FR2858257A1 - Procede et dispositif de solidification dirigee - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de coulée à solidification dirigée comprenant un four de coulée (11) pourvu d'une extrémité inférieure ouverte (13e) par laquelle un moule (20) placé sur un élément de refroidissement (26) est déplacé par un piston (28), un écran thermique (60) porté par le piston et pouvant être positionné sur l'extrémité inférieure du four de coulée sous l'effet d'un déplacement du piston, et un ressort (70) pour retenir l'écran thermique (60) sur l'extrémité inférieure lorsque ledit piston pousse le moule dans le four et retire le moule rempli du matériau métallique fondu hors du four pour réaliser une solidification dirigée du matériau métallique fondu dans le moule.Application notamment aux systèmes de coulée à solidification dirigée.

Description

La présente invention concerne des dispositifs et

procédés de solidification dirigée, à l'aide desquels de la chaleur est retirée d'une manière unidirectionnelle à partir d'une masse fondue dans un four de manière à former 5 une pièce coulée à grains colonnaires ou formée d'un monocristal.

Lors de la fabrication de composants, comme par exemple des aubes et des ailettes de turbine formées d'un superalliage à base de nickel, pour des moteurs à turbine à 10 gaz, on a utilisé par le passé des techniques de coulée de précision à solidification dirigée (DS) pour produire des microstructures de pièces coulées à grains colonnaires et formées d'un monocristal, possédant des propriétés mécaniques améliorées à des températures élevées que l'on 15 rencontre dans la section turbine du moteur.

Dans la fabrication d'aubes et d'ailettes de turbines en utilisant la technique de "retrait" de coulée DS bien connue, selon laquelle un moule de précision rempli par la masse fondue et situé sur une plaque de 20 refroidissement est retiré d'un four de coulée, on utilisait un écran thermique fixe à proximité du fond du four de coulée pour améliorer le gradient thermique unidirectionnel présent dans le métal ou dans l'alliage fondu lorsque le moule de précision est retiré du four de 25 coulée. L'écran réduit la perte thermique par rayonnement à partir du four et le moule rempli par la masse fondue lorsque le moule est retiré du four de coulée.

Lorsqu'il faut couler une nouvelle série ou un nouvel ensemble de moules ayant une forme extérieure 30 différente, la pratique antérieure consistait à arrêter le four de coulée, refroidir le four de coulée à la température ambiante et démonter le four dans la mesure nécessaire pour remplacer l'écran thermique par un écran thermique différent conçu pour mieux s'adapter à la 35 nouvelle forme de moule devant être coulé. Ceci présente un inconvénient dans un environnement de production en un volume important par le fait que la main d'oeuvre, le temps et le coût de fabrication des composants coulés augmentent.

En vue d'améliorer le gradient thermique, on a 5 proposé différentes constructions d'écrans comme par exemple cela est décrit dans le brevet US 3 714 977, dans lequel on utilise un écran supérieur mobile et un écran inférieur fixe, et dans le brevet US 4 108 236, dans lequel on utilise un écran fixe et un écran flottant situé au10 dessous de l'écran fixe et flottant sur un bain d'agent de refroidissement liquide situé au- dessous du four.

Le brevet US 5 429 176 décrit un écran formé d'une étoffe, qui comporte une fente ou une autre ouverture pourvue de bords périphériques qui s'appliquent contre le 15 moule rempli par la masse fondue, pendant son retrait hors du four.

Le brevet US 4 819 709 décrit des premier et second écrans thermiques mobiles opposés comportant des régions en chevauchement, qui définissent une ouverture par 20 laquelle le moule rempli par la masse fondue est retiré.

Les écrans thermiques peuvent être écartés ou rapprochés l'un de l'autre dans un cadre horizontal.

Le brevet US au nom de Howmet 6 276 432 (MP-205) décrit de multiples écrans de déflexion vis-à-vis du 25 rayonnement, un écran de déflexion vis-à-vis du rayonnement étant fixé à une extrémité inférieure du four de coulée et un autre écran de déflexion vis-à-vis du rayonnement suit le moule chaud rempli par la masse fondue, lorsqu'il est retiré du four de coulée.

