la répartition de la charge se poursuit.
Ces piqûres et ces recouvrements ou reprises traversent quelquefois toute l'épaisseur de la paroi de l'élément coulé, mais d'habitude elles ne se produisent qu'à l'exté rieur de la paroi.
L'invention a pour objet un procédé per mettant de fabriquer de longs éléments tubu laires en métal par coulage centrifuge dans des moules métalliques permanents, horizon taux ou à peu près horizontaux, d'une ma nière telle que le métal des éléments coulés soit complètement soudé à lui-même sur toute l'épaisseur des parois de ces éléments et que l'extérieur de ces derniers ne présente pra tiquement ni piqûres ni recouvrements ou reprises.
Selon le procédé objet de l'invention, avant de verser le métal fondu dans le moule, on projette sur la. surface intérieure de celui-ci une suspension dans un liquide d'une matière réfractaire réduite en poudre et d'un liant, de manière que cette suspension se dé pose sur le moule sous forme de globules.
On maintient le moule, pendant ladite opération de projection, à une température suffisante pour que le liquide desdits globules déposés s'évapore rapidement, de manière que la ma tière solide de ces globules forme progressive ment un revêtement isolant continu relative ment mince qui adhère au moule et présente, sur sa surface libre, un grand nombre clé protubérances destinées à augmenter la prise du moule sur le métal fondu, ledit revêtement adhérant suffisamment pour ne pas être dé taché du moule par le métal fondu pendant. la répartition de ce dernier, niais étant assez friable pour ne pas constituer un obstacle au démoulage de l'élément coulé.
L'invention a également pour objet un moule métallique permanent pour la mise en oeuvre de ce procédé. La surface intérieure de ce moule est munie d'un revêtement isolant continu, d'une épaisseur moyenne comprise entre 0,05 et 2 mm. Ce revêtement présente, sur sa surface libre, un grand nombre de pro tubérances destinées à augmenter la prise du moule sur le métal fondu coulé dans ce der nier, ledit revêtement adhérant suffisamment ail moule pour ne pas être détaché du moelle par le métal fondu pendant la répartition de ce dernier, mais étant assez friable pour ne pas constituer un obstacle au démoulage de l'élément coulé.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution d'un dispositif pour la mise en aeuvre d'une forme d'exécution du procédé objet de l'invention et comprenant un moule métallique permanent et un revête ment propre à être utilisé pour le coulage d'lin élément tubulaire en métal selon ce pro cédé.
La fig. 1 est une élévation latérale sché matique de ce dispositif, ledit moule étant représenté en coupe partielle.
La fig. 2 est une coupe transversale par la ligne 2-2 de la fig. 1. <B>La</B> fig. 3 est une coupe, vue en perspec- tiv e, de l'extrémité de droite (lu moule re présenté à la<B>fi'-.</B> 1, montrant. également le bec (le coulage déversant du métal fondu clans le moule.
La fig. 4 est un plan représentant sché- ntatiquenient, à une échelle agrandie, la sur face du revêtement.
La fig. 5 est une coupe schématique du revêtement par la ligne 5-5 de la fig. 4. Le dispositif représenté aux fig. 1, 2 et 3 est prévu pour la taise en couvre d'une forme (l'exécution du procédé dans laquelle la ré partition chi métal fondu le long dit moule est. effectuée principalement sous l'effet de la force centrifuge, le goulot ou bec (le cou lage n'étant pas prévu pour être déplacé le long (lit moule et étant disposé à l'une de ses extrémités.
])ans la fig. 1, un moule cylindrique 10 est supporté, dans une position horizontale, par deux jeux ale galets 17.. Les deux galets 11, alignés de chaque côté du moule 10, sont fixés sur un axe 12 porté par des supports 1.3 montés sur des poutres 14. Ces poutres sont posées sur un socle 15 servant de base pour le dispositif complet. L n prolongement à l'extrémité (le l'un ales axes 12 est pourvu d'une poulie 16, reliée à un dispositif moteur (non représenté) polir entraîner l'axe et faire tourner le moule.
Des rainures annulaires 17 sont ménagées à la surface extérieure du moule pour servir de chemins pour les galets 11 et empêcher tout déplacement du moule dans le sens de sa longueur. Les extrémités ale l'alésage 18 du moule sont élargies en 19 pour recevoir des plaques d'extrémités 20 qui sont maintenues en place par des vis 21 traversant la paroi du moule.
La suspension destinée à constituer lui revêtement est. appliquée sur la surface inté rieure clic moule 10 par un dispositif de pro jection 22, représenté sur la partie gauche (le la fig. 1. Ce dispositif de projection \?'? est monté sur un chariot 23 dont. les roues 24 reposent. sur des rails 25, disposés (le sorte que le chariot puise se déplacer dans la di rection (le l'extrémité adjacente (lu moule<B>10</B> et en sens contraire. Les rails<B>225</B> sont alignés sur le moule et montés sur (les traverses \?6 reposant sur le socle 15.
Sur le chariot 23 est installé un récipient 27 pour la suspeit- siort destinée à. constituer le revêtement. Un moteur électrique 28, monté au-dessus du ré cipient 27, est utilisé pour actionner un agi tateur disposé dans le récipient, ainsi qu'une pompe placée clans ce dernier et prévue pour envoyer la suspension au travers de tuyaux 29 et 30, et d'une lance 31, vers un pulvé risateur 32, monté à l'extrémité de cette lance. La. lance 31 est fixée au chariot 23 (le telle façon qu'un mouvement du chariot en arrière et en avant sur les rails 25 en traîne le pulvérisateur 32 dans un mouve ment de va-et-vient. alun bout à l'autre de l'alésage 18, parallèlement à l'axe du moule.
