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DISPOSITIF PERFECTIONNE, POUR LA COULEE;; EN CONTINU, DE METAL.
La présente invention est relative à la technique de la coulée en continu de métaux dans laquelle on coule continuellement du métal en fusion dans une extrémité d'un moule de coulée;, tandis qu'on évacue continuellement du métal solidifié de l'autre extrémité dudit moule. L'invention se rapporte en particulier à un moule de coulée destiné à être utilisé pour la coulée en continu et elle a pour objet un moule de coulée réalisé de manière à permet- tre à des vitesses de coulée élevées la production de-métal coulé d'une struc- ture saine, sans porosité et ayant de bonnes caractéristiques superficielles.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description ci-après.
Conformément à l'invention, la demanderesse se propose de réaliser un moule pour la coulée en continu,de métal, le moule étant constitué par une section supérieure à travers laquelle s'étend un passage de moule, et par une section inférieure comportant une quantité de languettes qui s'étendent vers le bas depuis le dessous de la section supérieure, ces languettes étant effi- lées vers le bas de façon à créer des zones de largeur croissante de la pièce coulée qui sort.
On a représenté, à titre non limitatif,sur le dessin annexé un mode de réalisation préféré de la présente invention, dessin sur lequel : - la figure 1 est une vue en élévation de face d'un dispositif or- ganisé de manière à servir à la coulée en continu d'une billette cylindri- que-: - la figure 2 -est une vue en coupe par 2-2 de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en élévation de face d'une variante du dispositif conforme à l'invention, organisé de manière à. servir à la-coulée en continu d'une brame rectangulaire ; - la figure 3a est une vue de détail d'une partie d'une languette de forme modifiée;
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la figure 4 est une vue en voupe par 4-4 de la figure 3 ;
- la figure 5 est une vue en coupe par 5-5 de la figure 3 ; - la figure (1 est une vue en élévation de face d'une autre varian- te du dispositif conforme à l'invention, organisé de manière à servir à la coulée en continu d'une brame rectangulaire; - la figure 7 est une vue en coupe par 7-7 de la figure 6, et - la figure 8 est une vue en coupe par 8-9 de la figure 6.
Jusqu'à présent, il a été possible de réaliser du métal coulé pré- sentant une structure interne saine et des caractéristiques superficielles satisfaisantes à des vitesses de coulée relativement faibles, et on a proposé et essayé différents expédients pour permettre un accroissement de la vitesse de coulée., De,tels projets comportaient nécessairement des efforts pour ôb- tenir une plus rapide extraction de la chaleur du métal en fusion, afin de provoquer une solidification plus rapide de ce dernier, en permettant ainsi une vitesse d'évacuation plus rapide du métal coulé hors du moule.
Cependant, les expériences et essais qu'on a effectués en irettant en oeuvre ces projets ont presque invariablement eu pour résultat la réalisation de pièces coulées présentant des caractéristiques non satisfaisantes; ou bien la structure in- terne du métal coulé ne donnait pas satisfaction du fait qu'elle présentait des porosités ou des fissures d'importance variable, ou bien il en était de même pour la surface externe du fait qu'elle présentait des rugosités, des suintements ou des criques.
Dans beaucoup de cas, ni la structure interne, ni la surface exter- ne du métal coulé ne donnaient satisfactiontous ces points de vue ou à certains d'entre eux.
On peut couler certains métaux ou alliages de métaux avec succès des vitesses plus élevées que d'autres, et on-peut couler avec succès certains profils à des vitesses plus élevées que d'autres. Mais pour chaque métal et pour chaque profil, la vitesse maximum admissible pour la réalisation de pièces coulées donnant toute satisfaction a été bien au-dessous de la vi- tesse que l'on considère comme étant théoriquement possible.
L'analyse de la nature de l'opération de coulée et de la façon suivant laquelle on fait se solidifier le métal coulé a révélé quelques-unes des raisons de cet état de chose.