La présente invention fournit un dispositif ainsi qu'un procédé de coulée à solidification dirigée (DS) utilisant un élément formant écran thermique pouvant être positionné au niveau d'une extrémité inférieure ouverte d'un four de coulée (DS) sous l'effet du déplacement d'un 35 piston, sur lequel un moule devant être coulé est déplacé par rapport au four de coulée. Un seul élément formant écran thermique peut être utilisé pour chaque forme particulière d'une série ou d'un ensemble de moules devant être coulés. Pendant la coulée DS, l'élément formant écran 5 thermique est maintenu dans une première position de fonctionnement sur l'extrémité inférieure du four de coulée chauffé. L'élément formant écran thermique peut être écarté du four de coulée pour venir dans une seconde position éloignée de la première extrémité du four de coulée et dans 10 cette position, l'élément formant écran thermique peut être aisément remplacé par un autre élément formant écran thermique comportant une ouverture d'écran thermique unique pour une autre forme d'une série ou d'un ensemble de moules devant être coulés. Le remplacement de l'élément formant 15 écran thermique peut être obtenu sans qu'il faille refroidir et démonter le four de coulée pour exécuter le remplacement de l'écran. L'action d'écran thermique entre le four de coulée chaud et la région de refroidissement située au-dessous du four de coulée est de ce fait 20 optimisée pour chaque forme particulière d'une série ou d'un ensemble de moules devant être coulés.

Le dispositif de coulée à solidification dirigée selon l'invention comprend un four de coulée comprenant une extrémité inférieure ouverte, à travers laquelle un moule 25 disposé sur un élément de refroidissement est déplacé par un piston, un élément formant écran thermique supporté par le piston et pouvant être positionné au niveau de l'extrémité inférieure du four de coulée par déplacement du piston en direction dudit four de coulée, et des moyens 30 formant ressort pour retenir l'élément formant écran thermique sur l'extrémité inférieure lorsque le piston positionne le moule dans le four de coulée et lorsque le piston retire le moule rempli avec du matériau métallique fondu hors du four de coulée pour réaliser une 35 solidification dirigée du matériau métallique fondu dans le moule. Une pluralité d'éléments formant écran thermique peuvent être utilisés en pouvant être positionnés chacun au niveau de l'extrémité inférieure du four de coulée par déplacement du piston en direction du four de coulée, 5 chacun de ces éléments formant écran possédant des moyens formant ressort pour retenir l'élément formant écran thermique au niveau de l'extrémité inférieure lorsque le piston positionne le moule dans le four de coulée et lorsque le piston retire le moule rempli avec du matériau 10 métallique fondu hors du four de coulée pour réaliser une solidification dirigée du matériau métallique situé dans le moule.

Conformément à une autre forme de réalisation donnée à titre d'illustration de l'invention, un système à 15 écran thermique est disposé sur un piston qui porte un élément de refroidissement, sur lequel ledit moule est disposé. Le système à écran thermique comprend un organe de support disposé sur le piston pour se déplacer conjointement avec ce dernier lorsque le moule est placé 20 dans le four de coulée puis en est retiré. Une pluralité d'éléments de support montants sont disposés sur l'organe de support, supportant, à proximité de leurs extrémités supérieures, un élément formant écran thermique possédant une ouverture de moule. Au moins un ressort hélicoïdal et 25 de préférence une pluralité de ressorts hélicoïdaux sont disposés sur la face inférieure de l'élément formant élément de refroidissement. En particulier chaque ressort hélicoïdal possède un boîtier fixé sur la face inférieure de l'élément de refroidissement et un élément de ressort 30 hélicoïdal mobile possédant une extrémité raccordée à l'autre extrémité du boîtier qui est raccordée audit organe de support fixé au piston.

En fonctionnement, le piston est soulevé initialement de manière à placer l'élément formant écran 35 thermique contre l'extrémité inférieure du four de coulée, et est en outre soulevé pour faire passer le moule dans l'ouverture de l'écran et l'introduire dans le four de coulée lorsqu'un matériau métallique fondu (masse fondue) est disposé dans le moule. Lorsque le moule rempli par la 5 masse fondue est placé dans le four de coulée, les ressorts hélicoïdaux sont déroulés ou déployés hors du boîtier respectif de manière à appliquer une force de ressort dans une direction tournée vers l'extrémité inférieure du four de coulée de manière à solliciter et retenir l'élément 10 formant écran thermique contre l'extrémité inférieure.

Lorsque le moule rempli par la masse fondue est retiré du four de coulée par abaissement du piston, les ressorts hélicoïdaux continuent à solliciter et à retenir l'élément formant écran thermique contre l'extrémité inférieure du 15 four de coulée étant donné que les ressorts sont enroulés ou rétractés en retour dans le boîtier respectif. L'écran thermique est sollicité contre l'extrémité inférieure du four de coulée jusqu'à ce que les ressorts hélicoïdaux soient complètement rétractés, instant auquel un 20 abaissement supplémentaire du piston écarte l'élément formant écran thermique, de l'extrémité inférieure du four de coulée.

