Procédé de coulée de métaux et machine pour la mise eu oeuvre de ce procédé La présente invention a pour objet un procédé de coulée de métaux sous forme d'une feuille continue plus large qu'épaisse et une machine pour la mise en aeuvre de ce procédé.
Un des principaux problèmes inhérent à une machine à couler les métaux classique utilisant des bandes de coulée, est apparemment posé par le gau chissement localisé de la bande métallique en raison de son contact avec le métal chaud. Lorsqu'une tôle froide, comme une bande refroidie par eau, est mise en contact avec le métal fondu, la surface de la feuille ou tôle se trouvant contre le métal chaud devient plus chaude que la surface exposée à l'eau froide. La dilatation des côtés chauds assure une flexion ou un gauchissement de la bande dans le sens du métal chaud. Simultanément, le métal fondu commence à se solidifier à partir de sa surface vers l'intérieur; mais en raison du gauchissement de la bande métallique, la transmission de chaleur du mé tal à la bande n'est pas uniforme.
Il en résulte une croissance irrégulière des grains dans le métal en cours de solidification. Le refroidissement non uni forme engendre des marques ou points poreux et un manque d'uniformité de densité du feuillard coulé. Ceci est particulièrement important si le feuillard coulé doit être laminé ou façonné, attendu qu'un trai tement supplémentaire ne peut pas être effectué avec succès.
Le problème est rendu plus complexe par le fait que le métal en cours de coulée subit un retrait im portant à mesure qu'il passe de l'état liquide à l'état solide. Ceci est particulièrement vrai pour l'alumi nium et ses alliages. A mesure que le métal se soli difie, il passe par un stade dans lequel il ne présente pratiquement pas de résistance à la traction. Le con tact de frottement entre la bande de coulée et le métal est susceptible de soumettre le métal à des efforts de traction suffisants pour provoquer un cra- quelage du produit.
La présente invention se propose notamment de fournir un procédé de coulée et une machine dans lesquels les difficultés susmentionnées sont entière ment éliminées et le produit ainsi obtenu est une barre de métal sans défaut, à grain fin, exempte de défauts superficiels et ne présentant sensiblement au cune tension interne.
Le procédé de coulée selon l'invention de métaux sous forme d'une feuille continue plus large qu'épaisse, dans lequel on utilise un revêtement tem poraire pour supporter le métal de manière qu'il soit maintenu sans contrainte pendant qu'il se solidifie et se refroidit, est caractérisé en ce qu'on coule en con tinu le métal fondu sur une feuille de revêtement formée d'une matière résistant à la chaleur du métal fondu et qui n'est pas mouillée par celui-ci, tandis qu'on empêche ledit métal fondu de s'écouler latéra lement au-delà des bords latéraux de la feuille de revêtement, en ce qu'on fait avancer ladite feuille de revêtement et le métal porté par elle sur une surface de support plane,
en ce qu'on fait adhérer ladite feuille de revêtement à la surface du métal de manière que la feuille soit obligée de se contrac ter en largeur avec le métal lorsque ce dernier se contracte, en ce qu'on expulse la chaleur du métal fondu à travers ledit revêtement et ladite surface de support pour le solidifier et le refroidir, en ce qu'on arrache ladite feuille de revêtement de la surface du métal solidifié et la ramène à son point de départ, et en ce qu'on lisse et étale ladite feuille de revêtement pour lui redonner sa largeur normale avant de couler à nouveau sur elle du métal.
La machine pour la mise en aeuvre de ce procédé est caractérisée en ce qu'elle comprend une platine horizontale ayant une surface supérieure plane définissant un large côté d'une cavité de moule, un moyen pour refroidir la platine, une bande de toile de coulée tissée recou vrant la platine, la toile de coulée étant formée de brins qui ne sont pas endommagés par la haute tem pérature du métal fondu et qui ne sont pas mouillés par ce dernier et étant également molle et souple de façon que le poids du métal fondu remplissant la cavité du moule presse la toile de coulée de haut en bas en bon contact conducteur de la chaleur avec la platine,
la toile de coulée ayant des interstices et des irrégularités superficiels qui sont imprimés sur la surface du métal lorsque ce dernier se solidifie de façon que la toile de coulée adhère par frottement à la surface du métal et soit amenée à subir un retrait en largeur avec le métal à mesure que le métal subit un retrait dans le sens transversal pendant la solidi fication et le refroidissement, et un moyen pour faire avancer la toile de coulée à travers la cavité du moule à une vitesse uniforme pendant l'écoulement du métal fondu dans l'extrémité d'entrée de la cavité du moule.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de la machine objet de l'inven tion pour la mise en oeuvre du procédé également objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en bout de la machine à couler les métaux, à fonctionnement continu, mon trant son extrémité de réception du métal, l'ajutage d'admission du métal et le réservoir étant enlevé ; la façon dont la partie supérieure de la machine peut basculer est représentée en traits interrompus.