Lors de la coulée en continu de métaux par des procédés dans les- quels la chaleur se trouve enlevée du métal par l'intermédiaire d'une paroi de moule refroidie, le métal commence à se solidifier au voisinage immédiat de la paroi de moule refroidie, et les cristaux métalliques se développent à partir de la paroi du moule vers le centre de la pièce coulée.
Entre le niveau auquel la solidification commence et le niveau au- quel cette dernière est terminée sur toute la section transversale de la pièce coulée, l'épaisseur de la paroi solide de cette dernière va en croissant, et l'intérieur de cette paroi et entouré par cette dernière, entre les deux niveaux susmentionnés se trouve un bain ou masse de métal en fusion. La paroi solidifiée qui entoure ce bain est désignée couramment par "cratère".
Au cours des opérations de coulée, on peut facilement déterminer la profondeur et le contour du cratère en sondant ce dernier au moyen d'une tige; et on a constaté qu'aussi longtemps que l'on maintient sensiblement. constantes les conditions essentielles de coulée, telles que la température du métal en fusion, la vitesse de refroidissement et la vitesse d'évacuation de la pièce coulée, la profondeur et le contour du cratère restent sensible- ment constants. Si cependant une ou plusieurs de ces conditions se trouvent modifiées, la profondeur et le contour du cratère se trouveront également mo- difiés. Par exemple, si, tout en maintenant toutes les autres conditions cons- tantes, on augmente la vitesse d'évacuation du métal coulé:, la profondeur du cratère augmentera, tandis que si l'on diminue la vitessea'évacuation, la profondeur du cratère diminue.
Une diminution de l'intensité de refroidis-
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sement a pour effet une augmentation de la profondeur du cratère, tandis que d'une augmentation de l'intensité de refroidissement résulte une diminution de la profondeur du cratère. En outre, la répartition de l'intensité de re- froidissement à des niveaux différents influeront sur le contour et la profon- deur du cratère.
On a trouvé que le contour et la profondeur du cratère sont des in- dices significatifs du caractère du métal coulé. D'une façon générale, un cratère peu profond, comportant des parois latérales légèrement inclinées et un fond arrondi, indique que le métal coulé aura une structure saine et exemp- te de toute porosité. Un caractère profonde et en particulier lorsqu'il com- porte un sommet pointu ou étranglée laisse présumer que le métal coulé présen- te des porosités. On a par conséquent généralement associé un cratère peu profond à des pièces coulées saines, mais on.a obtenu ce cratère en effectuant la coulée à des vitesses relativement peu élevées.
Conformément à la présen- te invention, la demanderesse se propose de réaliser un moule de coulée d'un type permettant de commander et de répartir la réfrigération d'une manière qui permet une augmentation de la vitesse de coulée, tout en conservant un cratère d'une profondeur et d'un contour convenant à la réalisation de pièces coulées saines.
Comme il a été décrit ci-dessus dans des opérations de coulée en continu, le métal commande à se solidifier au voisinage immédiat de la paroi de moule refroidie et les cristaux métalliques se développent vers le centre, en formant ainsi, une paroi solidifiée d'épaisseur croissante. Dès que la paroi est suffisamment épaisse pour pouvoir supporter la pression hydrosta- tique du métal en fusion qu'elle contient, la paroi solidifée commence à se rétracter de la paroi du moule par suite de la contraction du métal solidifié.
Au-dessus du point auquel le retrait commence, le métal est en contact avec la paroi du moule refroidie et il se produit un transfert rapide de chaleur, par conduction, du métal au moule. Au-dessous de ce point, cependant, le mé- tal solidifié commence à perdre contact avec le moule et la vitesse de la transmission de chaleur tombe rapidement, car, en l'absence de contact, la transmission de chaleur vers le moule s'effectue principalement par radiation à travers un entrefer.