De multiples éléments formant écrans thermiques et de multiples éléments de support associés et ressorts 25 hélicoïdaux associés du type décrit précédemment peuvent être utilisés pour réaliser un système à écrans thermiques à étages multiples pour la solidification dirigée d'un matériau métallique fondu dans un moule.

D'autres caractéristiques et avantages de la 30 présente invention, ressortiront de la description donnée ci-après, prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un dispositif de coulée DS illustrant un système d'écran 35 thermique conformément à une forme de réalisation de l'invention dans une position distante du four de coulée; - la figure 2 est une vue similaire à la figure 1, mais sur laquelle le système à écran thermique conforme à une forme de réalisation de l'invention est situé dans une position à proximité du four de coulée; - la figure 3 est une vue similaire à la figure 2, sur laquelle le moule rempli par la masse fondue est retiré du four de coulée; - la figure 4 est une vue en coupe schématique 10 d'un dispositif de coulée DS représentant un système d'écran thermique conformément à une autre forme de réalisation de l'invention, dans une position proche du four de coulée; - la figure 5 est une vue en coupe schématique 15 d'un dispositif de coulée DS d'une autre forme de réalisation de l'invention représentant un système d'écrans thermiques à plusieurs étages conformément à l'invention, le moule étant disposé à distance du four de coulée; - la figure 6 est similaire à la figure 5, mais 20 avec le système d'écran thermique selon une forme de réalisation de l'invention dans une position proche du four de coulée; - la figure 7 est similaire à la figure 6, le moule rempli par la masse fondue étant retiré du four de 25 coulée; et - la figure 8 est une vue de l'organe de support représentant l'agencement des ressorts hélicoïdaux sur cet organe.

La présente invention fournit, dans une forme de 30 réalisation, un système d'écran thermique sollicité par ressort et destiné à être utilisé dans des dispositifs et procédés de coulée DS bien connus et est particulièrement utile, sans cependant y être limité, à la coulée de superalliages à base de nickel, de cobalt et de fer pour la 35 production d'une microstructure de coulée à grains colonnaires ou une microstructure coulée unique. En référence à la figure 1, le dispositif de coulée est conforme à une forme de réalisation de l'invention pour la coulée de superalliages à base de nickel ou de cobalt et de 5 fer pour produire une microstructure coulée à grains colonnaires unique, comprend une chambre de coulée 10 sous vide dans laquelle est disposé un four de coulée 11 de façon classique. Des éléments d'isolation thermique 13a, 13b forment une enceinte de four ayant une extrémité 10 inférieure ouverte 13e. Dans l'élément tubulaire d'isolation thermique 13a est disposé un élément tubulaire intérieur massif en graphite 15 formant un suscepteur qui est chauffé par activation de la bobine d'induction 18.

L'élément d'isolation thermique 13b inclut une ouverture 15 13c, par laquelle un métal ou un alliage fondu comme par exemple un superalliage fondu, peut être introduit dans le moule 20 à partir d'un creuset (non représenté) situé dans la chambre 10 au-dessus du four de coulée 11, de façon classique.

Une bobine d'induction 18 est supportée au voisinage de l'élément d'isolation thermique 13a et est activée par une source d'alimentation électrique classique (non représentée). La bobine d'induction 18 chauffe le suscepteur tubulaire en graphite 15 disposé en son 25 intérieur. Une fois le moule vide 20 a été positionné dans le four 12, on préchauffe le moule à une température appropriée de coulée pour recevoir la masse fondue à l'aide de la chaleur provenant du suscepteur 15.

Le moule 20 comporte de façon typique un moule en 30 coquille céramique de précision classique formé au moyen du procédé bien connu à cire perdue. Le moule 20 est représenté sous la forme d'une coque céramique jumelée ou regroupée comportant une coupelle d'introduction 20a, des canaux de coulée 20b et une pluralité (2 sont représentés) 35 de moules en coquille 20m possédant chacun une pluralité de moules 20c produisant la forme de l'article devant être coulé. Les cavités de moule 20c sont représentées chacune comme ayant la forme d'une aube de moteur de turbine à gaz retournée possédant une région de pied au niveau de la 5 partie supérieure, une région formant plateforme P et une région formant plan de sustentation A au niveau de la partie inférieure.

