LU88041A1 - Procede pour la coulee en continu de pieces metalliques extrudees - Google Patents

Description

Procédé pour la coulée en continu de pièces métalliques extrudées L'invention concerne un procédé pour la coulée en continu de pièces métalliques extrudées, en particulier de larges brames rectangulaires en cuivre ou en alliage à base de cuivre, à l'aide d'une coquille de ' refroidissement revêtue d'un matériau résistant à des températures élevées, destinée à la coulée du bain de fusion.

Dans la coulée en continu par extrusion de toute une série de métaux ou d'alliages métalliques, on utilise habituellement des coquilles constituées par des plaques en cuivre refroidies qui forment l'espace creux de moulage. Pour éviter une soudure entre les plaques dés coquilles et la masse fondue, en particulier lors de la coulée par extrusion de cuivre et d'alliages à base de cuivre, on peut disposer entre la masse fondue et les plaques de coquilles, un matériau résistant aux températures élevées, par exemple du graphite, comme isolant ou lubrifiant. C'est ainsi qu'il est déjà connu d'enduire les parois de coquilles sur la surface dirigée vers la masse fondue, avant de procéder à la coulée, d'une suspension contenant du graphite, donnant ainsi lieu à la formation d'une couche en graphite relativement lâche et ayant une épaisseur qui se situe dans le domaine d'environ 0,5 à 1 mm. Toutefois, à cause de sa résistance minime à l'abrasion, cette enduction subit une usure mécanique lorsqu'on procède à la coulée. Déjà après un temps relativement bref, on doit interrompre le processus de coulée et on doit munir la surface des coquilles d'une nouvelle enduction.

On a déjà tenté de fixer par vissage, sur la surface de la coquille dirigée vers la masse fondue, des plaques épaisses en graphite sur la plaque refroidie de base de la coquille. Toutefois, à cet effet, on a besoin de plaques de graphite ayant une épaisseur d'au moins 20 mm pour permettre la réception des éléments de vissage qui sont ancrés au sein de la plaque en graphite. Les inconvénients liés à des plaques en graphite de ce type résident dans le fait qu'elles sont très coûteuses et qu'elles présentent une résistance thermique relativement élevée qui diminue considérablement le refroidissement de la coquille. A cela, il faut ajouter que les plaques en graphite peuvent subir un gauchissement sous l'influence de tensions thermiques, ce qui détériore davantage la transmission thermique entre les plaques de graphite et la coquille de refroidissement. Cet effet se marque de manière désavantageuse, en particulier, dans le cas où il y a lieu de couler des pièces extrudées présentant des largeurs supérieures. L'objet à la base de la présente invention consiste à développer un procédé de la technique mentionnée dans l'introduction, en ce que le matériau de revêtement destiné à la coquille de refroidissement présente une résistance thermique plus minime, tout en procurant une résistance suffisante à l'abrasion. En outre, on doit maintenir aussi minimes que possible les dépenses quant au montage et à l'entretien du revêtement.

Cet objet est réalisé conformément à l'invention et en ce qu'on dispose sur la surface de la coquille de refroidissement dirigée vers le bain de fusion, une plaque de revêtement à paroi mince que l'on maintient sur la surface de la coquille de refroidissement à l'aide d'une pression négative. Des développements avantageux se dégagent des revendications subordonnées.

Avec le procédé selon l'invention, de manière surprenante, on obtient une durée de vie considérablement plus longue quant au revêtement. Par la bonne dissipation de chaleur manifestée par la coquille de refroidissement, les pièces coulées par extrusion présentent, en outre, une enveloppe de pièce extrudée très lisse, si bien que l'on peut se passer du traitement ultérieur quant à la surface, habituel jusqu'à présent.

Au sein de l'espace creux de moulage, la coquille ne présente pas d'éléments de fixation qui pourraient en outre empêcher la formation d'une enveloppe lisse de pièce extrudée. Bien plus, on a résolu le problème de la fixation des plaques de revêtement en ce que ces dernières sont aspirées contre les plaques de base des coquilles à l'aide d'une pression négative. A cet effet, bon nombre d'alésages sont pratiqués au sein des plaques de base des coquilles, qui sont raccordés à l'intervention d'un système de conduits à une pompe d'aspiration ou de vide. De cette manière, dans ces alésages, on peut obtenir une pression négative par rapport à l'atmosphère environnante lorsque les alésages sont recouverts à la surfaces des plaques de base des coquilles du côté de la masse fondue et lorsque la pompe d'aspiration est mise en service. Si l'on dépose une plaque mince de revêtement, par exemple une plaque en graphite ayant une épaisseur d'environ 3 mm, sur la surface d'une plaque de base de coquille dirigée vers la masse fondue, cette plaque sera alors aspirée uniformément par la pression négative régnant dans les alésages. Avec ce procédé, on parvient à fixer des plaques de revêtement à parois minces sur les plaques de base des coquilles sans avoir besoin de prévoir des éléments de liaison perturbants au sein de ces plaques.

