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Procédé de préparation de lingots, en particulier en alliages de magnésium.
La présente invention a pour objet la préparation de lingots de composition homogène à partir d'alliages suscep- tibles de liquation, en particulier d'alliages de magnésium.
Des procédés, des plus variés, ont déjà été propo- sés pour la préparation de lingots de composition uniforme à partir d'alliages qui risquent de subir la liquation. Ces pro- cédés sont fondés, pour la plupart, ,sur ce qu'on conduit la solidification du métal liquide, coulé dans la lingotière, de manière qu'elle ait lieu, non pas à partir de la paroi de la
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lingotière, vers le milieu du lingot, mais exclusivement par 9 r,' "e4 ooucb.è1n1fro"ntli.nt du fond de la lingotière.
Le nouveau <7ffelop-
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pement de ces tendances s'est surtout dirigé récemment dans le sens de n'introduire le métal dans la lingotière, tout en évitant autant que possible la chute libre, qu'à mesure que la solidification du métal progresse de bas en haut, de sorte qu'il ne se trouve jamais qu'une couche relativement mince de métal liquide sur les parties déjà solidifiées du lingot.
Une autre proposition antérieure qui, par la suite, n'a pas pu s'introduire dans la pratique générale, consistait dans le procédé suivant : on introduit, à l'état liquide, toute la quantité du métal à couler en lingot, dans la lingotière et on fait descendre celle-ci dans un récipient rempli d'un agent réfrigérant, par exemple de l'eau, tandis qu'on chauffe la partie de la lingotière qui n'a pas encore été immergée dans l'agent réfrigérant, particulièrement la zone annulaire de la lingotière qui se trouve, à chaque moment envisagé, tout près de l'agent réfrigérant, au-dessus de celui-ci, au moyen de brûleurs disposés à la périphérie de la lingotière.
La plongée de la lingotière remplie de métal fondu dans l'agent réfri- gérant doit avoir lieu,suivant cette proposition, de manière que la solidification progresse par couches, une surface li- mite sensiblement plane étant maintenue entre la partie à l'état solide et la partie à l'état liquide. De cette façon, on espérait éviter à la fois les phénomènes de liquation, la formation de retassures et de soufflures et la production d'u- ne structure rayonnante grossière. Pour la coulée d'alliages de magnésium en lingots d'environ 200 x 200 x 600 mm. par exemple, on adoptait par exemple une vitesse de plongée d'en- viron 18 mm. par minute.
Il n'est cependant pas possible, par ces procèdes déjà connus, de reculer l'apparition de la liquation inverse jusqu'au point nécessaire pour obtenir les propriétés résie- tantes uniformément élevées demandées aujourd'hui, surtout quand il s'agit d'alliages se prêtant aux traitements thermi- ques. Des expériences étendues de la société demandeeresse ont
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néanmoins abouti maintenant à un perfectionnement du procédé mentionné en dernier lieu, perfectionnement au moyen duquel on réussit à supprimer, pratiquement en totalité, la liquation inverse dans la préparation de lingots de très grandes dimen- sions (ayant, par exemple, un diamètre allant jusqu'à 1 m.), spécialement dans le cas de métaux légers.
La société deman- deresse a trouvé que, pour effectuer la solidification du mé- tal strictement par couches horizontales, on doit limiter le passage de la phase liquide à la phase solide à une zone aussi mince que possible, et que, pour ces fins, il faut supprimer, dans une mesure aussi complète que possible, la perte de la chaleur par conduction dans la lingotière métallique.
Cette perte de chaleur résulte principalement de deux causes qui n'avaient pas été reconnues ni prises en considération dans les propositions antérieures, premièrement, la lingotière mé- tallique donne lieu à une dispersion de chaleur en raison de sa conductibilité calorifique, même quand la chaleur n'est transmise à la lingotière que dans une zone étroitement limi- tée de son pourtour, de sorte que la transmission de la cha- leur de la surface intérieure de la lingotière au métal y contenu, s'effectue dans une zone sensiblement plus large.
Il en résulte non seulement que la chaleur fournie n'est commu- niquée qu'en partie à la zone du métal coulé dans la lingo- tière sur laquelle elle doit exercer l'action la plus intense, mais aussi que le refroidissement des parties du métal, con- tenu dans la lingotière, qui se trouvent au-dessous de la z8- ne de chauffage et qui devraient donc être déjà solidifiées entièrement, est considérablement retardé.
Pour remédier à cet inconvénient, il convient donc de réduire autant que possible la perte de la chaleur à tra- vers la lingotière même. On y parvient, selon la présente in- vention, en réduisant de beaucoup l'épaisseur de paroi de la lingotière métallique en comparaison des dimensions usuelles.
Tandis que les lingotières utilisées jusqu'ici ont en général
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une épaisseur de paroi d'environ 1/10 du diamètre du lingot à couler, tette proportion, conformément à la présente inven- tion, ne doit pas dépasser environ 1/30 et il y a avantage à ce qu'elle ne soitque de 1/100, et même moins ; c'est-à-dire que, pour couler un lingot d'un diamètre de 1 m., l'épaisseur de la paroi de la lingotière ne doit s'élever qu'à environ 1 cm .
