FR2556253A1 - Installation et procede de fusion et de coulee - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UNE INSTALLATION ET UN PROCEDE DE FUSION ET DE COULEE. L'INSTALLATION COMPREND UN APPAREIL B DESTINE A FAIRE FONDRE UNE MATIERE PREMIERE METALLIQUE DANS UN CREUSET DE FUSION, UN APPAREIL E D'ALIMENTATION EN MATIERE PREMIERE ET UN APPAREIL C DESTINE A COULER LE BAIN DE METAL FONDU POUR PRODUIRE UN LINGOT. PLUSIEURS TORCHES A ARC SOUS PLASMA 24 SONT PLACEES SUR LA MOITIE SUPERIEURE ROTATIVE DU FOUR ET PEUVENT ETRE ALLUMEES AU MOYEN D'UNE PIECE 26. L'APPAREIL D'ALIMENTATION EN MATIERE PREMIERE COMPREND UN TAMBOUR CYLINDRIQUE ROTATIF RECEVANT LA MATIERE PREMIERE PAR UN TRANSPORTEUR 11 A GODETS 12. CE TAMBOUR EST CONCU POUR ASSURER L'HOMOGENEITE DE CHACUNE DES CHARGES INTRODUITES DANS LA CHAMBRE 20 DE FUSION. DOMAINE D'APPLICATION: FUSION ET COULEE EN CONTINU D'UN LINGOT DESTINE A UNE REFUSION EN TANT QU'ELECTRODE CONSOMMABLE, ETC.

Description

L'invention concerne une installation de fusion et de coulée dans laquelle

des métaux de divers types et

sous diverses formes, tels que du titane spongieux granu-

laire, des durcisseurs granulaires ou des déchets de coupe de métaux résultant de diverses opérations d'usinage, sont fondus en continu, sous forme de matières premières, puis solidifiés en continu après avoir été remis en forme de lingots constitués de divers métaux tels que du titane, des alliages de celui-ci, etc. Dans une installation de fusion et de coulée

conforme à l'art antérieur, le bain de métal fondu, pro-

duit dans un four par fusion de matière première, est versé dans un creuset pour être coulé en continu et ces opérations sont répétées à chaque fois, lorsque le bain de métal fondu préparé a achevé d'être traité. Il en résulte un problème grave dû au fait que les tachetures

dues au manque d'homogénéité de la constitution des lin-

gots produits entrainent une détérioration des produits.

L'invention a donc pour objet d'offrir une installation de fusion et de coulée de métaux, dans laquelle un lingot de constitution homogène sur toute sa longueur peut être produit par fusion continue de la

matière première puis coulée de la matière fondue.

Un autre objet de l'invention est d'offrir une installation de fusion et de coulée dans laquelle un bain

homogène de métal fondu de façon uniforme peut être pré-

paré et peut donner un lingot excellent du fait d'une

qualité totalement uniforme.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale schématique de l'appareil de fusion et de coulée selon l'invention;

35. les figures 2A à 2J sont des vues schémati-

ques expliquant la suite d'opérations de l'appareil de la figure 1; la figure 3 est une coupe longitudinale de l'appareil de fusion et de coulée; la figure 4 est une vue en plan illustrant un élément de raccordement entre une paroi inférieure et une paroi supérieure du four; la figure 5 est une élévation de l'élément de la figure 4;

la figure 6 est une vue schématique en perspec-

tive montrant le dispositif destiné à faire tourner la paroi supérieure du four; la figure 7 est une coupe suivant la ligne VII-VII de la figure 4; la figure 8 est une coupe suivant la ligne VIII-VIII de la figure 4; les figures 9 et 10 sont des coupes analogues à celles des figures 7 et 8, respectivement, mais montrant l'élément de raccordement entre la paroi supérieure du four et une partie d'obturation étanche; 20.la figure 11 est une vue en plan permettant d'expliquer la zone de fusion dans un creuset de fusion; la figure 12 est une coupe longitudinale montrant la relation entre une pièce d'allumage et son mécanisme à mouvement alternatif dans l'appareil de fusion et de coulée; la figure 13 est une vue en plan montrant la relation entre une torche à arc sous plasma et la pièce d'allumage; la figure 14 est une vue en plan de la pièce - d'allumage; la figure 15 est une coupe suivant la ligne XV-XV de la figure 14;

À les figures 16 et 17 sont des vues schémati-

ques destinées à expliquer le transfert de l'arc sous plasma de la pièce de fusion à la matière première placée sur une souche; la figure 18 est une vue illustrant un exemple différent de la forme de la section de la partie extrême arrière de la pièce d'allumage; la figure 19 est une vue en plan illustrant un autre exemple de la pièce d'allumage;

la figure 20 est une coupe illustrant la rela-

tion entre une gorge de la pièce d'allumage et l'arc sous plasma; la figure 21 est une coupe suivant la ligne XXI-XXI de la figure 20; la figure 22 est une coupe longitudinale permettant d'expliquer le mouvement de la matière première dans un cylindre de guidage; la figure 23 est une coupe longitudinale illustrant la relation entre le cylindre de guidage et la matière première à charger à partir de ce cylindre et entre le creuset de fusion et la torche à arc sous plasma; la figure 24 est une coupe longitudinale d'un autre exemple du cylindre de guidage; 20. la figure 25 est une coupe longitudinale d'un exemple différent du cylindre de guidage; la figure 26 est une vue en plan, avec coupe partielle, des éléments montrés sur la figure 25; la figure 27 est une vue illustrant plus complètement la relation entre l'élément d'amortissement et sa partie de base; la figure 28 est une coupe suivant la ligne XXVIII-XXVIII de la figure 27;

la figure 29 est une élévation avec coupe par-

tielle d'un chargeur à tambour; la figure 30 est une vue de l'enveloppe seule du chargeur à tambour, suivant la ligne XXX-XXX de la figure 29;

les figures 31A à 35B sont des vues schémati-

ques illustrant des opérations effectuées dans l'installa-

tion selon l'invention; la figure 36 est un graphique montrant la relation entre le temps et le débit d'alimentation en la matière première; les figures 37A à 41B sont des vues illustrant le fonctionnement d'un autre exemple d'installation, ces vues correspondant aux figures 31A à 35B; la figure 42 est un graphique montrant la relation entre le temps et le débit d'alimentation en matière première de la forme de réalisation montrée sur les figures 37A à 41B; les figures 43A et 43B sont des vues illustrant un autre exemple du tambour cylindrique; les figures 44 et 45 sont respectivement une vue en plan et une élévation droite de l'exemple de réalisation montré sur les figures 43A et 43B; les figures 46A à 47B sont des vues illustrant un autre exemple de réalisation du tambour cylindrique; et la figure 48 est une vue schématique de la

matière première sur les moyens classiques de transfert.

Différentes formes de réalisation de l'inven-

tion seront à présent décrites. La description portera

d'abord sur un four de fusion progressive du titane par arc sous plasma (désigné sous la forme abrégée four de

fusion PPC ci-après).

I Fusion par arc sous plasma

L'arc sous plasma est un arc formé entre élec-

trodes, qui est entouré d'un flux gazeux et qui est

chauffé par la compression due à des pincements thermi-

ques et magnétiques. En pratique, on utilise une torche à arc sous plasma dans laquelle une cathode refroidie par eau, constituée de tungstène, est entourée d'une buse isolée, refroidie par eau, constituée de cuivre,et on fait circuler le gaz de travail dans l'espace compris entre la cathode et la buse afin qu'il soit éjecté de

l'ouverture formée entre elles.

Sur la base de ce principe, la torche à arc sous plasma destinée à la fusion est conçue convenablement par combinaison de l'alimentation d'énergie électrique, de l'alimentation en gaz et de la circulation d'eau afin qu'un arc sous plasma stable et puissant puisse être produit et entretenu par certaines conditions sévères régnant dans un four. L'arc présente les caractéristiques suivantes:

(a) il produit une température extrêmement éle-

vée de 12 000 C;

(b) il peut être transféré vers un corps à chauf-

fer avec une grande stabilité directionnelle et il reste stable envers les variations de longueur et de pression atmosphérique; (c) il peut travailler sous de l'argon gazeux inerte;

(d) un réglage fin de la puissance est aisé..

(e) un plasma stable peut être généré et, par conséquent, la dispersion de la matière à chauffer ou l'émission des bruits sont atténuées; (f) une puissance élevée de sortie désirée est obtenue par l'utilisation d'un courant électrique intense et la chaleur est transférée efficacement depuis l'arc sous plasma. II Caractéristiques de la fusion PPC La fusion PPC est une technique développée pour la fusion de métaux actifs tels que le titane et certains de ses alliages et il s'agit d'un procédé de fusion et de coulée continu dans lequel la matière première chargée dans un creuset de fusion refroidi par eau est amenée à l'état fondu par un arc sous plasma et, dans le même temps, un lingot solidifié progressivement est obtenu par descente du fond du creuset de fusion- Les caractéristiques suivantes de la fusion PPC sont obtenues par l'association

d'une torche à plasma non consommable, d'une cuve métalli-

que refroidie par eau et d'une atmosphère constituée d'argon à la pression atmosphérique: (a) la matière première peut être fondue sans être contaminée; (b) la matière première et les constituants de l'alliage ne subissent aucune perte ni variation dues à leur évaporation. (c) des matières premières de diverses formes peuvent être utilisées telles quelles et il est également possible d'ajouter le laitier pour l'affinage; (d) la puissance peut être réglée librement et les conditions de fusion et de solidification peuvent être établies de façon arbitraire; (e) in chauffage homogène est obtenue le bain de métal fondu peut être maintenu à une faible profondeur

et une solidification progressive satisfaisante est possible.

III Diverses matières'sous forme de déchets telles que des fils métalliques usagés, des morceaux de tôle et des chutes d'usinage, ainsi que des matières premières vierges (titane spongieux, alliages joints et autres) sont fondues en tant que matières premières, et les résultats d'un examen détaillé des lingots obtenus de cette manière et de ceux produits par refusion par arc sous vide (VA) sont les suivants: (a) une matière première, même constituée à % de déchets, peut être fondue de façon satisfaisante par fusion PPC; (b) aucun accroissement des impuretés n'apparaît;

(c) dans la fusion PPC, on peut choisir libre-

ment une vitesse de fusion élevée ou faible et on obtient des électrodes suffisamment denses pour une fusion VA; (d) dans la fusion PPC, le chlorure de magnésium contenu dans la matière spongieuse peut être éliminé et la fusion VA est plus stable et plus aisée que dans les cas habituels; (e) les lingots secondaires obtenus dans la

fusion PPC présentent un aspect extérieur, des consti-

tuants, une pureté, un degré de ségrégation et des propriétés mécaniques équivalant à ceux des matières refondues au moins deux fois par le procédé de refusion VA. On en conclut donc que des lingots d'excellente qualité peuvent être produits à bon marché par le procédé consistant en une fusion primaire PPC et en une refusion VA. IV On décrira à présent plusieurs points à considérer

lors de la conception d'un four de fusion PPC.

Au moment de la conception de l'installation, les caractéristiques indiquées ci-dessus concernant la fusion PPC sont évidemment utilisées au maximum, mais il faut également tenir compte suffisamment de la productivité, de la sécurité, de la fonctionnalité et de l'entretien. Le

four de fusion PPC est conçu de façon à présenter les carac-

téristiques suivantes: (a) l'apport, la fusion et la coulée de la matière première sont tous effectués dans une construction pouvant être obturée hermétiquement, analogue à une enceinte à vide; 20. (b) l'atmosphère régnant dans l'enceinte ou cuve peut être totalement remplacée, après évacuation, par de l'argon gazeux; (c) deux chargeurs permettent l'alimentation régulière en matières premières vierges et en déchets provenant de l'extérieur; (d) le passage prévu pour la matière première est large et, de plus, la matière première peut être ajoutée de façon calme à la partie centrale du creuset de fusion; (e) les arcs sous plasma tournent automatiquement

autour et au-dessus du creuset de fusion et peuvent chauf-

fer plus largement sous l'effet d'une bobine produisant un champ magnétique d'agitation; (f) l'opération de montée et de descente de la torche n'est pas nécessaire pour amorcer et arrêter un arc sous plasma; (g) les creusets de fusion sont interchangeables et il est possible de modifier la dimension des lingots coulés; (h) un appareil d'enlèvement des lingots à cylindres multiples est mis en oeuvre et l'enceinte réservée aux lingots peut être de dimension plus faible; (i) quatre mesures de sécurité, comprenant une soupape de décharge, une ouverture pouvant être rompue, un isolateur automatique du creuset de fusion et des parois anti-explosion sont prévues pour la protection contre la montée anormale de la pression dans le four; et

(j) la surveillance des opérations et des condi-

tions régnant dans le four s'effectue totalement à distance

et le fonctionnement de chaque unité est automatisé.