Néanmoins, malgré la perte de contact et la vitesse réduite de la transmission de chaleur qui en résulte; la demanderesse consi- dère qu'il est important que la paroi du moule soit prolongée sur une dis- tance considérable au-dessous du point où le retrait commence normalement, non seulement pour continuer le processus de réfrigération, mais pour éviter des déversements.
Il a été d'usage d'utiliser des bagues d'arrosage pour diriger l'eau de réfrigération sur la pièce coulée au-dessous du fond du moule mais, par suite de la longueur de ce dernier au-dessous de la ligne de retrait, il exis- tait un intervalle considérable où, en raison de l'entrefer mentionné ci-des- sus, la vitesse de la transmission de chaleur était relativement lente. On a trouvé en outre qu'à moins d'avoir maintenu la vitesse de coulée relative- ment peu élevée afin que le cratère ne se prolonge que d'une courte distance au-dessous du fond du moule, l'arrosage intensif immédiatement au-dessous de la paroi du moule produisait un cratère avec un sommet étranglé, ce qui donnait un moulage poreux.
Par suite, on maintient la plupart du. temps dans l'indus- trie une vitesse de coulée peu élevée, afin qu'on puisse se servir du moule principalement pour enlever la chaleur latente nécessaire à la solidification du métal en fusion, et on a utilisé les bagues d'arrosage principalement pour enlever la chaleur résiduelle du métal solidifié.
Comme représenté sur les figures 1 et 2 du dessin annexé, le moule comporte une section supérieure A. et une section inférieure B. La section supérieure comprend un bloc de moule 1, dans lequel on pratique des passages internes 2 destinés à. l'eau de réfrigération, et à travers ce bloc de moule s'étend un passage cylindrique 3. Ce passage de moule est ouvert à son ex- trémité supérieure pour recevoir du métal en fusion amené par un conduit 4 et est ouvert dans le fond pour permettre l'évacuation du métal solidifié.
La section inférieure comporte une série de languettes 5 qui s'é-
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tendent vers le bas à partir de la section supérieure; ces languettes sont effilées vers le-bas de manière qu'on réalise, enre ces languettes, une série d'espaces 6 dont la largeur va en croissant.
Dans le mode de réalisation préféré illustré; on peut réaliser très facilement ces languettes effilées en découpant les espaces ou ouvertures 6 dans un tronçon de tube, en laissant subsister les languettes 5, qu'on main- tient ensemble à leurs extrémités supérieures et inférieures par des bagues étroites 7 et 80 ces dernières servant uniquement à maintenir les languettes espacées à une distance convenable les unes des autres. Dans le mode de réa- lisation préféré illustré, on a prévu quatre languettes et leurs surfaces in- ternes sont en alignement avec le passage de moule 3 et constituent des pro- longements dirigés vers le bas de ce dernier.
La surface de la pièce coulée qui sort de l'extrémité inférieure de la section supérieure du moule est mise en évidence par les espaces 6 dans la largeur va en croissante de sorte qu'une partie de plus en plus grande de la périphérie de la pièce coulée se trouve exposée au fur et à mesure qu'elle se déplace vers le bas à partir de la sec- tion supérieure. Les languettes peuvent être soutenues d'une façon appropriée quelconque: on peut par exemple les fixer directement à la section supérieure du moule ou les soutenir indépendamnent par en dessous.
On peut avoir recours à ce dernier mode de fixation dans des cas où on désire faire effectuer un mouvement de va-et-vient ou de vibration à la section supérieure du moule, tandis que la section inférieure du moule et les bagues d'arrosage sont main- tenues immobiles.
Les languettes sont entourées d'une quantité de bagues d'arrosage 9, chaque bague comportant une quantité d'ajutages de pulvérisation 10 qu'on dirige vers les surfaces exposées de la pièce coulée ou contre les languettes et les surfaces des pièces coulées qui sont mises en évidence entre elles.
On répartit les bagues et les ajutages de préférence de manière à pouvoir ar- roser la zone entière comprise entre le fond de la section du moule et les extrémités inférieures des languettes. On peut fixer ces bagues d'arrosage d'une manière appropriée quelconque.
