FR3101793A1 - Installation et procédé d’obtention d’un produit à partir d’une composition fondue - Google Patents

Abstract

Installation et procédé d’obtention d’un produit à partir d’une composition fondue Installation 1) d’obtention d’un produit à partir d’une composition fondue , l’installation (1) comprenant : - un creuset (13) de refroidissement d’une composition fondue (10), le creuset (13) définissant un volume de réception (17), dans lequel est présente la composition fondue (10), et présentant un dispositif de refroidissement (14) configuré pour provoquer une solidification de la composition fondue (10) présente dans le volume de réception (17); - un dispositif d’extraction (18) configuré pour extraire le produit formé par la composition solidifiée du volume de réception (17) ; et - un dispositif de projection (40) configuré pour projeter un fluide sur une partie de la paroi extérieure du produit formé par la composition solidifiée pendant que celui-ci est extrait du volume de réception (17) par le dispositif d’extraction (18). Figure pour l’abrégé : Fig. 1.

Description

Installation et procédé d’obtention d’un produit à partir d’une composition fondue

Le présent exposé se rapporte à une installation et à un procédé d’obtention d’un produit à partir d’une composition fondue. La composition fondue peut en particulier être un alliage de titane ou un intermétallique de titane fondue.

Il est connu de refroidir des alliages de titane ou intermétalliques de titane grâce à une installation comprenant un creuset de refroidissement, pour obtenir des produits qui sont destinés à être transformés en pièces aéronautiques.

Il est connu de refroidir des alliages de titane ou intermétalliques de titane grâce à une installation comprenant un creuset de refroidissement, pour obtenir des produits qui sont destinés à être transformés en pièces aéronautiques.

Or, les produits obtenus par le procédé mettant en œuvre cette installation connue présentent des hétérogénéités métallurgiques dans la macrostructure à cause du type de grains de matière solidifiée, par exemple des grains équiaxes à des grains colonnaires, de la différence de composition chimique (en pourcentage massique) locale consécutive à la solidification et de la variation de tailles et morphologies des porosités liées au retrait volumique pendant le changement d’état liquide à l’état solide. Il est connu que ces hétérogénéités métallurgiques dans la macrostructure conduisent à des dispersions dans leurs propriétés mécaniques. De telles dispersions peuvent conduire à un surdimensionnement des pièces finales résultant des produits obtenus, qui résulte en un accroissement non souhaitable de la masse du moteur incorporant ces pièces.

En outre, des difficultés à la mise en forme ou l’usinage des produits obtenus par l’installation connue ont été constatées.

Dans certaines techniques connues, pour refermer les porosités de la macrostructure, des traitements de compaction étaient réalisés, par exemple de la compaction isostatique à chaud, de la compaction unidirectionnelle à chaud, de l’extrusion, etc. Toutefois ces techniques sont coûteuses et ralentissent la production.

Il existe donc un besoin de réduire les dispersions dans les propriétés des produits obtenus par le procédé mettant en œuvre l’installation, et d’améliorer la capacité de ces produits à être mis en forme ou usinés.

Le présent exposé concerne une installation d’obtention d’un produit à partir d’une composition fondue , l’installation comprenant :
- un creuset de refroidissement d’une composition fondue, le creuset définissant un volume de réception, dans lequel est présente la composition fondue, et présentant un dispositif de refroidissement configuré pour provoquer une solidification de la composition fondue présente dans le volume de réception ;
- un dispositif d’extraction configuré pour extraire le produit formé par la composition solidifiée du volume de réception ; et
- un dispositif de projection configuré pour projeter un fluide sur une partie de la paroi extérieure du produit formé par la composition solidifiée pendant que celui-ci est extrait du volume de réception par le dispositif d’extraction.

Le fluide projeté par le dispositif de projection tend à accélérer le refroidissement du produit, ce qui permet notamment d’augmenter le rythme de production du produit.

Dans certains modes de réalisation, l’installation comprend un élément de chauffage configuré pour chauffer et maintenir fondue en surface la composition présente dans le volume de réception.

Dans certains modes de réalisation, le dispositif de projection comprend une pluralité d’ensembles de projection, chaque ensemble de projection étant configuré pour projeter ledit fluide sur un secteur angulaire de la partie de ladite paroi extérieure.

Dans certains modes de réalisation, chaque ensemble de projection est muni d’une vanne régulant le débit de fluide projeté par l’ensemble de projection, et dans laquelle l’installation comprend une unité de commande configurée pour commander lesdites vannes.

Dans certains modes de réalisation, l’unité de commande est configurée pour commander lesdites vannes en fonction de la position du point d’entrée de la composition fondue dans le volume de réception et de l’un au moins parmi le flux thermique fourni par l’élément de chauffage à la composition présente dans le volume de réception et le débit de composition fondue arrivant dans le volume de réception.

La commande effectuée par l’unité de commande permet de mieux maîtriser le refroidissement du produit, et notamment de limiter ou d’éliminer totalement le caractère non-axisymétrique du refroidissement du produit.