La fig. 2 est une vue partielle à plus grande échelle montrant l'extrémité d'entrée de la machine, le réservoir et l'ajutage d'admission du métal étant également représentés en partie ; la fig. 3 est une coupe longitudinale de la ma chine, suivant la ligne 3-3 de la fig. 1 ; la fig. 4 est une coupe partielle à plus grande échelle suivant la ligne 4-4 de la fig. 3, montrant l'un des ensembles de coulée des bords ; la fig. 5 est une coupe partielle, à encore plus grande échelle, suivant la ligne 5-5 de la fig. 4 ;
la fig. 6 est une coupe partielle suivant la ligne 6-6 de la fig. 5 ; la fig. 7 est une coupe partielle suivant la ligne 7-7 de la fig. 4 ; la fi,-. 8 est une vue en plan de la machine dans son ensemble ; la fig. 9 est une vue de côté schématique de la machine représentée sur la fig. 8 ; la fig. 10 est une vue de face partielle, à beau coup plus grande échelle, de l'une des barres de gui dage, montrant les nervures qui ont tendance à écar ter la bande de coulée ;
la fig. 11 est une coupe partielle à encore plus grande échelle suivant la ligne 11-11 de la fig. 10 ; la fig. 12 est une vue à plus grande échelle d'une petite partie de l'une des courroies de coulée tissée, montrant d'une manière exagérée la façon dont le tissu subit un retrait dans le sens longitudinal et dans le sens transversal avec le métal à: mesure que ce dernier refroidit ; 1a fig. 13 est une coupe partielle à beaucoup plus grande échelle montrant la relation d'une platine, d'une courroie en tissu et de la pièce coulée métal lique ;
la fie.. 14 est une autre coupe partielle, analogue à celle de la fig. 13 mais à plus petite échelle, mon trant une variante de la courroie en tissu avec une bande métallique se trouvant au-dessous d'elle.
La machine à couler les métaux à fonctionne ment continu repose sur un bâti de base 1 qui com prend deux plaques verticales espacées 2. A l'inté rieur des plaques verticales 2 se trouvent deux pla ques verticales réglables 3, dont la position est déter minée par des vis de réglage 4. Les plaques verticales réglables 3 supportent entre leurs extrémités supé rieures une platine inférieure 5 dans laquelle sont incorporés des conduits appropriés ou une chambre 6 pour faire circuler un agent de refroidissement comme l'eau.
Derrière la platine 5 se trouve un rouleau de commande refroidi par eau 7. A l'extrémité anté rieure de la platine 5 se trouve une barre de guidage semi-circulaire 8. Sous le rouleau de commande 7 et la barre de guidage 8 se trouvent des rouleaux de guidage 9 qui, avec le rouleau de commande 7 et la barre de guidage 8, définissent un rectangle au tour duquel est enroulée une bande de coulée en toile tissée 10 qui sera décrite plus en détail ci-après. Entre les rouleaux de guidage 9 se trouve un rou leau oblique 11 qui peut être disposé légèrement à l'écart d'une position parallèle avec les rouleaux de guidage 9 de façon à effectuer un réglage latéral de la bande de coulée 10.
D'un côté des plaques verticales 2 se trouve une console de montage 12 qui supporte à pivot un bâti 13 sur un arbre pivot 14. Le bâti 13 comprend des plaques latérales espacées 15 qui sont reliées à leurs extrémités inférieures par une platine supérieure 16, analogue à la platine inférieure 5 excepté qu'elle est légèrement plus courte. Des conduits de refroidisse ment appropriés ou une chambre de refroidissement 17 sont prévus dans la platine supérieure 16.
Derrière la platine supérieure 16 se trouve un rouleau de commande refroidi par eau 18 et devant la platine supérieure se trouve une barre de guidage semi-cylindrique 19 correspondant à la barre de gui dage 8. Au-dessus de la barre de guidage et des rou leaux de commande, pour définir avec eux l'angle d'un rectangle, se trouvent deux rouleaux de guidage 20, et entre la barre de guidage 19 et l'un des rou leaux de guidage 20 se trouve un rouleau oblique 21 correspondant au rouleau 11. Une bande de coulée 10 identique à la barde de coulée qui passe sur la platine inférieure 5 est enroulée autour du rouleau de commande, des rouleaux de guidage et de la barre de guidage.
Du fait que la platine supérieure 16 est plus courte que la platine inférieure 5, les rouleaux de guidage 20 sont espacés d'une plus grande dis tance de la platine supérieure 16 que les rouleaux de guidage 9 le sont de la platine inférieure 5, de façon à pouvoir utiliser des bandes de coulée identi ques 10.
Le bâti 13 est muni d'un contrepoids 22 et d'une vis de basculement appropriée 23 dans le but de dé placer la platine supérieure 16 et son ensemble asso cié entre la position indiquée en traits pleins et la position indiquée en traits interrompus sur la fig. 1.
