EP0477119A1 - Dispositif intermédiaire pour la coulée de pièces moulées - Google Patents

Dispositif intermédiaire pour la coulée de pièces moulées Download PDF

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EP0477119A1
EP0477119A1 EP91470021A EP91470021A EP0477119A1 EP 0477119 A1 EP0477119 A1 EP 0477119A1 EP 91470021 A EP91470021 A EP 91470021A EP 91470021 A EP91470021 A EP 91470021A EP 0477119 A1 EP0477119 A1 EP 0477119A1
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mold
casting
face
upper face
flat
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EP0477119B1 (fr
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Daniel Boudot
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Pont a Mousson SA
Original Assignee
Pont a Mousson SA
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D18/00—Pressure casting; Vacuum casting
    • B22D18/04—Low pressure casting, i.e. making use of pressures up to a few bars to fill the mould

Definitions

  • the present invention relates to an intermediate wear device for implementing a process for the low pressure casting of molded parts.
  • It relates more particularly to an intermediate wear device for the implementation of a process for the low pressure casting of molded parts of metal alloy with high melting point such as cast iron, steel, superalloy from a melting furnace or ladle in a sand mold, under the driving pressure of a gas, by feeding the mold from the bottom up.
  • French patent No. 1,187,724 discloses a pressurized mold supply tube.
  • the upper end of the supply tube is fixed to a housing.
  • a mixture fills the voids between the housing and the supply tube, thus ensuring a seal.
  • a ring is mounted on the upper part of the housing.
  • the intermediate device produced according to patent FR-A-1 187 724 does not prevent or reduce the thermal and mechanical stresses undergone by the supply tube. Indeed, this device although placed in the upper part surrounds the tube, which rises as high as the device. The cooling of the metal starts from the top. So the tube undergoes more violent thermal shocks than the device which is distant from the metal by the thickness of the tube.
  • the metal solidifies in the supply tube.
  • the solidified metal is removed mechanically, which causes mechanical shock in the tube.
  • the oven must be stopped and then dried, which immobilizes said melting furnace or the ladle and the mold.
  • the present invention aims to remedy these drawbacks, and to provide various advantages consisting essentially in reducing the wear of the supply tube or the pouring channel supplying the mold with liquid metal, by eliminating mechanical and thermal shocks in the tube or in the channel.
  • Another object of the invention is to eliminate the risks of leakage of liquid metal.
  • the intermediate wear device for implementing a process for the low pressure casting of molded parts is characterized according to the invention in that, the upper part of said device is positioned in contact with the lower part of said mold, the device being centered relative to the casting well open towards the bottom of the mold, the lower part of the device coming into contact with the upper face of the pouring nose.
  • the latter In order to withstand very high temperatures and so as to press constantly on the entire upper face of the device, the latter comprises the following parts, a ring having a flat base on its underside and a hollow cylindrical internal part opening out at its upper face and at its lower face, a cylindrical sleeve of refractory material, its outer casing fitting into the hollow internal part of the ring by the interposition of grouted concrete, the upper and lower faces of the sleeve coming at the level upper and lower faces of the ring.
  • a seal is interchangeable with respect to the mold and with respect to the device according to the invention formed by the ring and the sleeve.
  • the intermediate device for implementing a process for the low pressure casting of parts molded from a high-melting metal alloy such as cast iron, steel, superalloy cast in a sand mold fed from the bottom up is characterized in that it has a flat upper face and a flat lower face, the upper face being included in a plane parallel to said lower face.
  • the intermediate wear device has an upper face merged in the same horizontal plane as the lower face of the mold.
  • the device according to the invention comprises a hollow cylindrical internal part extending the runner in a regular section and connected to the supply well of the mold.
  • this device is removable, being fixed in a removable manner relative to the pouring nose.
  • said device comprises a sealed and refractory junction between the sleeve and the refractory lining of the channel of the pouring nose obtained by a bead of rammed earth crushed by the positioning of the device, said bead forming a joint.
