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Prooédé et appareils pour la coulée des tuyaux
Il existe actuellement deux procédés de fabrication des tuyaux : a) le procédé ancien, dans lequel les coquilles et les noyaux sont recouverts d'enduits épais de terres appro- priées maintenues par des tresses de paille ou de fibre de bois: b) le procédé plus récent, dit "centrifuge".
On a essayé maintes fois de couler des tuyaux en co- quilles métalliques, et ce procédé est connu, mais il n'est ,pas entré en pratique car, ou bien par suite du refroidisse- ment rapide à l'intérieur de la coquille, on provoque la texture blanche, caractéristique de l'absence de graphite, correspondant à une fonte dure, mais fragile, ou bien on est obligé de sortir le tuyau à peine solidifié, opération tou- jours très dangereuse, pour que le passage par la températu- re critique de graphiti'sation ait lieu hors de la co @
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quille.
La trempe superficielle n'a pas d'inconvénient et est parfois un avantage pour des objets épais, mais quand il s'agit d'objets de faible épaisseur, comme les tuyaux, elle doit être radicalement proscrite.
On peut, il est vrai, par un reouit long et cou- teux l'atténuer en partie, mais non pas y remédier totalement,
Pour les tuyaux fabriqués par le procédé centri- fuge, cette fragilité constitue, même après recuit, un inconvénient grave auquel on n'a pas encore pu parer de façon certaine.
Le procédé, objet de l'invention, permet.tout en employant le procédé connu des coquilles métalliques, d'évi- ter, quel que soit le temps pendant lequel le tuyau reste après solidification dans l'ensemble coquille-noyau, les phénomènes de trempe de la coulée en coquille ordinaire et du procédé centrifuge, ainsi que l'emploi de machines délicates et onéreuses nécessaires à ce dernier procédé, et évite également les manipulations diverses et les frais oc- casionnées dans le procédé ancien par la garnissage de trouas* de paille et de terres réfractaires.
La description qui va suivre , en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple, fera bien comprendre la manière dont l'invention est réalisée.
La figure 1 représente, en coupe vertioale, un système de coquilles et de noyaux, objet de l'invention,à l'intérieur d'un four électrique.
La figure 2 représente, à plus grande échelle, le détail de l'arrivée du courant électrique à la résistance du four.
La figure 3 est une vue, à plus grande échelle, de la partie supérieure du noyau.
La figure 4 est une coupe transversale de la fig. 3.
La figure 5 est une vue partiellement coupée d'une
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variante de réalisation du noyau.
La figure 6 représente, à plus grande échelle, la partie inférieure du noyau muni de son cône de centrage.
Dans le procédé objet de l'invention, la coquille a, en une ou plusieurs parties,les joints tonnant évents b, dans ce dernier cas, est constituée par un métal de composition spéciale,parti- culièrement apte à supporter un grand nombre de coulées dans criquer(acier doux à 12% de chrome,par exemple., simplement re- couvert d'un enduit particulier,apte à subir un début de vitri- fication et à ralentir les échanges de chaleur entre le tuyau et la coquille,cet enduit étant constitué,par exemple,par un badi- geon de noir de graphite,délayé dans une solution de silicate de soude.La coquille ja est posés sur un socle c approprié, qui en forme la partie inférieure en formant l'emboîtement,s'il y a lieu On place dans l'axe de cette coquille un noyau métallique d,plein ou creux,muni le cas échéant,
de dispositifs permettant le libre dégagement de gaz occlus dans la fonte;ces dispositifs peuvent consister en évents ou en rainures ± hélicoïdales (fig.5),ou rec- tilignes (fi g.3).On peut, par exemple,pour maintenir libre tout ou partie de ces rainures ou de ces évents,enrouler sur ce noyau rainuré une simple feuille de papier e(partie gauche de la fig.3 et fig. 6)sur laquelle on étend un badigeon.Après carbonisation, la feuille de papier e forme gaine d'échappement des gaz. On peut aussi couvrir la feuille de papier d'une couche de 1 ou 2 m/m,au plus, d'un enduit spécial f (fig.6) réfractaire et relativement poreux, formé, par exemple,d'un mélange d'argile réfractaire et de sable fin siliceux.