Un exemple de réalisation, de fonctionnement et

de caractéristiques sera à présent décrit.

Le four décrit comprend un corps (une tour de stockage de matière première, une chambre de fusion, un creuset de fusion et une chambre à lingots), un appareil de chargement de matières premières (une bascule, des transporteurs à bande et godets, une trémie de transfert, un chargeur à tambour et une goulotte), un équipement d'évacuation ou d'application de vide (une pompe rotative à l'huile et une pompe mécanique d'appoint), des moyens d'alimentation en huile, un équipement d'alimentation en gaz (argon et air), un équipement de circulation d'eau et un équipement électrique (une source d'alimentation en courant continu pour les arcs sous plasma, un tableau de puissance, un tableau à relais, un tableau de commande du

plasma et un tableau de pilotage du four). Les caractéris-

tiques principales de ce four sont les suivantes: (a) utilisations: production de lingots de titane comme électrodes consommables; (b) type: PPC; 2000 tonnes; (c) matière première à faire fondre: titane spongieux, durcisseurs, déchets de titane ou déchets d'alliages (en carrés de 80 mm au maximum); (d) dimension des lingots: 355 mm et 435 mm de

diamètre et 3000 mm au maximum de longueur (forme cylin-

drique); (e) poids des lingots: 2000 kg au maximum; (f) puissance du plasma: 540 W; (g) atmosphère de fusion: argon gazeux (à la pression atmosphérique); (h) chargeur de matière première: tambours rotatifs (deux tambours de 260 kg chacun; vitesse de réduction de 1 à 8 kg/min); (i) degré de vide pouvant être atteint: 1,3 Pa; (j) utilités:

alimentation principale en énergie électri-

que: courant triphasé; 60 Hz; 3300 V et 1220 kVA; eau de refroidissement: 1,2 m3/min; air comprimé: 5 m3/charge (maximum 1,5 m3/min), dans des conditions normales de température et de pression; argon gazeux: 0,3 à 0, 7 m3/min pendant la fusion; maximum de 1 m3/min pendant 8 minutes lors du remplacement du gaz, dans des conditions normales de

température et de pression.

Les parties respectives du four mentionnées ci-

dessus seront à présent décrites dans l'ordre.

(A) Chargement des matières premières La matière première est d'abord amenée à une

machine de pesage automatique d'une précision de + 0,05%.

La machine pèse une fois 20 kg de titane et deux types de ratières de durcissement qui ont été prélevées par un chargeur électromagnétique de trémies respectives de stockage, afin que les matières soient mélangées dans

une proportion prédéterminée, dans une cellule de charge.

La matière première qui a été pesée, c'est-à-dire le mélange des trois types de matières, est déposée de façon

dosée sur la bande transporteuse, puis transférée au-

dessus du sol jusqu'à un transporteur à godets. Ce

transporteur, qui est conçu pour amener la matière pre-

mière au chargeur à tambour maintenu au-dessus du four, comprend 13 godets recevant chacun 20 kg de matière première. L'opération effectuée jusqu'à ce point est appelée le chargement par godets et elle est réalisée automatiquement. A la suite de cette opération, la porte située à l'entrée des charges du chargeur à tambour s'ouvre et la trémie de transfert est déplacée vers l'entrée, la matière première contenue dans les godets étant ainsi introduite dans le chargeur à tambour. Le chargeur comprend une cuve cylindrique pouvant être obturée hermétiquement, d'un diamètre intérieur de 1100 mm et d'une longueur de 3800 mm, et il comporte également un tambour rotatif disposé étroitement à l'intérieur de cette cuve. Une cloison hélicoïdale est disposée sur la surface intérieure du tambour rotatif. La cloison forme 13 spires

sur la totalité de la longueur axiale du compartiment.

La matière première est chargée automatiquement à raison de 20 kg par spire lors de l'opération de chargement du tambour. La matière première est ainsi chargée en 13

portions, au total, sur toute la longueur du tambour.

Après le chargement du tambour, la trémie se retire et la porte d'entrée des charges est fermée. On fait le vide à l'intérieur du tambour, jusqu'à une pression de 6,5 Pa, puis on remplit l'intérieur du tambour d'argon gazeux jusqu'à la pression atmosphérique. Lorsque le processus de fusion commence et que la phase d'alimentation en matière première arrive, une vanne d'obturation située à la sortie de décharge du chargeur à tambour s'ouvre. La

matière première est mélangée et déplacée vers l'ouver-

ture de décharge par le tambour rotatif, le dosage de la matière première commençant ainsi. La matière première dosée est dirigée vers la tour de stockage de matière première dans la chambre de fusion par l'intermédiaire de la goulotte. La matière première est ici freinée de façon à être ralentie et à tomber directement vers la 1 1 partie centrale du creuset de fusion. Etant donné que la vitesse de rotation du tambour peut être réglée avec précision dans la plage de 0 à 0,4 tour par minute et que le couloir conduisant la matière première vers le creuset de fusion est dans tous les cas d'une largeur inférieure à 140 mm, les morceaux de matière première de diverses formes peuvent être chargés en douceur, à un

débit constant. On prépare deux chargeurs à tambour.

Pendant que la matière première est déchargée de l'un des chargeurs, elle est introduite dans l'autre chargeur et ces deux chargeurs sont interchangés à chaque fois qu'une

dose de 260 kg de matière première a été introduite.

La répétition de cette opération, appelée l'alimentation

en matière première, y compris l'opération de remplace-

ment du gaz,s'effectue automatiquement. Les conditions de chargement de la matière première dans chaque godet et dans chaque tambour seront affichées graphiquement

dans une salle de pilotage afin que la quantité rési-

duelle de matière première puisse être vérifiée immédia-

tement.

(B) Fusion écoulée La cuve de coulée, qui présente 1700 mm de diamètre intérieur et 1200 mm de hauteur dans la chambre de fusion est de construction chemisée, refroidie par eau, comprenant une paroi intérieure en acier inoxydable et une paroi extérieure en fer doux et elle peut être divisée en parties supérieure et inférieure. La tour de stockage de la matière première est disposée dans l'ouverture centrale de la partie supérieure et est entourée de 6 torches à arc sous plasma montées symétriquement vers le centre du creuset de fusion. Dans la partie inférieure, une barre d'allumage, destinée à l'amorçage des arcs sous

plasma, est montée de façon à être introduite jusque au-

dessous des torches à plasma. La partie inférieure est fixée sur le fond de manière à supporter l'ensemble de la chambre de fusion, tandis que la partie supérieure est montée de façon à pouvoir tourner à l'aide de rouleaux, autour de la tour de stockage de la matière première, et elle peut faire tourner les 6 torches à plasma sur + 60 , au maximum, et à une vitesse de rotation de 1 tour par minute, au maximum. Un cylindre hydraulique à huile est utilisé pour faire tourner les torches à plasma et leurs

articulations sont conçues spécialement afin que la rota-

tion puisse être douce et qu'une bonne étanchéité à l'air

soit assurée.

Le creuset de fusion est de construction chemisée, refroidie par eau, comprenant une paroi intérieure en cuivre et une paroi extérieure en acier inoxydable. A l'intérieur du creuset de fusion, il est prévu une bobine qui produit des champs magnétiques continus et alternatifs

à basse fréquence.

La chambre à lingots, dont le diamètre intérieur est de 900 mm et la hauteur de 5500 mm, renferme des moyens d'enlèvement d'un lingot et est supportée par

quatre vérins hydrauliques reposant sur un chariot.

Le creuset de fusion est disposé sur la chambre à lingots et est relié étroitement à la chambre de fusion par la

montée des vérins et le rappel de ressorts coopérants.

Les moyens d'enlèvement du lingot comprennent plusieurs vérins hydrauliques sur lesquels est monté un crampon de souche. Avant la fusion, une souche, laissée lors d'une opération précédente de refusion VA, est prise et placée dans le creuset de fusion par allongement du

vérin hydraulique multiple.

Pour commencer la fusion, on fait d'abord le vide dans le four. Une pompe rotative à huile, d'un débit de 7500 1/min, et une pompe mécanique de renfort de 1500 m3/h, sont utilisées, une pression de 65 Pa étant atteinte en 13 minutes. De l'argon gazeux est

ensuite introduit et maintenu à la pression atmosphéri-

que. Ces opérations sont effectuées automatiquement et constituent l'opération dite de remplacement de l'argon

gazeux du four.

Les mesures pour commencer la fusion s'achèvent ensuite par l'admission d'eau et la mise sous tension, l'allumage des arcs sous plasma étant ainsi prêt à être effectué. Lors de l'opération dite d'allumage des torches, l'introduction de la barre d'allumage, l'allumage d'un arc pilote, la génération des arcs principaux sous plasma et le retrait de la barre d'allumage sont effectués d'une façon entièrement automatique et les arcs sous plasma sont dirigés vers l'intérieur du creuset de fusion afin de commencer à faire fondre la souche située à la surface supérieure de ce creuset. Le processus de fusion peut être observé en totalité sur deux récepteurs de télévision en couleur placés dans la salle de pilotage. L'alimentation en énergie électrique des 6 torches est assurée par une source de courant exclusivement continu, qui comprend un

panneau d'arrivée à haute tension, un panneau de condensa-

teurs de compensation de phase, un transformateur à haute tension et six panneaux à thyristor portant des circuits d'allumage. Cette source d'alimentation convient tout à fait bien à un amorçage en douceur des arcs sous plasma et à la régularité du courant de charge et elle peut alimenter six circuits individuels ou trois groupes de deux circuits en parallèle, de sorte que les courants électriques parcourant plusieurs torches peuvent être réglés sur une large plage, à l'aide d'un seul tableau

de réglage.

Lorsque la fusion apparalt à la surface supé-

rieure de la souche et qu'un bain de métal fondu se forme, la matière première est introduite dans le centre du bain de métal par l'opération précitée de chargement de la matière première et, ensuite, le cylindre multiple commence à descendre à une faible vitesse par suite de l'opération d'enlèvement du lingot. Au cours de cette opération, la partie inférieure du bain de métal fondu est refroidie dans le creuset de fusion et un lingot, qui s'est progressivement développé en une masse solidifiée, est retiré de la chambre à lingot. Pendant ce temps, les arcs sous plasma sont eux-mêmes tournés ensemble avec les torches à rotation automatique, leurs directions étant déterminées par les bobines de champ magnétique, et ils irradient la totalité du creuset de fusion pour faire fondre rapidement la matière brute d'apport. Le bain de métal fondu est également soumis à la force d'agitation _ due au champ magnétique, ce qui favorise un chauffage uniforme. Le degré de retrait du lingot est affiché sur un tableau de commande, sous la forme du signal de sortie d'un instrument de mesure de course placé dans la chambre à lingot. La vitesse de fusion est déterminée par le réglage de la vitesse de rotation du chargeur à tambour et, en fonction de cette vitesse de fusion, on détermine la vitesse de retrait du lingot. Une fois que la vitesse du retrait est établie, le personnel pilotant l'installation a peu à intervenir. Il est également presque inutile de manoeuvrer les torches à arc sous plasma, sauf lors du réglage initial de la puissance électrique pour régler le bain de métal fondu. C'est la raison pour laquelle le four

selon l'invention peut être piloté par une seule personne.

Dans la production de lingots de titane utilisés comme électrodes consommables, la matière première peut être introduite à un débit suffisamment élevé pour qu'un

lingot d'une densité égale à 90% de la densité intrinsè-

que puisse être obtenu. Dans la production d'un lingot de 435 mm de diamètre, on peut faire fondre la matière première à un débit élevé, qui n'est pas inférieur à 300 kg/h, et l'énergie électrique par unité de poids de matière première

peut ne pas dépasser 1800 kWh/t.

Pendant l'opération de fusion, l'atmosphère

régnant dans le four est toujours surveillée par un instru-

ment de mesure du point de rosée. Lorsque la pression régnant dans le four s'élève de façon anormale pour

certaines raisons, la soupape de décharge s'ouvre.