  • the feed tube forming a low pressure runner supplying an impression of a blind sand mold comprises at least one pouring well open downwards, the metal being brought to the impression by means of the pouring well. by the gas pressure above atmospheric pressure, on the free surface of the liquid metal contained in a sealed enclosure.
  • Fig. 1 schematically shows, in vertical section, an intermediate wear device according to the invention.
  • Fig. 2 shows in perspective partially cut away, the device according to the invention formed by the assembly of the sleeve and the ring.
  • FIG. 1 The casting installation of FIG. 1 includes a sand mold 1 held on a mold support plate 2, an intermediate wear device 3 terminates a feed tube 5, embedded in a pouring nose of an oven.
  • the intermediate wear part 3 is applied to the upward casting under low pressure of a superalloy, this alloy being identical to those described in the patent of the Applicant No. 2,534,167.
  • the invention also applies to low pressure upward casting of cast iron (gray cast iron or ductile cast iron) or steel.
  • the supply tube 5 of refractory material, leading the liquid metal to the mold, is embedded in the nose 4 in adobe.
  • the junction between the supply tube 5 and the mold 1 is carried out using the intermediate wear device 3.
  • the upper face of the pouring nose 4 is flat and horizontal. It carries the intermediate device 3.
  • the intermediate device 3 comprises a ring 7 with a base in its lower part placed on the casting nose 4, said base covering the casting nose 4; moreover it comprises a refractory lining 8 made of rammed earth such as a basic magnesium aluminous, of the same internal and external diameter as the tube 5 so as to extend the latter.
  • the junction between the tube 5 and the sleeve 8 is obtained by a seal bead 9.
  • the intermediate device 3 crushes the seal 9 during its positioning.
  • the joint 9 is made of adobe.
  • the ring 7 Due to its base, the ring 7 has a smaller diameter at its upper part than at its lower part.
  • the ring 7 is made of cast refractory steel. Then the intermediate device is steamed to harden the rammed earth 18 between the ring 7 and the sleeve 8.
  • a seal 10 flat, flexible, annular and made of refractory material is placed at the top of the intermediate wear device.
  • the seal 10 as described for example in patent No. 2,295,808 in the name of the Applicant, provides sealing with the mold 1.
  • the flexibility of the seal 10 allows it to hold by pressure and without coating. This seal is tightened on its upper face by the mold 1 and on its lower face by the ring 7 and the sleeve 8.
  • the upper and lower faces of the intermediate device 3 are each contained in a plane parallel to the lower face of the mold 1. Thanks to this geometry, the risk of leaks is eliminated because the mold presses uniformly and cannot press so stronger on one side which would cause a leak. Sealing is also obtained by a good surface condition of the intermediate device which, being inexpensive and removable, is changed frequently at the first risk of leakage.
  • the intermediate wear device is housed inside the opening 11 of the mold support plate 2 which allows the centering of the mold 1 and the arrival of the liquid metal in the well 12 opening into the lower part of the blind mold 1.
  • the sand mold 1 is held by means of a jack 13 directed downwards and whose piston rod 14 carries a support plate 15 hinged at its lower end.
  • the liquid metal rises from the tube 5 in the intermediate device 3, then in the mold 1.
  • the metal in the mold solidifies to form the pieces, this solidification starts from the top and stops at a level below the mold 1, this level is represented by the dashed line 6, below this level the metal remains liquid after casting and returns to the furnace.
  • the traces of solidified metal are all found at the level of the device 3 which undergoes the first thermal shocks which solidify the metal. So the tube 5, which does not retain metal after casting, does not need to be cleaned.
  • the intermediate device 3 wears quickly and is removable to be changed at a more sustained frequency than the refractory tube 5. This device 3 is changed frequently. The change is quick because it is not mandatory to cool the oven completely. However, it is necessary that the tube 5 is cold.
  • the refractory sleeve 8 is of a hollow cylindrical shape, the internal wall of the cylinder being of a constant diameter over the height.
  • the external wall of the sleeve 8 cooperates with the hollow cylindrical internal wall of the ring 7 by means of a grouted concrete 18.