Une deuxième cause de la perte de la chaleur résul- te des faite suivants:
Comme la lingotière doit être plongée dans l'agent réfrigérant, elle doit pouvoir 8tre déplacée par rapport à la source de chaleur qui l'entoure, au-dessus du niveau de cet agent. On ne peut donc chauffer cette partie de la lingotière que soit indirectement, par exemple en l'entourant d'un four annulaire, chauffé électriquement, dont la surface de chauffe entoure la lingotière à une certaine distance, soit directe- ment, par exemple en l'entourant d'une enveloppe servant de calorifuge et en dirigeant vers les parties de la lingotière qui doivent être chauffées les flammes d'un brûleur annulaire à gaz monté dans la surface intérieure de cette enveloppe.
Mais dans les deux cas, il se produit un effet de tirage dans la cuve de chauffage, qui est ouverte par le haut et qui sert à recevoir la lingotière. En conséquence, non seulement une quantité disproportionnement grande de la chaleur développée s'échappe avec le courant d'air ascendant, mais aussi de l'air froid est aspiré du dehors à travers l'intervalle annulaire qui se forme inévitablement entre le niveau de l'agent réfri- gérant et le bord inférieur de la source de chaleur. Des expé- riences ont démontré que cet air aspiré contrarie et entrave la formation d'une zone de chauffage, limitée aussi nettement que possible vers le bas, dans une mesure telle que, même avec des lingotières à parois particulièrement minces, la soli- dification par couches du métal dans la lingotière ne peut ê- tre réalisée.
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Conformément à la présente invention, on évite cet effet nuisible de tirage en donnant à la source de chaleur pour les parties supérieures de la lingotière la forme d'un four fermé également à la partie supérieure et protégé contre les pertes de chaleur, c'est-à-dire d'un four qui entoure la partie supérieure de la lingotière de tous les cotés et descend en mê- me temps presque jusqu'à la surface de l'agent réfrigérant.
Un autre désavantage de l'effet de tirage dans l'ap- plication du mode de chauffage proposé jusqu'ici consiste en ce que l'air qui s'échappe de la cuve de chauffage entraine des quantités considérables de l'agent réfrigérant vaporisé, par exemple, de la vapeur d'eau, Comme on l'a constaté, ces quantités de l'agent vaporisé sont absorbées par la surface du métal fondu dans la lingotière et libérées lors de la solidifi- cation, ce qui donne lieu à la formation de soufflures dans la structure des lingots, Cet inconvénient, lui aussi, est évité dans une large mesure par la présente invention.
Les deux moyens précités servant à empêcher la perte de chaleur, qui sont entièrement différents et qui sont indé- pendants dans leur action, influencent bien chacun le processus de la solidification dans le sens désiré, mais une pleine réus- site n'est cependant atteinte que par leur combinaison.
La chaleur communiquée à la lingotière par le four entourant sa partie supérieure doit suffire en tout cas à maintenir à l'état entièrement liquide la partie du métal qui est exposée à l'action de ce four.
Les principes exposés dans ce qui précède ne peuvent naturellement pas être réalisés au moyen d'un four à cuve ou- vert par le haut, tel que celui dont on se sert dans le procé- dé antérieur mentionné plus haut ; il est au contraire nécessai- re de disposer le four de sorte qu'on puisse le déplacer dans le sens vertical et de placer la lingotière renfermant le mé- tal liquide sur un support (châssis) qu'on puisse également déplacer dans le sens vertical. On peut, par exemple, réaliser @
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le procédé au moyen du dispositif représenté schéma tiquement sur ledessin ci-annexé.
Sur ce dessin
La figure 1 est un plan d'un tel dispositif et
Les figures 2 et 3 sont des coupes suivant les lignes AB et CD.
Dans la forme de réalisation représentée, 1 est un récipient enfoncé dans le sol et rempli d'eau presque jusqu'au bord supérieur; 2 est un cylindre hydraulique par exemple per- mettent de modifier le niveau auquel se trouve le four 3, qui n'est ouvert que par le bas, et de faire pivoter ce four laté- ralement; 4 est un autre cylindre de levage portant un bâti coudé 5 destiné à recevoir la lingotière 6.
Pour la mise en oeuvre du procédé, on soulève d'abord le four 3 et on le fait pivo ter latéralement de telle sorte qu'on puisse placer la lingotière 6, au moyen d'un appareil de levage ou de tout moyen équivalent, sur le bâti 5 qu'on a éga- lement soulevé jusqu'au-dessus du niveau de l'eau. Ensuite, on abaisse le support 5 avec la lingotière presque jusqu'au niveau de l'eau, on amène par pivotement le four 3 à sa position mé- diane et on l'abaisse sur la lingotière de sorte qu'il se place sur le sol (voir figure 2).
Quand le contenu de la lingotière s'est échauffé de nouveau suffisamment pour que la température de toutes ses parties soit supérieure au point liquidas de la masse fondue, on commence à faire descendre la lingotière, par et on continue décharge du cylindre 4,/jusqu'à ce que la lingotière soit des- cendue entièrement dans la fosse à eau 1 (voir figure 3).
Au lieu de munir le four d'un couvercle fixe et chauf- fe, comme le montre le dessin, on peut aussi se servir d'un cou- vercle pivotant, chauffé séparément, en modifiant, bien entendu, d'une manière correspondante, l'ensemble de l'appareillage; cet- te variante offre l'avantage que le four lui-même peut être installé à poste fixe.