Lorsque la pression s'élève encore, le creuset de fusion est automatiquement séparé de la chambre de fusion et l'opercule antiexplosion monté sur la chambre de fusion se brise pour décharger la pression du four. Etant donné que le personnel de manoeuvre n'a pas à aller au-delà des

parois anti-explosion, il n'est exposé à aucun danger.

(C) Retrait des lingots Lorsqu'une quantité prédéterminée de matière première a été fondue, il en résulte automatiquement le processus de refroidissement par suite de l'arrêt des arcs et du refroidissement du lingot dans l'atmosphère

d'argon gazeux, encore maintenue, qui est ensuite rempla-

cé par de l'air. Après le processus de refroidissement, le creuset de fusion et le lingot sont placés tous les

deux sur le chariot par la manoeuvre des vérins éléva-

teurs, transférés horizontalement par la commande hydrau-

lique et amenés dans la position de sortie du lingot. Le creuset de fusion est retiré à l'aide d'une grue, le crampon de souche est relâché et le lingot est enlevé à l'aide de la grue. Le lingot qui vient d'être enlevé est placé à l'envers, sa partie formant souche étant prise par un crampon dans le four de refusion VA, et il est

refondu en tant qu'électrode consommable.

(D) Cycle de minutage de la fusion Un exemple d'une série d'opérations effectuées dans une fusion PPC sera à présent décrit: retrait du lingot et préparation pour la fusion: 72 minutes; charge de matière première dans les godets: 12 minutes; charge de matière première dans le tambour: minutes; remplacement de l'atmosphère à l'intérieur du corps du four par de l'argon gazeux: 14 minutes; fusion et coulée: 300 à 400 minutes; À refroidissement et remplacement de l'atmosphère

par de l'air: 265 minutes.

Un cycle de fusion demande donc 11 à 13 heures et il est possible de produire 75 tonnes par mois en trois équipes. Il est évidemment possible d'utiliser le four selon l'invention pour d'autres métaux actifs tels que le niobium et le zirconium,et le four est également

efficace en tant que four de fusion principal pour diver- ses matières utiles telles que des alliages d'absorption de l'hydrogène,

des alliages à mémoire de forme, des alliages supraconducteurs, etc. On décrira à présent l'installation de fusion et de coulée indiquée cidessus, en référence aux dessins annexés. Cette installation comprend un appareil A de chargement de matière première, un appareil B de fusion par arc sous plasma et un appareil C de coulée comme montré sur la figure 1. En ce qui concerne l'appareil A de chargement de la matière première, il est prévu un transporteur 11 à godets qui comporte treize godets 12 et qui reçoit la matière première, qui a été pesée par une machine de pesage non représentée, dans les godets et qui la transporte ensuite jusqu'à une trémie 13 disposée vers

le haut. La machine de pesage est constituée de combinai-

sons d'une trémie de stockage et d'un distributeur élec-

tromagnétique prévu pour chaque type et chaque granulomé-

trie de matière première. Le titane et deux types de

durcisseurs, par exemple, sont dosés par des distribu-

teurs électromagnétiques respectifs à partir de trémies respectives de stockage et ils sont pesés, un à un, pour former une petite unité de 20 kg au total de façon à pouvoir être mélangés dans une proportion prédéterminée,

dans des cellules de charge respectives. La matière pre-

mière pesée, c'est-à-dire le mélange des trois types de matières, est déposée de façon dosée sur une partie du transporteur à bande, transférée au-dessus du sol et conduite à l'un des nombreux godets 12 du transporteur 11 à godets. Après que les vingt premiers kg de matière première ont été placés dans l'un des godets, les 20 kg

suivants de matière première sont pesés comme précédem-

ment pour être conduits vers un autre godet suivant le premier. Cette opération est ensuite répétée jusqu'à ce que les treize godets contiennent chacun 20 kg de matière première. Dans la forme de réalisation décrite, le système

constitué de la machine précitée de pesage, du transpor-

teur à bande et du transporteur 11 à godets, est désigné moyens de dosage et de pesage. Sur un châssis 14 érigé à proximité du transporteur à godetsest disposé un chargeur 15 à tambour utilisé comme appareil de chargement de la matière première. Il s'agit de l'un de deux chargeurs à tambour disposés en parallèle (l'autre étant masqué en arrière de celui montré sur la figure 1). Une entrée 16 de charge est formée à travers une paroi extrême de

chacun des chargeurs à tambour et est conçue pour rece-

voir la matière première sortant de la trémie 13. La trémie 13 est située au-dessus du transporteur à godets et est destinée à recevoir la totalité de la matière première tombant de chaque godet qui est basculé et retourné sur lui-même lorsque le transporteur de godets avance d'un intervalle de godets. L'entrée de charge est fermée par une porte pendant les périodes oh la matière première n'est pas chargée. Une goulotte 17 est reliée à

l'autre extrémité du chargeur 15 à tambour.

On trouve ensuite dans l'appareil B de fusion

à arc sous plasma une chambre 20 de fusion fixée au-

dessous du châssis 14 et maintenue au-dessous du char-

geur à tambour. Cette chambre 20 de fusion est intérieu-

rement étanche et présente une entrée 21 de charge destinée à la matière première, située dans sa partie centrale supérieure. Le haut de l'entrée 21 de la charge est fermé par une partie 22 d'obturation hermétique afin que l'étanchéité de la chambre 20 de fusion puisse être maintenue. La goulotte 17 communique également avec la partie 22 d'obturation hermétique. Par ailleurs, un cylindre 23 de guidage, réalisé d'une seule pièce avec la partie 22 d'obturation hermétique, descend et est suspendu au-dessous de l'entrée 21 de la charge et la matière première chargée vers l'entrée 21 est guidée par ce cylindre afin de pouvoir tomber dans la partie centrale d'un creuset de fusion qui sera décrit ci-après. Dans ladite chambre de fusion, six torches 24 à arc sous

plasma sont disposées autour de l'entrée 21 de la charge.

Ces torches à arc sous plasma sont positionnées radiale-

ment à intervalles réguliers de 60 et la cathode de

chaque torche est connectée à la borne négative correspon-

dante de la source d'alimentation unique. Une barre 25 de support, traversant la partie inférieure de la chambre 20 de fusion, peut être déplacée vers la gauche et vers la droite dans l'orientation de la figure 1. Une pièce 26 d'allumage est fixée à l'extrémité avant de la barre 25 de support. L'extrémité arrière de cette barre 25 est reliée à un dispositif 27 à mouvement alternatif afin que la barre 25 puisse être déplacée dans la direction précitée.

L'appareil C de coulée sera à présent décrit.

Cet appareil C est disposé à l'intérieur d'une fosse 31.

Sur le fond de la fosse 31, deux jambes 32 de support s'élèvent et portent, à leurs sommets, deux rails 33

disposés longitudinalement, dans une direction perpendi-

culaire au plan du dessin de la figure 1. Un chariot 34 équipé de roues 34a est conçu pour se déplacer sur les rails 33. Des vérins hydrauliques 35 sont disposés sur le chariot 34 et une chambre 36 à lingot est placée sur des consoles 35a fixées aux extrémités supérieures des tiges de piston des vérins. Un creuset 37 de fusion est formé sur la chambre 36 à lingot et s'engage dans une ouverture formée vers le fond de la chambre 20 de fusion. Ainsi qu'il est bien connu, un bain de métal fondu est formé dans le creuset de fusion. A l'intérieur de la chambre 36 à lingot, il est prévu des moyens 38 d'enlèvement ou de retrait du lingot. Ces moyens 38 de retrait comprennent un cylindre multiple. L'extrémité supérieure des moyens 38 de retrait comporte un crampon 39 de souche auquel une

souche 40, formant le fond du creuset de fusion, est jointe.

Le crampon de souche comporte des bornes d'alimentation en énergie destinées à être connectées aux bornes positives de la source précitée de courant continu associée aux torches

à arc sous plasma.

Le fonctionnement de l'appareil décrit ci-dessus sera à présent décrit suivant une séquence normale, en

référence aux figures 2A à 2J. Sur ces figures, deux char-

geurs 15 à tambour sont représentés face à face pour per-

mettre une bonne compréhension. Comme montré sur la

figure 2A, la matière première est chargée dans le char-

geur 15 à tambour alors qu'une vanne 43 d'obturation, placée à la sortie de décharge du chargeur 15, est fermée et que l'air de l'atmosphère est en même temps remplacé à l'intérieur du chargeur par de l'argon gazeux. La vanne d'obturation étant toujours fermée, la chambre 36 à lingot située à l'intérieur de la chambre 20 de fusion est évacuée et de l'argon gazeux y est ensuite introduit à la pression atmosphérique. Comme montré sur la figure 2B, la pièce 26 d'allumage est transférée jusqu'au-dessous des torches 24 à plasma. Comme montré sur la figure 2C, un arc pilote sous plasma est amorcé entre la pièce 26 d'allumage et chaque torche 24 à arc sous plasma. Comme montré sur la

figure 2D, la pièce 26 d'allumage est retirée transversale-

ment au-dessous des torches à arc sous plasma et un arc principal sous plasma est ensuite formé et dirigé à partir

de chaque torche 24 vers la souche 40. Dans ce cas, l'extré-

mité supérieure de la souche est amenée à l'état fondu par les arcs sous plasma et il se forme alors un bain de métal fondu 37a. Comme montré sur la figure 2E, la vanne 43 d'obturation de l'un des chargeurs 15 à tambour est

ouverte et la matière première est introduite dans l'en-

trée 21 de charge de la chambre 20 de fusion par l'inter-

médiaire de la goulotte 17. La matière première, guidée par le cylindre 23 de guidage, tombe en direction de la partie centrale du bain de métal fondu 37a. La matière première ainsi tombée est amenée à l'état fondu par les arcs sous plasma produits par les torches. Tandis que la matière première fond progressivement de la manière

décrite ci-dessus, la souche 40 est abaissée progressive-

ment au moyen du dispositif 38 de retrait. La vitesse de descente du dispositif 38 est réglée de façon que la surface supérieure du bain de métal fondu 37a soit toujours maintenue à une hauteur constante, c'est-àdire que la

vitesse est convenablement réglée en fonction de la quan-

tité de matière première chargée dans le creuset de fusion

par unité de temps. Pendant le déroulement de l'opéra-

tion mentionnée ci-dessus, la matière fondue, c'est-à-

dire la matière première fondue chargée précédemment, est refroidie par les parois refroidies par eau du creuset 37 de fusion de façon à reformer un lingot 44 d'une seule pièce avec la souche 40. Le lingot 44 est retiré progressivement.vers le bas au fur et à mesure que la souche 40 descend et il s'allonge progressivement comme montré sur la figure 2E. Si la totalité de la matière première de l'un des chargeurs 15 à tambour a été déchargée dans la chambre de fusion pendant le

déroulement de l'opération précitée, la vanne 43 d'obtu-

ration du premier chargeur à tambour cité 15 est fermée et la vanne 43 d'obturation de l'autre chargeur à tambour 15 est en même temps ouverte (dans ce cas, l'atmosphère du chargeur 15 à tambour dont la vanne 43 d'obturation est ouverte est remplacée précédemment par de l'argon gazeux) et la matière première est dirigée dans la chambre 20 de fusion à partir de l'autre chargeur

à tambour, de la même manière que décrit précédemment.

Le chargeur à tambour vidé 15 est de nouveau rempli de

matière première amenée par le transporteur 11 à godets.