La coupelle de versement 20a reçoit un matériau métallique fondu (une masse fondue) à partir d'un creuset 10 (non représenté) disposé au-dessus du four de coulée. La coupelle de versement 20a communique par l'intermédiaire de canaux de coulée 20b avec une ou plusieurs cavités 20c présentes dans le moule. Chaque cavité de moule 20c communique avec un élément de refroidissement 26, comme par 15 exemple une plaque de refroidissement, au niveau d'une extrémité inférieure ouverte de chaque cavité de moule 20c d'une manière classique pour réaliser un prélèvement unidirectionnel de chaleur à partir de la masse fondue résidant dans le moule et par conséquent un gradient 20 thermique dans la masse fondue située dans le moule s'étendant le long de l'axe longitudinal du moule. Lors de la coulée de composants monocristallins, un sélecteur de cristal (non représenté) comme par exemple une amorce, est incorporé dans le moule au-dessus de son extrémité 25 inférieure ouverte de manière à sélectionner un monocristal pour sa propagation dans la masse fondue, toutes ces opérations s'effectuant comme cela est bien connu. Le moule 20 est formé d'une base de moule monobloc 20f qui est en appui sur l'élément de refroidissement 26 comme cela est 30 représenté et qui peut être serrée contre ce dernier d'une façon classique si on le désire. L'élément de refroidissement 26 est disposé sur un piston 28 qui est soulevé et abaissé par un actionneur fluidique (non représenté) de façon classique.

Un premier anneau fixe 30 de support du four est disposé au niveau de l'extrémité inférieure ouverte 13e du four de coulée sur un second anneau de support annulaire fixe 32, qui à son tour est disposé sur des bras 33 (partiellement représentés) dans la chambre à dépression 5 10. L'anneau de support 30 est réalisé en mousse de graphite ou en un autre matériau approprié. L'anneau de support 32 est formé de cuivre ou d'un autre matériau approprié.

Conformément à une forme de réalisation donnée à 10 titre d'illustration de l'invention, un système d'écran thermique 50 sollicité par un ressort est disposé sur le piston 28 qui porte l'élément de refroidissement 26, sur lequel le moule 20 est disposé comme représenté sur les figures 1 à 3. Le système d'écran thermique inclut un 15 organe de support 52 qui est représenté sous la forme d'une plaque plane et disposé et fixé sur un collet de montage 54 fixé sur le piston 28. Le collet 54 inclut un passage central qui permet au piston 28 de passer librement à travers le collet 54 lorsque le moule 20 est placé dans et 20 est ensuite retiré du four de coulée 11. Le collet de montage 54 inclut des sections supérieure et inférieure de collet 54a, 54b entre lesquelles la périphérie intérieure de l'organe de support 52 est fixée.

L'organe de support 52 comporte une pluralité 25 d'éléments de support montants 56, comme par exemple des tiges, possédant des extrémités inférieures fixées sur l'organe de support (par exemple par vissage dans des trous formés dans l'organe de support 52) et comportant des extrémités supérieures fixées de façon ordinaire similaire 30 à un anneau annulaire 58 de support d'écran, qui peut être réalisé en acier inoxydable ou en un autre matériau résistant à la chaleur. L'anneau de support 58 applique une sollicitation ou une forme uniforme à l'élément formant écran thermique afin de le retenir contre l'anneau de 35 support 30. Les éléments de support 56 peuvent être espacés sur la périphérie de l'organe de support 52 et de l'anneau de support 58. Trois, quatre ou un plus grand nombre d'éléments de support 56 peuvent être utilisés entre l'élément de support 52 et l'anneau de support 58. Les 5 éléments de support 56 peuvent être réalisés en acier inoxydable ou en un autre matériau résistant à la chaleur.

Un élément formant écran thermique annulaire 60 est disposé sur l'anneau de support 58 et inclut une ouverture 60a, par laquelle passe le moule 20. L'élément 10 formant écran thermique 60 est retenu sur l'anneau de support 58 par n'importe quel moyen de fixation approprié comme par exemple des dispositifs de fixation en tôle, des broches et d'autres dispositifs de fixation appropriés.

L'ouverture 60a est conçue pour être adaptée aussi 15 étroitement que possible aux parois périphériques extérieures du moule 20 lorsqu'il est retiré du four de coulée 11 afin de réduire la perte thermique depuis le four de coulée 11 en direction de la région de refroidissement CR située au-dessous de l'extrémité inférieure 13e du four 20 de coulée. L'élément formant écran thermique 60 peut être réalisé en une mousse de graphite, un feutre de graphite ou un autre matériau approprié d'isolation thermique à haute température.