Deux bâtis 25 sont supportés de façon appro priée par des consoles 24 derrière la platine infé rieure 5 et l'ensemble associé, comme indiqué en partie sur la fig. 3, et supportent une paire d'ensem bles de coulée des bords 26 qui sont destinés à pivo ter entre la position en traits pleins et la position en traits interrompus représentée schématiquement sur la fig. 8. Comme on le voit en particulier sur les fig. 4, 5, 6 et 7, chaque ensemble de coulée 26 comprend un pignon<I>27a</I> et une roue de guidage<I>27b</I> autour de laquelle passe une chaîne 28.
Le pignon et les roues de guidage<I>27a</I> et<I>27b</I> présentent des axes verticaux et l'axe du pignon postérieur 27a peut coïncider avec l'axe de rotation du bâti 25 sur la console de montage correspondante 24. La roue antérieure 27b de chaque ensemble de coulée 26 se trouve légèrement en avant de la pla tine inférieure 5. Le plan défini par les roues 27a et 27b et la chaîne 28 de chaque ensemble se trouve entre les bandes de coulée inférieure et supérieure. Chaque chaîne 28 présente une série de segments de coulée des bords 29 reliés aux maillons de la chaîne de façon que cette dernière soit rectiligne, les extré mités des segments étant en relation continue les unes avec les autres.
L'un des brins de chaque chaîne est disposé de façon que les segments 29 portés par eux passent entre les bandes de coulée supérieure et inférieure.
Entre les roues<I>27a</I> et<I>27b</I> de chaque ensemble 26 s'étend un bâti de liaison 30 présentant un élé ment en U de retenue 31 dans lequel est disposée une barre d'appui 32, qui s'appuie contre le dos de la chaîne correspondante 28 pour guider les seg ments de coulée 29 entre les bandes de coulée 10. La barre latérale est soutenue par des vis de fixa tion et sa surface en regard de la chaîne est profilée de façon qu'avec un réglage correct des vis de fixa tion, les segments de coulée 29 puissent être déplacés vers l'intérieur de manière à passer entre les roues antérieure et postérieure<I>27a</I> et<I>27b</I> pour compenser le retrait latéral de la pièce coulée métallique entre elles.
Afin de faciliter l'utilisation de la barre d'ap pui 32, les chaînes 28 sont du type ayant des galets 35 qui roulent sur le bord de la barre. En outre, les chaînes sont munies de pattes 36 qui se trouvent au-dessus et au-dessous de la barre ou piste comme on le voit en particulier sur la fig. 6. Une ou plu sieurs des vis de fixation 34 peuvent faire saillie dans des logements associés ménagés dans la barre 32 de façon à empêcher la barre de se déplacer lon gitudinalement.
Devant la barre de guidage 8 se trouve une barre transversale 37 à laquelle est soudé un dis positif de serrage inférieur 38 du bloc d'ajutage qui coopère avec un dispositif de serrage supérieur 39 du bloc d'ajutage pour fixer un bloc d'ajutage 40 entre eux. Les extrémités des dispositifs de serrage 38 et 39 faisant face aux barres de guidage infé rieure et supérieure 8 et 19 sont biseautées pour dé gager les bandes de coulée 10. Le bloc d'ajutage 40 est en une matière réfractaire appropriée et s'étend entre les bandes de coulée 10 dans la région où les bandes de coulée se déplacent sur leurs platines res pectives et sont en relation parallèle.
L'épaisseur du bloc d'ajutage 40 est sensiblement égale à l'épaisseur de la barre de métal à couler et présente une série de passages axiaux 41. Au voi sinage des extrémités latérales du bloc d'ajutage 40, les passages 41 divergent de façon à répartir unifor mément le métal fondu sur les bandes de coulée. Le bloc d'ajutage se trouve légèrement en arrière des roues antérieures 27b des ensembles de coulée 26, comme on le voit sur la fig. 4.
En avant du bloc d'ajutage 40 se trouve un ré servoir 42 présentant un ajutage approprié 43 qui peut être amené en regard du bloc d'ajutage 40, comme représenté sur la fig.. 2. Le métal fondu con tenu dans le réservoir 42 est déchargé par l'ajutage 43 et le bloc d'ajutage 40 dans l'espace compris entre les bandes de. coulée 10 et les segments de cou lée 29. Un tube 44 réservé à un agent de refroidisse ment est prévu sous le dispositif de serrage infé rieur 38 pour réduire au minimum la déformation du dispositif de serrage inférieur, comme représenté sur la fig. 2.
En arrière des consoles de montage 24, c'est- à-dire en arrière du rouleau de commande 7, se trouve un ensemble de 'commande d'avance 45. L'en semble de commande d'avance comprend une char pente qui supporte un jeu de rouleaux inférieurs 46 et un jeu de rouleaux supérieurs 47. Ces rouleaux sont réglés de façon à venir au contact des surfaces opposées du métal coulé et à tirer le métal solide à mesure qu'il sort d'entre les bandes de coulée. Des rouleaux latéraux 48 sont prévus pour effectuer un réglage latéral du métal coulé solide passant entre les rouleaux 46 et 47.