Lorsqu'un lingot 44 de dimension prédéterminée, comme montré sur la figure 2G,a été formé par répétition de l'opération mentionnée ci-dessus, l'alimentation en matière première de la chambre de fusion est arrêtée et les arcs sous plasma sont éteints. Le lingot 44 est ensuite refroidi dans l'atmosphère constituée d'argon, encore maintenue. Apres refroidissement du lingot 44 à une température l'empêchant de s'oxyder dans l'air atmosphérique, l'atmosphère de la chambre 36 du lingot est remplacée par de l'air. La chambre 36 à lingot et le creuset 37 de fusion sont ensuite séparés de la chambre 20 de fusion, comme montré sur la figure 2H, et

transférés par le chariot 34 vers la position d'enlève-

ment du lingot. Le creuset 37 de fusion est retiré par une grue 42 comme montré sur la figure 2H, le crampon de souche est relâché et le lingot 44 est accroché à la grue qui l'enlève. Le lingot enlevé 44 est chargé après avoir été retourné dans un four de refusion bien connu, est refondu en tant qu'électrodes consommables et reforme un lingot refondu 45 comme montré sur la figure 2J.Dans ce cas, le lingot primaire 44 est refondu presqu'en totalité, hormis une petite pièce à réutiliser comme souche 40. Cette petite pièce, qui reste non fondue, est rechargée sur le dispositif 38 de retrait du lingot et est utilisée pour l'opération de coulée telle que décrite précédemment. L'appareil B de fusion par arc sous plasma sera à présent décrit en référence à la figure 3 qui représente

cet appareil en détail. La chambre 20 de fusion est défi-

nie par une paroi 50 de four qui est formée de façon à renfermer l'espace s'étendant au-dessus du bain fondu de métal 37a, à l'intérieur du creuset 37 de fusion. La paroi du four comprend une paroi supérieure 51 et une paroi inférieure 52 qui sont toutes deux refroidies par eau,

ainsi qu'il est bien connu. Un élément 53 de raccorde-

ment est prévu entre la paroi inférieure 51 et la paroi supérieure 52 du four et cette paroi supérieure 52 est montée de façon à pouvoir tourner contre la paroi

inférieure. Des moyens d'étanchéité sont en outre inter-

posés entre la paroi inférieure 51 et la paroi supérieure 52 afin qu'aucun gaz ne puisse circuler entre l'intérieur et l'extérieur de la paroi 50 du four. La partie 22 d'obturation hermétique mentionnée précédemment comprend une partie cylindrique 54 et une plaque 55 fermant

l'ouverture supérieure de l'élément cylindrique 54.

Un regard 56 d'inspection et un orifice 57 d'alimentation en matière première sont percés dans la paroi latérale de la partie cylindrique 54. L'orifice 57 d'alimentation comporte un conduit 57a destiné à communiquer avec la goulotte 17. Un élément 58 de raccordement est utilisé entre le bas de la partie cylindrique 54 et le haut de la paroi supérieure précitée 52 du four qui est monté

de façon à pouvoir tourner contre la partie cylindrique 54.

Il est également prévu un élément d'étanchéité analogue à celui décrit précédemment. Le cylindre précité 23 de guidage constitue également une tour ou un silo de stockage des matières premières et il comprend un cylindre droit supérieur 59 de guidage et un

cône inférieur 60 de guidage reliés l'un à l'autre.

La surface intérieure du cône inférieur 60 de guidage comporte un garnissage en titane. La partie 22 d'obturation hermétique et le cylindre 23 de guidage

sont réalisés d'une seule pièce comme mentionné précé-

demment et ils sont d'une construction refroidie par eau, ainsi qu'il est bien connu. Un tube 67 de guidage, dont le tronçon extrême supérieur est fixé dans la plaque 55, est disposé verticalement à l'intérieur de la partie de guidage, le long de l'axe de la partie cylindrique 54 et du cylindre 59 de guidage. Ce tube de guidage est revêtu extérieurement d'une couche de titane. Même dans le cas o certains éclats superficiels du tube 67 de

guidage sont arrachés par des morceaux de matière pre-

mière introduits par l'orifice 57 d'alimentation et portant violemment contre le tube 67 de guidage et que ces morceaux fondent dans le creuset 37 de fusion avec la matière première, la pureté du lingot produit de la

manière décrite ci-dessus n'est donc pas amoindrie.

Un limiteur cylindrique 68 réalisé en titane est placé au-dessous de l'extrémité inférieure du tube 67 de

guidage. Ce limiteur 68 est raccordé à l'extrémité infé-

rieure d'un tube 69 destiné'à monter et descendre verti-

calement à l'intérieur du tube 67 de guidage. Un tube intérieur 70 passe à la fois dans le limiteur 68 et dans le tube 69 de montée et de descente de façon à former une construction à tubes doubles. Une entrée d'eau 71 et une sortie d'eau 72 sont prévues au sommet du tube 69 de

montée et de descente. L'eau de refroidissement intro-

duite par l'entrée 71 s'écoule dans le tube intérieur 70, dans le limiteur 68 et dans le tube 69, dans cet ordre, comme indiqué par les flèches, refroidit les tubes et s'écoule par la sortie 72. Un bâti 73 de support est érigé sur la plaque 55, bâti sur le sommet duquel est monté un cylindre 74 actionnant le tube 69 de montée et de descente. La tige 75 du piston du cylindre est reliée à ce tube 69 par l'intermédiaire d'un organe 76 de liaison et elle peut être actionnée par le cylindre 74 pour faire monter et descendre le limiteur 68. Dans la forme de réalisation décrite, l'ensemble formé par le cylindre 74 et le tube 69 de montée et de descente, etc.,

est appelé le dispositif élévateur-abaisseur du limiteur 68.

La torche précitée 24 à plasma est isolée élec-

triquement de la paroi supérieure 52 du four contre laquelle elle est placée au moyen d'un dispositif de montage de torche bien connu 62. Par ailleurs, dans l'espace inférieur, à l'intérieur de la chambre 20 de fusion, la pièce 26 d'allumage est montée sur une équerre 63 fixée à l'extrémité avant de la barre de support, et l'ensemble des trois éléments ci-dessus constitue la barre d'allumage. La pièce 26 d'allumage est conçue pour être rétractée par la barre 25 à l'intérieur d'un logement 64 faisant partie de la paroi inférieure 51 du four lorsque la barre 25 de support se déplace vers la droite dans l'orientation de la figure 3. Une bobine 78 de champ magnétique est agencée de façon bien connue autour du creuset 37 de fusion afin-de dévier l'arc sous

plasma émergeant de la torche 24.

La réalisation de la partie de liaison entre la paroi inférieure 51 et la paroi supérieure 52 du four sera

à présent décrite en référence aux figures 4, 5, 7 et 8.

Dans cette partie de liaison, l'élément 53 de raccorde-

ment comprend une bride fixée sur la paroi inférieure 51

du four et une autre bride 82 fixée sur la paroi supé-

rieure de coulée. La partie de base 98 d'un élément annulaire 97 de maintien est fixée par des boulons 96 sur la bride 81. L'élément 97 de maintien comporte une paroi cylindrique 99 de maintien et des bagues toriques 100 sont logées dans deux gorges continues formées dans la surface extérieure de la paroi-99 de maintien. Une gorge 101 d'alimentation en graisse est formée sur toute la circonférence de la paroi 99 de maintien, entre les bagues 100. Un canal 102 d'entrée de graisse est formé verticalement a travers la partie intérieure de la paroi 99 de maintien et communique avec les gorges 101. Ce canal 102 communique également avec une entrée et une sortie de la graisse, d'une manière connue, et peut constamment alimenter en graisse les gorges 101. Un certain nombre d'organes 83 de support, destinés à porter le poids de la paroi supérieure 52 du four, sont montés sur la surface supérieure de la partie de base 98 de

l'élément 97 de maintien comme montré sur la figure 4.

Ces organes de support comprennent un palier 103 monté sur la surface supérieure de la partie de base 98 et un galet 104 de support monté de façon à pouvoir tourner dans le palier 103. Sur la bride 82, la partie de base 107 d'un élément annulaire 106 d'étanchéité est fixée au moyen de boulons 105. Cet élément 106 d'étanchéité comporte une paroi cylindrique 108 d'étanchéité dont la

* surface intérieure est en contact avec les bagues tori-

ques 100. En raison de ce contact entre la paroi 108 d'étanchéité et les bagues toriques 100, l'atmosphère contenue à l'intérieur de la chambre de fusion ne peut fuir de cette chambre et l'air extérieur ne peut pénétrer dans la chambre de fusion. Cette construction destinée à diviser la chambre de fusion est également appelée dispositif de séparation dans le présent mémoire. Ce dispositif de séparation peut être de l'une quelconque de plusieurs constructions arbitraires bien connues. La paroi 108 d'étanchéité et les bagues toriques 100 en

contact avec elle sont alimentées en graisse par l'inter-

médiaire de la gorge 101 de façon que la durée de vie des bagues toriques puisse être prolongée. Une plaque annulaire 109 de butée est fixée audessous de la surface inférieure de la partie de base 107 de l'organe 106 d'étanchéité et repose sur le galet 104 de support. Un écran thermique 110 est formé de façon à faire partie de la paroi supérieure 52 du four, à l'intérieur de la paroi 99 de maintien afin que

les bagues toriques 100 puissent être protégées des dété-

riorations dues à la chaleur par la paroi de maintien qui est chauffée à une température élevée par le rayonnement thermique provenant de l'arc sous plasma dans la chambre de fusion. Des butées 84 de limitation de déviation sont prévues sur la surface supérieure de la partie de base 98 de l'élément 97 de maintien afin d'empêcher le décentrement de la paroi supérieure 52 du four. Une telle butée 84 comprend un bloc 114 de support et un galet 115 d'arrêt de déviation. Le bloc 114 de support est monté sur la surface supérieure de la partie de base 98 afin de pouvoir

se déplacer vers la gauche et vers la droite dans l'orien-

tation de la figure 8 (dans la direction radiale de la paroi 50 du four) et le galet 115 est monté de façon à pouvoir tourner sur le bloc 114 de support. Une vis 117 de butée est vissée dans une pièce verticale réalisée d'une seule pièce avec la circonférence extérieure de la partie de base 98 et le bloc 114 de support peut être déplacé dans la direction précitée par rotation de cette vis 117 de butée qui fait porter étroitement le galet 115 contre la paroi 108 d'obturation. Un écrou 118 de blocage s'oppose à toute rotation excessive de la vis 117 de butée. Etant donné que la paroi supérieure 52 du four est maintenue par les moyens 83 de support contre la paroi inférieure 51 et ne peut s'écarter du fait de la

présence de la butée 84, de la manière mentionnée ci-

dessus, on peut faire tourner en douceur, sous un faible

couple, cette paroi supérieure 52 du four. Un capot cylin-

*drique 111, étanche à la poussière, fixé sur la bride 81, est placé à l'extérieur des moyens 83 de support et la bride supérieure du capot 111 est introduite à force dans un espace annulaire 112 afin que la poussière ne puisse se diriger vers les moyens de séparation, les moyens 83 de support et la butée 84 de déviation. En conséquence, la paroi supérieure 52 du four peut constamment être

tournée en douceur contre la paroi inférieure 51 du four.

La partie de liaison entre la paroi supérieure 52 et la partie 22 d'obturation hermétique sera à présent décrite en référence aux figures 9 et 10. L'élément 58 de liaison ou de raccordement comprend une bride 121 fixée sur la paroi supérieure 52 du four et une autre bride 122 fixée sur la partie 22 d'obturation hermétique. Des moyens de séparation et plusieurs moyens de support et butée de déviation sont prévus entre les deux brides 121

et 122. Etant donné que la plupart de ces formes de réali-

sation sont analogues à celles de la partie précitée de raccordement entre la paroi supérieure 52 et la paroi inférieure 51 du four, les éléments de ces formes de réalisation, dont le fonctionnement est considéré comme équivalent à celui des éléments mentionnés précédemment, sont désignés par les mêmes références numériques que les

éléments précédents, auxquelles la lettre e est ajoutée.

La description de ces éléments ne sera pas répétée.

La figure 6 représente un dispositif 85 de

rotation en prise avec la paroi supérieure 52 du four.

La surface latérale extérieure de la paroi supérieure 52 présente une denture 86. Un cylindre hydraulique 87 est monté sur un bâti, non représenté, et la tige 88 de son piston est équipée d'une crémaillère 89. Un arbre 93 d'entraînement, monté verticalement dans des paliers 92, travaille avec un pignon 90 qui est en prise avec la crémaillère 89, par l'intermédiaire d'un mécanisme 91 de transmission. Une roue dentée 94 d'entraînement est montée sur l'extrémité supérieure de l'arbre 93 et engrène avec la denture 86. Dans l'appareil 85 de rotation ainsi réalisé, le pignon 90 est mis en rotation dans un sens ou dans l'autre selon que la tige 88 du piston du cylindre 87

exécute un mouvement d'extension ou de retrait. Le mouve-

ment du pignon 90 est transmis par le mécanisme 91 et

l'arbre 93 à la roue dentée 94 afin de la faire tourner.

La paroi supérieure 52 du four est alors mise en rotation

dans un sens comme indiqué par la flèche et en sens op-

posé. L'angle sur lequel la paroi tourne est réglé dans une plage comprise entre 60 dans un premier sens et 60 en sens opposé à partir de la position neutre de ce mouvement oscillant. La vitesse de rotation est réglée de façon que la paroi supérieure du four tourne, par exemple, d'un angle de 120 en un temps compris entre 0,3 et 3 minutes. Etant donné que la paroi supérieure 52 du four est réalisée comme décrit ci-dessus afin de

pouvoir tourner dans les deux sens, le chauffage s'effec-

tue uniformément sur la totalité du bain de métal fondu 37a dans le creuset de fusion 37 et la matière première chargée dans ce creuset peut être rapidement amenée à

l'état fondu.