Un ou plusieurs ressorts hélicoïdaux 70 sont 25 disposés sur la face inférieure de l'élément de refroidissement 26. A titre d'illustration et sans aucun caractère limitatif, quatre ressorts hélicoïdaux 70 peuvent être espacés sur la périphérique sur la face inférieure de l'élément de refroidissement 26. Les ressorts 70 peuvent 30 comporter des ressorts spiraux précontraints, des ressorts à couple constant ou d'autres ressorts hélicoïdaux appropriés. En particulier chaque ressort hélicoïdal 70 possède un boîtier 70a fixé à la face inférieure de l'élément de refroidissement, et un ressort hélicoïdal plat 35 mobile 70b possédant une extrémité fixée sur un arbre 70c l1 monté sur le boîtier 70a. Les boîtiers 70a sont disposés sur une plaque de guidage annulaire 71 comportant une bride périphérique 7la pourvue d'ouvertures 7lb recevant les éléments de support 56 de manière à guider le déplacement de l'élément de refroidissement 26.

L'autre extrémité de l'élément formant ressort hélicoïdal 70b est raccordée à l'élément de support 52 qui est fixé au piston. Lorsque l'élément de ressort 70b est déroulé hors du boîtier 70a, une force de ressort est 10 appliquée à l'organe de support 52. L'extrémité 70e de l'élément de ressort hélicoïdal 70 peut être fixée de manière à supporter l'élément 52 au moyen de n'importe quel organe de fixation approprié, comme par exemple un boulon, une vis ou analogue. Des ressorts hélicoïdaux appropriés 70 15 sont disponibles auprès de la sociétés Ametek Hunter Company 900 Clymer Ave., Sellersville, PA, 18960.

En fonctionnement, le moule 20 est préchauffé de façon typique à une température de coulée appropriée avant être placé sur l'élément de refroidissement 26 dans une 20 position distante du four de coulée 11 comme cela est représenté sur la figure 1. Le piston 28 est alors soulevé initialement de manière à placer l'élément formant écran thermique 60 à proximité des anneaux de support 30, 32 d'extrémité inférieure 13e du four de coulée 11, puis sont 25 soulevés d'une manière supplémentaire pour faire passer le moule vide 20 à travers l'ouverture 60a de l'écran et l'introduire dans le four de coulée 11. En particulier lors du soulèvement du piston, l'anneau de support 58 coopère avec le second anneau de support 32 du four au-dessous du 30 four de coulée 11 pour servir de dispositif d'arrêt pour l'anneau de butée de support 58 et positionner l'élément formant écran thermique 60 à proximité de l'anneau de support 30 du four, figure 2. Les éléments de ressorts hélicoïdaux 70b exercent une sollicitation dirigée vers le 35 haut au collet 54, aux organes de support 56 et à l'anneau de support 58 et par conséquent à l'élément 60 formant écran thermique en ce point.

Le piston 28 continue à être soulevé par rapport à l'élément formant écran thermique 60 arrêté, de manière à 5 positionner le moule préchauffé 20 dans le four de coulée 11, où un matériau métallique fondu (masse fondue) est introduit et déversé dans la coupelle de versement 20a du moule 20 à partir du creuset situé au-dessus. Sinon, la coupelle de versement 20a peut contenir une charge solide 10 qui est fondue dans le four de coulée sous l'effet de l'activation du suscepteur 15 pour y former la masse fondue. La masse fondue pénètre par les canaux de coulée 20b dans les cavités de moule 20c pour les remplir avec la masse fondue.

Comme cela est représenté sur la figure 2, les éléments de ressorts hélicoïdaux 70b sont déroulés ou déployés hors du boîtier respectif 70a pour appliquer une force de traction du ressort dans le sens montant (en direction de l'extrémité inférieure 13e) qui sollicite et 20 retient l'anneau de support 58 pour un élément formant écran thermique 60 vers le haut contre l'anneau de support 32 au niveau de l'élément inférieur 13e du four de coulée lorsque le piston 28 continue à être soulevé par rapport à l'élément formant écran thermique 60, et ses composants de 25 support incluant, un organe de support 52, des éléments de support 56 et un anneau de support 58. Cette sollicitation fournie par le ressort maintient l'anneau de support 58 pour l'élément formant écran thermique 60 étroitement serrée contre l'anneau de support 30 de l'extrémité 30 inférieure 13e du four de coulée.

Lorsque le moule 20 rempli par la masse fondue est retiré du four de coulée par abaissement du piston 28 pour obtenir une solidification dirigée de la masse fondue, les éléments de ressorts hélicoïdaux 70b continuent à 35 solliciter et retenir l'anneau de support 58 pour l'élément formant écran thermique 60 contre l'anneau de support 30 de l'extrémité inférieure du four de coulée lorsqu'ils sont enroulés ou rétractés en retour dans le boîtier respectif 70a. Des éléments de ressorts hélicoïdaux 70b continuent à 5 appliquer une sollicitation, dirigée vers le haut, au collet 54, aux éléments de support 56 et à l'anneau de support 58 et par conséquent à l'élément formant écran thermique 60 pendant le retrait du moule.

