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"PROCEDE DE PRODUCTION DE LINGOTS SAINS ET PRODUITS EN
RESULTANT"
Cette invention est relative aux métaux coulés et a principalement pour objet l'obtention de corps en métaux coulés sains et sensiblement exempts de retassures ou cavités de retrait.
Le métal fondu est ordinairement coulé dans une lingotière dans laquelle il se refroidit et se solidifie sous forme d'un lingot. Au cours de son refroidissement et de sa solidification, le métal se contracte en formant des cavités et retassures dans la partie supérieure du lingot, et certains des composants du métal tendent à se séparer et se concentrent au voisinage des cavités. La présence de
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retassures, cavités et matières séparées constitue une partie défectueuse qui représente, dans certains cas, une portion aussi grande que le tiers de la longueur du lingot et doit être sectionnée si l'on désire la qualité d'acier la meilleure.
On avait déjà proposé plusieurs procédés permettant d'éliminer les retassures des lingots de métaux coulés.
Un de ces procédés consiste à fondre de nouveau les parois latérales de la cavité à l'aide d'un arc électrique, de façon à remplir cette cavité, sans cependant atteindre les poches internes ou les retassures étroites. On a aussi déjà proposé d'introduire dans la retassure un métal d'apport à l'aide d'une électrode en métal, par des procédés de soudure à l'arc libre. Cette méthode est toutefois lente et coûteuse; elle ne permet pas d'atteindre les poches intérieures ou retassures étroites ; et elle donne un dépôt de métal dont la composition chimique et la structure cristalline diffèrent de celles des parties adjacentes du lingot. Ordinairement, aucun de ces procédés proposés ne permet de déposer du métal sain exempt d'impuretés, d'inclusions solides et de pores.
D'une façon générale, la présente invention réside essentiellement dans la fusion et le dépôt électriques d'un métal dans une cavité quelconque dont le fond est conducteur de l'électricité, le dépôt étant effectué au-dessous d'une couche relativement épaisse de décapant. Selon un mode opératoire préféré, on établit d'abord un lingot de la manière habituelle, par fusion et coulée, et on incorpore alors du métal supplémentaire dans la partie supérieure du lingot, à l'aide d'une électrode métallique dans laquelle on fait passer un courant électrique suffisant pour fondre des portions successives de l'électrode et du métal du lingot près des
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cavités ou retassures, l'opération étant réalisée pendant qu'on maintient une couche de décapant au-dessus du métal dont on effectue la fusion par le courant électrique.
Le dessin annexé fera comprendre le présent procédé.
La figure 1 est une vue schématique, partie en vue de côté et partie en coupe verticale, d'un lingot coulé et d'un appareil servant à traiter le lingot.
La figure 2 est une vue schématique illustrant une autre façon d'établir un lingot en métal sain.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, on coule du métal fondu 10 dans une lingotière 11 selon la pratique couramment adoptée pour fabriquer un acier de bonne qualité. On laisse le métal 10 se solidifier dans la lingotière jusqu'à ce que le métal qui se trouve au fond de la retassure ou cavité de retrait principale 14 ait été solidifié. On introduit alors dans cette cavité une certaine quantité d'une matière inorganique, non métallique, fusible 12, qui sera décrite ci-après plus en détail, la quantité introduite étant de préférence telle que la cavité soit plus que remplie, c'est- à-dire telle que la matière recouvre l'extrémité supérieure du lingot.
On introduit alors à travers la matière 12,jusqu'au fond de la retassure principale 14, une électrode 13 faite d'un métal dont la composition est de préférence sensiblement la même que celle du métal 10 du lingot. On fond alors la baguette 13 par un courant électrique, alternatif ou continu, en l'entraînant de préférence de façon qu'elle pénètre continuellement dans la cavité 14 par un dispositif 15 de construction analogue à celle couramment adoptée dans les soudeuses à 'arc électrique. On utilise un courant suffisant
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pour fondre progressivement l'électrode et faire passer celleci à travers le fond de la cavité 14 jusqu'à ce qu'elle ait atteint la retassure ou cavité de retrait secondaire 16 et suffisant pour que le métal fondu s'unisse ou se soude au métal du lingot.
