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Procédé de coulée ou de moulage du cuivre désoxydé et appareil propre à l'exécution de ce procédé.
La présente invention a pour objet un procédé et un appareil relatifs à la fabrication et à la coulée ou au moulage de métaux très denses privés de gaz et plus spécialement de cuivre très dense désoxydé.
D'après la présente invention, le cuivre ou autre métal à couler est fondu de la manière ordinaire dans un four de type habituel et le dégazage ou la désoxydation du métal fondu sont effectués dans un appareil appropria avec l'aide d'agents de désoxydation ou de réduction pris soit à
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l'état gazeux, soit à l'état solide ou encore avec l'aide d'une combinaison de tels agents gazeux et solides aptes à désoxyder des oxydes métalliques ou non métalliques. Le métal désoxydé est conduit de la chambre de désoxydation à une chambre dans laquelle règne le vide et il y est coulé dans le vide.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple, fera bien comprendre de quelle manière l'invention peut être réalisée.
La Fig. 1 est une coupe verticale d'un appareil de coulée dans le vide, appareil qui est réalisé conformément à l'invention.
La Fig. 2 est une vue analogue, partiellement en élévation, d'unappareil modifié propre à la coulée continue.
La Fig. 3 est une vue en plan partielle du dessus de l'appareil représenté sur la Fig..2.
La Fig. 4 est une vue en plan du dessus d'un fragment amovible du couvercle annulaire de l'appareil représenté sur les Figs. 2 et 3.
L'appareil que montre la Fig. 1 et que l'on peut dénommer puits de coulée consiste en un élément 10 affectant sensiblement la forme d'un U dont les branches verticales 12 et 13 sont reliées, à leur base, par une auge profonde 14 ayant approximativement l'apparence d'un V. Dans le haut, la branche 13 comporte un prolongement ou départ latéral 15 qui, à son tour, présente une branche descendante 16.
Le puits de coulée peut être établi de toute fa- çon appropriée à partir d'un nombre quelconque d'éléments et,
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de préférence, il comprend, comme le montre le dessin, une enveloppe 17 telle qu'une chemise d'acier pourvue d'un garnissage réfractaire approprié 18 qui définit des chambres communiquant entr'elles. La branche 12 est fermée, dans le haut, par un bouchon réfractaire 19 présentant une ouverture en entonnoir 20 qui permet la coulée du métal fondu dans la chambre de réception du puits à partir d'un four basculant, d'une poche ou d'un appareil analogue 21; le bouchon 19 est percé dune seconde ouverture 22 dans laquelle s'engage un tube d'amenée de gaz 23 susceptible d'être maintenu en place dans ce bouchon par une douille d'étanchéité ou garniture 24.
Le prolongement latéral 15 de l'appareil présente une gorge longitudinale 25 dans sa paroi inférieure et cette gorge comporte une cuvette 26 avec lèvre de débordement 27. La branche descendante 16 que l'on peut assimiler à un bec de sortie possède, dans le bas, une paroi épaisse 28 avec collet de diamètre réduit 29; sur le collet 29 peut se mouvoir axialement un manchon 30 présentant un tenon annulaire 31 sur sa face inférieure. Le déplacement du manchon 30 sur le collet 29 peut être commandé par plusieurs pistons 32 actionnés par fluide et jouant dans des cylindres (non représentés) qui sont ménagés et disposés en cercle à l'intérieur de la paroi épaisse 28.
La paroi supérieure du prolongement 15 est percée d'ouvertures 33 et 34 pratiquées en regard des ouvertures ou des chambres des branches 13 et 16 respectivement. L'enveloppe d'acier 17, juste au-dessus des ouvertures 33 et 34, comporte des regards 35 et 36 respectivement, qui sont fermés par une matière transparente convenable scellée hermétiquement dans l'enveloppe. La paroi de la branche 16 est traversée par un conduit 37 communiquant avec la chambre
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intérieure de cette branche et débouchant à l'atmosphère, ce conduit étant muni d'un robinet d'évent 38 commandé à la main.