Les ensembles de coulée inférieur et supérieur comprennent respectivement la platine inférieure 5, la platine supérieure 16, les ensembles de coulée marginaux 26 et l'ensemble de commande d'avance 45 et sont synchronisés en fonctionnement par un moyen de commande approprié représenté en partie sur la fig. 1, se trouvant d'un côté du bâti de base 1. A titre illustratif, on va se référer à la vue schémati que de la fig. 9.
Le moyen de commande comprend un moteur 49 qui transmet une force à un moyen de réglage de vitesse 50 ayant des prises de force appropriées 51, 52 et 53 reliées respectivement à l'ensemble de com mande d'avance 45, au rouleau de commande infé rieur 9 et au rouleau de commande supérieur 18. En outre, une prise de force qui comprend les pignons coniques 54 représentés sur la figure 3 actionne les pignons postérieurs des ensembles de coulée margi naux 26.
Les vitesses des diverses prises de force sont coordonnées de façon que les courroies de cou lée et les segments de coulée se déplacent essentielle ment à la même vitesse, et l'ensemble de commande d'avance 45 est réglé pour déplacer la matière cou lée à la vitesse correcte pour réduire au minimum les efforts de tension ou de compression dans la matière à mesure qu'elle est coulée.
Il est essentiel au fonctionnement de la machine que les bandes de coulée 10 soient formées en une matière tissée capable de subir un retrait à la fois dans le sens longitudinal et dans le sens transversal de façon à suivre le retrait du métal à mesure qu'il refroidit de son état fondu à son état entièrement solide.
Il s'est avéré que pour couler l'aluminium, on peut utiliser une toile de verre pour les bandes de coulée. Ceci est vrai même si la toile de verre se ramollit ou s'affaiblit si elle est chauffée à la tem pérature de l'aluminium fondu. En pratique, ceci ne se produit pas en raison du contact entre la toile de verre et la platine refroidie.
En d'autres termes, bien que la toile de verre présente des propriétés calorifuges, elle est capable de conduire la chaleur de façon à empêcher une destruction de la surface qui est en contact avec le métal fondu. En pratique, une seule courroie en toile de verre peut supporter un fonctionnement continu de plusieurs jours sans être remplacée. La toile de verre est relativement peu coûteuse et peut être rem placée à la fin de chaque opération normale.
Les propriétés isolantes de la toile de verre dif fusent la chaleur du métal fondu à la platine refroi die de façon à protéger la platine d'un choc thermi que excessif et, par conséquent, la durée de vie en service de la platine est prolongée dans une grande mesure. Les platines fixes atteignent un état de gra dient de température stable et constant pendant l'opé ration de coulée et ne sont pas soumises à un chauf fage et à un refroidissement alternés, comme dans le cas des bandes de coulée.
Le tissu tissé présente un avantage particulier par rapport à une bande en tôle ou solide, une pla tine ou une enveloppe de rouleau. Lorsqu'une telle bande métallique est chauffée d'un côté et refroidie de l'autre côté, ou qu'il existe une différence de tem pérature, le côté chaud se dilate par rapport au côté froid et, en raison de sa nature rigide, la bande se soulève et se déforme à partir du côté froid. Ceci ne se produit pas avec un tissu tissé souple.
En outre, si la bande métallique est protégée à l'encontre d'un gauchissement ou si l'élément est une platine ou un rouleau fortement renforcé, la sur face se dilate encore et est soumise à une compres- sion. Si la surface est chauffée et refroidie de façon répétée, il en résulte une fatigue thermique et la sur face se craquèle ou se fissure . Ceci ne se produit pas en utilisant un tissu tissé souple.
Une autre particularité plus importante résultant de l'utilisation d'un tissu tissé est qu'il peut se con tracter ou subir un retrait librement en corrélation précise avec le retrait du métal à mesure qu'il passe de l'état fondu à l'état entièrement solide. Le métal, qui ne mouille pas la matière tissée, recouvre les interstices et provoque apparemment un blocage mu tuel mécanique superficiel avec la surface, de façon que lorsque chaque tronçon de métal correspondant à la distance comprise entre les brins adjacents de la matière tissée subit un retrait, les brins se rap prochent facilement l'un de l'autre sans conférer d'effort de traction au métal en cours de coulée.
Ceci est particulièrement important pendant le stade cri tique dans lequel le métal est essentiellement à l'état semi-solide et presque dépourvu de résistance à la traction. Au cours de ce stade critique, une résistance quelconque au retrait du métal engendre des fissures ou des vides dans le métal. En fait, l'obtention de ce retrait libre du métal a posé l'un des problèmes principaux de la machine à couler classique.
Afin de montrer le retrait de la matière tissée qui se produit à la fois dans le sens longitudinal et dans le sens transversal, on va se référer à la fia. 12. En cours de retrait, les brins individuellement ne chan gent pas de dimension ; mais les espaces compris entre les brins diminuent. Il est inutile que la matière constituant les brins subisse un retrait proportionnel au retrait du métal coulé, du fait que la diminution de l'espace entre les brins ne fait que légèrement aug menter les ondulations des brins individuels. Un tra vail important n'est pas nécessaire pour le réaliser par conséquent, aucune résistance appréciable au re trait n'est transmise de la matière tissée au métal coulé.