Autrement dit, si le point d'application de l'arc sous plasma émergeant d'une seule torche à arc sous plasma est concentré dans une zone indiquée en A1 sur la figure 11, la matière première se trouvant dans la zone environnante A est amenée rapidement à l'état fondu en raison de la transmission efficace de la chaleur. Dans le laps de temps, la chaleur du point d'application A1 de l'arc se rapproche de la zone périphérique du bain. Une zone indiquée en A est ainsi amenée à l'état fondu sous l'effet de la chaleur du premier arc sous plasma et sous

l'effet, en outre, de deux autres arcs sous plasma pro-

duits par deux autres torches qui sont espacées de la

torche produisant le premier arc d'un angle de 120 .

L'arc sous plasma concentré sur le point d'application indiqué en A est dévié par le flux magnétique produit par la bobine précitée 78 de champ magnétique et est à présent concentré en un nouveau point d'application indiqué en Al'. De plus, dans la zone A2' entourant la i A2' zone A1', la matière première est rapidement amenée à l'état fondu et, dans le laps de temps, la zone de fusion s'étend. En inversant la direction du champ magnétique, on dévie l'arc sous plasma de façon similaire, mais symétriquement par rapport à la zone A1 et cet arc est concentré sur un nouveau point d'application indiqué en A1i". Les arcs sous plasma produits par les deux autres torches sont déviés simultanément par le champ magnétique et il en résulte une extension similaire de la zone de fusion. Le résultat de ces effets est que la matière première disposée dans la zone indiquée en A3' est amenée à l'état fondu en un temps relativement court par les arcs sous plasma émergeant des trois torches. Trois torches supplémentaires à arc sous plasma, autres que les trois indiquées, travaillent et la matière première de la zone encore plus large, indiquée en A3", peut être amenée rapidement à l'état fondu. De plus, étant donné que la paroi supérieure 52 du four tourne dans un sens et dans l'autre comme mentionné précédemment, lesdites zones A3' et A3" tournent vers la droite et vers la gauche dans l'orientation de la figure 11. La matière w5..... première se trouvant dans la zone indiquée en A4 et s'étendant sur la totalité du creuset de fusion 37 est amenée rapidement à l'état fondu. Chaque partie de la matière première chargée dans le creuset 37 de fusion peut donc fondre rapidement et uniformément. L'ampli- tude angulaire de la rotation dans les deux sens de la torche à plasma est avantageusement déterminée de façon que la zone irradiée, dans le creuset de fusion, par un

arc sous plasma émergeant d'une torche chevauche partiel-

lement les zones irradiées par les arcs sous plasma

émergeant des torches adjacentes.

Les moyens destinés à faire exécuter un mouve-

ment alternatif à la pièce d'allumage 26 seront à présent décrits en référence à la figure 12. Des bâtis fixes 127 et 128 sont équipés de paliers 129 et 130, respectivement, dans lesquels une tige filetée 131 est montée de façon à pouvoir tourner. La tige filetée 131 est vissée dans un écrou 132 qui est relié à la barre 25 de support au moyen d'un élément 133 de liaison. Une borne 251 d'alimentation en énergie de la pièce 26 d'allumage est fixée sur la barre 25 de support et est connectée à la borne positive de la source d'alimentation en courant continu des torches respectives à arc sous plasma, cette borne étant maintenue au mêmepotentiel que la souche précitée 40. Un moteur 134 et son réducteur de vitesse sont montés fixement sur le bâti 127 et une roue dentée est montée sur l'arbre de sortie du moteur et est reliée par une chaîne 137 à une autre roue dentée 136

montée sur la tige filetée 131.

Dans les moyens à mouvement alternatif ainsi réalisés, lorsque le moteur 134 fait tourner la roue dentée 135, sa rotation est transmise à la roue dentée 136 par la chaîne 137 et, par suite, la tige filetée est mise en rotation. Lorsque la tige filetée 131 tourne, l'écrou 132 est déplacé vers la droite ou vers la gauche dans l'orientation de la figure 12 et son mouvement est transmis à la barre 25 de support par l'élément 133 de liaison. La pièce 26 d'allumage avance alors du logement 64 vers la position montrée sur la figure 12, c'est-à-dire vers une position d'allumage entre le bec de la torche 24 à arc sous plasma et la souche 40 se trouvant dans le creuset 37 de fusion, ou

se rétracte en sens opposé de ladite position représen-

tée vers le logement 64.

Les figures 13 à 17 illustrent certaines formes de la pièce 26 d'allumage et l'état d'allumage de la torche à arc sous plasma, amorcée par la pièce d'allumage 26. Cette dernière est réalisée en graphite, et, comme représenté sur les figures, elle est dimensionnée de façon à pouvoir être interposée entre le bec de la torche 24 à arc sous plasma et l'espace délimité à l'intérieur du

creuset de fusion (l'espace occupé par la souche 40).

Un côté périphérique 26a, qui devient le côté arrière de la pièce 26 d'allumage lorsqu'elle est rétractée à partir de la position avancée d'allumage telle que montrée sur la figure 12 vers la position de retrait dans le logement 64, présente une surface inclinée vers le haut, ainsi qu'on peut mieux le voir sur la coupe de la figure 15. La surface inférieure de la pièce 26 d'allumage, c'est-à-dire la surface 26" placée contre le bain de métal fondu, est donc plus large que la surface supérieure, c'est-à-dire la

surface 26' tournée vers la torche à arc sous plasma.

L'opération d'allumage de la torche 24 à arc sous plasma sera à présent expliquée. Le dispositif 27 à mouvement alternatif est d'abord mis en oeuvre afin d'amener la pièce 26 d'allumage dans la position montrée sur les figures 12 et 13. Dans ce cas, la distance comprise entre le bec de chacune des torches 24 à arc sous plasma et

la pièce 26 d'allumage est établie de façon à être infé-

rieure à l'écartement entre la torche et la souche et elle est au préalable réglée de façon que l'arc pilote émergeant de la torche 24 puisse atteindre de manière sûre la pièce

255625 3

d'allumage, c'est-à-dire qu'elle est réglée à la longueur

d'allumage (par exemple environ 40 mm). La paroi supé-

rieure du four est tournée vers une position dans laquelle plusieurs torches 24 à arc sous plasma sont positionnées symétriquement vers la gauche et vers la droite par rapport à la direction du mouvement alternatif de la pièce 26 d'allumage. Chaque torche à arc sous plasma est alimentée en gaz pour la production d'un plasma qui sort de la buse sous la forme d'un jet, et la tension

d'entretien de l'arc sous plasma est appliquée simultané-

ment entre la cathode de chaque torche 24 à arc sous plasma,

c'est-à-dire un corps à faire fondre (la souche) se trou-

vant dans le creuset de fusion et la pièce 26 d'allumage.

Dans cette situation, une décharge à haute fréquence bien connue est amorcée entre la cathode et la buse de la

torche à arc sous plasma et il se forme un arc pilote.

Un arc principal 140 sous plasma va ensuite de la cathode de la torche vers la pièce 26 d'allumage d'une manière bien connue. A ce moment, le courant de l'arc principal 140 sous plasma est limité à la valeur minimale nécessaire pour l'entretien de cet arc. La croissance de l'arc principal formé de la torche 24 vers la pièce 26 d'allumage a lieu en même temps, dans ce cas, sur la totalité des six torches 24, mais elle peut être réalisée

par phases successives différentes dans d'autres cas.

Lorsque l'arc principal sous plasma entre la torche et la pièce 26 d'allumage est complet, le dispositif 27 à mouvement alternatif est actionné de façon à retirer la pièce d'allumage d'entre la torche 24 et la souche 40 vers le logement 64. La pièce d'allumage est rétractée à une vitesse d'environ 500 mm/min. Pendant que la pièce 26 d'allumage est ainsi retirée d'entre chaque torche 24

et la souche 40, l'arc principal sous plasma, qui s'éten-

dait de la torche 24 jusqu'à la pièce 26 d'allumage, est à présent obligé de se diriger vers la souche 40. Lorsque les arcs principaux sous plasma sortant de toutes les torches sont transférés en totalité vers la souche 40, la fusion de la matière première de cette souche 40 est amorcée par un accroissement du courant de chacun des

arcs principaux.

Lorsque la torche 24 à arc sous plasma est allumée à l'aide de la pièce 26 d'allumage de la manière décrite ci-dessus, l'arc 140 sous plasma sortant de chaque torche 24 est soumis à une force l'éloignant de la pièce 26 d'allumage, dans la direction indiquée par une flèche 141 sur la figure 16, en conséquence de l'interaction magnétique des courants de l'arc 140 et de la pièce 26 d'allumage. De plus, l'arc 140 sortant de chaque torche 24 est également soumis à une force électromagnétique d'attraction tendant à rapprocher les arcs sous plasma les uns des autres, c'est-à-dire une force dirigée dans

le sens indiqué par la flèche 142 sur la figure 16.

Pendant que la pièce 26 d'allumage est retirée de la manière décrite cidessus, l'arc 140 sous plasma sortant

de la torche placée en opposition à la pièce 26 d'allu-

mage en cours de retrait (vers la gauche dans l'orienta-

tion de la figure 16) par rapport à l'axe central du creuset 27 de fusion est soumis à l'action des deux forces précitées qui se neutralisent sensiblement. Si la force de répulsion dépasse la force d'attraction, l'arc 140 sous plasma s'incurve, sous l'effet de la force prédominante 141 de répulsion due à la circulation du courant de l'arc vers la pièce 26 d'allumage, en direction du côté de sorte que la longueur de cet arc, de la torche à la souche, diminue. Le trajet parcouru par le courant vers la souche 40 est donc aisément établi et l'arc sous plasma peut être transféré de façon stable de la pièce d'allumage vers la souche 40. Par ailleurs, l'arc 140 sous plasma sortant de la torche 24 placée sur le côté de la pièce 26

d'allumage se retirant (vers le côté droit dans l'orienta-

tion de la figure 16) est soumis à l'action de ladite

force 141 de répulsion et de ladite force 142 d'attrac-

tion, ces deux forces étant de même sens. Cet arc sous

Z556253

plasma est donc incurvé par les forces vers le côté,de sorte que la longueur de l'arc de la torche à la souche 40 augmente et il apparaît que le trajet du courant vers la souche 40 est difficile à établir. Lorsque l'on fait passer l'arc 140 sous plasma de la pièce d'allumage vers la souche , cet arc ne peut atteindre la souche 40, mais est repoussé vers le haut par la partie extrême arrière de la pièce 26 d'allumage. De cette manière, l'arc sous plasma risque de perdre son trajet de courant et de s'éteindre s'il ne fait l'objet d'autres mesures. Etant donné que la partie extrême arrière de la pièce 26 d'allumage en cours de retrait présente ladite surface inclinée 26, l'arc sous plasma amorcé entre la torche 24 et la pièce 26 peut être

en contact avec la partie inférieure, c'est-à-dire la par-

tie la plus proche de la souche 40, même lorsque la pièce d'allumage se retire de cet arc. En outre, le mélange de plasma gazeux, éjecté par la torche et constituant le milieu fondamental de l'arc sous plasma, peut être dirigé en douceur vers la souche 40 et l'arc est difficilement perturbé, même dans le cas o la pièce 26 d'allumage s'en éloigne. Le mélange gazeux du plasma atteint rapidement la matière première de la souche 40 et une partie de l'arc 140 sous plasma touche en même temps la souche 40, le trajet du courant étant ainsi établi. Etant donné que le courant passant par la pièce d'allumage diminue et que

la force 141 est affaiblie, l'arc sous plasma peut cons-

tamment conserver sa stabilité et être transféré en douceur. Si la surface arrière de la pièce d'allumage en cours de retrait est verticale, comme montré sur la

figure 17, l'arc 140 sous plasma est difficile à trans-

férer vers la souche 40 en raison desdites forces 141 et 142 agissant sur cet arc, lors du retrait de la pièce d'allumage d'entre la torche à arc sous plasma et la souche, et les champs électrique et magnétique sont fortement perturbés. En conséquence, non seulement l'arc sous plasma provenant de la torche directement concernée est éteint, mais également les autres arcs sous plasma qui ont déjà atteint la souche 40, cette extinction

étant due aux champs électrique et magnétique perturbés.