Au-dessus du prolongement latéral 15, l'appareil renferme une chambre 39 possédant une entrée de gaz 40 et un conduit 41 pourvu d'une vanne 42 actionnée à la main; le conduit 41 aboutit à une puissante pompe à vide que l'on n'a pas représentée.
Le métal fondu peut, pendant la traversée de l'appareil, être maintenu en fusion par un dispositif de chauf- fage approprié ; parexemple, les garnissages réfractaires des branches 12, 13 et 16, peuvent porter, incorporés à eux, des éléments électriques chauffants 43, 44 et 45 respectivement tandis que le prolongement latéral 15, entre la cuvette 26 et la voûte réfractaire située au-dessus peut être pourvu d'un élément de chauffage électrique 46 qui, en rayonnant de la chaleur, maintient le métal dans la cuvette 26 à l'état fondu.
Le métal contenu dans l'auge 14 peut être maintenu en fusion par chauffage électrique à induction et l'auge peut être réalisée à la manière d'un four électrique à induction du type décrit dans le brevet américain n 1. 201.671 au nom de Wyatt; elle comprend alors un noyau de fer feuilleté se composant de branches extrêmes 47 et d'une branche centrale 48 autour de laquelle est disposé en cercle un enroulement primaire 49.
La branche centrale 48 et son enroulement sont logés dans une carapace 14a qui peut faire partie intégrante du garnissage réfractaire de la portion 14 formant l'auge et en être espacé de chaque côté pour délimiter un canal en V. Ce canal en V, lorsqu'il est rempli de métal fondu, constitue le secondaire
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du four à induction et, grâce à un mode circulation dans lequel le métal chaud quitte ce canal et le métal plus froid y pénètre, le métal présent dans le fond du puits de coulée, au-dessus du four à induction, se trouve maintenu à l'état fondu. La nature particulière et la localisation des divers éléments de chauffage ne constituent cependant pas l'essentiel de l'invention.
Le métal traité dans l'appareil peut être coulé dans des moules appropriés 50 qui, comme il est représenté, sont du type à refroidissement par eau et consistent en une enveloppe 51 rafraîchie par de l'eau et montée sur une table 52 qui, à son tour, repose sur une plaque de base 53 refroidie de la même façon. Un emboîtement à tenon et mortaise, ou toute autre liaison étanche convenable, peut être prévu entre l'enveloppe de moulage 51 et la table; en vue de l'obtention d'un joint hermétique entre le moule et l'appareil, le haut de l'enveloppe 51 présente une rainure annulaire 54 à laquelle correspond le tenon annulaire 31 du manchon 30 et une rondelle 55 en une matière convenable peut être interposée entre le tenon et la rainure. Bien entendu, une garniture appropriée est également utilisée à la jonction de l'enveloppe 51 et de la table 52.
Le procédé de coulée de métaux privés de gaz, lorsqu'il est exécuté avec l'appareil décrit ci-dessus, s'effectue de la façon suivante:
On place tout d'abord le moule, comme le montre le dessin, de manière à obtenir un joint étanche à l'air avec la branche ou bec de sortie .16. On y parvient en alignant correctement le moule, la table et le collet du
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bec 16 et en déplaçant le manchon 30, pour l'amener à obturer le haut de l'enveloppe de coulée 51, avec l'aide des pistons 32 à commande par fluide. On ferme ensuite provisoirement l'orifice en entonnoir 20 du bouchon 19 à l'aide d'un obturateur convenable (non représenté) et on chasse entièrement l'air de l'appareil et de la cavité de moulage en admettant du gaz réducteur ou non oxydant dans les diverses chambres par le tuyau 23.
Pendant l'admission du gaz, on ferme la vanne 42 ; par suite, le gaz ne peut sortir que par le conduit 37 dont le robinet 38 est ouvert. Au bout d'un certain temps, on peut allumer le gaz sortant du tuyau 37, s'il est combustible, et dans l'intervalle on augmente l'écoulement gazeux dans l'appareil en admettant du gaz par l'entrée 40.