Dans un moule de type décrit, les languettes et les espaces situés entre ces dernières fournissent des moyens, grâce auxquels on peut augmenter l'intensité de réfrigération progressivement à partir du fond de la section supérieure du moule jusqu'au point (ou au-dessous de celui-ci) où la solidi- fication est complète. Ainsi l'application directe du réfrigérant sur la sur- face exposée de la pièce coulée est plus efficace que l'application indirecte par l'intermédiaire des languettes, et étant donné que la zone exposée entre les languettes va en croissant, l'intensité de refroidissement augmente pro- gressivement, en atteignant une valeur maximum à l'extrémité inférieure des languettes.
Dans de tels moules, la section supérieure peut être considérable- ment plus courte qu'avec le moule ordinaire, car elle sert uniquement à l'en- lèvement de suffisamment de chaleur pour former une enveloppe mince. Cela permet de procéder à l'application directe du réfrigérant sur des parties de la périphérie de la pièce coulée sortante beaucoup plus tôt que cela n'est possible avec le moule ordinaire et l'intensité de refroidissement augmente progressivement au fur et à mesure qu'une plus grande partie de la périphérie de la pièce coulée se trouve exposée à l'application directe du réfrigérant.
On prolonge les languettes vers le bas jusqu'au point (ou au-dessous de celui- ci) où la solidification est complète et en refroidissant de manière progres- sivement croissante la longueur entière des languettes, on à la possibilité de créer et de conserverun cratère d'une profondeur et d'un contour tels qu'il soit possible de réliser, è des vitesses de coulée élevées des pièces coulées' d'uneostoucture sainé et ayant de- bonnes caractéristiques superficielles .
L'importance d'un -refroidissement d'énergie progressivement crois- sante est mise en évidence par le fait que l'épaisseur de la paroi du cra- tère va en augmentant du haut jusqu'en bas, et si le différentiel de tempéra- ture entre le métal en fusion et le réfrigérant reste constant, la vitesse de la transmission de chaleur décroît proportionnellement à l'épaisseur du
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cratère. Ainsi, lorsque l'on refroidit la paroi externe du cratère uniformé- ment, la chaleur se trouve enlevée et le métal se solidifie rapidement à la partie supérieure du cratère ou sa paroi est mince, et la vitesse d'enlèvement de la chaleur et de solidification diminue au fur et à mesure que l'épaisseur de la paroi augmente.
De telles conditions tendent à produire un cratère avec des surfaces internes convexes se rencontrant dans une pointe rétrécie, ce qui a pour effet,' comme on le sait, de produire des pièces coulées poreuses.
Dans un moule du type décrit, le différentiel de température est plus élevé dans les zones dans lesquelles la pièce coulée se trouve ex- posée à l'application directe du réfrigérant que dans des zones dans lesquel- les cette pièce est couverte par des languettes. Par:conséquent, le dif- férentiel de température moyen autour de la périphérie de la pièce coulée augmente progressivement à des niveaux descendants, au fur et à mesure que la largeur des zones exposées augmente et que celle des zones couvertes dimi- nue, en compensant ainsi, au moins en partie, l'épaisseur croissante de la paroi du cratère. De telles conditions tendent à produire un cratère avec des surfaces internes concaves ou,-sensiblement droites se rencontrant dans un sommet arrondi, ce qui évite la porosité.
Le degré de compensation dépend dans une certaine mesure de la conductibilité calorique des languettes, ce degré de compensation étant plus élevé lorsque l'on réalise les languettes en des matières ayant une conducti- bilité relativement faible, telles que l'acier, que lorsqu'on les réalise en des matières d'une conductibilité plus élevée, telles que le cuivre. Le choix des matières pour la réalisation des languettes, ainsi que leur longueur et leur forme dépendent cependant de différents facteurs tels que¯la nature du métal qu'on doit couler, la section transversale de la pièce coulée et la vi- tesse de coulée désirée.