  • the height of the sleeve 8 is identical to the height of the ring 7.
  • Notches 17 are provided in the base 16 of the ring 7 to allow the passage of the fixing screws of the intermediate device according to the invention.
  • the intermediate wear device 3 can be placed on the upper face of a pouring channel comprising heating means (see patent FR-A 2,532,866 in the name of the Applicant).
  • Said device 3 can also be used in an installation for the low pressure casting of molded parts from a ladle in a mold, under the driving pressure of a gas, by feeding the mold from bottom to top, the differential pressure being subjected, on the side of the pocket, to a pressure different from that which prevails on the side of the mold.
  • This use of the device according to the invention reduces the maintenance costs of such an installation already patented by the Applicant under the number 2,556,996.

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Abstract

La partie supérieure du dispositif intermédiaire d'usure (3) est positionnée au contact de la partie inférieure du moule (1), le dispositif (3) étant centré par rapport au puits de coulée (12) ouvert vers le bas du moule (1), la partie inférieure du dispositif venant au contact de la face supérieure du nez de coulée (4). Application à la coulée sous basse pression de pièces moulées à partir d'un four de fusion ou d'une poche de coulée dans un moule. <IMAGE>

Description

  • La présente invention est relative à un dispositif intermédiaire d'usure pour la mise en oeuvre d'un procédé pour la coulée sous basse pression de pièces moulées.
  • Elle se rapporte plus particulièrement à un dispositif intermédiaire d'usure pour la mise en oeuvre d'un procédé pour la coulée sous basse pression de pièces moulées en alliage métallique à haut point de fusion tel que fonte, acier, superalliage à partir d'un four de fusion ou d'une poche de coulée dans un moule en sable, sous la pression motrice d'un gaz, en alimentant le moule de bas en haut.
  • On connaît par le brevet français n° 1 187 724 un tube d'alimentation de moule sous pression. L'extrémité supérieure du tube d'alimentation est fixée à un logement. Un mélange remplit les vides entre le logement et le tube d'alimentation, assurant ainsi un joint. Une bague est montée sur la partie supérieure du logement.
  • Le dispositif intermédiaire réalisé selon le brevet FR-A-1 187 724 n'empêche pas ou ne réduit pas les contraintes thermiques et mécaniques subies par le tube d'alimentation. En effet, ce dispositif bien que placé en partie haute entoure le tube, qui monte aussi haut que le dispositif. Le refroidissement du métal débute par le haut. Donc le tube subit des chocs thermiques plus violents que le dispositif qui est éloigné du métal de l'épaisseur du tube.
  • De plus au cours du refroidissement le métal se solidifie dans le tube d'amenée. Le métal solidifié est enlevé mécaniquement, ce qui entraîne des chocs mécaniques dans le tube.
  • La conjugaison des chocs thermiques et mécaniques entraîne une usure rapide du tube qui,dans un premier temps, détruit l'état de surface, ce qui provoque des fuites et, dans un deuxième temps oblige à remplacer le tube.
  • Cette réparation est onéreuse et demande beaucoup de temps.
  • En effet, il faut arrêter le four puis le sécher, ce qui immobilise ledit four de fusion ou la poche de coulée et le moule.
  • La présente invention vise à remédier à ces inconvénients, et à apporter divers avantages consistant essentiellement à diminuer l'usure du tube d'amenée ou du chenal de coulée alimentant le moule en métal liquide, en supprimant les chocs mécaniques et thermiques dans le tube ou dans le chenal.
  • Un autre but de l'invention est de supprimer les risques de fuite de métal liquide.
  • A cet effet, le dispositif intermédiaire d'usure pour la mise en oeuvre d'un procédé pour la coulée sous basse pression de pièces moulées, tel que défini ci-dessus, se caractérise selon l'invention en ce que, la partie supérieure dudit dispositif est positionnée au contact de la partie inférieure dudit moule, le dispositif étant centré par rapport au puits de coulée ouvert vers le bas du moule, la partie inférieure du dispositif venant au contact de la face supérieure du nez de coulée.