La corrélation entre le retrait de la matière tissée et le métal coulé est probablement améliorée par le fait que le métal en recouvrant l'espace com pris entre les brins effectue un blocage mécanique superficiel, comme représenté par les ondulations A du métal coulé B, comme représenté sur la fig. 13. Une condition importante de la matière utilisée pour les bandes de coulée est qu'elle ne soit pas mouillée par le métal fondu et les fibres de verre satisfont à cette condition.
Bien qu'il se soit avéré satisfaisant d'utiliser une bande de coulée 10 constituée uniquement par une matière tissée, il est possible d'utiliser une bande de coulée stratifiée ayant une couche externe en matière tissée et une couche interne en matière en feuille, comme représenté sur la fig. 14. Dans ce cas, la couche externe 10a peut être en toile de verre ou tissu, tandis que la couche interne lob peut être en tôle. La tôle constitue en fait une platine mobile et en fait, son côté intérieur peut venir en contact di rect avec un agent de refroidissement.
Attendu que les minces bandes métalliques sont encore plus sen- Bibles au choc thermique qu'une platine épaisse, la fonction d'une matière tissée, en particulier s'il s'agit d'une matière ayant des qualités isolantes, comme une toile de verre, est particulièrement avantageuse.
Du fait que le métal a tendance à soumettre les bandes de coulée 10 latéralement à un retrait, pen dant la coulée, il est souhaitable d'utiliser un moyen classique pour provoquer un allongement latéral des bandes de coulée. Il est coutumier, en pratique, de prévoir dans une machine utilisant des bandes trans porteuses en tissu ou matière analogue des rouleaux spéciaux qui sont rainurés ou autrement agencés pour frotter latéralement sur la toile pour atteindre ce résultat.
Un moyen permettant d'y parvenir est représenté sur les fig. 10 et 11. Ce moyen consiste essentielle ment à prévoir des rainures rudimentaires ou peu profondes 55 dans les barres de guidage 8 et 19. Les rainures sont ménagées hélicoïdalement vers la droite et vers la gauche à partir du centre des barres de guidage de façon à exercer une force de frotte ment latéral sur les bandes de coulée 10 à mesure qu'elles passent sur elles. On doit noter que la toile de verre présente, de façon inhérente, un certain degré d'élasticité qui par lui-même a tendance à agir de façon à provoquer un étalement latéral de la toile de fibre de verre, dès qu'elle n'est plus sou mise à l'effet du retrait du métal.
Il est très souhaitable que les surfaces des platines soient aussi planes que possible dans les conditions de fonctionnement. Même si elles sont refroidies par eau, il se produit un certain gauchissement ou une certaine flexion des côtés soumis à la chaleur provenant du métal. Bien que cela puisse être théo riquement compensé par un meulage initial en creux des surfaces, il est difficile de le réaliser en pratique. On peut effectuer également une compensation en plaçant des réchauffeurs en forme de bandes 56 au- dessous et au-dessus des platines 5 et 16, respective ment.
Ces réchauffeurs dilatent les côtés éloignés de la platine d'une façon correspondant à la dilatation de ses côtés rapprochés. En réglant la chaleur appli quée et en déterminant judicieusement l'emplace ment des réchauffeurs en forme de bandes, on ob tient une compensation satisfaisante de façon à pou voir régler la section droite de la matière en cours de coulée.
Method for casting metals and machine for carrying out this method The present invention relates to a method for casting metals in the form of a continuous sheet that is wider than it is thick and a machine for carrying out this method. .
One of the main problems inherent in a conventional metal casting machine using casting bands is apparently caused by the localized warping of the metal band due to its contact with hot metal. When a cold sheet, such as a water-cooled strip, is contacted with molten metal, the surface of the sheet or sheet lying against the hot metal becomes hotter than the surface exposed to cold water. The expansion of the hot sides causes the strip to bend or warp in the direction of the hot metal. Simultaneously, the molten metal begins to solidify from its surface inward; but due to the warping of the metal strip, the heat transmission from the metal to the strip is not uniform.
This results in irregular grain growth in the solidifying metal. The non-uniform cooling causes porous marks or spots and a lack of uniformity of density of the cast strip. This is particularly important if the cast strip is to be rolled or shaped, as further processing cannot be carried out successfully.
The problem is made more complex by the fact that the metal being cast undergoes significant shrinkage as it changes from the liquid state to the solid state. This is particularly true for aluminum and its alloys. As the metal solidifies it passes through a stage in which it exhibits virtually no tensile strength. The frictional contact between the casting strip and the metal is liable to subject the metal to tensile forces sufficient to cause the product to crack.
The present invention aims in particular to provide a casting process and a machine in which the aforementioned difficulties are entirely eliminated and the product thus obtained is a metal bar without defect, with fine grain, free from surface defects and having substantially no There is internal tension.