L'élément formant écran thermique 60 est 10 sollicité et retenu au niveau de l'extrémité inférieure du four de coulée lorsque le piston est abaissé jusqu'à ce que les éléments formant ressorts hélicoïdaux soient complètement rétractés, instant auquel un abaissement ultérieur du piston 28 écarte l'élément formant écran 15 thermique 60 de l'extrémité inférieure du four de coulée pour l'amener dans la position représentée sur la figure 1.

Le piston 28 est abaissé de manière à déplacer l'élément formant écran thermique 60 et ses composants de support dans la position distante par rapport à l'extrémité 20 inférieure du four de coulée comme cela est représenté sur la figure 1.

Dans cette position distante, l'élément formant écran thermique peut être également retiré et remplacé s'il faut couler ensuite une série ou un ensemble de moules 20 25 ayant une forme extérieure différente. En particulier un nouvel élément formant écran thermique unique pour la nouvelle forme extérieure de moule est fixé sur l'anneau de support 58 pour être utilisé lors de la coulée de la série suivante ou de l'ensemble suivant de moules. L'élément 30 formant écran thermique 60 peut être aisément remplacé par un autre élément formant écran thermique entre chaque ensemble de moules sans avoir à refroidir et démonter le four de coulée pour réaliser le remplacement de l'écran thermique. Le nouvel élément formant écran thermique 35 possède une ouverture 60a ayant une forme optimisée pour la nouvelle forme extérieure de la série suivante ou de l'ensemble suivant de moules devant être coulés. L'effet de protection thermique entre le four de coulée chaud 11 et la région de refroidissement CR au-dessous du four de coulée 5 est par conséquent optimisé pour chaque forme particulière d'une série ou d'un ensemble de moules devant être coulés.

De même, dans cette position distante, on peut inspecter l'élément formant écran thermique 60 pouvoir s'il présente un endommagement et le remplacer si cela est 10 nécessaire.

Conformément à l'invention, il est envisagé de disposer un capteur de position (non représenté) à proximité d'un ou de plusieurs éléments formant ressorts hélicoïdaux 70b de manière à détecter leur position pour 15 envoyer des données de rétroaction concernant l'emplacement et le déplacement des éléments de ressort.

Conformément à l'invention il est également envisagé d'utiliser plus d'un élément formant écran thermique 60 et ces composants de support décrits plus 20 haut. Par exemple, on peut prévoir des second et troisième éléments formant écrans thermiques et supportés sur le piston 28 au moyen de composants de support décrits précédemment et qui sont décalés circonférentiellement les uns par rapport aux autres autour du piston de manière à 25 permettre le positionnement de multiples éléments formant écran thermique au niveau de l'extrémité inférieure 13e du four de coulée 11.

Par exemple, en référence aux figures 5, 6 et 7, sur lesquelles les caractéristiques identiques des figures 30 1 à 4 sont représentées par les mêmes chiffres de référence, on y voit représenté un seul élément formant écran thermique 160 disposé sur un anneau de support 158 pour son positionnement conjointement avec un élément formant écran thermique 60 situé au niveau de l'extrémité 35 inférieure du corps de coulée. Le second élément formant écran thermique 160 est guidé de manière à exécuter un déplacement ascendant et descendant sur les tiges de guidage 156 fixées au niveau de leurs extrémités inférieures à la plaque de support 152. La plaque de 5 support 152 peut être soulevée et abaissée par rapport à la plaque de support 52 en réponse au déplacement du piston 28 afin de positionner les premier et second éléments formant écrans thermiques 60, 160 au niveau de l'extrémité inférieure du four de coulée 28 comme cela est représenté 10 sur la figure 6. La plaque 152 inclut des ouvertures 152a et 152b à travers lesquelles peuvent passer les éléments 70b deressorts 70 et les tiges de guidage 56. Une pluralité de ressorts hélicoïdaux 170 qui sont similaires à des ressorts 70 décrits plus haut sont fixés au moyen d'une 15 plaque 71 à la face inférieure de la plaque de refroidissement 26 et inclut des éléments de ressort 170b qui s'étendent jusqu'à la plaque de support 152 et y sont fixés.