Grâce aux rainures longitudinales ou aux évente, les gaz pourront s'échapper;grâce aux rainures hélicoïdales, on pourra, de plus, extraire facilement le noyau,en le dévissant en quelque sorte.Dès que le mouvement d'extraction du-noyau commence, l'en- duit spécial f se pulvérise, pénètre en partie dans les rainures g, et la sortie du noyau devient de plus en plus facile jusqu'à la
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fin de l'opération. Dans certains cas,on peut rendre le noyau rétractile avec on système de coins et de cales approprié. On peut également le refroidir intérieurement,par un courant de fluide convenable ±' (fig. 5), pour en faciliter la contraction et 1* extraction.
Enfin, on peut, toujours, dans le but de faciliter l'extraction, constituer un noyau: par des couches cylindriques successives de plusieurs métaux, possédant des coefficients de dilatations dif- férentes, le métal qui se trouve à ltextérieur, c* est-à-dire en contact avec la fonte du tuyau, devant avoir le plus grand coeffi- cient de dilatation.
Les coquilles a et le noyau d,préparés comme il a été dit ci-dessus,sont introduits,sans séchage préalable,dans une encein- te chauffante,à température réglable et constituant un accumula- teur de chaleur,mais avec la condition primordiale qu'il commu- nique à la coquille une température uniforme sur toute sa lon- gueur.
Sous cette réserve,cette enceinte peut consister,par exem- ple : -soit dans un bain de métal ou de sels métalliques fondus, par exemple du plomb fondu; - soit dans un four à gaz, chauffage direct ou indirect,cons- titué par exemple sur le principe des fours à coke, c'est-à-dire comportant une chambre centrale de chauffage du moule en vase clos et une chambre périphérique où se trouvent les brûleurs;des récupérateurs de chaleur étant prévus; -soit,et c'est ce qui a donné les meilleurs résultats, en un four électrique spécial constitué, par exemple,comme il est indi- qué fig. l.
Ce four comporte une première chambre cylindrique h,d'un diamètre légèrement supérieur au di-amètre extérieur des coquilles
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a et dont la paroi i est en produits réfractaires; autour de cette chambre h est une deuxième enceinte 1, distante de la pre- mière i de quelques centimètres; entre les deux, on tasse du charbon de cornue k ,du graphite ou tout autre genre de charbon employé dans les fours électriques.
Les entrées et sorties de courant sont agencées d'une façon spéciale excluant tout échauffement, grâce à une di- minution graduelle de la section résistante. On remarque, en effet, qu'aux deux extrémités du four, la section de l'enoeinte contrant le charbon k est conique et va en s'évasant (fig. 1 et 2). Cette disposition permet au charbon de la partie supérieure de se tasser vers l'intérieur pour compenser les pertes pouvant résulter de combustions partielles, ou de la non étanchéité des parois. Ltensemble est enveloppé d'une gâîne calorifuge 1 et contenu dans une enveloppe cylindrique èe tôle m éventuellement frettée. Il repose dans une fosse ou en- ceinte bétonnée n, laissant une chambre d'air et de vent o, autour de la gaine m.
L'arrivée de courant se fait en ± à la partie supérieure (fig. 2).L'autre borne r traverse la gaine isolante 1 et vient en contact avec la couronne inférieure de contact 8¯ (fig. 1).
Ce four constitue une sorte de 'pit électrique en même temps qu'un accumulateur de chaleur. Il est fermé par un couvercle fretté réfractaire p.
La résistance à charbon k peut être remplacée d'ailleurs par une résistance métallique ou une résistance' granulaire quelconque (carborundum, etc...)
La paroi interne, réfractaire et chauffante i est aussi prohhe que possible de la coquille a et la réchauffe ainsi que le noyau intérieur d. jusqu'à la tempé- rature voulue, qui doit varier dans des limites très étroites selon la fonte employée.
Lors de la coulée, la -résistance k. est mise hors
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circuit et l'ensemble du four absorbe une partie de la cha- leur de solidification et de refroidissement de la fonte coulée. Bien que l'on opère avec une température de réchauf- fage des coquilles qu'on considérait jusqu'à présente comme prohibitive, à cause de la difficulté de calmer la fonte dans des coquilles aussi chaudes, les épaisseurs de la coquille et la composition de fonte employées assurent au cours de la coulée une fonte absolument calme et tranquille.