The inventive method of casting metals in a wider than thick continuous sheet form, in which a temporary coating is used to support the metal so that it is held stress-free as it solidifies. and cools, is characterized in that the molten metal is continuously cast onto a covering sheet formed of a material resistant to the heat of the molten metal and which is not wetted by it, while preventing said molten metal from flowing laterally beyond the lateral edges of the covering sheet, by advancing said covering sheet and the metal carried by it on a flat support surface,
in that said coating sheet is adhered to the surface of the metal so that the sheet is forced to contract in width with the metal when the latter contracts, in that the heat is expelled from the molten metal to through said coating and said support surface to solidify and cool it, in that said coating sheet is peeled from the surface of the solidified metal and brought back to its starting point, and in that said smoothing and spreading said cover sheet to restore it to its normal width before pouring metal over it again.
The machine for carrying out this method is characterized in that it comprises a horizontal platen having a flat upper surface defining a wide side of a mold cavity, means for cooling the platen, a band of casting cloth woven covering the plate, the casting cloth being formed of strands which are not damaged by the high temperature of the molten metal and which are not wetted by the latter and being also soft and flexible so that the weight of the molten metal filling the mold cavity presses the casting cloth from top to bottom in good heat conductive contact with the platen,
the sprue having interstices and surface irregularities which are imprinted on the surface of the metal as the latter solidifies such that the sprue frictionally adheres to the surface of the metal and is caused to shrink in width with the metal as the metal undergoes transverse shrinkage during solidification and cooling, and a means for advancing the sprue through the mold cavity at a uniform rate during the flow of molten metal through the inlet end of the mold cavity.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the machine which is the subject of the invention for implementing the method which is also the subject of the invention.
Fig. 1 is an end view of the continuously operating metal casting machine showing its metal receiving end with the metal inlet nozzle and reservoir removed; the way in which the upper part of the machine can tilt is shown in broken lines.
Fig. 2 is a partial view on a larger scale showing the inlet end of the machine, the reservoir and the metal inlet nozzle also being partially shown; fig. 3 is a longitudinal section of the machine, taken along line 3-3 of FIG. 1; fig. 4 is a partial section on a larger scale taken on line 4-4 of FIG. 3, showing one of the edge casting assemblies; fig. 5 is a partial section, on an even larger scale, on line 5-5 of FIG. 4;
fig. 6 is a partial section taken on line 6-6 of FIG. 5; fig. 7 is a partial section taken on line 7-7 of FIG. 4; the fi, -. 8 is a plan view of the machine as a whole; fig. 9 is a schematic side view of the machine shown in FIG. 8; fig. 10 is a partial front view, on a much larger scale, of one of the guide bars, showing the ribs which tend to separate the casting strip;
fig. 11 is a partial section on an even larger scale taken on line 11-11 of FIG. 10; fig. 12 is an enlarged view of a small portion of one of the woven casting belts, showing in an exaggerated manner how the fabric undergoes shrinkage in the longitudinal direction and in the transverse direction with the metal at : as the latter cools; 1a fig. 13 is a partial section on a much larger scale showing the relationship of a platen, a fabric belt and the metal casting;
the fie .. 14 is another partial section, similar to that of FIG. 13 but on a smaller scale, showing a variation of the fabric strap with a metal strip below it.
The continuously operating metal casting machine rests on a base frame 1 which comprises two vertical plates spaced apart 2. Inside the vertical plates 2 are two adjustable vertical plates 3, the position of which is determined. by adjusting screws 4. The adjustable vertical plates 3 support between their upper ends a lower plate 5 in which are incorporated suitable conduits or a chamber 6 for circulating a cooling agent such as water.
Behind stage 5 is a water-cooled drive roller 7. At the front end of stage 5 is a semicircular guide bar 8. Below drive roller 7 and guide bar 8 are located. guide rollers 9 which, together with the control roller 7 and the guide bar 8, define a rectangle around which is wound a woven fabric casting strip 10 which will be described in more detail below. Between the guide rollers 9 is an oblique roller 11 which can be arranged slightly away from a position parallel to the guide rollers 9 so as to effect a lateral adjustment of the casting strip 10.
On one side of the vertical plates 2 is a mounting bracket 12 which pivotally supports a frame 13 on a pivot shaft 14. The frame 13 comprises spaced side plates 15 which are connected at their lower ends by an upper plate 16, similar to lower plate 5 except that it is slightly shorter. Suitable cooling ducts or a cooling chamber 17 are provided in the upper plate 16.
Behind the upper stage 16 is a water-cooled drive roller 18 and in front of the upper stage is a semi-cylindrical guide bar 19 corresponding to the guide bar 8. Above the guide bar and wheels. The control waters, to define with them the angle of a rectangle, there are two guide rollers 20, and between the guide bar 19 and one of the guide rollers 20 there is an oblique roller 21 corresponding to the roller 11. A casting tape 10 identical to the casting tape which passes over the bottom plate 5 is wound around the drive roller, guide rollers and guide bar.
Because the upper plate 16 is shorter than the lower plate 5, the guide rollers 20 are spaced a greater distance from the upper plate 16 than the guide rollers 9 are from the lower plate 5, so so that identical casting strips can be used 10.