La lance est filée à des supports 33, (le ma nière à pouvoir être ajustée dans le sens ver tical, afin de faire varier la distance qui sé pare le pulvérisateur 32 de la face inté rieure d'un moule donné, ou d'ajuster cette distance pour des moules ale différents dia mètres. Le chariot 23 est déplacé dans la direction du moule et en sens contraire, au moyen d'une tige de piston 34, dont l'une des extrémités est. reliée au chariot par un bras 35 et dont l'autre extrémité est reliée à un piston coulissant clans un cylindre 36, monté le long de l'un des rails 25.
Avec ce dispositif (le projection, on ap plique la suspension destinée à constituer le revêtement sur la face intérieure du moule en faisant faire un mouvement de va-et-vient au pulvérisateur 32 sur toute la longueur de l'alésage du moule, qu'on chauffe et qu'on fait tourner, et cela autant de fois qu'il peut être nécessaire pour former un revêtement ayant l'épaisseur voulue et une rugosité su perficielle du caractère désiré dans les con ditions de coulage données.
Un revêtement qui a été reconnu satisfaisant pour le cou lage (le longs corps tubulaires par le procédé de coulage centrifuge employant un dispo sitif de déversement d'un type rte se retirant pas, est représenté en 37 dans les fig. 4 et 5 (les dessins, à une échelle qui représente un- âgrandissement de dix fois à peu près.
Comme cela est indiqué ici, diverses protubérances 38 sont séparées les unes des antres par des dé pressions 39; elles ont une forme et des di mensions plus ou moins irrégulières et se fon dent dans une partie 40 formant une base continue et couvrant la face intérieure du moule, de telle faon que cette dernière soit isolée du métal qu'on verse dans le moule pendant l'opération de coulage.
Après que le revêtement a été appliqué sur la face intérieure du moule, les plaques d'extrémités 20 sont mises en place dans les élargissements 19 et fixées dans ces derniers par les vis 21. Avant d'introduire les pla ques d'extrémités, on recouvre leurs faces in térieures d'un. revêtement approprié qu'il peut convenir de choisir semblable à celui qui vient d'être décrit. La charge de métal fondu est amenée à l'une des extrémités du moule qu'on fait tourner; elle est déversée par un dispositif 41 qui peut être une poche de coulée ordinaire, un four à induction ou sim plement un récipient pour le métal fondu, tel que celui que représente le dessin.
Le dispositif de déversement est pourvu d'tin bec 42 qui est construit et disposé de faon que, quand on verse la charge, il pénètre jusqu'à l'intérieur de l'extrémité du moule, par une ouverture centrale 43 de la plaque d'extrémité adjacente 20. Le dispositif de déversement 41 est porté par un chariot 44 pourvu de roues 45 reposant sur des rails 46, de façon qu'il puisse être amené rapide ment jusqu'à la position de déversement et en être écarté de même.
Quand la charge est déversée dans le moule avec une certaine vitesse, le mince re vêtement réfractaire étendu précédemment sur le moule remplit simultanément deux fonctions importantes.
La première de ces fonctions consiste à entraîner le métal fondu à suivre le mouve ment de rotation du moule tout en retar dant son avance le long de celui-ci, pour assurer une bonne répartition du métal dans ce moule. Les nombreuses protubérances que présente le revêtement isolant constituent une surface rugueuse, solidaire du moule et tour nant avec lui. Cette surface rugueuse assure l'adhérence nécessaire entre le moule et le métal fondu pour un entraînement rapide de ce métal et pour qu'il participe ainsi an mouvement de rotation du moule, tout en l'empêchant de glisser sur celui-ci dans le sens de sa longueur et d'avancer par inter mittences, trop rapidement et avec un bord antérieur discontinu et excessivement mince.
La seconde de ces fonctions consiste à empêcher la solidification trop brusque et trop rapide du bord antérieur du métal fondu s'avançant le long du moule et, par conséquent, la formation. de reprises ou de recouvrements dus au fait que de minces pel licules de métal, constituant ce bord anté rieur, sont trop froides pour se souder effi cacement au métal fondu qui les recouvre par la suite.
Le revêtement isolant constitue une barrière thermique qui arrête et règle efficacement la vitesse de solidification du bord antérieur du métal fondu. Ltant donné la faible épaisseur du revêtement, la vitesse globale de solidification de l'élément coulé reste à peu près la même que dans un moule métallique nu, tandis que l'écoulement de chaleur vers le moule à partir du bord anté rieur du métal fondu est momentanément arrêté. Ce bord est ainsi maintenu à une tem pérature suffisante pour qu'il se soude et se lie intimement avec le métal fondu qui vient le recouvrir par la suite.
La fusion complète du métal formant la partie exté rieure de l'élément coulé, lorsque le métal fondu se répand dans le moule, est ainsi assurée ail prix d'un arrêt momentané du flux de chaleur vers le moule. Pratiquement, le revêtement n'occasionne pas de ralentisse ment appréciable du flux global de chaleur, il n'empêche pas le glaçage rapide du métal, caractéristique du coulage dans des moules métalliques et n'entraîne pas de réduction de la vitesse de fabrication des éléments coulés.
L'élément coulé une fois refroidi, le revê tement est suffisamment friable pour n'oppo ser qu'une faible résistance lors du démou lage. Cette opération détruit donc en grande partie le revêtement et, avant une nouvelle opération de coulage, il faut procéder à une nouvelle pulvérisation pour constituer un nouveau revêtement et ainsi de suite.
Avec une suspension de composition don née, on peut modifier et régler les propriétés du revêtement et principalement les dimen sions moyennes de ses protubérances en agis sant sur l'opération de pulvérisation. Ce ré glage est nécessaire afin d'éviter une sur face trop lisse qui n'entraînerait pas suffi samment le métal fondu dans le mouvement de rotation du moule ou, au contraire, une surface plus rugueuse qu'il ne serait néces saire pour le but poursuivi.