  • Afin de supporter des températures très élevées et de façon à appuyer de manière constante sur toute la face supérieure du dispositif, ce dernier comprend les pièces suivantes, une bague présentant une embase plate à sa face inférieure et une partie interne cylindrique creuse débouchant au niveau de sa face supérieure et au niveau de sa face inférieure, un manchon cylindrique en matériau réfractaire, son enveloppe extérieure s'ajustant dans la partie interne creuse de la bague par l'interposition de béton damé, les faces supérieure et inférieure du manchon venant au niveau des faces supérieure et inférieure de la bague.
  • Dans le but d'assurer l'étanchéité, un joint est interchangeable par rapport au moule et par rapport au dispositif selon l'invention formé par la bague et le manchon.
  • Dans une variante de réalisation avantageuse qui permet de répartir la pression provoquée par le poids du moule, le dispositif intermédiaire pour la mise en oeuvre d'un procédé pour la coulée sous basse pression de pièces moulées en alliage métallique à haut point de fusion tel que fonte, acier, superalliage coulé dans un moule en sable alimenté de bas en haut, se caractérise en ce qu'il présente une face supérieure plane et une face inférieure plane, la face supérieure étant comprise dans un plan parallèle à ladite face inférieure.
  • Le dispositif intermédiaire d'usure présente une face supérieure confondue dans le même plan horizontal que la face inférieure du moule.
  • Le dispositif selon l'invention comprend une partie interne cylindrique creuse prolongeant le chenal de coulée en une section régulière et connectée au puits d'alimentation du moule.
  • Afin de réparer rapidement en cas de fuite en changeant uniquement le dispositif selon l'invention, ce dispositif est amovible, étant fixé de manière démontable par rapport au nez de coulée.
  • En outre, ledit dispositif comprend une jonction étanche et réfractaire entre le manchon et le garnissage réfractaire du chenal du nez de coulée obtenue par un bourrelet de pisé écrasé par la mise en place du dispositif, ledit bourrelet formant joint.
  • Dans le but de restreindre les chocs thermiques et mécaniques au dispositif selon l'invention sans atteindre le chenal de coulée, il se caractérise en ce que sa partie interne creuse après la coulée contient dans sa portion supérieure tout le métal solidifié et toutes les crasses.
  • Le tube d'amenée formant chenal de coulée sous basse pression alimentant une empreinte d'un moule en sable borgne comprend au moins un puits de coulée ouvert vers le bas, le métal étant amené à l'empreinte par l'intermédiaire du puits de coulée par la pression de gaz supérieure à la pression atmosphérique, sur la surface libre du métal liquide contenu dans une enceinte étanche.
  • Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif et en regard des figures annexées, sur lesquelles :
  • La Fig. 1 représente schématiquement, en coupe verticale, un dispositif intermédiaire d'usure selon l'invention.
  • La Fig. 2 montre en perspective partiellement arrachée, le dispositif selon l'invention formé par l'assemblage du manchon et de la bague .
  • L'installation de coulée de la Fig. 1 comporte un moule en sable 1 maintenu sur un plateau porte-moule 2, un dispositif intermédiaire d'usure 3 termine un tube d'amenée 5, noyé dans un nez de coulée d'un four.
  • La pièce intermédiaire d'usure 3 est appliquée à la coulée ascendante sous basse pression d'un super-alliage, cet alliage étant identique à ceux décrits dans le brevet de la Demanderesse n°2 534 167. L'invention s'applique également à la coulée ascendante sous basse pression de fonte (fonte grise ou fonte ductile) ou d'acier.
  • Le tube d'amenée 5 en matériau réfractaire, conduisant le métal liquide vers le moule, est noyé dans le nez 4 en pisé.
  • La jonction entre le tube d'amenée 5 et le moule 1 est effectuée à l'aide du dispositif intermédiaire d'usure 3.
  • La face supérieure du nez de coulée 4 est plate et horizontale. Elle porte le dispositif intermédiaire 3.