Dans certains modes de réalisation, l’installation comprend un four, le four comprenant une chambre de four dans laquelle sont disposés le creuset de refroidissement et le dispositif de projection, et optionnellement le dispositif d’extraction.

Dans certains modes de réalisation, l’installation comprend un bassin de coulée, disposé en amont du creuset, et en communication avec le creuset de façon à ce que la composition fondue puisse couler du bassin de coulée vers le creuset.

Le bassin de coulée permet l’obtention de la composition définitive de la composition à partir d’éléments de matière première, avant que celle-ci ne soit introduite dans le creuset et solidifiée.

Dans certains modes de réalisation, l’ouverture du logement de réception est disposée en aval du bassin de coulée de façon à la composition fondue lorsqu’elle coule depuis le bassin vers le logement de réception.

Dans certains modes de réalisation, l’élément de chauffage est une torche à plasma. Comme cela est connu, une torche à plasma projette un plasma qui est obtenu par l’ionisation d’un gaz, dit gaz vecteur, fourni en continu.

Dans certains modes de réalisation, le fluide est un gaz de même nature que le gaz vecteur de la torche à plasma.

Dans certains modes de réalisation, l’installation comprend un dispositif de confinement entourant ladite partie de la paroi extérieure du produit, le dispositif de confinement présentant un orifice permettant le passage du produit pendant que celui-ci est extrait du volume de réception par le dispositif d’extraction.

Dans certains modes de réalisation, l’orifice présente un racloir apte à venir au contact de la paroi extérieure du produit pendant que celui-ci est extrait du volume de réception par le dispositif d’extraction, le racloir étant de préférence présent sur tout le bord de l’orifice.

Dans certains modes de réalisation, la chambre de four est du type à atmosphère contrôlée, et le dispositif de confinement est configuré pour maintenir une pression à l’intérieur de celui-ci qui est inférieure à la pression de l’atmosphère contrôlée présente dans la chambre de four.

Dans certains modes de réalisation, la composition fondue est une composition métallique fondue.

Dans certains modes de réalisation, la composition fondue est un alliage de nickel. On comprend par « alliage de nickel », un alliage comprenant au moins 50% de nickel.

Dans certains modes de réalisation, la composition fondue est un acier ou un alliage-mère d’acier tel qu’un ferro-alliage.

Dans certains modes de réalisation, la composition fondue est un intermétallique d’un métal choisi parmi le fer, le nickel, l’aluminium, le magnésium, et le tungstène.

Plus particulièrement, dans certains modes de réalisation, la composition fondue est un alliage de titane ou un intermétallique de titane fondue.

On comprend par « alliage de titane », un alliage comprenant au moins 50% de titane.

On comprend par intermétallique de titane, un composé associant le titane et un autre métal, par exemple l’aluminium, ou le titane et un métalloïde.

Dans certains modes de réalisation, l’alliage de titane peut comporter un ou plusieurs élément(s) d’alliage à haut point de fusion. Par exemple, la température de fusion de ces éléments est au minimum de 1600°C. Des éléments d’alliages tels que le Molybdène, le Vanadium ou le Tantale peuvent être utilisés. Les températures de fusion de ces éléments sont 2623°C, 1910°V et 3017°C respectivement. Ces températures étant largement supérieures à la température de fusion du titane (1668°C), le Molybdène, le Vanadium ou le Tantale sont généralement introduits sous forme d’alliage binaire ou ternaire afin d’obtenir un eutectique ayant une température de fusion plus faible que celle du titane.

Dans certains modes de réalisation, l’alliage de titane peut être l’un des alliages suivants, connus de l’homme du métier : Ti17, TiBeta16, Ti21S, Ti6242, Ti6246, Ti5553, Ti10-2-3, ou d’autres alliages de titane convenant à cette application.

Dans certains modes de réalisation, l’intermétallique de Titane peut être l’un des intermétalliques suivants, connus de l’homme du métier : TiAl 48-2-2, TiNMB1, ou d’autres intermétalliques de titane convenant à cette application.

Le présent exposé concerne également un procédé d’obtention d’un produit à partir d’une composition fondue, utilisant l’installation selon n’importe laquelle des possibilités décrites précédemment, le procédé comprenant le fait de :
- solidifier une composition fondue dans le volume de réception du creuset ;
- extraire le produit formé par la composition solidifiée du volume de réception ; et
- projeter un fluide sur une partie de la paroi extérieure du produit formé par la composition solidifiée pendant que celui-ci est extrait du volume de réception.

Dans certains modes de réalisation, le produit est un produit intermédiaire, et dans lequel le procédé comprend en outre la transformation du produit intermédiaire de façon à obtenir une pièce d’aéronef, telle qu’une pièce de turbomachine aéronautique.

Par exemple, le produit est un lingot.

Par exemple, la transformation est une mise en forme telle qu’une déformation à chaud par laminage, forgeage, estampage, extrusion.

Selon un autre exemple, la transformation est réalisée par traitement thermique.

Selon un autre exemple, la transformation est réalisée par usinage.