Une composition, qui a été reconnue con venable pour fournir un revêtement ayant les caractéristiques désirées, est constituée par une suspension dans de l'eau de farine de silice et de bentonite. Cette suspension est déposée sur la face intérieure du moule métallique chauffé, par un bec de pulvérisa tion effectuant un mouvement de va-et-vient par rapport à ce moule.
La composition de la suspension destinée à constituer le revêtement peut être modifiée, mais on a obtenu des résultats satisfaisants avec une suspension aqueuse uniforme, faite dans les proportions d'un litre d'eau pour 500 à 1000 g de farine de silice et de 10 à 40 g de bentonite. Les parcelles de farine de silice doivent être d'une finesse telle que la suspension puisse être projetée à l'aide d'un type de pulvérisateur à jet, et sont < le préférence d'une grosseur correspondant à peu près à un tamis de 13 mailles carrées au moins par millimètre.
Bien que la bento nite contribue efficacement à maintenir la farine de silice en suspension dans l'eau, il est désirable que la suspension liquide soit agitée d'une manière plus ou moins continue, afin de lui conserver son caractère uniforme pendant l'application.
Pendant qu'on pulvérise une telle sus pension sur sa surface intérieure, il est essen tiel que le moule soit chauffé à une tempé rature comprise entre 122 et 425 C, de pré férence entre 177 et 260 C. La suspension doit. être pulvérisée et. projetée sur le moule à une vitesse telle que le liquide s'évapore très rapidement, sitôt que les globules for més par pulvérisation viennent en contact avec la surface chauffée. Le moule ne doit cependant pas être assez chaud pour que le liquide s'évapore avant que les globules ne se soient déposés. Quand on applique la sus pension de la manière indiquée, les matières solides, réfractaires ou liantes de chaque glo bule restent à l'endroit où elles ont été dépo sées sur la surface du moule et un revêtement est ainsi progressivement formé.
Lorsque les conditions de pulvérisation sont telles que les globules ne se répandent ou ne se déplacent pas ensemble sur la surface du moule, le revêtement présente une surface rugueuse, constituée par un très grand nombre de sail lies ou protubérances.
La forme et le profil particuliers de cha que protubérance ne semblent pas avoir de l'importance, bien qu'on ait reconnu qu'on obtient des résultats très satisfaisants avec une surface qui, agrandie par la photogra phie, ressemble quelque peu à celle d'un chou-fleur. Les protubérances d'une telle surface sont. naturellement de forme et de grandeur irrégulières et sont d'habitude dis posées de façon à être séparées les unes des autres par des distances appréciables. Il ne faut toutefois pas en conclure qu'une telle irrégularité soit essentielle.
Il est désirable que le revêtement soit formé de telle façon que les protubérances se fondent dans une partie formant. une couche de base oit qu'elles soient reliées par leurs bases, afin que la sur face du moule soit pratiquement entièrement recouverte par le revêtement, et afin que la charge de métal fondu soit soumise d'une manière à peu près uniforme à l'action de barrière thermique exercée par le revêtement.
Le caractère de la surface du revêtement peut être rapidement modifié pour obtenir une surface qui ne soit ni trop lisse pour exercer l'action désirée sur la distribution du métal fondu dans le moule ni plus rugueuse qu'il ne serait nécessaire dans ce but. Les mo difications de la rugosité de la surface du revêtement peuvent être obtenues par un ré glage approprié des diverses conditions dans lesquelles la. pulvérisation est effectuée. On peut agir, par exemple, sur la forme et la direction du jet sortant de la base du pulvé risateur, sur la distance séparant cette buse de la surface du moule, ou sur le degré de pulvérisation de la suspension.
On peut aussi faire varier la pression d'un fluide gazeux employé pour la pulvérisation ou modifier la quantité de suspension pulvérisée sur une aire donnée de la surface du moule dans un temps donné, ou encore faire varier l'étendue de la formation progressive du revêtement.
Pour appliquer la suspension destinée à constituer le revêtement, on peut se servir de buses ou de têtes de pulvérisateurs de formes différentes, mais on a reconnu les avantages d'in jet en éventail, car il peut être réglé rapidement pour faire varier les dimensions et les directions de l'éventail ou de la lame projeté par la buse.
Quand on applique un revêtement à un moule cylindrique rotatif au moyen d'un dispositif de pulvérisation animé d'un mouvement relatif de va-et-vient dans le sens de la longueur, à l'intérieur de l'alé sage du moule, il est préférable que ce dis- positif soit agencé de telle faon que le jet en éventail ou en lame s'étende parallèlement à l'axe longitudinal de l'axe du moule. Une telle disposition est désirable, afin de pro duire un revêtement présentant une surface rugueuse.
Un revêtement moins rugueux peut être obtenu en faisant varier la direction du jet, à partir de cette direction parallèle à l'axe vers une direction perpendiculaire à ce dernier. En raison de la plus grande concen tration du jet sur une aire donnée de la surface du moule, un revêtement à surface lisse peut être obtenu en dirigeant la buse perpendiculairement à la surface du moule, tandis qu'une surface rugueuse peut être ob tenue en dirigeant la buse obliquement à cette surface, suivant un angle de 45 par exemple.
On a aussi reconnu qu'une augmen tation de la préssion de l'air ou autre fluide gazeux, utilisé dans un dispositif de pulvé risation pneumatique, tend à produire un revêtement phis rugueux, mais cette tendance peut être neutralisée si la buse de pulvérisa tion est disposée trop près de la surface du moule. En augmentant la distance séparant cette buse de la surface du moule, on tend à accroître la rugosité de la surface du revê tement.