Sur les figures 3, 4 et 5, on a représenté l'invention comme étant appliquée à un moule pour la coulée de brames de section rectangulaire.
Sous cette forme, la section supérieure comporte un bloc de moule 21, dans lequel on pratique des passages 22 pour l'eau de réfrigération;et, à. tra- vers ce bloc de moule,s'étend un passage rectangulaire 24. Une paire de lan- guettes 25 s'étendent vers le bas à partir de la section supérieure le long des faces larges de la pièce à couler, les languettes susdites étant effilées vers le bas afin d'exposer des zones 26 dont la largeur va,en croissant, à l'action directe des jets de réfrigération. On dispose ces languettes de pré- férence au centre des faces larges de la pièce coulée, en les faisant couvrir toute la largeur de cette dernière à la partie supérieure des languettes, les bords latéraux des languettes convergeant en s'écartant des faces étroites de la pièce coulée.
Une autre paire de languettes 25' qui peuvent être rela- tivement courtes, s'étendent vers le bas à partir de la section supérieure le long des faces étroites de la pièce coulée. On n'a pas besoin d'ei'filer les languettes 25' étant donné qu'on obtient l'augmentation désirée des zones exposées entre les cotés effilés des languettes 25 et les côtés droits des languettes 25'. On relie les languettes ensemble de manière rigide par une série de châssis 27 qui s'étendent autour des languettes à des intervalles appropriés, et on peut fixer tout l'ensemble des languettes au bloc de moule supérieur 21 par des supports 28. Une série de bagues d'arrosage 29 entourent les languettes, et on dispose ces bagues une distance appropriée les unes des autres pour des raisons décrites ci-dessus.
Si on le désire, on peut pratiquer dans les languettes des ouver- tures 30 (comme illustré sur la figure 3a) au moyen desquelles on peut réali- ser une intensité de refroidissement supplémentaire dans une zone quelconque des languettes où cela peut être désirable.
Sur les figures 6, 7 et 8, on a représenté une réalisation modi- fiée de l'invention comme étant appliquée à une variante de moule pour la coulée de brames de section rectangulaire. Dans cette réalisation, la sec- tion supérieure du moule peut être identique à celle des figures 3, 4 et 5, mais les languettes sont disposées différemment. Ainsi, on prévoit deux pai- res de languettes 35 qui s'étendent vers le bas à partir de la section supé-
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rieure,une paire étant disposée le long de l'une des faces larges et l'autre paire le-long de la face large opposée. Les languettes sont effilées vers le bas de manière à exposer des zones 36, dont la largeur va en croissant, à l'action directe des jets de refroidissement.
Dans cette modification, on réalise la conicité de préférence en n'inclinant qu'un bord de chaque languettes, comme par exemple les bords 37. Si on le désire, les languettes peuvent s'étendre autour des angles de la pièce coulée-de manière à former des rebords 38 qui s'étendent le long des faces étroites de cette pièce.
Les languettes sont entourées par une série de bagues d'arrosage 39 qu'on dispose à une distance approximative les unes des autres comme auparavant.
Il est bien entendu que le mode de réalisation de la présente invention décrit ci-dessus et représenté sur le dessin annexé n'est donné.qu'à titre indicatif et non limitatif et que l'on peut y apporter diverses modi- fications sans s'écarter pour cela de l'esprit et de la portée de l'invention.
REVENDICATIONS.
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1. Procédé pour la coulée en continu de métal, caractérisé en ce qu'on fait passer le métal à travers un passage pratiqué dans un moule, à une vitesse telle que le métal ne sorte de ce passage que lorsque suffisamment de chaleur lui a été enlevée pour former sur celui-ci une enveloppe mince, et ensuite on fait passer le produit résultant partiellement moulé directement à travers un passage formé par une quantité de languettes qui s'effilent dans le sens du déplacement du métal de sorte que des surfaces progressivement crois- santes de métal se trouvent exposées au refroidissement.