Le lingot peut être à section cylindrique ou à section polygonale convexe, en particulier à section rectangulaire.

La figure 1 représente une installation d’obtention d’un produit à partir d’une composition fondue ;

La figure 2 est une vue élargie du détail I de la figure 1 ;

La figure 3 est une vue en coupe selon III-III de la figure 2 ;

La figure 4 est une vue analogue à la figure 2, montrant une première variante de l’installation des figures 1 et 2 ;

La figure 5 est une vue analogue à la figure 2, montrant une installation conforme à un exemple comparatif ;

La figure 6 est une vue en coupe partielle selon V-V de la figure 5, expliquant schématiquement les propriétés du produit obtenu par l’installation de la figure 5 ;

La figure 7 est une vue analogue à la figure 2, montrant une deuxième variante de l’installation des figures 1 et 2.

La figure 8A est une vue analogue à la figure 2, montrant le début de l’obtention du produit à partir de la composition fondue.

La figure 8B est une vue analogue à la figure 8A, montrant la suite de l’obtention du produit à partir de la composition fondue.

La figure 8C est une vue analogue à la figure 8B, montrant la suite de l’obtention du produit à partir de la composition fondue.

La figure 9 est une vue analogue à la figure 1, montrant une troisième variante de l’installation des figures 1 et 2.

La figure 1 représente une installation 1 pour obtenir des produits à partir d’une composition fondue 10.

Dans l’exemple qui va être décrit ci-après, les produits sont des produits intermédiaires ou des pièces d’aéronef finales en alliage de titane ou en intermétallique de titane. La composition fondue 10 est ainsi un alliage de titane ou un intermétallique de titane. Il est toutefois précisé que l’installation 1 peut être utilisée pour fabriquer d’autres types de produits ou pièces et/ou pour fabriquer des produits intermédiaires ou des pièces d’aéronef finales à partir d’autres compositions fondues, en particulier à partir d’autres compositions métalliques fondues.

L’installation 1 comprend un four 3. Le four 3 comprend une chambre de four 5 délimitant un volume interne.

L’installation 1 comprend en outre, ici, un premier et un deuxième bassin de coulée 7a, 7b en communication l’un avec l’autre. Le premier bassin de coulée 7a est disposé en amont du deuxième bassin de coulée 7b, disposé en aval. Ces bassins de coulée 7a, 7b peuvent également être appelés « bassins de sur-verse ». On notera qu’un seul des bassins de coulée 7a, 7b peut être prévu, ou bien que plus de deux (typiquement trois ou quatre) bassins de coulée en communication successive les uns avec les autres peuvent être prévus.

Les bassins de coulée 7a, 7b comprennent chacun une paroi interne 9a, 9b, définissant un contenant 11a, 11b de la composition de titane 10 en fusion. Les parois internes 9a, 9b sont, par exemple, en cuivre, en alliage de cuivre, ou en un matériau à forte conductivité thermique. Les parois internes 9a, 9b sont maintenues à une température inférieure à la température de fusion ou de détérioration du matériau les constituant. Cette température est maintenue grâce, par exemple, à une circulation d’un fluide de refroidissement à une température prédéterminée contre les parois internes 9a, 9b. Le fluide de refroidissement peut, par exemple, être de l’eau, ou tout autre liquide.

L’installation comprend en outre un creuset 13 de refroidissement, disposé en aval du deuxième bassin de coulée 7b et en communication avec celui-ci.

De la même manière que les bassins de coulée 7a, 7b, le creuset 13 comprend une paroi interne 15, par exemple, en cuivre, en alliage de cuivre ou en un matériau à forte conductivité thermique. La paroi interne du creuset 13 est également maintenue à une température inférieure à la température de fusion ou de détérioration du matériau la constituant. Cette température est maintenue grâce à un dispositif de refroidissement 14 décrit plus loin.

Le creuset 13 définit un volume de réception 17 de la composition fondue 10. Plus précisément, le volume de réception 17 est défini par la paroi interne 15 du creuset 13. Le volume de réception 17 s’étend selon une direction principale DP. Comme représenté sur la figure 1, une première extrémité du volume de réception 17 est formée par une ouverture 21 du creuset débouchant dans la chambre de four 5, en aval du deuxième bassin de coulée 7b, et une deuxième extrémité du volume de réception 17 permet l’extraction du produit formé par la composition 10 solidifiée. Cette extraction est effectuée grâce à un dispositif d’extraction 18 décrit plus loin.

Le creuset 13 est disposé dans la chambre de four 5.

L’installation 1 comprend également plusieurs éléments de chauffage 23a, 23b, 23c.

Deux éléments de chauffages 23a, 23b sont orientés vers chacun des bassins de coulée 7a, 7b. Ces éléments de chauffage 23a, 23b sont configurés pour chauffer et maintenir fondu le contenu des bassins de coulée 7a, 7b, c’est-à-dire la composition de titane 10. Ces éléments de chauffage 23a, 23b sont également configurés pour faire fondre des éléments de matière première 25 qui, fondus, permettent d’obtenir la composition fondue 10. On notera que lorsqu’un seul bassin de coulée est prévu, ou que lorsque plus de deux bassins de coulée sont prévus, le nombre d’éléments de chauffage est modifié en conséquence, c’est-à-dire qu’au moins un élément de chauffage est prévu par bassin de coulée.