On peut aussi faire varier la rugosité de la surface du revêtement en modifiant la quantité de suspension appliquée sur une aire donnée de la surface du moule dans un temps donné. Quand on les projette avec une vitesse appropriée, les matières solides des différents globules restent en place, de sorte que l'ac croissement progressif produit un revêtement à surface rugueuse. Si on augmente la quan tité de suspension appliquée au moule ou la vitesse avec laquelle on l'applique, la suspen sion tend à s'étaler sur la surface du moule, en raison de l'évaporation plus lente du liquide, et il en résulte un revêtement pré sentant une surface plus unie.
Quand les différentes conditions sont de nature à produire un revêtement présentant une surface rugueuse d'un caractère appro prié, la rugosité de la surface tend à s'ac croître à mesure que l'épaisseur du revête ment s'accroît progressivement.
Il est proba ble que cela provienne de ce que les masses distinctes de matière solide des premiers glo bules qui frappent la surface du moule font saillie sur la surface et sont ainsi placées de façon à intercepter la matière projetée,
en plus grande quantité que la surface qui les environne. Ces petites masses de matière so lide croissent ainsi plus rapidement en épais seur que les aires environnantes de la sur face du revêtement et cette croissance rapide se poursuit jusqu'à ce que l'épaisseur des protubérances ainsi formées devienne suffi sante pour isoler leurs surfaces découvertes de l'action calorifique du moule et pour em pêcher ainsi le liquide de s'évaporer rapide ment des globules ou parties de globules sup plémentaires qui sont dirigés sur ces sur faces.
Quand cela se produit, on est arrivé à un stade au cours duquel les globules pro jetés coulent et se fondent ensemble en une surface relativement unie qui n'est plus ap propriée à la fabrication de longs éléments tubulaires exempts de défauts.
On a reconnu que l'épaisseur moyenne d'un revêtement formé à partir de la suspen sion décrite peut varier entre 0,05 et 2 mm environ. Le nombre moyen de protubérances peut varier entre 4 et 50 par centimètre, me suré dans une direction quelconque sur la surface du revêtement, tandis que la hauteur moyenne des protubérances au-dessus de l'aire environnante du revêtement peut varier entre 0,025 et 1,25 mm. On peut aussi com parer la rugosité de la surface du revêtement à celles de papiers ou de toiles d'émeri des Nos 24 à 240.
L'épaisseur du revêtement. et l'ordre de grandeur de la rugosité peuvent être modi fiés dans une certaine mesure selon les con ditions dans lesquelles on effectue le coulage du métal fondu. Par exemple, lorsque le mé tal fondu est réparti dans le sens de la lon gueur du moule, principalement sous l'effet de la force centrifuge, on peut utiliser des revêtements d'une épaisseur moyenne com prise entre 0,25 et 2 mm. Ces revêtements présenteront 4 à 20 protubérances par centi mètre, comptées dans une direction quelcon que sur leur surface (de préférence 8 à 10 protubérances par centimètre) et une hau teur moyenne des protubérances comprise entre 0,125 et 1,25 mm.
La rugosité de ces revêtements sera alors de l'ordre de grandeur des Nos 24 à<B>100,</B> selon l'échelle des toiles ou papiers d'émeri et de préférence entre les limites des Nos 40 et 60. D'autre part, lorsque le métal fondu est réparti dans le sens de la longueur du moule, principalement par un mouvement du bec de coulage à l'intérieur de celui-ci, on a reconnu que le revêtement peut être plus mince et d'une rugosité d'un ordre de grandeur moins élevé, tout en donnant encore des résultats satisfaisants.
Avec les proportions indiquées, la sus pension décrite produit un revêtement com pact et qui adhère au moule et qui, cepen dant, est. suffisamment friable. Une fois l'opé ration de coulage terminée, les parcelles constituant ce revêtement n'adhèrent pas les unes aux autres et au moule à un point tel qu'elles empêchent de démouler rapidement l'élément coulé. Ce revêtement semble être un peu plus friable après l'opération de cou lage qu'avant cette dernière. Il résiste à l'effet de lavage par le courant de métal fondu quand on verse ce dernier dans le moule, et les protubérances formant sa sur face rugueuse ont une prise efficace sur le métal fondu, dont elles règlent le mouve ment, sans être écrasées par lui. On ne pou vait logiquement s'attendre à ce qu'un revête ment agisse de la manière indiquée.
Son ac tion efficace est peut-être due au fait que les forces exercées sur le revêtement par le métal fondu sont en réalité beaucoup plus petites qu'on ne l'aurait cru. Il faut aussi remar quer qu'on peut modifier et régler la friabi lité en faisant varier la proportion de ben- tonite dans la suspension destinée à consti tuer le revêtement.
Un revêtement formé à partir de cette suspension a un caractère temporaire et on l'applique au moule avant chaque opération de coulage. Après l'application du revêtement, le moule revêtu peut être manutentionné, contrôlé, le revêtement peut être renouvelé et on peut le mettre en réserve, suivant les be soins, sans compromettre son utilisation sub séquente. Après qu'on a démoulé l'élément coulé, on peut, grâce à sa friabilité, enlever rapidement le revêtement du moule à l'aide d'une brosse métallique ou d'un jet d'air com primé, ou de ces deux moyens simultanément, pour faciliter la préparation du moule pour le coulage suivant.
On peut se servir de diverses autres sus pensions pour former, en les projetant sur le moule, un revêtement réfractaire mince ayant en même temps l'effet de barrière thermique nécessaire et la rugosité superficielle indis pensable à l'entraînement du métal fondu. La farine de silice est un produit réfractaire satisfaisant et facile à obtenir et, quand elle est appliquée comme cela a été décrit dans ce qui précède, elle forme un revêtement pré- sentant la résistance à la chaleur nécessaire et ayant une porosité suffisante pour fournir l'effet de barrière thermique indispensable.