The frame 13 is provided with a counterweight 22 and an appropriate tilting screw 23 in order to move the upper plate 16 and its associated assembly between the position indicated in solid lines and the position indicated in broken lines on the diagram. fig. 1.
Two frames 25 are suitably supported by consoles 24 behind the lower plate 5 and the associated assembly, as indicated in part in FIG. 3, and support a pair of edge casting assemblies 26 which are intended to pivot between the solid line position and the dashed line position shown schematically in FIG. 8. As can be seen in particular in FIGS. 4, 5, 6 and 7, each casting assembly 26 comprises a pinion <I> 27a </I> and a guide wheel <I> 27b </I> around which a chain 28 passes.
The pinion and the guide wheels <I> 27a </I> and <I> 27b </I> have vertical axes and the axis of the rear pinion 27a can coincide with the axis of rotation of the frame 25 on the console assembly 24. The front wheel 27b of each casting assembly 26 lies slightly forward of the lower plate 5. The plane defined by the wheels 27a and 27b and chain 28 of each assembly lies between the casting strips. lower and upper. Each chain 28 has a series of edge casting segments 29 connected to the chain links so that the chain is rectilinear, the ends of the segments being in continuous relationship with one another.
One of the strands of each chain is arranged so that the segments 29 carried by them pass between the upper and lower casting belts.
Between the wheels <I> 27a </I> and <I> 27b </I> of each assembly 26 extends a connecting frame 30 having a U-shaped retaining element 31 in which is disposed a support bar 32, which rests against the back of the corresponding chain 28 to guide the casting segments 29 between the casting strips 10. The side bar is supported by fixing screws and its surface facing the chain is profiled so that with correct adjustment of the fixing screws, the casting segments 29 can be moved inwards so as to pass between the anterior and posterior wheels <I> 27a </I> and <I> 27b < / I> to compensate for the lateral shrinkage of the metal casting between them.
In order to facilitate the use of the support bar 32, the chains 28 are of the type having rollers 35 which roll over the edge of the bar. In addition, the chains are provided with tabs 36 which are located above and below the bar or track as can be seen in particular in FIG. 6. One or more of the fixing screws 34 may protrude into associated housings provided in the bar 32 so as to prevent the bar from moving longitudinally.
In front of the guide bar 8 is a transverse bar 37 to which is welded a lower clamping device 38 of the nozzle block which cooperates with an upper clamping device 39 of the nozzle block to fix a nozzle block 40 between them. The ends of the clamps 38 and 39 facing the lower and upper guide bars 8 and 19 are bevelled to disengage the casting strips 10. The nozzle block 40 is of a suitable refractory material and extends between the casting strips 10 in the region where the casting strips move on their respective platens and are in parallel relation.
The thickness of the nozzle block 40 is substantially equal to the thickness of the metal bar to be cast and has a series of axial passages 41. At the voi sinage of the lateral ends of the nozzle block 40, the passages 41 diverge from so as to evenly distribute the molten metal on the casting strips. The nozzle block is located slightly behind the front wheels 27b of the casting assemblies 26, as seen in FIG. 4.
In front of the nozzle block 40 is a tank 42 having a suitable nozzle 43 which can be brought opposite the nozzle block 40, as shown in FIG. 2. The molten metal contained in the tank 42 is discharged through the nozzle 43 and the nozzle block 40 in the space between the bands. casting 10 and the casting segments 29. A coolant tube 44 is provided under the lower clamp 38 to minimize deformation of the lower clamp, as shown in FIG. 2.
Behind the mounting brackets 24, i.e., behind the drive roller 7, is a feed control assembly 45. The feed control assembly includes a slope tank which supports a set of lower rollers 46 and a set of upper rollers 47. These rollers are adjusted to contact opposing surfaces of the cast metal and to pull the solid metal as it exits between the casting strips. Side rollers 48 are provided for lateral adjustment of the solid cast metal passing between rollers 46 and 47.
The lower and upper casting assemblies respectively comprise the lower stage 5, the upper stage 16, the marginal casting assemblies 26 and the advance control assembly 45 and are synchronized in operation by suitable control means shown in part in fig. 1, located on one side of the base frame 1. By way of illustration, reference will be made to the schematic view of FIG. 9.
The control means comprises a motor 49 which transmits a force to a speed control means 50 having suitable power take-offs 51, 52 and 53 respectively connected to the advance control assembly 45, to the lower control roller. laughter 9 and the upper drive roller 18. Further, a power take-off which includes the bevel gears 54 shown in Fig. 3 drives the rear gears of the marginal casting assemblies 26.
The speeds of the various power take-offs are coordinated so that the casting belts and casting segments move at essentially the same speed, and the advance control assembly 45 is set to move the cast material at the same speed. the correct speed to minimize tensile or compressive forces in the material as it is poured.
It is essential to the operation of the machine that the casting strips 10 be formed of a woven material capable of shrinking both longitudinally and transversely so as to follow the shrinkage of the metal as it is removed. cools from its molten state to its fully solid state.