Les éléments de matière première 25 peuvent avoir une composition proche de la composition fondue 10 recherchée, ou bien avoir des compositions chimiques spécifiques permettant d’obtenir la composition fondue 10 recherchée en tenant compte du rendement en éléments chimiques de ces éléments de matière première.

Un autre élément de chauffage 23c est orienté vers le creuset 13, et est configuré pour chauffer et maintenir fondue en surface, la composition 10 présente dans le volume de réception 17. L’élément de chauffage 23c est, par exemple, une torche à plasma. Il peut être mobile au-dessus du creuset 13, par exemple selon une trajectoire 23cT définie à l’avance, plus particulièrement circulaire.

Les éléments de chauffage 23a, 23b sont configurés pour chauffer les bassins de coulée 7a, 7b, par exemple, par des arcs électriques, par induction, par des torches à plasma, par bombardement électronique, ou par tout autre moyen adapté. Plusieurs types d’éléments de chauffage peuvent être combinés.

La chambre de four 5 comprend une atmosphère contrôlée. On entend par atmosphère contrôlée, une atmosphère configurée pour ne pas réagir avec la composition 10 fondue, par exemple une atmosphère sous vide ou une atmosphère sous pression contrôlée de gaz inertes. On entend également par atmosphère contrôlée, une atmosphère sous une pression contrôlée d’un élément gazeux spécifique configuré pour réagir avec la composition 10 fondue afin de charger la composition en cet élément gazeux.

Par exemple, l’installation 1 est un four de fusion par induction sous vide ou sous pression partielle ; un four de fusion par torches plasma sous pression contrôlée, dénommé plus couramment par le terme en langue anglaise « PAM furnace» ; un four de fusion par bombardement électronique sous vide, dénommé plus couramment par le terme en langue anglaise «EB furnace» ; etc.

Comme mentionné ci-dessus, le creuset 13 présente un dispositif de refroidissement 14. Selon un exemple particulier, le dispositif de refroidissement 14 comprend, comme représenté schématiquement sur les figures 1 et 2, un ou plusieurs canaux disposés dans l’épaisseur de la paroi interne du creuset 13 aptes à permettre à l’intérieur de ceux-ci la circulation d’un fluide de refroidissement à une température prédéterminée. Le fluide de refroidissement peut, par exemple, être de l’eau, ou tout autre liquide.

Comme mentionné ci-dessus, le dispositif de refroidissement 14 maintient la paroi interne du creuset 13 à une température inférieure à la température de fusion ou de détérioration du matériau la constituant. En outre, le dispositif du refroidissement 14 est configuré pour provoquer une solidification de la composition 10 fondue présente dans le volume de réception 17. Cette solidification peut être obtenue en ajustant convenablement les dimensions de la paroi interne du creuset 13, les dimensions du dispositif de refroidissement 14, et/ou le débit de fluide de refroidissement circulant dans le dispositif de refroidissement 14, par exemple.

Comme mentionné ci-dessus, une deuxième extrémité du volume de réception 17 permet l’extraction du produit formé par la composition 10 solidifiée grâce à un dispositif d’extraction 18. Dans l’exemple représenté, le dispositif d’extraction 18 est solidaire du fond 19 du creuset 13, qui est mobile vers le bas, comme représenté par la flèche B sur les figures 1 et 2, et un ou plusieurs actionneurs (non représentés) pour faire se déplacer le fond 19 vers le bas.

On entend par « vers le bas », un déplacement selon la direction principale, en s’éloignant de l’ouverture 21 du creuset 13. En fonctionnement, on entend par vers le bas, dans le sens de la gravité.

Le dispositif d’extraction 18 peut être disposé dans la chambre de four 5 comme représenté sur les figures 1 et 2. Le dispositif d’extraction 18 peut par exemple se présenter sous la forme d’un piston plongeur qui présente une queue d’aronde 18A, laquelle est reçue dans un volume correspondant du fond 19. Il est toutefois précisé que le dispositif d’extraction 18 peut être rendu solidaire du fond 19 d’une autre manière, par exemple via une queue d’aronde que porte le fond 19, ou bien de toute autre manière appropriée.

L’installation 1 comprend en outre un dispositif de projection 40.

Le dispositif de projection 40 est configuré pour projeter un fluide sur une partie de la paroi extérieure du produit formé par la composition 10 solidifiée pendant que celui-ci est extrait du volume de réception 17 par le dispositif d’extraction 18.

Par « fluide », on entend désigner un gaz unique, un mélange de gaz, un liquide, ou un mélange de liquides. Le liquide ou le mélange de liquides peut être additionné d’un ou plusieurs additifs destinés à en modifier les propriétés physico-chimiques.