On peut aussi se servir de toutes autres ma tières réfractaires appropriées, telles que, par exemple, les oxydes d'aluminium, de magné sium, de béryllium, de zirconium, de chrome, etc. La bentonite est un liant satisfaisant, parce qu'elle sert non seulement d'agent de liaison pour les parcelles de matière réfrac taire dans le revêtement, mais aussi d'agent facilitant la suspension des particules de ma tière réfractaire dans le support liquide uti lisé.
On peut se servir d'autres agents de liaison appropriés, pourvu qu'ils aient les qua lités d'adhérence nécessaires pour permettre au revêtement de résister aux forces exercées sur lui par la charge de métal fondu et d'adhérer ait moule de métal de façon satis faisante et qu'ils soient suffisamment réfrac taires et exempts de composants tendant à émettre des gaz pendant l'opération de cou lage. L'eau est un support convenable pour les ingrédients contenus dans la suspension, mais tout autre liquide approprié peut être employé dans ce but.
La surface extérieure d'-Lui <B>é</B> lément, coulé selon une forme d'exécution quelconque du procédé décrit, présente pratiquement la même rugosité que le revêtement du moule employé pour sa fabrication. Cette rugosité n'a pas d'inconvénients dans beaucoup de cas d'application de tels éléments coulés. Cepen dant, là où une surface extérieure plus unie est nécessaire, on peut l'obtenir rapidement par un usinage de l'élément coulé avec le degré de finesse requis, et supprimer ainsi la rugosité de sa surface extérieure.
Selon la forme d'exécution du procédé, décrite en ré férence au dessin, la répartition du métal fondu dans le sens de la longueur du moule se fait principalement sous l'effet de la force centrifuge, mais il est évident que le procédé peut également être utilisé dans une installa tion de coulage centrifuge dans laquelle cette répartition est principalement effectuée par un mouvement du bec de coulage, le long et à l'intérieur du moule.
Method of centrifugal casting of a tubular metal element and permanent metal mold for the implementation of this method. the invention comprises a process for the centrifugal casting of a tubular metal element and a permanent metal mold for carrying out this process. It relates in particular to the centrifugal casting of such an element in a permanent metal mold disposed substantially horizontally and yes is driven by a rotational movement around its longitudinal axis.
To perform centrifugal casting in this way, and in particular when it comes to casting a relatively long tubular body, that is to say the length of which exceeds three or four times the outer diameter, difficulties have long been encountered. This prevents the obtaining of a molten element in which the metal is completely molten throughout the entire thickness of the wall and which has an exterior surface which is practically flawless.
According to a process (centrifugal casting hitherto employed for the manufacture of a long tubular element in a permanent metal mold, a determined quantity of molten metal is poured into the mold, in such a way that the so-called metal distribution in the direction of the length of the mold is done mainly under the effect of the centrifugal force. One means commonly employed to achieve this goal is to pour the metal with the aid (the ui nozzle, occupying a relatively position fixed the loti- chi mold and placed.
for example, at one (the ends (of this mold. However, the attempts made so far to manufacture long tubular elements by this centrifugal casting process have failed to obtain elements which are exhibiting no pits, overlays or resumptions, which make these items unacceptable for trade.
According to another process, widely used in industry, the molten metal is poured into the mold by means of a nozzle, which penetrates inside the mold, from which it is gradually withdrawn, so that the molten metal is placed along a helix, the turns of which merge into each other to form a unique structure. According to this process, the metal is distributed lengthwise on the surface of the mold, mainly by the movement of the nozzle inside it and the centrifugal force keeps the molten metal against the mold, as in all. centrifugal casting.
However, in practice, the metal having been so deposited expands to a certain extent, due to the lateral pressure resulting from the centrifube force. As a result, it flows in the direction of the length of the mold to advance beyond the helical zone in which it has been deposited. It extends sometimes excessively and frequently irregularly or continuously over the anterior border. This then results in the formation of excessively thin deposits, which solidify almost instantaneously and produce small overlaps or pickups on the outer surface of the cast member.
This process alleviates the defects inherent in centrifugal casting without eliminating them completely.
It has been found that the incomplete melting of the metal and the defects of the external surface of the elements cast according to the known methods of centrifugal casting are due to the fact that the charge of molten metal advances without control along the mold, without taking a sufficient part. to its rotational movement. When the molten metal, which advances along the mold slides on it and advances intermittently or too quickly or intermittently and too quickly, the result is a tendency to form pitting from the surface. outside of the melted element.
The overlaps or the recoveries occur when the leading edge of the molten metal moves along the mold in a phis or less intermittent or dis continuous manner or again in a more or less intermittent and discontinuous manner, at a speed which makes it so thin in places that it cools quickly. It solidifies prematurely and oxidizes, so that it does not weld or effectively unite with the mass of metal, which subsequently flows over it, as the distribution of the charge continues.
These pits and overlaps or recesses sometimes pass through the entire thickness of the wall of the cast member, but usually they only occur on the outside of the wall.
The object of the invention is a process for manufacturing long tubular metal elements by centrifugal casting in permanent metal molds, horizontal or nearly horizontal, in such a way that the metal of the cast elements is completely welded to itself over the entire thickness of the walls of these elements and that the outside of the latter shows practically no pitting or overlaps or recoveries.
According to the method which is the subject of the invention, before pouring the molten metal into the mold, it is projected onto the. inner surface thereof a suspension in a liquid of a powdered refractory material and a binder, so that this suspension is deposited on the mold in the form of globules.