Lorsque le moule 20 rempli par la masse fondue 20 est retiré du four de coulée par abaissement du piston 28 pour l'obtention d'une solidification dirigée de la masse fondue, figure 7, les éléments de ressorts hélicoïdaux 70b continuent à solliciter et retenir l'anneau de support 58 de l'élément formant écran thermique 60 contre l'anneau de 25 support 30 de l'extrémité inférieure du four de coulée, lorsqu'ils sont enroulés ou rétractés en retour dans le boîtier respectif 70a. Les éléments de ressorts hélicoïdaux 70b continuent à solliciter et retenir l'élément formant écran thermique 160 contre l'anneau de support sollicité 58 30 et au voisinage du premier élément formant écran thermique lorsqu'ils sont enroulés ou rétractés en retour dans le boîtier respectif 170a. Le second élément formant écran thermique 160 possède une ouverture intérieure 160a dont le contour est étroitement adapté à la région de plan de 35 sustentation A du moule 20, tandis que l'écran thermique 60 possède une ouverture 60a faiblement espacée de la région formant plateforme P du moule 20 pour l'écran thermique.

Les éléments de ressorts hélicoïdaux 70b, 170b continuent à appliquer une sollicitation montante aux éléments formant 5 écrans thermiques 60, 160 pendant le retrait de la région de plan de sustentation A du moule 20 jusqu'à ce que sa région de plateforme P s'applique contre l'élément formant écran thermique 160, figure 7, l'entraîne vers le bas à l'encontre de la sollicitation des ressorts 170. L'élément 10 formant écran thermique 460 reste sollicité et retenu contre l'anneau de support de l'extrémité inférieure du four de coulée lorsque le piston est abaissé jusqu'à ce que les éléments de ressorts hélicoïdaux soient complètement rétractés, instant auquel un abaissement supplémentaire du 15 piston 28 dégage l'élément formant écran thermique 60 de l'extrémité inférieure du four de coulée comme décrit précédemment en référence à la figure 1. Le piston 28 est abaissé de manière à déplacer les éléments formant écran thermique 60, 160 et leurs composants de support pour venir 20 dans la position distante par rapport à l'extrémité inférieure du four de coulée.

Dans cette position distante, l'un des deux éléments formant écrans thermiques ou ces deux éléments peuvent être retirés et remplacés s'il faut couler ensuite 25 une série ou un ensemble de moules 20 ayant une forme extérieure différente. En particulier, de nouveaux éléments formant écrans thermiques 60, 160 uniques pour la nouvelle forme extérieure de moule sont fixés les anneaux de support 58, 158 destinés à être utilisés pour la coulée de la série 30 suivante ou de l'ensemble suivant de moules. Les éléments formant écrans thermiques 60, 160 peuvent être aisément remplacés par d'autres éléments formant écrans thermiques entre chaque ensemble de moules sans qu'il faille refroidir et démonter le four de coulée pour effectuer un 35 remplacement de l'écran thermique. Les nouveaux éléments formant écrans thermiques possèdent des ouvertures 60a, 160a dont la forme est optimisée pour la nouvelle forme extérieure de la prochaine série ou du prochain ensemble de moules devant être coulés. Une action de protection 5 thermique entre le four de coulée 11 et la région de refroidissement CR située autour du four de coulée est de ce fait optimisée pour chaque sorte particulière d'une ou de plusieurs séries ou d'un ou de plusieurs ensembles de moules devant être coulés.

De même, dans cette position à l'écart, on peut inspecter les éléments formant écran thermique 60, 160 pour voir s'ils présentent un endommagement et les remplacer si cela est nécessaire.

On comprendra que la présente invention a été 15 décrite en rapport avec certaines formes de réalisation spécifiques à des fins d'illustration et sans aucun caractère limitatif. Des variantes, modifications, changements et analogues pouvant être apportés à l'invention rentrent dans le cadre cette dernière.

Claims (18)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de coulée à solidification dirigée, caractérisé en ce qu'il comporte un four de coulée (11) comportant une extrémité inférieure ouverte (13e), à 5 travers laquelle un moule (20) disposé sur un élément de refroidissement (26) est déplacé par un piston (28), un élément formant écran thermique (60) supporté par ledit piston et pouvant être positionné sur ladite extrémité inférieure dudit four de coulée (11) sous l'effet du 10 déplacement dudit piston (28) en direction dudit four de coulée, et des moyens formant ressort (70) servant à retenir ledit élément formant écran thermique sur ladite extrémité inférieure lorsque ledit piston (28) positionne ledit moule (20) dans ledit four de coulée (11) et lorsque 15 ledit piston (28) retire ledit moule rempli avec du matériau métallique fondu dudit four de coulée pour une solidification dirigée dudit matériau métallique fondu dans ledit moule.