Etant donné que, par exemple, une plaque de revêtement en graphite est légèrement poreuse en général, il est nécessaire de maintenir la pompe d'aspiration en service, même au cours du processus de coulée, pour ainsi garantir en permanence la pression négative régnant au sein de l'alésage d'aspiration et ainsi, l'adhérence des plaques de graphite aux plaques de base des coquilles. A condition que la pression négative soit inférieure à la pression environnante, lavaleur de la pression négative régnant dans les alésages et les canaux d'aspiration peut se situer au sein d'un large intervalle. Une pression négative avantageuse et techniquement réalisable sans une trop grande dépense, est une pression négative ayant une valeur nettement inférieure à 10% de la pression environnante, par exemple une valeur correspondant à 0,1% de la pression environnante. Il est vrai qu'un abaissement ultérieur de la pression négative est possible sans plus; toutefois, il n'apporte pas d'avantages technologiques dignes être mentionnés. Le domaine préféré concernant la pression négative à maintenir dans le système d/aspiration se situe dans les limites de 0,1 à 10% de la pression environnante. La force de pression avec laquelle la plaque de revêtement est pressée contre la plaque de base, dépend essentiellement de la superficie des sections transversales des alésages. A l'aide d'un exemple de forme de réalisation, ci-après, on explique plus en détail l'invention.

Une coquille rectangulaire appropriée pour la coulée par extrusion d'un alliage à base de cuivre était constituée par deux plaques de base de coquilles pour les côtés longitudinaux ayant une longueur de 400 mm et une largeur de 300 mm. Dans chacune de ces deux plaques de base, on a pratiqué, environ tous les 20 mm, des alésages d'aspiration ayant un diamètre de 4 mm, que l'on a disposés les uns à côté des autres dans des rangées horizontales et verticales.

Si l'on part* du principe que l'aire totale de sections des alésages d'aspiration s'élève à environ 4.200 mm2 et si l'on considère une différence de pression de 50.000 Pa entre la pression environnante et la pression interne dans les alésages, on calcule à partir de ces données, la force totale de pression ou de serrage qui s'exerce sur la plaque de revêtement, comme étant d'environ 210 N.

On peut élever cette force de pression en maintenant la même différence de pression, en augmentant le nombre des alésages et/ou le diamètre de ces derniers, étant donné qu'ainsi, on augmente l'aire de section effective pour la pression négative. On peut également obtenir le même effet en garnissant la surface de la plaque de base de la coquille tournée du côté de la masse fondue à l'aide de minces rainures ou de canaux d'aspiration dans lesquels débouchent les alésages d'aspiration. De manière particulièrement avantageuse, les canaux d'aspiration possèdent une profondeur de plus de 0,05 mm, la largeur se situant dans le domaine de 0,05 mm à 3 X d, d désignant l'épaisseur de la plaque de revêtement.

Le rendement quant au refroidissement d'une coquille munie d'une plaque de revêtement à paroi mince, dépend, dans une large mesure, des conditions de la transmission thermique s'exerçant depuis la plaque de revêtement vers la plaque de base refroidie de la coquille. Une bonne transmission thermique nécessite un contact intense entre la plaque de revêtement et la plaque de base de la coquille. Oh garantit ce contact intense par une force de serrage élevée.

La condition quant à l'aspiration de plaques de revêtement qui sont habituellement légèrement poreuses et constituées par une matière contenant du graphite, est que la pompe d'aspiration possède un rendement suffisamment élevé. Toutefois, dans des circonstances défavorables, il peut arriver que ces plaques de revêtement subissent une corrosion, en particulier lorsqu'on aspire l'air de l'environnement et qu'il réagit dans les pores de la plaque de revêtement avec la matière de revêtement (par exemple, le graphite, le nitrure de bore).

Dans ce cas, il est avantageux d'utiliser des plaques de revêtement dans lesquelles on réduit ou on élimine la porosité, par exemple, avant le montage, par infiltration de métal. Toutefois, on peut également munir la plaque de revêtement d'une enduction du côté aspiration, qui diminue la perméabilité aux gaz. Des plaques de revêtement de ce type ont, en outre, comme avantage que l'on peut mieux maintenir la pression négative régnant dans les canaux d'aspiration, ce qui permet d'améliorer le comportement d'aspiration, ainsi que l'intensité de contact.

Lors du traitement mécanique des surfaces de contact, même en consentant des dépenses techniques très élevées, on ne peut fréquemment éviter le fait que de petites inégalités subsistent à l'échelle microscopique. Pour encore améliorer davantage en particulier, la transmission thermique, il peut être nécessaire d'envisager des mesures complémentaires dans des formes de réalisation préférées du procédé selon l'invention.