Etant donné que la surface arrière 26a de la pièce 26 d'allumage de l'appareil selon l'invention est réellement inclinée de la manière mentionnée précédemment, l'arc sous

plasma peut cependant être transféré de cette pièce d'allu-

mage vers la souche 40 de façon stable.

En utilisant la pièce d'allumage telle que décrite

ci-dessus, on peut en outre obtenir les effets suivants.

Ainsi, lorsque l'arc sous plasma émergeant de chaque torche s'éteint brusquement et doit être réamorcé, tous les arcs sous plasma provenant des torches associées peuvent être réamorcés de façon à être presque simultanément dirigés vers le creuset de fusion et la matière première de la souche se trouvant dans le creuset de fusion peut être fondue efficacement, sans que son homogénéité en soit affectée. Pour mieux comprendre cet effet, on considère le cas dans lequel une grande masse de matière première est tombée accidentellement dans le creuset de fusion, ou bien dans lequel l'obturation hermétique du four est rompue, ce qui provoque une admission partielle d'air à l'intérieur du four pendant la fusion d'une charge de matière première. Dans ce cas, certaines des torches à

arc sous plasma sont éteintes et doivent être réallumées.

Selon l'art antérieur, chaque torche à arc sous plasma

est conçue pour se déplacer verticalement de façon indé-

pendante. Après que les autres torches à arc sous plasma

ont été délibérément éteintes au prix de certaines inter-

ventions manuelles nécessaires, toutes les torches sont rapprochées, les unes apres les autres, du creuset de fusion pour être réallumées. Cependant, un inconvénient du procédé antérieur est que le réallumage des torches à arc sous plasma exige des moyens perfectionnés pour

déplacer verticalement ces torches. Un autre point criti-

quable est que la matière première se trouvant dans le creuset de fusion est fondue de façon non homogène, car les arcs sous plasma émergent à des instants différents de leurs torches respectivement réamorcées. Par contre, dans l'installation selon l'invention, toutes les torches à arc sous plasma d'abord éteintes sont réallumées simul- tanément par mise en place de la pièce d'allumage entre ces torches et le creuset de fusion et par retrait, ensuite, de la pièce d'allumage. Les arcs sous plasma réamorcés peuvent donc être dirigés simultanément vers le creuset de fusion. Le dispositif destiné à réallumer les torches à arc sous plasma est d'une construction simple, car il suffit, pour le réallumage, de déplacer la pièce d'allumage. Un autre exemple de la forme de l'extrémité arrière de la pièce d'allumage, dont l'effet est important lors du retrait, est montré sur la figure 18. La surface

extrême arrière de la pièce d'allumage n'est pas nécessai-

rement la surface plane inclinée telle que mentionnée précédemment, mais il peut s'agir d'une surface inclinée convexe comme montré sur la figure 18. Sur cette figure, les éléments identiques ou équivalant à ceux représentés sur les figures précédentes portent les mêmes références numériques auxquelles la lettre f est ajoutée et ne seront pas de nouveau décrits (sur les figures 19 à 21,

la lettre g est également ajoutée aux références numéri-

ques, dans le même but et la description ne sera pas

reprise). Un autre exemple différent de la forme de la

pièce d'allumage est montré sur les figures 19 à 21.

0 La partie extrême arrière de la pièce 26g d'allumage en retrait, montrée sur ces figures, présente une mince gorge 145, comme montré. La largeur de la gorge 145 est réglée de façon que la partie intermédiaire de l'arc sous plasma, s'étendant de la torche à arc vers la souche 40, puisse passer dans la gorge 145 pour atteindre la souche 40 comme montré sur la figure 20 (cette largeur pouvant être, par exemple, d'environ 10 mm). La surface inférieure 145a de la gorge 145 est réalisée dans un plan incliné comme montré sur la figure 21 et de la même façon que dans le cas précédent (cette surface inférieure peut, en variante, être une surface verticale comme indiqué par la référence

numérique 145a').

Lorsque la torche à arc sous plasma est allumée

au moyen de la pièce 26g ainsi réalisée, la paroi supé-

rieure du four est tournée vers la position dans laquelle l'arc sous plasma émergeant de la torche peut irradier la zone indiquée par la référence numérique 146 sur la pièce d'allumage. Grace à cet agencement, l'allumage est

réalisé de la manière décrite précédemment.

La pièce d'allumage est ensuite retirée dans le sens indiqué par la flèche 144. Lorsque la pièce d'allumage 26g se déplace vers la position indiquée par la courbe en trait mixte et que la gorge 145 de la pièce d'allumage en retrait arrive dans la position indiquée par la référence numérique 146', la partie intermédiaire de l'arc 140g sous plasma, dirigée vers la gorge 145, passe dans cette gorge et est conduite vers le

creuset de fusion comme montré sur les figures 20 et 21.

Sous l'effet de la poursuite du retrait de la pièce d'allumage 26g, l'arc sous plasma se transfère donc de lui-même, de façon stable, de la pièce d'allumage vers la souche se trouvant dans le creuset de fusion. Dans ce cas, la présence des deux surfaces latérales 145b produit un effet équivalant à celui qui serait obtenu si la partie extrême arrière de la pièce d'allumage 26g en cours de retrait présentait une surface inclinée vers le haut et, par conséquent, à celui qui serait obtenu si la surface inférieure de la pièce d'allumage, tournée vers le bain de sel fondu, était plus large que la surface supérieure tournée vers la torche à arc sous plasma. L'arc peut donc

être transféré de façon beaucoup plus stable.

Les figures 22 et 23 représentent les situations dans lesquelles la matière première est chargée dans la chambre 20 de fusion et est amenée à l'état fondu par l'arc sous plasma émergeant de la torche. On décrira

par la suite les opérations effectuées dans ces condi-

tions. Le limiteur 68 est habituellement descendu à l'aide du cylindre 74 associé au tube de montée et de descente et l'extrémité inférieure du limiteur 68 est amenée dans l'ouverture inférieure 60a du cône inférieur 60h de guidage. Dans ce cas, il se forme entre la surface intérieure de l'ouverture 60a et le limiteur 68 un espace annulaire 149 par lequel peuvent passer de petits grains ou des morceaux spongieux de titane (d'une dimension de 3 à 20 mm, par exemple). Dans ce cas, la matière première 150, sous la forme de petits grains ou de morceaux spongieux de titane, qui a été dirigée vers l'entrée 21 de charge, depuis le chargeur à tambour,

en passant par la goulotte 17 et l'orifice 57 d'alimenta-

tion, est guidée vers la partie centrale de la chambre de fusion (c'est-àdire du creuset de fusion) par le cylindre supérieur 59 de guidage et le cône inférieur h, puis est dirigée vers la zone centrale du

bain de métal fondu 37a en passant dans ledit espace 149.

La matière première 151 constituée de morceaux de titane de grande dimension, tels que des chutes chargées dans l'entrée 21 de charge, ne peut passer dans l'espace 149, mais est prise entre le cône inférieur 60h et le limiteur 68 de façon à être arrêtée entre eux. Une fois que la matière première 151 constituée de morceaux de grande dimension-est arrêtée en cet emplacement, les petits morceaux de matière première 150 continuent de tomber vers le bain de métal fondu 37a pendant un certain temps, puis les gros morceaux de matière première 151 tombent vers le bain de métal fondu se trouvant dans le creuset de fusion, par suite du relèvement du limiteur 68 vers la position montrée sur la figure 23. Dans ce cas, la zone centrale du bain de métal fondu 37a se trouvant dans le creuset 37 de fusion, lorsque la matière première formée de gros morceaux doit être chargée en second, a été remplie des petits morceaux de matière première 150 chargés précédemment. En conséquence, la matière première en petits morceaux, chargée précédem- ment et empilée sur la zone centrale du bain de métal fondu, peut se comporter comme un coussin amortisseur et peut absorber le choc dû à la chute des gros morceaux de matière première. Même au moment du chargement des gros morceaux de matière première, on évite ladispersion du bain de métal fondu en raison de l'effet de suppression de la vitesse de chute de la matière première produit par le limiteur 68 et de l'effet d'amortissement produit

par les petits morceaux de matière première.

On peut régler la largeur de l'espace annulaire 149 en choisissant la hauteur du limiteur 68. Ce réglage permet de faire varier la dimension des morceaux de matière première arrêtés temporairement dans le cylindre de guidage. Etant donné que les gros morceaux de

matière première sont arrêtés temporairement, relative-

ment près du creuset de fusion, par le limiteur placé dans la chambre 20 de fusion, puis libérés de façon à tomber convenablement vers le centre du creuset de fusion, la paroi de ce dernier n'est pas endommagée par les gros morceaux de matière première qui pourraient autrement tomber à l'extérieur du creuset de fusion. Lorsque les petits morceaux de matière première 50 sont chargés à

l'avance et que les gros morceaux 151 de matière pre-

mière sont ensuite chargés sur les précédents, ces gros morceaux de matière première ne peuvent tomber directement de l'entrée 21 de charge, de sorte que le bain de métal fondu ne déborde pas du creuset de fusion et que la torche

24 à arc sous plasma n'est pas endommagée par les projec-

tions de métal fondu.

Un autre exemple de cylindre de guidage sera à présent décrit en regard des figures 24 à 28. Le cylindre de guidage représenté sur ces figures comporte des moyens d'amortissement destinés à annuler la vitesse de chute de la matière première. Sur ces figures, un élément cylindrique 152 est disposé le long de l'axe central du tronçon cylindrique 54h de la partie 22h d'obturation hermétique et du cylindre supérieur 59h de guidage faisant partie du cylindre 23h de guidage. La surface extérieure de cet élément cylindrique 152, sauf à sa partie supérieure, est recouverte d'un tube 153 de garde réalisé en titane. Même dans le cas o certains morceaux, arrachés du tube 153 de garde par la matière première tombant sur ce tube à partir de l'orifice 57h d'alimentation, tombent accidentellement dans le creuset de fusion avec la matière première, la pureté de cette matière première se trouvant dans le creuset de fusion n'est donc jamais affectée. Un anneau 154 de maintien est fixé à l'extrémité inférieure de l'élément cylindrique

152 au moyen d'un organe de fixation 155. Le bord supé-

rieur d'un élément de base 156 en forme d'entonnoir est relié à l'anneau 154. Cet élément de base est réalisé en acier inoxydable et sa surface extérieure est revêtue d'un garnissage 157 qui est utilisé pour le même but que le tube 153 de garde. La surface inférieure de la partie de base 156 est équipée de plusieurs pièces 158 de support dans lesquelles un anneau 159 est monté. Cet anneau se présente sous la forme d'une tringle circulaire centrée sur l'axe de l'élément cylindrique 152. Des pièces 160 de liaison sont suspendues à l'anneau 159 de façon à pouvoir pivoter librement. La partie supérieure d'une pièce 161 d'amortissement réalisée en titane est fixée à chaque pièce 160 de liaison au moyen de plusieurs organes 162 de fixation. La pièce 161 d'amortissement est donc positionnée de façon à pivoter ou basculer dans la direction radiale du cylindre 23h de guidage, la ligne neutre étant une ligne parallèle à l'axe de l'anneau 159, à la manière d'un pendule. Cette pièce de liaison est réalisée d'un seul bloc avec une masse 163 qui exerce sur la pièce d'amortissement une force tendant à en déplacer l'extrémité inférieure vers l'extérieur. Dans le cas représenté sur la figure 24, l'extrémité inférieure de la pièce 161 d'amortissement est donc en butée contre le garnissage 61h prévu sur la surface intérieure du cône inférieur 60h de guidage. Les premières extrémités de plusieurs entretoises horizontales 164 sont reliées à l'extrémité inférieure du tube 153 de garde, les autres extrémités de ces entretoises étant en contact avec

la surface intérieure du cylindre supérieur 59h de guidage.

De cette manière, l'élément cylindrique 152 est positionné

fixement et coaxialement au cylindre 59h de guidage.

Dans la réalisation décrite ci-dessus, les petits morceaux de matière première, amenés à l'orifice 57h d'alimentation, sont guides par le cône inférieur h de guidage de façon à être concentrés vers

son axe et à porter contre la pièce 161 d'amortissement.