Le gaz peut être, par exemple, de l’argon (Ar), du diazote (N₂), du dihydrogène (H₂), ou du dioxyde de carbone (CO₂). Le fluide peut ainsi être l’un de ces gaz ou un mélange de ceux-ci. En particulier, lorsque l’élément de chauffage 23c est une torche à plasma, le fluide peut être un gaz de même nature que le gaz vecteur de cette torche à plasma. Ceci peut permettre de diminuer le nombre de lignes d’alimentation arrivant dans la chambre de four 5 et/ou de limiter les risques de contamination de l’atmosphère contrôlée de la chambre de four 5.

Le liquide peut être, par exemple, de l’eau. L’eau peut être additionnée d’un polymère, par exemple un polyalkylène-glycol (PAG) et/ou du polyvinyl-pyrrolidone (PVP), afin d’en modifier la tension de surface et/ou la viscosité. En complément ou en alternative, l’eau peut être additionnée d’un épaississant et/ou d’un gélifiant, par exemple un gélifiant d’origine végétale ou un phycocolloïde tel qu’un alginate ou un carraghénane. Le fait d’ajouter un épaississant et/ou un gélifiant permet d’augmenter la viscosité du liquide, ce qui augmente le temps pendant lequel il reste en contact avec la paroi extérieure du produit et donc la quantité de chaleur transférée du produit au liquide.

Lorsque le fluide est un liquide ou un mélange de liquides, il peut être projeté sous forme de jet pulvérisé (aussi connu sous le nom de « spray » en anglais). Ceci augmente la surface de contact entre le fluide et la paroi extérieure du produit, ce qui améliore le transfert de chaleur décrit ci-dessous entre la paroi extérieure du produit et le fluide.

Le fluide projeté sur la partie de la paroi extérieure du produit refroidit le produit en surface. Plus précisément, le fluide étant plus froid que la paroi extérieure du produit, un transfert de chaleur se produit depuis cette paroi extérieure vers le fluide. Ce transfert de chaleur peut ou non conduire à la vaporisation du fluide, s’il est un liquide ou un mélange de liquides comme on l’a mentionné ci-dessus. En tout état de cause, ce transfert de chaleur tend à refroidir globalement le produit. Le refroidissement du produit sorti du creuset 13 est donc plus rapide que le dispositif de projection 40 était absent. Ainsi, toutes choses étant égales par ailleurs, le front de solidification 10A est plus près de la première ouverture que si le dispositif de projection 40 était absent (le front de solidification 10A’ qui existerait en l’absence du dispositif de projection 40 est représenté en pointillés sur les figures). Grâce au dispositif de projection 40, il est donc possible d’augmenter le rythme de production du produit.

Un exemple de construction du dispositif de projection 40 est représenté plus en détail sur les figures 2 et 3. Dans cet exemple, le dispositif de projection 40 comprend un carter 40k muni d’ensembles de projection 41, 42, 43, 44.

La section du carter 40k présente la même forme que la section du produit. Ainsi, le produit étant sur les figures 2 et 3 à section circulaire, le carter 40k est ici à section circulaire. La paroi interne du carter 40k présente un diamètre suffisant pour laisser passer le produit formé par la composition 10 solidifiée pendant que celui-ci est extrait du volume de réception 17 par le dispositif d’extraction 18. Ce diamètre est au moins égal, et de préférence supérieur, au diamètre de la paroi interne du creuset 13. Bien que le carter 40k soit ici rapporté à une extrémité du creuset 13, il peut également être formé d’un seul tenant avec le creuset 13.

Les ensembles de projection 41, 42, 43, 44 sont disposés de manière à projeter le fluide sur une partie de la paroi extérieure du produit. Plus précisément, comme représenté sur la figure 3, chacun des ensembles de projection 41, 42, 43, 44 est configuré pour projeter le fluide sur un secteur angulaire respectif A1, A2, A3, A4 de la partie de la paroi extérieure du produit.

Les ensembles de projection 41, 42, 43, 44 sont alimentés en fluide par alimentés chacun par une ligne d’alimentation 41p, 42p, 43p, 44p. En alternative (non représentée sur les figures), ils peuvent toutefois être alimentés en fluide par une ligne d’alimentation en fluide commune.

Chaque ensemble de projection 41, 42, 43, 44 comprend ici trois buses de projection 41a, 41b, 41c, 42a, 42b, 42c, 43a, 43b, 43c, 44a, 44b, 44c. Dans l’exemple représenté, au sein de chaque ensemble de projection, les trois buses sont alignées verticalement le long de la direction principale DP. Elles peuvent toutefois être disposées autrement, sans pour autant sortir du cadre du présent exposé.

On précise en outre que bien que quatre ensembles de projection 41, 42, 43, 44 soient représentés ci-dessous, on peut prévoir un nombre quelconque d’ensembles de projection sans pour autant sortir du cadre du présent exposé.

On va maintenant décrire, à l’aide des figures 4 à 6, une première variante de l’installation 1.