It turned out that for casting aluminum, one can use a glass cloth for the casting bands. This is true even if the glass cloth softens or weakens if it is heated to the temperature of molten aluminum. In practice, this does not happen due to the contact between the glass cloth and the cooled stage.
In other words, although the glass cloth exhibits heat insulating properties, it is able to conduct heat so as to prevent destruction of the surface which is in contact with the molten metal. In practice, a single glass cloth belt can withstand continuous operation for several days without being replaced. Glass cloth is relatively inexpensive and can be replaced at the end of each normal operation.
The insulating properties of the glass cloth diffuse the heat from the molten metal to the chilled platen so as to protect the platen from excessive thermal shock and, therefore, the in-service life of the platen is extended over time. to a great extent. Stationary stages achieve a stable and constant temperature gradient during the casting operation and are not subjected to alternating heating and cooling, as in the case of casting belts.
The woven fabric has a particular advantage over sheet metal or solid strip, platen or roll wrap. When such a metal strip is heated on one side and cooled on the other side, or there is a difference in temperature, the hot side expands from the cold side and, due to its rigid nature, the tape rises and deforms from the cold side. This does not happen with a soft woven fabric.
Further, if the metal strip is protected against warping or if the element is a heavily reinforced platen or roller, the surface further expands and is subjected to compression. If the surface is repeatedly heated and cooled, thermal fatigue results and the surface cracks or cracks. This does not happen when using a soft woven fabric.
Another more important feature resulting from the use of a woven fabric is that it can contract or shrink freely in precise correlation with the shrinkage of the metal as it passes from molten state to shrinkage. fully solid state. The metal, which does not wet the woven material, covers the interstices and apparently causes a surface mechanical mutual blockage with the surface, so that when each section of metal corresponding to the distance between the adjacent strands of the woven material experiences a withdrawal, the strands are easily brought closer to each other without imparting tensile force to the metal during casting.
This is particularly important during the critical stage in which the metal is essentially in a semi-solid state and almost devoid of tensile strength. During this critical stage, any resistance to metal shrinkage results in cracks or voids in the metal. In fact, obtaining this free metal shrinkage has posed one of the main problems of the conventional casting machine.
In order to show the shrinkage of the woven material which occurs both in the longitudinal direction and in the transverse direction, reference will be made to fig. 12. During withdrawal, the individual strands do not change dimension; but the spaces between the strands decrease. There is no need for the strand material to undergo shrinkage proportional to the shrinkage of the cast metal, since the decrease in the space between the strands only slightly increases the undulations of the individual strands. Much labor is not required to achieve it, therefore, no appreciable resistance to shrinkage is imparted from the woven material to the cast metal.
The correlation between the shrinkage of the woven material and the cast metal is probably improved by the fact that the metal covering the space between the strands performs a surface mechanical blocking, as represented by the corrugations A of the cast metal B, as shown in fig. 13. An important condition of the material used for the casting strip is that it is not wetted by the molten metal and the glass fibers meet this condition.
Although it has been found satisfactory to use a casting tape 10 made only of a woven material, it is possible to use a laminated casting tape having an outer layer of woven material and an inner layer of sheet material, as shown in fig. 14. In this case, the outer layer 10a may be of glass cloth or fabric, while the inner lob layer may be of sheet metal. The sheet in fact constitutes a movable plate and in fact its interior side can come into direct contact with a cooling medium.
Whereas thin metal bands are even more sensitive to thermal shock than thick platinum, the function of a woven material, especially if it is a material with insulating qualities, such as a cloth. glass, is particularly advantageous.
Because the metal tends to shrink the casting strips laterally during casting, it is desirable to use conventional means to cause lateral elongation of the casting strips. It is customary in practice to provide in a machine using conveyor belts of fabric or the like material special rollers which are grooved or otherwise arranged to rub laterally on the fabric to achieve this result.
A means for achieving this is shown in FIGS. 10 and 11. This means essentially consists in providing rudimentary or shallow grooves 55 in the guide bars 8 and 19. The grooves are formed helically to the right and to the left from the center of the guide bars so as to exerting a lateral frictional force on the casting strips 10 as they pass over them. It should be noted that the fiberglass cloth inherently exhibits a certain degree of elasticity which by itself tends to act so as to cause lateral spreading of the fiberglass cloth as soon as it does not. is more subject to the effect of metal shrinkage.
It is highly desirable that the surfaces of the stages be as flat as possible under operating conditions. Even if they are water-cooled, there is some warping or bending of the sides subjected to heat from the metal. Although this can theoretically be compensated for by an initial recessed grinding of the surfaces, it is difficult to achieve in practice. Compensation can also be effected by placing band-shaped heaters 56 below and above the plates 5 and 16, respectively.
These heaters expand the far sides of the platen in a manner corresponding to the expansion of its near sides. By controlling the heat applied and by judiciously determining the location of the strip heaters, a satisfactory compensation is obtained so as to be able to adjust the cross section of the material being cast.