Pour augmenter la transmission thermique, on enduit les surfaces de contact de la plaque de base de la coquille à l'aide d'un mélange de gallium liquide et d'une fine poudre de cuivre. Ensuite, sur la plaque de base de la coquille, on dispose une plaque de revêtement à paroi mince constituée d'une matière contenant du graphite. En l'occurrence, le mélange de contact pénètre dans les espaces creux microscopiques et améliorent ainsi le contact. A l'aide d'un traitement thermique ou lors du premier processus de coulée, ce mélange se solidifie en fornant un alliage. Dans une autre variante du procédé, on rend d'abord rugueuses les surfaces de contact des plaques de base des coquilles fabriquées à partir de cuivre ou d'un alliage de cuivre durcissable et on enduit alors à l'aide de gallium liquide avant de disposer les plaques de revêtement. Le gallium remplit les petits espaces creux et se solidifie ultérieurement par formation d'alliage avec la matière de la plaque de base de la coquille.

Toutefois, de manière particulièrement avantageuse, on peut également utiliser des milieux de contact pâteux à conductibilité thermique supérieure, qui conservent essentiellement leur propriété pâteuse même au cours du processus de fusion. Ces pâtes sont constituées par de petites particules solides, de préférence des particules qui possèdent une conductibilité thermique élevée. Ces particules de matières solides, par exemple des particules de poudre de cuivre, se trouvent dans un milieu liquide de support qui possède également, de préférence, une conductibilité thermique supérieure à celle de la matière de la plaque de revêtement. On applique un milieu de contact pâteux de ce type sur les surfaces de contact de la plaque de base de la coquille avant de presser fortement la plaque de base de la coquille et la plaque de revêtement l'une contre 1'autre. S'est avérée particulièrement favorable, une pâte qui est constituée d'un mélange comprenant des particules de graphite ou des petites particules de poudre de cuivre enrobées de graphite et une matière de support constituée d'indium et/ou de gallium. L'épaisseur de la plaque de revêtement peut se situer dans le domaine d'environ 0,2 à 15 mm. De manière particulièrement préférée, l'épaisseur de la plaque est de l à 5 mm. La plaque de revêtement peut être constituée aussi bien d'une matière contenant du graphite que d'une matière synthétique composite qui contient, par exemple, du graphite ou du nitrure de bore comme lubrifiant.

Afin d'augmenter la sécurité par rapport aux pertes de pression dans les canaux d'aspiration, il peut être avantageux de prévoir un étanchement supplémentaire dans la zone marginale de la plaque d'aspiration, qui garantit une fermeture la plus étanche possible aux gaz. Comme matière d'étanchéité, on peut utiliser soit une pellicule mince en métal d'apport de brasage, soit un mélange pâteux qui s'est avéré particulièrement favorable pour l'amélioration de la transmission thermique. En variante, on peut également utiliser une bande d'étanchéité qui possède une légère flexibilité et qui s'adapte ainsi, lors du pressage de la plaque de revêtement, à des inégalités éventuelles.

Des forces de friction s'exercent sur la plaque de revêtement, qui sont provoquées par l'enveloppe de la pièce extrudée qui se déplace. Malgré une adhérence suffisante de la plaque de revêtement à la plaque de base de la coquille, des forces de friction peuvent faire en sorte que la plaque de revêtement se décale légèrement dans le sens de l'éjection lors de la mise en service. Ce décalage aurait comme conséquence que la pression -de gaz résiduelle dans le système des canaux d'aspiration, s'élève du fait de l'air environnant qui pénètre, détériorant ainsi l'adhérence de la plaque de revêtement. Le cas échéant, il conviendrait alors d'interrompre le processus de coulée pour repositionner la plaque de revêtement. Pour éviter cet inconvénient, il est avantageux de prévoir des fixations sur la plaque de base de la coquille, qui excluent avec certitude un glissement de la plaque de revêtement. Dans le cas le plus simple, la plaque de base de la coquille possède une petite saillie à son extrémité inférieure, sur laquelle vient s'appuyer la plaque de revêtement. Dans des coquilles qui, lors du processus de coulée, doivent se déplacer par oscillation dans le sens de l'éjection, on peut prévoir une fixation supplémentaire dans la partie supérieure de la coquille. Toutefois, on doit disposer les fixations de telle sorte qu'elles n'empêchent en aucune façon la dilatation thermique de la plaque de revêtement.

En général, on peut modifier la résistance quant à la transmission thermique entre deux surfaces limites disposées en parallèle, en ce qu'on modifie la pression de serrage avec laquelle on presse l'une contre l'autre les deux surfaces limites. De manière correspondante, on peut réduire localement la densité locale de courant thermique au sein d'une coquille de refroidissement équipée de plaques de revêtement, en ce qu'on réduit localement la force de serrage ou la force d'aspiration. Lorsqu'on utilise une coquille munie de plaques de revêtement, cette caractéristique peut être souhaitable dans des conditions déterminées.