2. Dispositif selon la revendication 1, 20 caractérisé en ce que ledit piston (28) porte un élément de refroidissement (26), sur lequel ledit moule (20) est disposé.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un organe de support (52) 25 disposé sur ledit piston (28) pour se déplacer avec ce dernier lorsque ledit moule (20) est placé dans ledit four de coulée (11) et en est ensuite retiré.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité d'éléments 30 de support montants (56) disposé sur ledit organe de support (52), lesdits éléments de support montants supportant, à proximité de leurs extrémités supérieures, ledit élément formant écran thermique (60).

5. Dispositif selon la revendication 3, 35 caractérisé en ce que lesdits moyens formant ressort (70) sont disposés entre ledit élément de refroidissement (26) et ledit organe de support (52).

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens formant ressort (70) 5 comprennent un ou plusieurs ressorts hélicoïdaux (70c) comportant un boîtier fixé sur une face inférieure de l'élément de refroidissement (26) et un élément de ressort hélicoïdal mobile (70a) comportant une extrémité raccordée à ladite autre extrémité du boîtier qui est raccordée audit 10 organe de support (52).

7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un second élément formant écran thermique (160) pouvant être positionné sur ladite extrémité inférieure du four de coulée au voisinage dudit 15 élément formant écran thermique (60) et des moyens formant ressort (70) pour retenir ledit second élément formant écran thermique (160) sur ladite extrémité inférieure lorsque ledit piston (28) rétracte ledit moule (20) rempli du matériau métallique fondu hors dudit four de coulée pour 20 une solidification dirigée dudit matériau métallique fondu dans ledit moule.

8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le second élément formant écran thermique (160) comprend une ouverture pour le déplacement 25 du moule (20) à travers cette dernière et possédant une configuration différente d'une ouverture située dans ledit élément formant écran thermique (60) pour le déplacement du moule à travers elle.

9. Procédé de solidification dirigée d'un 30 matériau métallique fondu dans un moule, caractérisé en ce qu'il consiste à déplacer un piston (28), sur lequel ledit moule (20) est disposé, en direction d'une extrémité inférieure ouverte d'un four de coulée, transporter un élément formant écran thermique (60) sur ledit piston 35 lorsqu'il se rapproche de ladite extrémité inférieure pour positionner ledit élément formant écran thermique au niveau de ladite extrémité inférieure, continuer à déplacer ledit piston (28) par rapport audit élément formant écran thermique (60) au niveau de ladite extrémité inférieure 5 pour placer ledit moule dans ledit four de coulée (11), introduire un matériau métallique fondu dans ledit moule, et rétracter ledit moule rempli par ledit matériau métallique fondu hors du four de coulée pour réaliser la solidification dirigée dudit matériau métallique fondu dans 10 ledit moule alors que des moyens formant ressort (60) sollicitent ledit élément formant écran thermique en direction de ladite extrémité inférieure pour le retenir au niveau de ladite extrémité inférieure.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé 15 en ce qu'il consiste à disposer ledit moule (20) pour un élément de refroidissement sur ledit piston.

11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il consiste à disposer lesdits moyens formant ressort (60) entre ledit élément de refroidissement (26) et 20 ledit organe de support (52) pour maintenir ladite sollicitation appliquée audit élément formant écran thermique.

12. Procédé selon la revendication 11, selon lequel lesdits moyens formant ressort (70) comprennent un 25 ou plusieurs ressorts hélicoïdaux comportant un boîtier fixé sur une face inférieure de l'élément de refroidissement (26) et un élément de ressort hélicoïdal mobile (70a) dont une extrémité est raccordée à ladite autre extrémité du boîtier qui est raccordée audit organe 30 de support.

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il consiste à poursuivre la sollicitation de l'élément formant écran thermique (60, 160) contre ladite extrémité inférieure jusqu'à ce que 35 lesdits moyens formant ressort hélicoïdal (70) soient rétractés.

14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il inclut un abaissement additionnel dudit piston (28) pour dégager ledit élément formant écran thermique à partir de ladite extrémité inférieure.

15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il consiste à remplacer ledit élément formant écran thermique (60) par un nouvel autre élément formant écran thermique (160).

16. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend le fait de déplacer un second élément formant écran thermique (160) lorsque ledit piston (28) se déplace en direction de ladite extrémité inférieure pour positionner ledit second élément formant écran thermique au 15 niveau de ladite extrémité inférieure au voisinage dudit écran thermique.

17. Procédé selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il inclut un ressort qui sollicite le second élément formant écran thermique (160) en direction 20 de l'extrémité inférieure du four de coulée lorsque le moule est retiré du four de coulée.

18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'il comprend le fait d'amener le moule (20) à coopérer avec le second élément formant écran 25 thermique (160) lorsque le moule est retiré de manière à déplacer le second élément formant écran thermique à partir de l'extrémité inférieure du four de coulée.