Après que l'air a été entièrement déplacé par l'atmosphère de gaz réducteur ou non oxydant ou après que la pression partielle de l'oxygène restant est tombée à une valeur suffisamment faible pour que sa présence ne soit pas préjudiciable au métal, on retire le bouchon de l'ouverture 20 puis on allume le gaz sortant de cette ouverture, s'il est combustible.
On coule alors du métal fondu, par exemple du cuivre, provenant du four basculant ou poche 21 dans l'entonnoir 20 à travers la flamme; le métal, après avoir rempli l'auge 14, s'élève graduellement dans les branches 12 et 13. On surveille l'ascension dans la branche 13 par le regard 35 et, quand le métal a atteint un niveau adéquat, on arrête la coulée et l'on ferme le robinet 38 ainsi que le robinet (non représenté) réglant l'arrivée de gaz en 40.
On ouvre alors la vanne 42 pour soumettre la cham-
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bre 39 et les chambres ou passage des branches 13, 15 et 16 ainsi que la cavité de moulage à l'action de la pompe à vide et pour établir une différence de pression de gaz au-dessus du métal dans les branches 12 et 13, ce qui amène le métal de la branche 13 à s'élever et à déborder dans la cuvette 26. Dans la cuvette; le métal s'étale en une nappe peu profonde. Par suite de cet étalement et du ralentissement dans la cuvette 26, le vide a pour effet d'extraire pratiquement tous les gaz dissous dans le métal. Pour cette raison, la superficie de la cuvette 26 est suffisamment grande pour que, sous l'action du vide, le métal puisse être privé de gaz dans le temps limité de son parcours à travers cette cuvette.
En même temps que le métal déborde de la cuvette ou juste avant qu'il ne le fasse, on reprend la coulée dans la branche 12, à la suite de quoi le métal continue à affluer à ladite cuvette et à en sortir par le trop-plein 27 pour pénétrer dans la cavité de moulage.
On surveille le progrès du remplissage du moule par le regard 36 et, quand le moule est plein, on admet à nouveau du gaz par 40. Quand le gaz pénètre dans la chambre 39, le métal s'abaisse dans la branche 13 en raison de la chute de la différence de pression entre les branches 12 et 13; on ouvre le robinet 38, on allume le gaz sortant du conduit 37 et on suspend la coulée du métal. On supprime alors le scellement de la partie supérieure du moule en soulevant le manchon 30 et on enlève le moule avec son contenu pour le remplacer par un moule vide. L'afflux continuel.de gaz pendant cette substitution protège contre une nouvelle oxydation le métal contenu dans l'appareil.
Au cours du fonctionnement tel qu'on vient de le
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décrire, on doit établir le vide dans le puits et la cavité de moulage entre chaque opération de coulée. Dès lors, il faut disposer d'une pompe à vide de grande capacité relativement au volume de gaz à enlever. La Société Demanderesse a trouvé qu'avec un rapport de 1:1 entre la capacité et le volume en question, il faut environ cinq minutes pour obtenir un vide de 756 mm de mercure ou un vide permettant au gaz sous la pression atmosphérique dans la branche 12 d'équilibrer dans la branche 13 une colonne de cuivre à 1150" d'environ 119,5 cm.
Dans le traitement décrit ci-dessus, le métal fondu, en traversant le gaz réducteur ou non oxydant contenu dans la branche 12 depuis le niveau C jusqu'au niveau B (Fig.l) se désoxyde. La profondeur d'immersion du tuyau 23 dans la chambre 12 pleine de gaz peut être modifiée à volonté attendu qu'évidemment le tuyau en question peut être maintenu de façon réglable dans la garniture 24. Toutefois ce tuyau doit être engagé aussi loin que possible dans la chambre sans plonger dans le métal fondu.
Sur les Figs 1 à 4, on a représenté un appareil rendant possible une coulée pratiquement continue. Dans cette forme de réalisation de l'invention, on fait usage d'une roue de coulée consistant en un châssis ou plate-forme circulaire 60 qui peut tourner autour de son axe ; plate- forme 60 comporte des parois verticales et parallèles 61 qui, au-dessus de leur base, sont bifurquées ou continuées par de doubles parois 62 de manière à délimiter des rigoles annulaires 63. Des socles ou tables 65 sont montés sur la base du châssis rotatif suivant un espacement circonférentiel défini et sur chacun d'eux est placée une enveloppe 66 à
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refroidissment par eau, ce qui forme un certain nombre de moules de coulée.