Cette matière première fait incliner la pièce 161

d'amortissement vers l'intérieur, puis tombe vers l'ouver-

ture inférieure 60ah du cône 60h de guidage en passant

dans l'espace annulaire formé entre la pièce d'amortisse-

ment 161 et le garnissage 61h, puis elle tombe de cet espace dans le bain de métal fondu se trouvant dans le creuset de fusion, comme dans le-cas précédent. Même si la matière première en petits morceaux entre à force dans le cylindre 23h de guidage à partir de l'orifice 57h d'alimentation, dans ce cas, son énergie synétique est donc absorbée par la pièce 161 d'amortissement et cette matière est chargée en douceur dans le cas de métal fondu se trouvant dans le creuset de fusion. En conséquence, la

matière première ne tombe jamais sur le bord ou à l'exté-

rieur du creuset de fusion, mais elle tombe convenablement sur la zone centrale de ce creuset. Cet amortissement ralentit efficacement non seulement la matière première en petits morceaux, mais également les gros morceaux de matière première. Lorsqu'une matière première trop légère

pour incliner la pièce d'amortissement 161 tombe à l'exté-

rieur de cette dernière, elle est arrêtée momentanément par cette pièce d'amortissement 161. Lorsque le poids de la matière première arrêtée et empilée atteint une valeur suffisante pour faire basculer la pièce 161 d'amortissement, la matière tombe de la pièce 161 vers

l'intérieur, dans le creuset de fusion.

Comme indiqué par la ligne mixte sur la figure 24, un limiteur 68h, analogue à celui décrit

précédemment, peut être disposé à l'intérieur du cylin-

dre 23h de guidage. La présence de limiteur 68h permet

d'obtenir les caractéristiques fonctionnelles suivantes.

Ainsi, les petits morceaux de matière première sont ralentis et tombent vers le creuset de fusion comme dans le cas précédent. Par ailleurs, étant donné que la pièce 161 d'amortissement est en butée avec le limiteur 68h comme montré en trait pointillé sur la figure 24, les gros morceaux de matière première 151h sont arrêtés entre la pièce d'amortissement 161 et la surface intérieure du cône inférieur 60h de guidage. Sous l'effet d'une élévation

du limiteur 68h, la matière première 151h incline davan-

tage la pièce 161 d'amortissement et passe au-dessous du limiteur 68h, tombant de l'ouverture inférieure 60ah vers le creuset de fusion. Dans cet exemple également, les morceaux de matière première de dimension supérieure à celle prédéterminée peuvent être momentanément arrêtés

comme mentionné précédemment, par un positionnement conve-

nable, à l'avance, du limiteur 68h à une hauteur corres-

pondante. Dans l'explication de l'exemple montré sur les figures 24 à 28, les éléments considérés comme identiques

ou équivalant à ceux représentés sur les figures précé-

dentes portent les mêmes références numériques auxquelles la lettre h est ajoutée. Ces éléments ne seront pas de

nouveau décrits.

Le chargeur 15 à tambour de l'appareil A d'alimentation en matière première sera à présent décrit en détail en référence aux figures 29 à 36. Une enveloppe ou enceinte 241 est formée de façon hermétique afin que son espace intérieur soit isolé de l'atmosphère extérieure et une extrémité de cette enceinte présente une entrée 242 de charge et son autre extrémité présente un orifice 243 de raccordement pour la goulotte précitée 17. Un tambour

cylindrique 244, monté de façon à pouvoir tourner à l'in-

térieur de l'enceinte 241, est supporté par des jeux de trois galets 247 de support placés en deux emplacements indiqués par les références numériques 245 et 246. Le tambour cylindrique 244 comporte à sa périphérie des bandes 248 de butée contre lesquelles les galets 247 de support portent. A l'intérieur de l'enveloppe 241, une première extrémité du tambour cylindrique 244 proche de

l'entrée 242 de charge est définie par une plaque annu-

laire 249 et son ouverture est associée à un orifice 250 de réception de matière première. L'autre extrémité du tambour cylindrique est ouverte et associée à un orifice 251 de sortie de matière première. Le tambour cylindrique

est équipé intérieurement d'une paroi 252 de cloisonne-

ment qui suit une hélice sur la surface intérieure du tambour cylindrique et un couloir hélicoïdal 253 pour la matière première est formé entre deux parties adjacentes de la paroi 252 de cloisonnement. L'hélice comporte, par exemple, treize spires. Le nombre de spires peut évidemment

être inférieur si une charge de matière première, prove-

nant de l'orifice 250 de réception pour une opération d'alimentation, peut être suffisamment mélangée avant d'être dirigée vers l'orifice 251 de sortie en passant par le couloir 253 à matière première. La hauteur de la paroi 252 de cloisonnement est avantageusement d'une dimension telle que la charge de matière première contenue

dans l'une des spires du couloir 253 ne puisse passer par-

dessus cette paroi pour atteindre une charge adjacente de matière première, et elle doit être déterminée en fonction du poids de la charge de matière première, du diamètre du tambour cylindrique 244, etc. Si le diamètre du tambour cylindrique 244 est d'environ 1100 mm, le poids de la charge de matière première est d'environ 20 kg et la longueur axiale d'une spire est de 225 mm, la

hauteur de la paroi 252 de cloisonnement est avantageuse- ment d'environ 300 mm. Avec ces paramètres, des chutes en

cubes de 80 mm de côté, au maximum, peuvent être transfé-

rées en douceur. Dans le cas de l'exemple décrit, le

tambour cylindrique 244 est monté à peu près horizontale-

ment, mais il peut être incliné d'un angle de 5 , le

côté de l'orifice 251 de sortie étant légèrement surélevé.

Lorsque l'on charge la matière première dans le

chargeur 15 à tambour réalisé comme mentionné précédem-

ment, le transporteur 11 à godets est d'abord déplacé sur la longueur d'un godet et une charge de matière première est introduite en totalité dans la spire du couloir de matière première la plus proche de l'orifice 250 de

réception. On fait ensuite tourner le tambour cylindri-

que sur 360 et la charge de matière première est trans-

latée le long du couloir 253 sur une spire en direction de l'orifice 251 de sortie. Le transporteur 11 à godets est alors de nouveau avancé d'un pas, comme mentionné précédemment, et la charge suivante de matière première est introduite. Les autres charges de matière première sont ensuite introduites dans les spires respectives du

couloir 253, par déplacements répétés d'un pas du trans-

porteur 11 à godets.

Lorsque la matière première est évacuée vers la chambre précitée 20 de fusion, l'entrée 242 de charge

est alors fermée hermétiquement et l'atmosphère à l'in-

térieur de l'enveloppe 241 est remplacée par un gaz non oxydant, par exemple de l'argon gazeux. Le tambour cylindrique 244 est ensuite mis en rotation en continu et la matière première est évacuée de l'orifice 251 de sortie vers l'orifice 243 de raccordement. Pendant que la matière première introduite par le premier des deux chargeurs 15 à tambour est en cours de fusion, l'autre chargeur à tambour est rempli de matière première par la

mise en action de l'appareil de pesage et de dosage.

Lorsque la totalité de la matière première du premier

chargeur à tambour a été déchargée et que l'autre char-

geur est totalement rempli de matière première, les deux chargeurs à tambour sont interchangés et l'ensemble de la quantité prédéterminée de matière première à faire fondre est introduit en continu par répétition des opérations précédentes. Le processus par lequel la matière première est évacuée par rotation du tambour cylindrique 244 sera à présent décrit en référence aux figures 31A à 35B. Les figures ayant le suffixe A représentent le tambour cylindrique tel que vu par l'extrémité présentant l'orifice 251 de sortie, et les figures portant le suffixe B représentent une vue en développé du tambour cylindrique 244, suivant la ligne longitudinale la plus haute. Chaque charge 255 de matière première contenue dans le couloir 253 est entraînée vers le haut et soumise à une action de-cascade répétée par la surface intérieure du tambour cylindrique 244 tournant dans le

sens indiqué par les flèches. Sous l'effet de cette opéra-

tion répétée, les charges 255 de matière première sont transférées les unes à la suite des autres vers l'orifice 251 de sortie, suivant le couloir hélicoïdal 253 de

matière première. Chacune des charges peut être suffisam-

ment mélangée pendant son transfert. La référence numéri-

que 256 de la figure 31B montre le profil de la charge

de matière première placée dans une spire du couloir 253.

La charge 255 de matière première ayant été transférée vers l'orifice 251 de sortie par la rotation du tambour cylindrique 244 commence à tomber de cet orifice 251 juste au moment o peu après le moment o le bord arrière 252a de la paroi 252 de cloisonnement arrive dans sa position la plus basse comme montré sur la figure 31A. La plus grande partie de la matière première d'une charge tombe vers l'extérieur pendant le temps d'une rotation sur un arc de 90 du tambour cylindrique 244 à partir de la position montrée sur les figures 31A et 31B jusqu'à la position montrée sur les figures 32A et 32B. Au moment o le tambour cylindrique 244 a tourné sur un arc de 180 à partir de la position montrée sur les figures 31A et 31B jusqu'à la position montrée sur les figures 33A et 33B, la matière première d'une charge

tombe presque en totalité de l'orifice 251 de sortie.

On obtient alors la situation montrée sur les figures 35A et 35B en passant par celle montrée sur les figures 34A et 34B. Autrement dit, on se trouve de nouveau dans la même

situation que sur les figures 31A et 31B et la charge sui-

vante de matière première est à présent en position de sortie. Ces opérations sont effectuées de façon répétée et des charges successives de matière première peuvent

être évacuées les unes à la suite des autres par l'ori-

fice 51 de sortie vers la chambre de fusion, sans se mélanger entre elles. Le diagramme des temps donnant la quantité de matière première évacuée est indiqué par la

courbe en trait plein sur la figure 36. Ainsi, une quan-

tité constante de matière première est évacuée dans un intervalle de temps constant du cycle de travail. Le débit de matière première introduit dans la chambre de fusion ne varie donc pas, même au début ou à la fin d'un processus de fusion, et la charge de matière première devient rarement excédentaire ou insuffisante. Les lingots

produits par l'appareil de coulée A ont donc une consti-

tution exempte de manque d'homogénéité en ce qui concerne

la rugosité et la finesse.

Dans le cas de l'exemple mentionné ci-dessus, la charge de matière première peut être évacuée plus lentement, sur un intervalle de temps relativement long, pendant une rotation complète du tambour cylindrique 244, par inclinaison de ce dernier de façon que son orifice 251 de sortie soit légèrement surélevé. La variation du débit d'introduction de la matière première dans la chambre de fusion peut être davantage atténuée et les variations de rugosité et de finesse des lingots sont

également davantage atténuées.

En utilisant le chargeur 15 à tambour réalisé comme décrit ci-dessus, on élimine efficacement les défauts de l'art antérieur indiqués ci-après. Dans une installation classique de fusion et de coulée de métaux, la matière première, dosée à partir d'une trémie, est pesée de façon à être divisée en un certain nombre de petites charges qui, comme indiqué par la référence numérique 261, sont placées les unes à la suite des autres sur une bande transporteuse 260 comme montré sur la figure 48 et sont amenées en continu à un creuset de fusion par entraînement de la bande transporteuse 260 dans le sens indiqué par la flèche. Un inconvénient est que les charges de matière première dosées précédemment

et celles dosées par la suite par la trémie peuvent pré-

senter des grains de dimension différente, des proportions différentes de constituants d'alliages, etc. Un autre inconvénient est le déplacement relatif des charges 61 dû aux vibrations et autres mouvements apparaissant pendant le transfert par la bande transporteuse; d'autres

inconvénients sont constitués par l'accroissement acciden-

tel de la pile d'une charge et la diminution d'une autre charge. Lorsque de telles charges inégales de matière première sont introduites les unes à la suite des autres dans la chambre de fusion, il est très ennuyeux que le contenu de la charge introduite précédemment diffère de celui de la charge arrivant ensuite ou que le débit de matière première introduit dans la chambre de fusion varie momentanément, de façon aléatoire, comme indiqué par la courbe en trait mixte sur la figure 36. Lorsque les caractéristiques des charges varient fortement, la matière première fond de façon irrégulière dans la

chambre de fusion et les lingots résultant de la solidi-

fication de la matière première fondue présentent des manques d'uniformité de rugosité et de finesse. Lorsque des lingots d'alliages doivent être produits, le mélange mutuel de charges de matière première portées par la bande transporteuse fait varier de façon irrégulière les proportions de la composition de la matière première d'un point à un autre et il en résulte une ségrégation ennuyeuse dans les lingots obtenus par solidification de cette matière première fondue irrégulière. Par contre, dans la forme de réalisation de l'invention telle que décrite précédemment, les moyens de pesage et de dosage divisent la matière première en charges 255 qui sont dirigées directement vers le tambour cylindrique 244 puis vers la chambre 20 de fusion en suivant le couloir

de matière première formé en hélice sur la surface inté-

rieure du tambour cylindrique 244. Cette forme de réalisa-

tion présente donc les effets suivants.