Lorsque les cavités ont été remplies et que le métal s'est solidifié, on peut détacher le lingot 10 de la lingotière 11 de la manière habituelle. Bien qu'il soit préférable de fondre le métal d'apport en l'introduisant dans la retassure pendant que le lingot est encore chaud et contenu dans la lingotière, ce qui diminue la quantité d'énergie électrique requise, il est possible de détacher d'abord le lingot de la lingotière ou de remplir les retassures en quelque stade de la.fabrication subséquente du lingot.
Le mode opératoire représenté sur la figure 2 se prête particulièrement à l'établissement de pièces coulées relativement petites, oien qu'il ne soit pas limité à cette fabrication. Selon cette variante, on forme une cavité de moule à l'aide d'un fond électriquement conducteur B et de parois latérales W, ces dernières pouvant être soit conductrices, soit non conductrices, suivant qu'on le désire. On place une couche de décapant F sur le fond B et introduit dans le décapant F une électrode E, supportée de toute manière appropriée.
Lorsqu'on fait passer un courant électrique entre l'électrode et le fond conducteur, comme représenté, du métal de l'électrode se dépose sur le fond et l'on obtient une pièce coulée faite de ce métal déposé, d'une manière analogue à celle précédemment expliquée.
Les courants tourbillonnants de liquide qui sont communiqués à la masse extrêmement fluide enlèvent efficacement
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les impuretés du métal qui se trouve près des retassures et les impuretés du métal déposé. En augmentant la densité de courant, il est possible de pénétrer dans le lingot jusqu'à toute profondeur désirée, ce qui permet de remplir les retassures profondes et d'affiner le métal dans une partie quelconquedu lingot.
On peut utiliser les tensions et densités de courant, les plus diverses, celles qui sont les plus favorables, de même que le diamètre de l'électrode, dépendant principalement de la composition qu'on cherche à obtenir et de la quantité et de la température du métal qu'on se propose d'ajouter. En général, on utilisera un courant beaucoup plus intense que celui qu'on utilise habituellement pour les opérations ordinaires de soudure à l'arc libre, par exemple.
C'est ainsi que, dans un cas typique, on obtient des conditions appropriées en utilisant un courant de trente à cinquante volts et de mille ampères passant dans une électrode de 6,3 mm de diamètre, ou un courant de deux mille ampères passant dans une électrode de 9 mm de diamètre.
La composition du décapant 12 ou F, respectivement, est importante et, bien qu'on puisse utiliser un grand nombre de matières inorganiques non métalli,ques, il convient que le produit possède les caractéristiques suivantes :
1 - Il doit être fusible approximativement à la même température que le métal du lingot, et, de préférence, à une température un peu plus basse;
2 - Il ne doit pas donner naissance à des quantités importantes de gaz ou de vapeur lorsqu'il fond au contact du métal du lingot;
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3 - Il est préférable que ce décapant soit mauvais ou non conducteur de l'électricité, à froid, et que ce soit un conducteur de grande résistance aux températures auxquelles le métal doit être déposé ;
4 - La fluidité qu'il possède à la température du métal fondu doit être telle qu'il ne soit pas sujet à être entraîné dans le métal fondu;
5 - De préférence, le produit doit posséder un point de fusion assez nettement délimité.
Parmi les matières qui satisfont à ces conditions, on citera divers laitiers et silicates ayant subi une fusion préalable, par exemple : silicate de calcium, le silicate de manganèse, le silicate de calcium-magnésium-aluminium, le silicate de calcium-fer-aluminium et le silicate de calciumfer-manganèse. Ces silicates peuvent être utilisés conjointement avec des oxydes des métaux alcalins ou du manganèse., ou avec des haloïdes des métaux alcalins ou alcalino-terreux.