Dans cette première variante, chaque ensemble de projection 41, 42, 43, 44 est muni d’une vanne régulant le débit de fluide projeté par l’ensemble de projection. On a ainsi représenté sur la figure 4 que les ensembles de projection 41, 42 sont munis respectivement d’une vanne 41V, 42V disposée sur la ligne d’alimentation 41p, 42p ; les ensembles de projection 43, 44, bien qu’ils ne soient pas représentés sur la figure 4, présentant également une telle vanne.

Chacune des vannes est apte à réguler le débit de fluide passant par la ligne d’alimentation 41p, 42p, 43p, 44p, et donc le débit de fluide projeté par l’ensemble de projection 41, 42, 43, 44 correspondant. À cette fin, chacune des vannes est commandée par une unité de commande 80. La commande effectuée par l’unité de commande 80 peut permettre de mieux maîtriser le refroidissement du produit, en commandant le débit de fluide projeté par les différents ensembles de projection 41, 42, 43, 44.

L’unité de commande 80 peut également commander le déplacement de l’élément de chauffage 23c selon sa trajectoire 23cT.

La figure 5 est une vue analogue à la figure 2, montre une installation conforme à un exemple comparatif ne faisant pas partie de l’invention, et la figure 6 expliquant schématiquement les propriétés du produit obtenu par l’installation de la figure 5.

Dans l’installation de la figure 5, la composition 10 fondue n’entre pas dans le volume de réception 17 par le centre de la première ouverture, mais en un point 11 qui est décalé par rapport à ce centre. Il en résulte que le point le plus chaud de la composition 10 encore fondue dans le volume de réception 17 est aussi décalé par rapport à ce centre. Le front de solidification 10A’’ n’est donc pas axisymétrique, comme représenté sur la figure 5.

Le fait que le front de solidification 10A’’ ne soit pas axisymétrique a deux conséquences. Une première conséquence est qu’au fond du contenant formé par la composition solidifiée, le produit peut présenter une région 20’C de grains colonnaires dont l’axe principal n’est pas aligné avec l’axe 20’T du produit, comme représenté schématiquement sur la figure 5. Une deuxième conséquence est que, comme représenté schématiquement sur la figure 6, différentes régions L1, L2, L3, L4 symétriques par rapport à l’axe 20’T du produit présentent des propriétés mécaniques différentes. Ces deux conséquences conduisent à des dispersions très importantes dans les propriétés mécaniques du produit.

L’unité de commande 80 peut commander les vannes afin de limiter ou d’éliminer totalement ce phénomène. Plus précisément, l’unité de commande 80 peut être configurée pour commander les vannes en fonction de la position du point d’entrée de la composition fondue 10 dans le volume de réception 17 et de l’un au moins parmi le flux thermique fourni par l’élément de chauffage 23c à la composition présente dans le volume de réception 17 et le débit de composition 10 fondue arrivant dans le volume de réception 17. Comme représenté sur la figure 4, avec une telle commande, il est possible de rendre moins non-axisymétrique, voire même entièrement axisymétrique, le front de solidification 10A.

On va maintenant décrire, à l’aide de la figure 7, une deuxième variante de l’installation 1.

Dans une deuxième variante, l’installation 1 comprend en outre un dispositif de confinement 60. Le dispositif de confinement 60 entoure la partie de la paroi extérieure du produit sur laquelle est projeté le fluide. Le dispositif de confinement 60 présente en outre un orifice 61A permettant le passage du produit pendant que celui-ci est extrait du volume de réception 17 par le dispositif d’extraction 18. Le dispositif de confinement 60 isole ainsi sensiblement la partie de la paroi extérieure du produit sur laquelle est projeté le fluide du reste de la chambre de four 5.

Naturellement, le dispositif de confinement 60 entoure également le dispositif de projection 40.

Le dispositif de confinement 60 peut être constitué d’un carter 60k entourant le dispositif de projection 40, et d’une partie inférieure 61 disposée verticalement plus bas que le carter 60k et présentant l’orifice 61A.

La section du carter 60k peut présenter la même forme que la section du produit et/ou que la section du carter 40k du dispositif de projection 40. Ainsi, le carter 60k et le produit étant sur à section circulaire sur la figure 7, le carter 60k est ici à section circulaire. Bien que le carter 60k soit ici rapporté à une extrémité du creuset 13, il peut également être formé d’un seul tenant avec le creuset 13. En complément ou en alternative, le carter 60k peut être formé d’un seul tenant avec le carter 40k du dispositif de projection 40.

La partie inférieure 61 est, par exemple, de forme tronconique, diminuant en section depuis le carter 60k vers l’orifice 61A.

L’orifice 61A peut présenter un racloir 61R apte à venir au contact de la paroi extérieure du produit pendant que celui-ci est extrait du volume de réception 17 par le dispositif d’extraction 18. Le racloir 61R peut retenir le fluide projeté sur le produit, lorsque ce fluide est un liquide ou un mélange de liquides. Ainsi, en sortie du dispositif de confinement 60, le produit peut présenter moins de liquide restant en surface, voire en être exempt, ce qui permet de limiter ou d’éliminer les opérations de nettoyage nécessaires après la sortie du produit du four 3. Il est préférable que le racloir 61R soit présente sur tout le bord de l’orifice 61A.