En premier lieu, les charges de matière première qui ont été pesées et amenées dans le couloir de matière première sont avancées en file dans la direction axiale du tambour cylindrique, sans mélange avec d'autres charges voisines. On empêche ainsi toute variation des propriétés de la matière première (la proportion de mélange de plusieurs matières élémentaires) de chaque charge par suite d'un mélange partiel avec d'autres charges, et chaque charge peut atteindre directement la chambre de fusion, ce qui produit dans cette chambre un bain de

métal fondu de meilleure qualité.

En second lieu, la charge disposée dans chaque spire du couloir 253 de matière première est également déplacée sur la surface intérieure (concave) du tambour cylindrique, transversalement à son axe, et l'effet de mélange produit sur chaque charge de matière est donc important, donnant une bonne homogénéisation au bain de

métal fondu lors de l'étape suivante.

Une autre forme de réalisation sera à présent décrite en regard des figures 37A à 41B, réalisation dans laquelle la paroi de cloisonnement est montée différemment. Dans la forme de réalisation décrite, le pas de l'hélice de la paroi 252i de cloisonnement est légèrement allongé vers l'orifice 251i de sortie, de sorte que la largeur du couloir 253i de matière première augmente vers l'orifice 251i de sortie. En raison de l'accroissement de largeur du couloir 253i, la charge 255i de matière première arrivant vers l'orifice de sortie ne peut cascader rapidement, sous l'effet de la rotation du tambour cylindrique 244, et elle peut être évacuée en continu, petit à petit, sur l'ensemble de la révolution complète du tambour cylindrique 244i, comme montré sur les figures 37A à 41B, la même opération étant possible avec un grand nombre de charges successives de matière première. Ainsi, comme montré sur la figure 42, la matière première peut être introduite dans la chambre

de fusion à un débit constant dans le temps. En consé-

quence, la matière première alimente toujours à un débit

constant la chambre de fusion et on produit dans l'appa-

reil de coulée des lingots d'une densité totalement uniforme. Autrement dit, on obtient des lingots sans ségrégation. L'intervalle circonférentiel W, o le pas de l'hélice de la paroi 252j de cloisonnement augmente, est choisi de façon à être égal, par exemple; à un quart de la circonférence complète du tambour cylindrique 244i, et le pas accru sur cet intervalle est établi de façon à être égal à environ deux fois le pas normal. Le degré auquel l'intervalle W ou le pas de l'hélice est ainsi

augmenté est avantageusement déterminé de façon expéri-

mentale, en fonction du poids de la charge de matière première, de la hauteur et du pas de la cloison 252i, de la vitesse de rotation du tambour cylindrique 244i, etc. Il doit être déterminé de façon que la charge de matière première puisse être évacuée en continu par l'orifice 251i de sortie, petit à petit, sur l'ensemble d'une

révolution du tambour cylindrique 244i.

Les éléments considérés comme identiques ou équivalents à ceux montrés sur les figures 29 à 36 portent les mêmes références numériques que sur les

* figures précédentes, auxquelles la lettre i est ajoutée.

Ils ne seront pas de nouveau décrits. (En ce qui concerne également les dessins suivants, les lettres je k et m sont utilisées dans cet ordre, aux mêmes fins, et la

description de ces éléments n'est pas renouvelée).

Les figures 43A à 45 représentent une forme

de réalisation dans laquelle la forme du tambour cylin-

drique. vers son orifice de sortie, est différente de celle décrite précédemment de manière que le couloir de

matière première s'élargisse vers l'orifice de sortie.

Le tambour cylindrique 244j est légèrement allongé à la partie extreme 252aj de la paroi 252j de cloisonnement

afin qu'une partie en surplomb 258 en fasse saillie.

Il résulte de cette forme de réalisation que la matière première peut être évacuée en continu, petit à petite pendant le déroulement d'une révolution complète du tambour cylindrique 244j de la même manière que dans les formes de réalisation précédentes. La dimension de la saillie de la partie 258 en surplomb est à peu près égale à la moitié du pas de l'hélice de la cloison 252j, mais elle est avantageusement déterminée expérimentalement

comme dans la forme de réalisation précédente.

Les figures 46A et 46B représentent une forme de réalisation dans laquelle la hauteur de la paroi 252k de cloisonnement est diminuée vers l'orifice 251k de sortie. Grâce à cette réalisation, la matière première peut être évacuée en continu, petit à petit, comme dans les cas précédents. La hauteur de la partie extrême 252ak est établie à une valeur égale, par exemple, à environ un quart de la hauteur normale de la paroi 252k et l'intervalle circonférentiel W', sur lequel la hauteur de la paroi 252k est diminuée, est déterminé de façon à être égal, par exemple, à une valeur comprise entre 180 et 270 . L'intervalle W' est cependant avantageusement déterminé expérimentalement, comme dans les cas précédents, et il doit être réglé de façon que la charge de matière

première puisse passer par-dessus la paroi 252k de cloi-

sonnement, par exemple dans un intervalle correspondant à

un arc de 90 comme indiqué en W" sur la figure 46A.

Les figures 47A et 47B représentent un exemple illustrant une forme de réalisation différente de l'orifice de sortie. Dans cet exemple, une plaque 257 de chicane est

prévue sur la partie de la paroi de cloisonnement se trou-

vant à un pas d'hélice en amont de l'extrémité 252am.

L'angle du pas (établi dans la direction radiale du tambour cylindrique) de la plaque de chicane est réglé de façon à être compris entre l'angle à augmenter de la partie 252'k de la paroi 252k de cloisonnement et l'angle

normal de l'autre partie.

Grâce à cette réalisation, la pile formée par la

charge de matière première ne peut s'effondrer en se dis-

persant trop largement et, par conséquent, on peut abaisser davantage le débit maximal de sortie de la

matière première.

Cette forme de réalisation a également pour effet de s'opposer au brusque effondrement de la charge de matière première 255m sur le pourtour de l'orifice 251m de sortie pour incliner le tambour cylindrique 244m d'un angle d'environ 5 , son côté le plus proche du second orifice 251m étant légèrement surélevé. Dans l'une quelconque des formes de réalisation montrées sur les figures 37A à 47B, le débit maximal de sortie de la matière première peut dans tous les cas être abaissé par

inclinaison du tambour cylindrique 244m.

Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'installation décrite et

représentée sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Installation de fusion et de coulée caracté-

risée en ce qu'elle comporte un appareil (B) de fusion destiné à faire fondre une matière première métallique dans un bain de métal fondu, un appareil (A) d'alimenta- tion en matière première destiné à fournir de la matière première à l'appareil de fusion, et un appareil (C) de coulée destiné à couler le bain de métal fondu produit par l'appareil de fusion, ce dernier comprenant une paroi

(50) de four qui présente une ouverture inférieure desti-

née à être raccordée à un creuset de fusion et une partie annulaire supérieure rotative (51) destinée à tourner

autour de l'axe central de l'ouverture inférieure, plu-

sieurs torches (24) à arc sous plasma disposées radiale-

ment à intervalles réguliers sur ladite partie rotative et dirigées séparément vers l'ouverture inférieure, et un cylindre (23) de guidage disposé verticalement contre la paroi du four et dont l'extrémité supérieure passe à travers et est disposée au-dessus de la paroi du four, l'extrémité inférieure de ce cylindre de guidage étant disposée directement au-dessus de l'ouverture inférieure, à l'intérieur de ladite paroi du four, l'appareil de coulée comprenant le creuset de fusion qui communique avec l'ouverture inférieure de l'appareil de fusion à laquelle il est raccordé, sa surface inférieure étant conçue pour se déplacer verticalement, et des moyens de retrait étant destinés à faire descendre progressivement le creuset de fusion, l'appareil d'alimentation en matière première comprenant un orifice (251) de sortie de la matière première relié à l'extrémité supérieure du

cylindre de guidage.

2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'appareil d'alimentation en matière première comprend un tambour cylindrique rotatif (244) disposé à peu près horizontalement et dont une première extrémité présente un orifice (250) de réception de matière première et l'autre extrémité un orifice de sortie de matière première, une paroi hélicoidale (252) de cloisonnement étant placée sur la surface intérieure de ce tambour cylindrique et formant un couloir hélicoïdal (253) pour la matière première, allant de l'orifice de

réception à l'orifice de sortie.

3. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le tambour cylindrique est incliné de façon que l'orifice de réception soit abaissé et

l'orifice de sortie surélevé.

4. Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que le pas de la paroi hélicoidale de cloisonnement est augmenté vers l'orifice de sortie afin que la largeur de cette paroi puisse être augmentée vers

ledit orifice de sortie.

5. Installation selon la revendication 2,

caractérisée en ce que la hauteur de la paroi de cloison-

nement est diminuée vers l'orifice de sortie.

6. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'appareil de fusion comprend une

pièce (26) d'allumage qui est conçue pour prendre sélec-

tivement, à l'intérieur de la paroi du four, une position avancée d'allumage entre les extrémités avant de plusieurs torches à plasma et l'ouverture inférieure de la paroi du four, ou une position rétractée, en retrait de ladite position avancée, un dispositif (27) étant destiné à faire exécuter un mouvement alternatif sélectif à ladite pièce d'allumage pour la placer dans l'une de ses deux positions.

7. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la partie extrême inférieure du cylindre de guidage présente la forme d'un entonnoir qui se resserre vers l'extrémité inférieure du cylindre de guidage, l'appareil de fusion comprenant un limiteur (68) qui est logé de façon à pouvoir se déplacer verticalement à l'intérieur de la partie inférieure du cylindre de guidage et qui présente une épaisseur telle qu'un espace annulaire, permettant le passage de la matière première, peut être formé entre le limiteur et la surface intérieure de la partie inférieure du cylindre de guidage, des moyens étant destinés à faire monter et descendre le limiteur.

8. Procédé d'alimentation en matière première destiné à être utilisé avec une installation de fusion et

de coulée comprenant un appareil de fusion destiné à trans-

former une matière première en un bain de métal fondu,

un appareil d'alimentation en matière première prévu au-

dessus de l'appareil de fusion, et un appareil de coulée destiné à couler le bain de métal fondu, l'appareil de fusion comprenant plusieurs torches à arc sous plasma disposées radialement au-dessus du bain de métal fondu et l'appareil d'alimentation en matière première comprenant un cylindre de guidage qui descend à l'intérieur de la paroi du four et dont la partie inférieure est resserrée, un limiteur cylindrique étant monté verticalement dans le cylindre de guidage afin de pouvoir exécuter un mouvement alternatif vertical par rapport à l'ouverture inférieure de ce cylindre de guidage, le procédé étant caractérisé en ce que la matière première chargée est guidée par le cylindre de guidage vers le bain de métal fondu, un espace annulaire réglable permettant le passage de la matière première entre le limiteur et la surface intérieure du

cylindre de guidage par déplacement vertical dudit limi-

teur, des morceaux de matière première de grande dimension

et de faible dimension étant chargés dans l'appareil d'ali-

mentation en matière première, les morceaux de matière première de faible dimension tombant dans le bain de métal fondu avant les gros morceaux de matière première du fait

d'un réglage approprié de la hauteur du limiteur.

9. Installation selon la revendication 1,

caractérisée en ce que plusieurs pièces (161) d'amortisse-

ment sont suspendues verticalement dans le cylindre de guidage de façon à pouvoir pivoter librement contre la

surface intérieure du cylindre de guidage et à s'éloi-

gnant de cette surface intérieure, les extrémités infé-

rieures des pièces d'amortissement étant normalement en contact avec la surface intérieure ou à proximité de cette surface intérieure, mais étant conçues pour être écartées de ladite surface intérieure par la chute de la matière première afin de former un espace annulaire variable permettant le passage de la matière première et freinant la chute de cette dernière pour qu'elle arrive

en douceur sur le bain de métal fondu.

10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'un limiteur cylindrique (68h) est

monté verticalement à l'intérieur des pièces d'amortisse-

ment de façon à pouvoir être déplacé verticalement pour limiter de façon réglable l'éloignement desdites pièces

d'amortissement de ladite surface intérieure.