  • Le dispositif intermédiaire 3 comprend une bague 7 à embase dans sa partie inférieure placée sur le nez de coulée 4, ladite embase recouvrant le nez de coulée 4 ; de plus il comprend un manchon réfractaire 8 en pisé tel qu'un alumineux magnésien basique, de même diamètre intérieur et extérieur que le tube 5 de manière à prolonger ce dernier. La jonction entre le tube 5 et le manchon 8 est obtenue par un bourrelet de joint 9. Le dispositif intermédiaire 3 écrase le joint 9 au cours de son positionnement. Le joint 9 est fait de pisé.
  • En raison de son embase la bague 7 présente un diamètre plus petit à sa partie supérieure qu'à sa partie inférieure.
  • La bague 7 est fabriquée en acier réfractaire coulé. Puis le dispositif intermédiaire est étuvé pour durcir le pisé 18 entre la bague 7 et le manchon 8.
  • Un joint 10, plat, souple, annulaire et en matériau réfractaire est placé à la partie supérieure du dispositif intermédiaire d'usure. Le joint 10, tel que décrit par exemple dans le brevet n° 2 295 808 au nom de la Demanderesse, assure l'étanchéité avec le moule 1.
  • La souplesse du joint 10 lui permet de tenir par pression et sans enduit. Ce joint est serré sur sa face supérieure par le moule 1 et sur sa face inférieure par la bague 7 et le manchon 8.
  • Les faces supérieure et inférieure du dispositif intermédiaire 3 sont chacune contenues dans un plan parallèle, à la face inférieure du moule 1. Grâce à cette géométrie, les risques de fuites sont éliminés car le moule appuie de manière uniforme et ne peut pas appuyer de manière plus forte d'un côté ce qui entraînerait une fuite. L'étanchéité est obtenue également par un bon état de surface du dispositif intermédiaire qui, étant peu onéreux et amovible, est changé fréquemment dès le premier risque de fuite.
  • Le dispositif intermédiaire d'usure vient se loger à l'intérieur de l'ouverture 11 du plateau porte-moule 2 qui permet le centrage du moule 1 et l'arrivée du métal liquide dans le puits 12 débouchant dans la partie inférieure du moule borgne 1.
  • Le moule en sable 1 est maintenu au moyen d'un vérin 13 dirigé vers le bas et dont la tige de piston 14 porte articulée à son extrémité inférieure une plaque d'appui 15.
  • Au cours du fonctionnement de l'installation le métal liquide monte du tube 5 dans le dispositif intermédiaire 3, puis dans le moule 1.
  • A la fin de la coulée le métal dans le moule se solidifie pour former les pièces, cette solidification commence par le haut et s'arrête à un niveau inférieur au moule 1, ce niveau est représenté par le trait mixte 6, en dessous de ce niveau le métal reste liquide après la coulée et retourne dans le four.
  • Les crasses plus légères que le métal remontent toutes au niveau du dispositif intermédiaire 3.
  • De même, les traces de métal solidifié se retrouvent toutes au niveau du dispositif 3 qui subit les premiers chocs thermiques qui solidifient le métal. Donc le tube 5 qui ne retient pas de métal après la coulée, n'a pas besoin d'être décrassé.
  • En raison du décrassage et des chocs thermiques provoqués par le refroidissement du moule 1, le dispositif intermédiaire 3 s'use vite et est amovible pour être changé à une fréquence plus soutenue que le tube réfractaire 5. Ce dispositif 3 est changé fréquemment. Le changement est rapide car il n'est pas obligatoire de refroidir entièrement le four. Toutefois, il est nécessaire que le tube 5 soit froid.
  • Le joint 10, s'usant encore plus vite que la bague 7 et le manchon 8, est changé encore plus souvent.
  • Comme le montre plus particulièrement la Fig. 2, le manchon réfractaire 8 est d'une forme cylindrique creuse, la paroi interne du cylindre étant d'un diamètre constant sur la hauteur. La paroi externe du manchon 8 coopère avec la paroi interne cylindrique creuse de la bague 7 par l'intermédiaire d'un béton damé 18.