Le racloir 61R peut par exemple être réalisé en élastomère. L’élastomère peut être du caoutchouc naturel ou un élastomère de synthèse. L’élastomère peut comprendre des additifs et/ou des charges destinés à le renforcer et/ou à en limiter l’usure. En alternative, le racloir 61R peut être réalisé en un métal ou en un alliage métallique, par exemple en un alliage d’aluminium (Al).

Le dispositif de confinement 60 peut en outre être configuré pour maintenir une pression prédéterminée à l’intérieur de celui-ci. Plus particulièrement, lorsque la chambre de four 5 est du type à atmosphère contrôlée, le dispositif de confinement 60 peut être configuré pour maintenir une pression à l’intérieur de celui-ci qui est inférieure à la pression de l’atmosphère contrôlée présente dans la chambre de four 5. Ceci permet de diminuer ou d’éliminer la contamination de l’atmosphère contrôlée par le fluide projeté par le dispositif de projection 40. Pour maintenir cette pression, le dispositif de confinement 60 peut par exemple présenter une conduite d’aspiration 62 débouchant vers un système d’aspiration (non représenté) et régulée par une vanne tout-ou-rien 62V. Cette vanne 62V et le système d’aspiration (non représenté) peuvent être commandés par l’unité de commande 80.

On précise ici que la première variante et la deuxième variante peuvent être combinées, c’est-à-dire que l’installation 1 peut à la fois présenter le dispositif de confinement 60 décrite en rapport avec la deuxième variante et les vannes et l’unité de commande décrites en rapport avec la première variante.

Le procédé d’obtention d’un produit à partir d’une composition fondue est décrit ci-dessous.

La matière première est fondue en continu dans le premier bassin de coulée 7a de façon à former la composition 10 fondue. La composition 10 fondue coule vers le deuxième bassin de coulée 7b. La composition 10 fondue coule enfin vers le creuset 13 afin d’être solidifiée par refroidissement dans le volume de réception 17, grâce au dispositif de refroidissement 14.

La solidification se réalise d’abord au niveau de la paroi interne 15 du creuset et plus particulièrement au niveau du fond 19 du creuset 13, comme cela est représenté en figure 8A. Ainsi, la composition solidifiée 20 fait office de contenant pour la composition 10 encore fondue qui est coulée au fur et à mesure dans le creuset 13 depuis les bassins de coulée 7a, 7b. Le front de solidification 10A, c’est-à-dire la ligne de délimitation entre la composition de titane solidifiée 20 et la composition de titane fondue 10 est alors semi-ovoïde à hémisphérique.

Au fur et à mesure de la solidification, le dispositif d’extraction 18 extrait le produit solidifié du volume de réception 17 du creuset 13, en déplaçant le fond 19 du creuset 13 vers le bas, comme représenté sur les figures 8A à 8C. Ainsi, il est possible de couler la composition de titane fondue dans le creuset 13 en continu, ou en semi-continu.

Pendant que le produit est extrait du volume de réception 17, le dispositif de projection 40 projette du fluide sur une partie de sa paroi extérieure comme représenté sur la figure 8C. La projection du fluide peut être commandée par l’unité de commande 80 comme on l’a décrit ci-dessus.

En outre, lorsque le fond 19 du creuset 13 n’a pas encore commencé à extraire le produit du volume de réception 17 comme cela est représenté sur les figures 8A et 8B, le dispositif de projection 40 peut projeter du fluide sur le dispositif d’extraction 18 et/ou sur le fond 19 comme représenté sur la figure 8B.

Le produit obtenu peut être une pièce d’aéronef, telle qu’une pièce de turbomachine aéronautique, qui pourra être montée en l’état sur l’aéronef.

Le produit obtenu peut également être un produit intermédiaire, nécessitant une transformation de façon à obtenir une pièce d’aéronef, telle qu’une pièce de turbomachine aéronautique.

Ainsi, suite à l’obtention du produit intermédiaire, on procède à une ou plusieurs étapes de transformation de ce produit.

Par exemple, on peut procéder à une mise en forme telle qu’une déformation à chaud par laminage, forgeage, estampage, extrusion et/ou à un traitement thermique du produit et/ou à un usinage du produit.

On a représenté sur la figure 9 une troisième variante de l’installation 1.

Dans cette troisième variante, le four 3 est remplacé par un four 3’ qui est construit de telle sorte que le dispositif d’extraction 18 soit disposé à l’extérieur de son enceinte 5. Plus précisément, comme représenté sur la figure 9, le dispositif d’extraction 18 est disposé à l’extérieur de l’enceinte 5. Le dispositif d’extraction 18 peut faire entrer et ressortir le fond 19, et donc le produit, de l’enceinte 5. Ceci permet d’extraire le produit en continu ou en semi-continu du four 3’ sans ouvrir l’enceinte 5.