En haut de chaque enveloppe se trouve une rehausse ou chapeau amovible 67 dont le rôle appa- rattra par la suite. Un couvercle annulaire 70 s'étend au-dessus du châssis rotatif 60 et est supporté de manière à rester en liaison étanche à l'air avec le puits de coulée; il possède une semelle 71, des rebords parallèles 72 à emboitement télescopique avec les parois verticales 62 de la plate-forme et, en outre, des brides ou anneaux espacés 73 plongeant dans les rigoles 63. Afin de permettre une libre rotation relative entre le couvercle fixe 70 et la plate-forme 60, des pistes à rouleaux 74 sont ménagées entre le haut des parois 61 et la face inférieure de la semelle 71 du couvercle. Pour assurer un joint hermétique entre la plate-forme rotative et le couvercle fixe, on peut placer du mercure entre les brides 73 et les rigoles 63.
Si on le veut, on peut recouvrir le mercure de quelques pouces d'huile à point éclair élevé afin de maintenir l'étanchéité à l'air entre les éléments de l'anneau de coulée et éviter l'évaporation du mercure.
On peut prévoir dans le couvercle un segment amovible 75 pour avoir accès à l'intérieur de l'anneau de coulée afin de démouler le métal coulé après sa solidification. De préférence, on place ce segment au voisinage du poste de coulée et en amont ce qui permet aux pains de métal de se refroidir pendant qu'ils décrivent tout le circuit de l'anneau pour atteindre le poste de démoulage.
Bien entendu, pendant le fonctionnement continu, le segment 75assurera une fermeture hermétique à la fois pour la plate-forme et pour le couvercle proprement dit.
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Dans la mise en oeuvre de ce procédé continu, la manipulation est sensiblement identique à celle qui a été décrite en regard de la Fig. 1 pour le cas du moulage intermittent, sauf que l'on coule tout un groupe circulaire de pains, billettes ou autres objets avant de rompre complètement le vide entre la chambre 39 et la chambre définie par la plate-forme rotative et son couvercle. Cependant, entre la coulée des pains individuels on arrête par intermittences le débordement de métal de la cuvette .26 enlaissant filer par l'entrée 40 une petite quantité de gaz qui diminue légèrement le vide et fait cesser ainsi l'afflux de métal à la cuvette. Néanmoins, on ne laisse pas se produire une baisse de vide suffisamment grande pour modifier fortement la dénivellation entre les plans A et B.
Quand un groupe circulaire complet de pains a été coulé, on enlève le segment 75 du couvercle et on retire successivement les rehausses 67 des moules ce qui permet l'accès, aux extrémités des moules , de pinces ou outils similaires permettant le démoulage. Une fois que tous les pains ont été enlevés, on replace le segment 75 pour fermer à nouveau la chambre renfermant les moules et on augmente l'afflux de gaz en admettant du gaz supplémentaire par le tuyau 40 pour balayer l'air hors des moules et de la chambre en question.,Quand la pression partielle de l'air primitif dans les moules et la chambre a été réduite à une valeur qui le rend inoffensif, on fait le vide dans la chambre et on reprend le moulage d'un nouveau groupe circulaire de pains.
Bien que l'appareil décrit ci-dessus soit surtout en vue de l'utilisation d'un gaz comme agent de désoxydation, on comprendra que l'on peut aussi, moyennant seulement une
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légère modification de l'appareil, faire appel à une matière carbonée solide ou à la fois à des désoxydants solides et gazeux en combinaison; de même lorsqu'on verse dans l'appareil, pour la coulée, un métal désoxydé, on peut se servir d'un gaz inerte comme l'azote au lieu d'un gaz réducteur inflammable.
D'une manière générale, on peut apporter des modifications de détail au procédé et à l'appareil qui viennent d'être décrits sans pour cela sortir du cadre de la présente invention.