The mold is maintained, during said spraying operation, at a temperature sufficient for the liquid of said deposited globules to evaporate rapidly, so that the solid material of these globules gradually forms a relatively thin continuous insulating coating which adheres to the material. mold and has, on its free surface, a large number of protuberances intended to increase the grip of the mold on the molten metal, said coating adhering sufficiently so as not to be detached from the mold by the pendant molten metal. the distribution of the latter, but being friable enough not to constitute an obstacle to the release of the cast element.
A subject of the invention is also a permanent metal mold for implementing this method. The interior surface of this mold is provided with a continuous insulating coating, with an average thickness of between 0.05 and 2 mm. This coating has, on its free surface, a large number of pro tuberances intended to increase the grip of the mold on the molten metal cast in the latter, said coating adhering sufficiently to the mold so as not to be detached from the pith by the molten metal during the distribution of the latter, but being friable enough not to constitute an obstacle to the release of the cast element.
The drawing represents, by way of example, an embodiment of a device for the implementation of an embodiment of the method which is the subject of the invention and comprising a permanent metal mold and a coating specific to be used for the casting of a tubular metal element according to this process.
Fig. 1 is a diagrammatic side elevation of this device, said mold being shown in partial section.
Fig. 2 is a cross section taken on line 2-2 of FIG. 1. <B> The </B> fig. 3 is a section, perspective view, from the end of the right (the mold re presented in <B> fi'-. </B> 1, also showing the spout (the pouring pouring out molten metal in the mold.
Fig. 4 is a plan showing schematically, on an enlarged scale, the surface of the coating.
Fig. 5 is a schematic sectional view of the coating taken on line 5-5 of FIG. 4. The device shown in FIGS. 1, 2 and 3 is provided for the silencing of a form (the execution of the process in which the distribution of molten metal along said mold is carried out mainly under the effect of centrifugal force, the neck or spout (the casting is not intended to be moved along (mold bed and being disposed at one of its ends.
]) in fig. 1, a cylindrical mold 10 is supported, in a horizontal position, by two sets of rollers 17 .. The two rollers 11, aligned on each side of the mold 10, are fixed on a pin 12 carried by supports 1.3 mounted on beams 14. These beams are placed on a base 15 serving as a base for the complete device. L n extension at the end (the one ales axes 12 is provided with a pulley 16, connected to a motor device (not shown) polish drive the axis and rotate the mold.
Annular grooves 17 are formed on the outer surface of the mold to serve as paths for the rollers 11 and to prevent any movement of the mold in the direction of its length. The ends of the bore 18 of the mold are widened at 19 to receive end plates 20 which are held in place by screws 21 passing through the wall of the mold.
The suspension intended to constitute its coating is. applied to the inner click-mold surface 10 by a projection device 22, shown on the left side (Fig. 1. This projection device is mounted on a carriage 23, the wheels 24 of which rest. on rails 25, arranged (the so that the carriage can move in the direction (the adjacent end (read the mold <B> 10 </B> and in the opposite direction. The rails <B> 225 </ B > are aligned on the mold and mounted on (the crosspieces \? 6 resting on the base 15.
On the carriage 23 is installed a container 27 for the suspension intended for. constitute the coating. An electric motor 28, mounted above the receptacle 27, is used to actuate an agitator disposed in the receptacle, as well as a pump placed in the latter and intended to send the suspension through pipes 29 and 30, and from a lance 31, to a spray riser 32, mounted at the end of this lance. The lance 31 is attached to the carriage 23 such that movement of the carriage back and forth on the rails 25 drags the sprayer 32 in a reciprocating motion from end to end. of the bore 18, parallel to the axis of the mold.
The lance is spun on supports 33, (the way to be able to be adjusted in the vertical direction, in order to vary the distance which separates the sprayer 32 from the inside face of a given mold, or to adjust this distance for molds of different diameters The carriage 23 is moved in the direction of the mold and in the opposite direction, by means of a piston rod 34, one end of which is connected to the carriage by an arm 35. and the other end of which is connected to a piston sliding in a cylinder 36, mounted along one of the rails 25.
With this device (spraying, the suspension intended to constitute the coating is applied to the inside face of the mold by causing the sprayer 32 to move back and forth over the entire length of the bore of the mold, which it is heated and rotated, and this as many times as may be necessary to form a coating having the desired thickness and a surface roughness of the desired character under the given casting conditions.
A coating which has been found to be satisfactory for casting (the long tubular bodies by the centrifugal casting process employing a non-shrinking rte-type discharge device, is shown at 37 in Figs. 4 and 5 (the drawings, on a scale which represents an enlargement of about ten times.
As indicated here, various protuberances 38 are separated from each other by depressures 39; they have a more or less irregular shape and dimensions and merge into a part 40 forming a continuous base and covering the interior face of the mold, so that the latter is isolated from the metal which is poured into the mold during the casting operation.
After the coating has been applied to the interior face of the mold, the end plates 20 are placed in the enlargements 19 and fixed in the latter by the screws 21. Before inserting the end plates, it is necessary to covers their inner faces with a. suitable coating that it may be appropriate to choose similar to that which has just been described. The charge of molten metal is brought to one end of the mold which is rotated; it is discharged by a device 41 which may be an ordinary ladle, an induction furnace or simply a vessel for molten metal, such as that shown in the drawing.
The pouring device is provided with a spout 42 which is constructed and arranged in such a way that, when the charge is poured, it penetrates to the inside of the end of the mold, through a central opening 43 of the plate. The adjacent end 20. The dumping device 41 is carried by a carriage 44 provided with wheels 45 resting on rails 46, so that it can be quickly brought to the dumping position and likewise removed therefrom.
When the load is discharged into the mold with a certain speed, the thin refractory lining previously laid on the mold simultaneously performs two important functions.