Le dispositif de projection 40 peut être situé partiellement en dehors de l’enceinte 5 comme représenté sur la figure 9, ou bien être entièrement situé à l’intérieur de l’enceinte 5.

Le fonctionnement de l’installation selon cette troisième variante est identique à celui décrit précédemment, et n’est donc pas expliqué à nouveau en détail ici.

Bien que la présente invention ait été décrite en se référant à des modes de réalisation spécifiques, il est évident que des modifications et des changements peuvent être effectués sur ces exemples sans sortir de la portée générale de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, des caractéristiques individuelles des différents modes de réalisation illustrés/mentionnés peuvent être combinées dans des modes de réalisation additionnels. Par conséquent, la description et les dessins doivent être considérés dans un sens illustratif plutôt que restrictif.

Il est également évident que toutes les caractéristiques décrites en référence à un procédé sont transposables, seules ou en combinaison, à un dispositif, et inversement, toutes les caractéristiques décrites en référence à un dispositif sont transposables, seules ou en combinaison, à un procédé.

Claims (13)

1. Installation (1) d’obtention d’un produit à partir d’une composition fondue, l’installation (1) comprenant :
   - un creuset (13) de refroidissement d’une composition fondue (10), le creuset (13) définissant un volume de réception (17), dans lequel est présente la composition fondue (10), et présentant un dispositif de refroidissement (14) configuré pour provoquer une solidification de la composition fondue (10) présente dans le volume de réception (17);
   - un dispositif d’extraction (18) configuré pour extraire le produit formé par la composition solidifiée du volume de réception (17) ; et
   - un dispositif de projection (40) configuré pour projeter un fluide sur une partie de la paroi extérieure du produit formé par la composition solidifiée pendant que celui-ci est extrait du volume de réception (17) par le dispositif d’extraction (18).
2. Installation selon la revendication 1, comprenant un élément de chauffage (23c) configuré pour chauffer et maintenir fondue en surface la composition présente dans le volume de réception (17).
3. Installation selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le dispositif de projection (40) comprend une pluralité d’ensembles de projection (41, 42, 43, 44), chaque ensemble de projection étant configuré pour projeter ledit fluide sur un secteur angulaire (A1, A2, A3, A4) de la partie de ladite paroi extérieure.
4. Installation selon la revendication 3, dans laquelle chaque ensemble de projection est muni d’une vanne (41V, 42V) régulant le débit de fluide projeté par l’ensemble de projection, et dans laquelle l’installation comprend une unité de commande (80) configurée pour commander lesdites vannes.
5. Installation selon les revendications 2 et 4, dans laquelle l’unité de commande (80) est configurée pour commander lesdites vannes (41V, 42V) en fonction de la position du point d’entrée de la composition fondue (10) dans le volume de réception (17) et de l’un au moins parmi le flux thermique fourni par l’élément de chauffage (23c) à la composition présente dans le volume de réception et le débit de composition fondue (10) arrivant dans le volume de réception (17).
6. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant un four (3, 3’), le four (3, 3’) comprenant une chambre de four (5) dans laquelle sont disposés le creuset de refroidissement (13) et le dispositif de projection (40), et optionnellement le dispositif d’extraction (18).
7. Installation selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, dans laquelle l’élément de chauffage (23c) est une torche à plasma.
8. Installation selon la revendication 7, dans laquelle le fluide est un gaz de même nature que le gaz vecteur de la torche à plasma (23c).
9. Installation selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant un dispositif de confinement (60) entourant ladite partie de la paroi extérieure du produit, le dispositif de confinement présentant un orifice (61A) permettant le passage du produit pendant que celui-ci est extrait du volume de réception (17) par le dispositif d’extraction (18).
10. Installation selon la revendication 9, dans laquelle l’orifice (61A) présente un racloir (61R) apte à venir au contact de la paroi extérieure du produit pendant que celui-ci est extrait du volume de réception (17) par le dispositif d’extraction (18), le racloir (61R) étant de préférence présent sur tout le bord de l’orifice (61A).
11. Installation selon la revendication 6 et selon l’une des revendications 9 ou 10, dans laquelle la chambre de four (5) est du type à atmosphère contrôlée, et dans laquelle le dispositif de confinement (60) est configuré pour maintenir une pression à l’intérieur de celui-ci qui est inférieure à la pression de l’atmosphère contrôlée présente dans la chambre de four (5).
12. Procédé d’obtention d’un produit à partir d’une composition fondue, utilisant l’installation (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, le procédé comprenant le fait de :
    - solidifier une composition fondue (10) dans le volume de réception (17) du creuset (13) ;
    - extraire le produit formé par la composition solidifiée du volume de réception (17) ; et
    - projeter un fluide sur une partie de la paroi extérieure du produit formé par la composition solidifiée pendant que celui-ci est extrait du volume de réception (17).
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel le produit est un produit intermédiaire, et dans lequel le procédé comprend en outre la transformation du produit intermédiaire de façon à obtenir une pièce d’aéronef, telle qu’une pièce de turbomachine aéronautique.