  • La hauteur du manchon 8 est identique à la hauteur de la bague 7.
  • Des encoches 17 sont prévues dans l'embase 16 de la bague 7 pour permettre le passage des vis de fixation du dispositif intermédiaire suivant l'invention.
  • Le dispositif intermédiaire d'usure 3 peut être placé sur la face supérieure d'un chenal de coulée comportant des moyens de chauffage (voir le brevet FR-A 2 532 866 au nom de la Demanderesse).
  • Ledit dispositif 3 peut également être utilisé dans une installation pour la coulée sous basse pression de pièces moulées à partir d'une poche de coulée dans un moule, sous la pression motrice d'un gaz, en alimentant le moule de bas en haut, la pression différentielle étant soumise, du côté de la poche, à une pression différente de celle qui règne du côté du moule. Cette utilisation du dispositif selon l'invention réduit les coûts d'entretiens d'une telle installation déjà brevetée par la Demanderesse sous le n°2 556 996.

Claims (9)

1.- Dispositif intermédiaire pour la mise en oeuvre d'un procédé pour la coulée de pièces moulées en alliage métallique à haut point de fusion tel que fonte, acier, superalliage à partir d'un four de fusion ou d'une poche de coulée dans un moule en sable, en alimentant le moule de bas en haut, caractérisé en ce qu'il est un dispositif d'usure, sa partie supérieure étant positionnée au contact de la partie inférieure dudit moule, le dispositif étant centré par rapport au puits de coulée ouvert vers le bas du moule, la partie inférieure du dispositif venant au contact de la face supérieure du nez de coulée.
2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend les pièces suivantes : une bague présentant une embase plate à sa face inférieure et une partie interne cylindrique creuse débouchant au niveau de sa face supérieure et au niveau de sa face inférieure et un manchon cylindrique en matériau réfractaire, son enveloppe extérieure s'ajustant dans la partie interne creuse de la bague par interposition de béton damé (18), les faces supérieure et inférieure du manchon venant au niveau des faces supérieure et inférieure de la bague.
3.- Dispositif intermédiaire pour la mise en oeuvre d'un procédé pour la coulée sous basse pression de pièces moulées en alliage métallique à haut point de fusion tel que fonte, acier, superalliage coulés dans un moule en sable alimenté de bas en haut, caractérisée en ce qu'il présente une face supérieure plane et une face inférieure plane, la face supérieure étant comprise dans un plan parallèle à ladite face inférieure.
4.- Dispositif selon les revendications 1 ou 3, caractérisé en ce qu'il présente une face supérieure plane et une face inférieure plane, la face supérieure étant comprise dans un plan parallèle à ladite face inférieure, confondue dans le même plan horizontal que la face inférieure du moule.
5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une partie interne cylindrique creuse prolongeant le chenal de coulé en une section régulière et connecté au puits d'alimentation du moule.
6.- Dispositif selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il est amovible, étant fixé de manière démontable par rapport au nez de coulée.
7.- Dispositif selon la revendication supérieure caractérisé en ce que la jonction étanche et réfractaire entre le manchon et le garnissage réfractaire du chenal du nez de coulée est obtenue par un bourrelet de pisé écrasé par la mise en place du dispositif, ledit bourrelet formant joint.
8.- Dispositif, selon l'une des revendications 2 ou 5 à 7, caractérisé en ce que sa partie interne creuse contient en fin de cycle tout le métal solidifié et toutes les crasses dans sa portion supérieure.
9.- Tube d'amenée formant chenal de coulée sous basse pression alimentant une empreinte d'un moule en sable borgne comprenant au moins un puits de coulée ouvert vers le bas, le métal étant amené à l'empreinte par l'intermédiaire du puits de coulée par la pression de gaz supérieure à la pression atmosphérique, sur la surface libre du métal liquide contenu dans une enceinte étanche, caractérisé en ce qu'il est muni du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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