On détermine d'après la nature et l'épaisseur des coquilles et noyaux, d'après la nature et la température de la fonte liquide, la température, variant du rouge sombre au rouge cerise, à laquelle doit être initialement porté le four ou le bain ci-dessus avant la coulée pour que :
1)-11 n'y ait aucune trempe.
2) L'élévation de température après la coulée ne dépasse pas certaines limites compromettant la qualité du produit fini et la durée d'existence des coquilles et du four lui-même.
De toutes façons, les températures de réchauffage déterminées sont largement suffisantes pour assurer le séchage des enduits. Dès que la pièce coulée est solidifiée, la coquille, le noyau et le tuyau sont sortis du four et le noyau extrait comme il a été dit ci-dessus.
Les coquilles peuvent immédiatement resservir; tout au plus, faut-il un nouveau badigeonnage avec l'enduit spécial qui comporte un liant apte à sa vitrification et supporte le plus souvent plusieurs coulées, sans qu'il soit nécessaire de procéder à un grattage.
Il va de soi que sans sortir du domaine de l'invention, on pourrait lui faire subir des modifications de détail.
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Pipe casting process and apparatus
There are currently two manufacturing processes for pipes: a) the old process, in which the shells and cores are covered with thick plasters of suitable earths held together by braids of straw or wood fiber: b) the process more recent, called "centrifugal".
Many attempts have been made to cast pipes in metallic shells, and this process is known, but it has not come into practice because, either as a result of the rapid cooling inside the shell, one causes the white texture, characteristic of the absence of graphite, corresponding to a hard cast iron, but fragile, or one is obliged to take out the barely solidified pipe, operation always very dangerous, so that the passage through the temperature. - re critical graphitization takes place outside the co @
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keel.
Surface hardening has no drawbacks and is sometimes an advantage for thick objects, but when it comes to thin objects, such as pipes, it should be drastically prohibited.
One can, it is true, by a long and costly rehearsal partly attenuate it, but not completely remedy it.
For pipes manufactured by the centrifugal process, this fragility constitutes, even after annealing, a serious drawback which has not yet been able to be overcome with certainty.
The method, which is the subject of the invention, makes it possible, while using the known method of metal shells, to avoid, whatever the time during which the pipe remains after solidification in the shell-core assembly, the phenomena of quenching the ordinary shell casting and the centrifugal process, as well as the use of delicate and expensive machines necessary for the latter process, and also avoids the various manipulations and costs incurred in the old process by the filling of holes * of straw and refractory earth.
The description which will follow, with reference to the appended drawing, given by way of example, will make it clear how the invention is implemented.
FIG. 1 represents, in vertical section, a system of shells and cores, object of the invention, inside an electric furnace.
FIG. 2 represents, on a larger scale, the detail of the arrival of the electric current at the resistance of the furnace.
FIG. 3 is a view, on a larger scale, of the upper part of the core.
FIG. 4 is a cross section of FIG. 3.
Figure 5 is a partially cutaway view of a
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alternative embodiment of the core.
FIG. 6 represents, on a larger scale, the lower part of the core provided with its centering cone.
In the process that is the subject of the invention, the shell a, in one or more parts, the thundering vents b, in the latter case, consists of a metal of special composition, particularly suitable for supporting a large number of castings. in cracking (mild steel with 12% chromium, for example., simply covered with a particular coating, capable of undergoing a start of vitrification and of slowing down the heat exchange between the pipe and the shell, this coating consisting, for example, of a whitewash of graphite black, diluted in a solution of sodium silicate. The shell ja is placed on a suitable base c, which forms the lower part of it, forming the socket, s' A solid or hollow metal core d, fitted if necessary, is placed in the axis of this shell.
devices allowing the free release of gas occluded in the cast iron; these devices can consist of vents or ± helical grooves (fig. 5), or rectilinear (fig. 3). One can, for example, to keep free all or part of these grooves or vents, wind on this grooved core a simple sheet of paper e (left part of fig.3 and fig. 6) on which we spread a whitewash. After carbonization, the sheet of paper e gas exhaust duct form. It is also possible to cover the sheet of paper with a layer of 1 or 2 m / m, at most, with a special refractory and relatively porous coating f (fig. 6), formed, for example, of a mixture of refractory clay and fine siliceous sand.