Il est connu que les zones situées aux petits côtés d'une coquille, de même que particulièrement les domaines des coins sont soumis à un refroidissement plus intense que les milieux des grands côtés, étant donné qu'en l'occurrence, le rapport entre la surface de la brame et le volume de cette dernière est particulièrement grand. Cette caractéristique trouve son expression dans le fait que la solidification progresse proportionnellement plus vite dans ces zones soumises à un refroidissement plus intense.

Un comportement de solidification non uniforme ou défavorable peut donner lieu, dans le cas d'alliages déterminés, à des tensions dans la matière solidifiée, ainsi qu'à des fissures ou à des déformations lorsque ces tensions deviennent trop grandes.

Dans des cas de ce type, il peut être important d'adapter localement les conditions de refroidissement aux conditions désirées et d'aspirer contre la surface de la plaque de base de la coquille, certaines zones partielles de la plaque de revêtement avec une force de serrage supérieure à celle s'exerçant dans les autres zones. On peut obtenir des pressions de serrage localement différentes sur la plaque de base de la coquille, par exemple, à l'intervention de systèmes d'aspiration séparés à pressions inférieures différentes ou en modifiant, par zones, la densité de surface des alésages d'aspiration ou des canaux d'aspiration.

Claims (13)

1. Procédé pour la coulée en continu de pièces métalliques extrudées, en particulier de larges brames rectangulaires en cuivre ou en alliages à base de cuivre, à l'aide d'une coquille de refroidissement revêtue d'un matériau résistant à des températures élevées, destinée à la coulée du bain de fusion, caractérisé en ce qu'on dispose une plaque de revêtement à paroi mince sur la surface de la coquille de refroidissement dirigée vers le bain de fusion, que l'on maintient contre la surface de la coquille de refroidissement à l'aide d'une pression négative.

2. Procédé pour la coulée en continu de pièces métalliques extrudées selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de revêtement présente une épaisseur se situant dans le domaine de 0,2 à 15 mm, de préférence une épaisseur se situant dans le domaine de 1 à 5 mm.

3. Procédé pour la coulée en continu de pièces métalliques extrudées selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la plaque de revêtement est constituée essentiellement de graphite ou de nitrure de bore.

4. Procédé pour la coulée en continu de pièces métalliques extrudées selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la plaque de revêtement est constituée d'une matière synthétique composite qui contient du graphite ou du nitrure de bore comme lubrifiant.

5. Procédé pour la coulée en continu de pièces métalliques extrudées selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que pour fixer la plaque de revêtement contre la coquille de refroidissement, on maintient une pression négative qui se situe dans le domaine d'environ 90.000 Pa à 10 Pa.

6. Procédé pour la coulée en continu de pièces métalliques extrudées selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on serre la plaque, de revêtement contre la surface de la coquille de refroidissement à l'aide d'alésages d'aspiration et/ou de rainures d'aspiration pratiqués dans la coquille de refroidissement.

7. Procédé pour la coulée en continu de pièces métalliques extrudées selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la plaque de revêtement est munie d'une enduction du côté aspiration, qui diminue la perméabilité aux gaz.

8. Procédé pour la coulée en continu de pièces métalliques extrudées selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on dispose, entre la co.quille de refroidissement et la plaque de revêtement, une mince couche constituée d'un milieu de contact conducteur de chaleur, le milieu de contact étant solide à la température de mise en service.

9. Procédé pour la coulée en continu de pièces métalliques extrudées selon la revendication 8, caractérisé en ce que le milieu de contact est constitué d'un alliage à base de cuivre contenant du gallium et/ou de l'indium.

10. Procédé pour la coulée en continu de pièces métalliques extrudées selon les revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'on dispose, entre la coquille de refroidissement et la plaque de revêtement, une mince couche constituée d'un milieu de contact conducteur de chaleur, qui est pâteux à la température de mise en service.

11. Procédé pour la coulée en continu de pièces métalliques extrudées selon la revendication 10, caractérisé en ce que le milieu de contact est constitué d'un mélange contenant des particules de graphite, qui présente du gallium et/ou de l'indium comme matière de support.

12. Procédé pour la coulée en continu de pièces métalliques extrudées selon la revendication 10, caractérisé en ce que le milieu de contact est constitué d'un mélange qui est composé de petites particules métalliques pulvérulentes enrobées de graphite, de préférence de petites particules de poudre de cuivre et de gallium et/ou d'indium comme matière de support.

13. Procédé pour la coulée en continu de pièces métalliques extrudées selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on aspire au moins une zone partielle de la plaque de revêtement contre la surface de la coquille de refroidissement avec une force supérieure à celle que l'on exerce dans les autres zones.