On peut utiliser diverses combinaisons des matières susmentionnées. Il est préférable d'utiliser les silicates des métaux alcalino-terreux, tels que le silicate de calcium, auquel on a ajouté de l'alumine ou/et de l'oxyde de manganèse.
On peut avantageusement faire réagir les constituants et expulser les ingrédients volatils en fondant le mélange dans un four électrique; et l'on peut ordinairement donner au produit un point de fusion bien déterminé en effectuant un refroidissement et une solidification rapides du mélange fondu.
La forme la plus commode de la matière est celle de grains finement divisés et non agglomérés ayant tous approximativement la même grosseur. Si on le désire, on peut ajouter des métaux subdivisés, par exemple du ferro-chrome et du ferrosilicium, pour modifier la composition du métal déposé.
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On donnera ci-après un exemple particulier typique de la réalisation de l'invention :
Un a préparé 275 kg d'un acier contenant 18,8% de chrome, 10,3% de nickel, 0,09% de carbone, 0,8% de silicium et 0,5% environ de manganèse, dans un four à arc électrique, par le procédé habituellement appliqué pour ce type d'acier.
Après fusion, on a coulé l'acier dans une lingotière normale de 20 cm X 20 cm, placée avec la grande extrémité en bas, cette lingotière ne comportant pas de hausse. On a laissé le lingot se solidifier dans la lingotière jusqu'à ce que le fond de la retassure principale ait été formé. On a recouvert la surface supérieure du lingot d'une matière à base de silicate à l'état subdivisé, et non agglomérée, laquelle matière,suivant l'analyse, contenait approximativement : CaO, 29,2%; MgO, 9,4%,; SiO2, 50,9%; A1203, 4,8%; CaF2, 5,1%. On a alors introduit à travers le décapant, jusqu'au fond de la retassure, une baguette nue de métal d'apport ayant sensiblement la même composition que le métal du lingot et un diamètre de 6,3 mm.
Cette baguette a alors été fondue dans la cavité et entraînée dans celle-ci à raison de 0,45 à 0,9 kg environ de métal par minute, avec un courant alternatif de 900 ampères environ, sous 35 volts. Après avoir déposé 3,6 kg du métal d'apport de cette manière, on a constaté que la retassure du lingot était complètement remplie. Ayant sectionné et examiné le lingot ainsi obtenu, on a constaté que les retassures principale et secondaire qui existent normalement dans un lingot de ce type avaient été complètement supprimées. Toute la partie supérieure du lingot était composée de métal sain dont la composition chimique et la structure étaient homogènes.
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Une autre façon d'opérer consiste à recouvrir la surface supérieure du lingot du produit à base de silicate 12 immédiatement après que lingot a été coulé, à déterminer le degré de solidification du lingot, par exemple en éprouvant la partie supérieure du lingot chaud à l'aide d'une baguette de métal, jusqu'à ce que l'on constate que le lingot s'est solidifié le long des parois du dit lingot jusqu'à une épaisseur de 12,7 à 51 mm environ, l'épaisseur dépendant des dimensions du lingot, et à introduire alors l'électrode 13 à travers le produit 12 dans la partie centrale fondue du lingot 10.
On fond ensuite une quantité suffisante de métal d'apport à l'aide d'un courant électrique passant entre la baguette de métal et le lingot pour remplir une cavité quelconque qui se formerait normalement au cours de la solidification du lingot.
Pour supprimer les très grandes retassures, il peut être intéressant d'ubiliser deux ou plusieurs électrodes 13 connectées électriquement en série ou en parallèle.
On a décrit l'invention par deux exemples seulement, mais il est bien entendu que l'invention est applicable à la suppression des soufflures ou autres défauts des pièces moulées au sable et qu'elle peut aussi être appliquée en vue d'ajouter du métal fondu aux jets de coulée dans la fabrication des pièces moulées de grandes dimensions. De même, une cavité quelconque que présente un corps fait d'un métal approprié peut être remplie de métal propre et sain par le présent procédé.