Thanks to the longitudinal grooves or the vents, the gases will be able to escape; thanks to the helical grooves, we can, moreover, easily extract the core, unscrewing it in a way. As soon as the movement of extraction of the core begins, the special coating f pulverizes, partly penetrates into the grooves g, and the exit of the core becomes easier and easier until the
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end of the operation. In some cases, the core can be made retractable with an appropriate wedge and wedge system. It can also be cooled internally with a suitable stream of fluid (Fig. 5) to facilitate its contraction and extraction.
Finally, one can, always, with the aim of facilitating the extraction, to constitute a core: by successive cylindrical layers of several metals, having different coefficients of expansion, the metal which is outside, that is. that is, in contact with the cast iron of the pipe, which must have the greatest coefficient of expansion.
The shells a and the core d, prepared as has been said above, are introduced, without prior drying, into a heating chamber, at an adjustable temperature and constituting a heat accumulator, but with the essential condition that 'it communicates to the shell a uniform temperature over its entire length.
Subject to this reservation, this enclosure may consist, for example: either in a bath of metal or of molten metal salts, for example molten lead; - either in a gas oven, direct or indirect heating, constituted for example on the principle of coke ovens, that is to say comprising a central heating chamber of the mold in a closed vessel and a peripheral chamber where find the burners, heat recovery units being provided; - or, and this is what has given the best results, in a special electric oven constituted, for example, as shown in fig. l.
This furnace has a first cylindrical chamber h, with a diameter slightly greater than the outer diameter of the shells.
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a and whose wall i is made of refractory products; around this chamber h is a second enclosure 1, a few centimeters from the first i; between the two, we pack retort charcoal k, graphite or any other kind of charcoal used in electric furnaces.
The current inputs and outputs are arranged in a special way excluding any heating, thanks to a gradual reduction of the resistance section. We notice, in fact, that at the two ends of the furnace, the section of the enclosure against the charcoal k is conical and widens out (fig. 1 and 2). This arrangement allows the coal from the upper part to settle inwards to compensate for the losses which may result from partial combustion, or from the non-sealing of the walls. The assembly is wrapped in a heat-insulating sheath 1 and contained in a cylindrical casing of metal sheet m possibly wrapped. It rests in a concrete pit or enclosure n, leaving an air and wind chamber o, around the duct m.
The current is entered in ± at the upper part (fig. 2). The other terminal r passes through the insulating sheath 1 and comes into contact with the lower contact ring 8¯ (fig. 1).
This oven constitutes a kind of electric pit at the same time as a heat accumulator. It is closed by a refractory hoop cover p.
The charcoal resistance k can also be replaced by a metallic resistance or any granular resistance (carborundum, etc.)
The internal, refractory and heating wall i is as close as possible to the shell a and heats it as well as the inner core d. up to the desired temperature, which must vary within very narrow limits depending on the cast iron used.
During casting, the -resistance k. is put out
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circuit and the whole furnace absorbs part of the solidification and cooling heat of the cast iron. Although we operate with a shell reheating temperature that until now has been considered prohibitive, because of the difficulty of calming the melt in such hot shells, the thicknesses of the shell and the composition of The cast iron used ensures absolutely calm and quiet casting during the casting.
It is determined from the nature and thickness of the shells and cores, according to the nature and temperature of the liquid iron, the temperature, varying from dark red to cherry red, to which the oven or the oven must be initially heated. bath above before casting so that:
1) -11 there is no quenching.
2) The rise in temperature after casting does not exceed certain limits compromising the quality of the finished product and the life of the shells and of the furnace itself.
In any case, the determined reheating temperatures are largely sufficient to ensure the drying of the plasters. As soon as the casting is solidified, the shell, core, and pipe are taken out of the furnace and the core extracted as said above.
The shells can immediately be used again; at most, a new coating is required with the special coating which comprises a binder suitable for its vitrification and most often withstands several castings, without it being necessary to carry out scraping.
It goes without saying that without departing from the scope of the invention, it could be subjected to modifications of detail.
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