The first of these functions consists in causing the molten metal to follow the rotational movement of the mold while delaying its advance along the latter, to ensure good distribution of the metal in this mold. The numerous protuberances presented by the insulating coating constitute a rough surface, integral with the mold and rotating with it. This rough surface provides the necessary adhesion between the mold and the molten metal for a rapid drive of this metal and for it to participate in the rotational movement of the mold, while preventing it from sliding on it in the direction. of its length and to advance intermittently, too rapidly and with a discontinuous and excessively thin anterior border.
The second of these functions is to prevent the too abrupt and too rapid solidification of the leading edge of the molten metal advancing along the mold and, consequently, formation. recoveries or recoveries due to the fact that the thin metal coils, constituting this front edge, are too cold to be welded effi ciently to the molten metal which subsequently covers them.
The insulating coating provides a thermal barrier that effectively stops and controls the rate of solidification of the leading edge of the molten metal. Due to the small thickness of the coating, the overall solidification rate of the cast member remains about the same as in a bare metal mold, while the heat flow to the mold from the front edge of the molten metal. is momentarily stopped. This edge is thus maintained at a temperature sufficient for it to weld and bond intimately with the molten metal which subsequently covers it.
The complete melting of the metal forming the outer part of the cast member, when the molten metal spreads in the mold, is thus ensured at the cost of a momentary stopping of the flow of heat to the mold. In practice, the coating does not cause an appreciable slowing down of the overall heat flow, it does not prevent the rapid glazing of the metal, characteristic of casting in metal molds, and does not lead to a reduction in the manufacturing speed of the elements. sunk.
Once the cast element has cooled, the coating is sufficiently friable to oppose only low resistance during demoulding. This operation therefore largely destroys the coating and, before a new casting operation, it is necessary to carry out a new spraying to form a new coating and so on.
With a suspension of given composition, it is possible to modify and adjust the properties of the coating and mainly the average dimensions of its protuberances by acting on the spraying operation. This adjustment is necessary in order to avoid a too smooth surface which would not sufficiently entrain the molten metal in the rotational movement of the mold or, on the contrary, a rougher surface than would be necessary for the purpose. for follow-up.
One composition which has been found to be suitable for providing a coating having the desired characteristics is a suspension in water of silica flour and bentonite. This suspension is deposited on the inner face of the heated metal mold, by a spray nozzle effecting a back-and-forth movement relative to this mold.
The composition of the suspension intended to constitute the coating can be modified, but satisfactory results have been obtained with a uniform aqueous suspension, made in the proportions of one liter of water per 500 to 1000 g of silica flour and 10 to 40 g of bentonite. The silica flour plots should be of such fineness that the slurry can be sprayed using some type of jet sprayer, and are <preferably about a size of 13 sieve. square meshes at least per millimeter.
Although bento nite effectively helps to keep the silica flour suspended in water, it is desirable that the liquid suspension be stirred more or less continuously, in order to maintain its uniformity during application.
While spraying such a suspension on its inner surface, it is essential that the mold be heated to a temperature between 122 and 425 C, preferably between 177 and 260 C. The suspension should. be sprayed and. sprayed onto the mold at such a rate that the liquid evaporates very quickly, as soon as the spray-formed globules come into contact with the heated surface. However, the mold should not be hot enough for the liquid to evaporate before the globules have settled. When the suspension is applied in the manner indicated, the solids, refractories or binders of each globule remain where they were deposited on the surface of the mold and a coating is thus gradually formed.
When the spraying conditions are such that the globules do not spread or move together on the surface of the mold, the coating has a rough surface, consisting of a very large number of protrusions or protuberances.
The peculiar shape and profile of each protuberance does not seem to matter, although it has been recognized that very satisfactory results are obtained with a surface which, enlarged by the photograph, resembles that of 'a cauliflower. The protuberances of such a surface are. naturally irregular in shape and size and are usually arranged so as to be separated from each other by appreciable distances. However, it should not be concluded that such an irregularity is essential.
It is desirable that the coating be formed such that the protuberances merge into a forming portion. a base layer where they are connected by their bases, so that the surface of the mold is almost entirely covered by the coating, and so that the load of molten metal is subjected in a more or less uniform manner to the coating. thermal barrier action exerted by the coating.
The character of the coating surface can be quickly changed to obtain a surface which is neither too smooth to exert the desired action on the distribution of molten metal in the mold nor rougher than would be necessary for this purpose. Changes in the roughness of the coating surface can be achieved by appropriate adjustment of the various conditions under which the. spraying is carried out. It is possible, for example, to act on the shape and direction of the jet exiting the base of the sprayer, on the distance separating this nozzle from the surface of the mold, or on the degree of spraying of the suspension.
It is also possible to vary the pressure of a gaseous fluid used for the spraying or to modify the quantity of suspension sprayed on a given area of the surface of the mold in a given time, or to vary the extent of the progressive formation of the coating. .
Different shaped nozzles or spray heads can be used to apply the slurry to form the coating, but the advantages of the fan-shaped jet have been recognized, as it can be quickly adjusted to vary the size and size. the directions of the fan or blade thrown by the nozzle.
When a coating is applied to a rotating cylindrical mold by means of a spraying device driven by a relative reciprocating movement in the length direction, within the bore of the mold, it It is preferable that this device is arranged such that the fan or blade jet extends parallel to the longitudinal axis of the axis of the mold. Such an arrangement is desirable, in order to produce a coating having a rough surface.
A less rough coating can be obtained by varying the direction of the jet, from this direction parallel to the axis to a direction perpendicular to the latter. Due to the greater concentration of the jet over a given area of the mold surface, a smooth surface coating can be obtained by directing the nozzle perpendicular to the mold surface, while a rough surface can be obtained by directing the nozzle perpendicular to the mold surface. directing the nozzle obliquely to this surface, at an angle of 45 for example.
It has also been recognized that an increase in the pressure of air or other gaseous fluid used in a pneumatic spray device tends to produce a thicker coating, but this tendency can be counteracted if the spray nozzle is placed too close to the surface of the mold. By increasing the distance separating this nozzle from the surface of the mold, one tends to increase the roughness of the surface of the coating.
The roughness of the coating surface can also be varied by modifying the amount of suspension applied to a given area of the mold surface in a given time. When sprayed at an appropriate speed, the solids of the various globules remain in place, so that the incremental growth produces a rough surface coating. If the amount of suspension applied to the mold or the speed with which it is applied is increased, the suspension tends to spread over the surface of the mold, due to the slower evaporation of the liquid, and the result is a coating with a smoother surface.
When the different conditions are such as to produce a coating having a rough surface of a suitable character, the roughness of the surface tends to increase as the thickness of the coating gradually increases.
It is likely that this is due to the fact that the distinct masses of solid matter of the first globules which hit the surface of the mold protrude on the surface and are thus placed so as to intercept the projected material,
in greater quantity than the surface which surrounds them. These small masses of solid material thus grow more rapidly in thickness than the surrounding areas of the surface of the coating and this rapid growth continues until the thickness of the protuberances thus formed becomes sufficient to isolate their exposed surfaces. of the calorific action of the mold and thus to prevent the liquid from rapidly evaporating from the additional globules or parts of globules which are directed to these surfaces.
When this occurs, a stage has been reached in which the projected globules sink and coalesce into a relatively smooth surface which is no longer suitable for making long tubular members free from defects.
It has been recognized that the average thickness of a coating formed from the described suspension can vary from about 0.05 to 2 mm. The average number of protrusions can vary between 4 and 50 per centimeter, measured in any direction on the surface of the coating, while the average height of the protrusions above the surrounding area of the coating can vary between 0.025 and 1, 25 mm. The roughness of the coating surface can also be compared to that of paper or emery cloth of Nos. 24 to 240.
The thickness of the coating. and the order of magnitude of the roughness can be varied to some extent depending on the conditions under which the casting of the molten metal is carried out. For example, when the molten metal is distributed in the direction of the length of the mold, mainly under the effect of centrifugal force, it is possible to use coatings with an average thickness of between 0.25 and 2 mm. These coatings will have 4-20 protrusions per centimeter, counted in any direction on their surface (preferably 8-10 protrusions per centimeter) and an average protuberance height of between 0.125 and 1.25 mm.
The roughness of these coatings will then be of the order of magnitude of Nos. 24 to <B> 100, </B> depending on the scale of the fabrics or emery paper and preferably between the limits of Nos. 40 and 60. D 'On the other hand, when the molten metal is distributed along the length of the mold, mainly by movement of the pouring nozzle therein, it has been recognized that the coating can be thinner and of a better length. roughness of an order of magnitude less, while still giving satisfactory results.
With the proportions indicated, the above described above produces a compact coating which adheres to the mold and which, however, is. sufficiently friable. Once the casting operation is complete, the pieces constituting this coating do not adhere to each other and to the mold to such an extent that they prevent the cast element from being quickly demolded. This coating seems to be a little more friable after the casting operation than before the latter. It resists the washing effect by the stream of molten metal when it is poured into the mold, and the protuberances forming its rough surface have an effective grip on the molten metal, the movement of which they regulate, without being crushed. by him. One could not logically expect a coating to act in the manner indicated.
Its effective action may be due to the fact that the forces exerted on the coating by the molten metal are in fact much smaller than one would expect. It should also be noted that the friability can be modified and adjusted by varying the proportion of benzonite in the suspension intended to constitute the coating.
A coating formed from this suspension has a temporary character and is applied to the mold before each casting operation. After the application of the coating, the coated mold can be handled, checked, the coating can be renewed and can be put in reserve, as needed, without compromising its subsequent use. After the cast element has been removed from the mold, the coating can quickly be removed from the mold, thanks to its friability, using a wire brush or a jet of compressed air, or both. simultaneously, to facilitate the preparation of the mold for the next casting.
Various other substrates can be used to form, by spraying them onto the mold, a thin refractory lining having at the same time the necessary thermal barrier effect and the surface roughness required for the entrainment of the molten metal. Silica flour is a satisfactory and readily obtainable refractory product and, when applied as described in the foregoing, forms a coating having the necessary heat resistance and having sufficient porosity to provide l essential thermal barrier effect.
It is also possible to use any other suitable refractory materials, such as, for example, the oxides of aluminum, magnesium, beryllium, zirconium, chromium, etc. Bentonite is a satisfactory binder because it serves not only as a binding agent for the particles of refractory material in the coating, but also as an agent facilitating the suspension of the particles of refractory material in the liquid support used. .
Other suitable bonding agents may be used, provided they have the necessary adhesion qualities to enable the coating to resist the forces exerted on it by the load of molten metal and to adhere to the metal mold. satisfactorily and that they are sufficiently refractory and free from components which tend to emit gases during the casting operation. Water is a suitable carrier for the ingredients contained in the suspension, but any other suitable liquid can be employed for this purpose.
The outer surface of the element, cast according to any embodiment of the method described, exhibits substantially the same roughness as the coating of the mold used in its manufacture. This roughness has no drawbacks in many cases of application of such cast elements. However, where a smoother outer surface is required, it can be obtained quickly by machining the cast member to the required degree of fineness, thereby removing the roughness of its outer surface.
According to the embodiment of the method, described with reference to the drawing, the distribution of the molten metal in the direction of the length of the mold takes place mainly under the effect of centrifugal force, but it is obvious that the method can also be used in a centrifugal casting installation in which this distribution is mainly effected by a movement of the pouring nozzle, along and inside the mold.