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" Perfectionnements à la coulée des métaux ".
La présente invention est relative aux prçcées- dés pour la coulée continue de métaux dans des moules ver- ticaux à extrémités ouvertes, le métal se solidifiant dans le moule et étant extrait de manière continue à la partie inférieure à une vitesse correspondant à celle à laquelle il est versé dans ledit moule. Dans tous les procédés de ce genre, on observe un certain degré de résistance due au frottemént entre les parois du moule et le métal qui se solidifie et qui est extrait à une extrémité en même temps.
Cette résistance de frottement a une cause fondamentale, savoir le fait qil existe une union commune en un point, en plusieurs points ou en tous les points qui viennent en
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contact entre la pièce coulée solidifiée et la chambre ou cavité du moule. Cette union a pour résultat inévitable la rupture de la surface, de qui peut, ou non, contrarier la production d'une surface acceptable, du point de vue com- mercial, sur la pièce coulée solidifiée, suivant que les défauts se réparent ou non. En tout cas, une telle forma- tion de défauts est tout à fait indésirable et il faut l'empêcher si l'on veut obtenir des résultats satisfaisants.
Une réduction considérable de la résistance de frottement entre les parois du moule et le métal peut être obtenue par utilisation d'un moule fendu dont les sections sont soumises à une vibration transversale pendant que le métal se déplace le long du moule, ainsi que cela a été décrit dans le brevet britannique No.514.719. Dans ce moule vibrant, les parois du moule ne sont en contact avec le métal coulé que pendant une très petite fraction du temps, à savoir pendant le temps où les sections du moule sont dans la position d'air. transversale minimum pour chaque cycle complet de vibration. Pour commander un tel moule d'une manière vraiment continue, il est nécessaire de main- tenir les parois du moule libres de matières étrangères qui gêneraient le libre mouvement du métal le long du moule.
Quand les parois métalliques du moule sont mouillées par le métal coulé, ou bien lorsqu'une pellicule résiduelle de matière est laissée par la coulée sur les parois du moule ou encore si de la scorie, du laitier ou autre matière analogue stattache au moule et adhère fortement aux parois de celui-ci, il est nécessaire, même avec le moule fendu, d'interrompre l'opération de coulée après un certain inter- valle de temps pour nettoyer les parois du moule. Bien que cet intervalle de temps soit beaucoup plus long avec les moules fendus qu'avec les moules normaux, il est désirable dtéviter de telles interruptions pour le nettoyage.
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Conformément à la présente invention, on ménage une couche lubrifiante, entre le moule et le métal en cours de solidification, en déposant sur le ménisque du métal coulé en fusion des particules analogues à de la suie et produites par la dissociation d'un gaz hydrocarburé à la partie supérieure du moule.
Lorsqu'une colonne de liquide est enfermée par une surface qui l'enveloppe, le ménisque se formant à la partie supérieure de la colonne est concave si le liquide mouille la surface et est convexe si la surface n'est pas mouillée par le liquide. Dans le procédé objet de l'inven- tion, on stassure de préférence que le ménisque est conve- xe en réalisant une surface de moule qui ne soit pas mouil- lée par le métal en cours de coulée. Par exemple, lorsque le métal est du cuivre ou un alliage de cuivre (à la coulée desquels l'invention est particulièrement applicable), la surface du moule peut être faite en chrome, car ce métal n'est pas mouillé, dans une mesure appréciable quelconque, par le cuivre en fusion. Le moule tout entier n'a pas be- soin d'être, et de préférence n'est pas, fait en chrome.
Il suffit, par exemple, de former un dépôt électrolytique de chrome en couche relativement mince sur la surface in- terne d'un moule fait en un métal de base tel que le cui- vre. Ceci offre l'avantage de donner une matière de moule à conductivité thermique élevée, ce qui fait que la cha- leur peut être soutirée du métal en fusion à une vitesse plus grande que si le moule tout entier était fait en chro- me, lequel a une conductivité thermique notablement infé- rieure à celle du cuivre.
L'hydrocarbure qui se décompose pour produire les particules analogues à de la suie est de préférence l'un des hydrocarbures à poids moléculaire bas des séries des alcanes, alcènes ou.alcynes. C'est un fait bien connu que la décomposition de ces hydrocarbures peut être obtenue
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dans des conditions telles qu'il se produise du carbone libre sous la forme.de particules analogues à de la suie et très finement divisées. La mise en liberté du carbone à partir des hydrocarbures est un,.,procédé chimique qui suit les lois de la thermodynamique applicables aux réac- tions de dissociation et qui peut par suite être contrôle au degré désiré par des réglages appropriés de conditions physiques et chimiques.
Par exemple, la simple gaz méthane CH4, le terme le plus bas de la série des alcanes, tend à se décomposer en carbone et -en hydrogène au-dessus de la température critique de 490 C. Le degré de dissociation dépend de la quantité dont la température critique est dépassée et aussi de certaines autres conditions.
Etant donné que l'un des produits de la disso- dation est H2, la concentration de ce gaz dans le système a un effet marqué sur la dissociation du CH4 et on peut calculer que, pour une température et une composition de gaz quelconques, il existe une teneur critique en H2 qui, si elle est dépassée, empêche la dissociation ultérieure de CH4, étant donné que le système se trouve "satisfait" en ce qui concerne H2 et qui tend à supprimer toute réac- tion produisant une plus grande quantité de H2 s Cela est prononcé, en fait, étant donné qu'une molécule de CH4 produit, lors de la dissociation, deux molécules de H2 et que, par suite, la concentration en H2 est atteinte rapi- dement.
D'autres gaz de la série paraffinique se com- portent de manière analogue à CH4 sous l'action de la cha- leur et se dissocient en carbone et hydrogène. En fait, aucun autre gaz analogue n'est aussi stable que CH4 et, en conséquence, la production de carbone à partir de ces gaz peut être obtenue plus rapidement dans les conditions convenables. Ils y a toutefois un point très important à
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considérer et ctest la concentration critique en H2.
Théo- riquement, les quatre premiers membres de la série des alcanes se dissocient de la manière suivante :
CH4 # C + 2H2
C2H8 # 2C + 3H2
C3H8 # 30 + 4H2
C4H10 + 5H2 Les membres supérieurs de la série mettent en liberté de plus grandes quantités de H2 et sembleraient, par suite, être de plus en plus sensibles à la concentration de H2 dans l'atmosphère gazeuse. Mais les membres supérieurs met- tent en liberté une plus grande quantité de C et, par suite, il n'est pas nécessaire de les dissocier au même degré pour obtenir un effet équivalent de production de suie.
Dans la pratique, on a constaté que l'excellents résultats sont obtenus avec le propane (C2H8).
On peut produire la décomposition par combus- tion incomplète du gaz mais, si celui-ci est introduit immédiatement au-dessus de la partie supérieure du moule, la chaleur dégagée par le métal en fusion sera en général suffisante. Par exemple si l'on verse dans le moule du cuivre en fusion à une température de 1190 C. environ et si l'on introduit du propane dans le moule immédiatement au-dessus de la surface du métal en fusion, il a été con- staté qu'il se trouve porté à une température supérieure à 1120 C. et qu'il se décompose de manière satisfaisante.
Etant donné que de l'hydrogène est mis en liberté par décomposition, la concentration en hydrogène au-dessus du moule tend à croître au-delà de la limite critique, à moins que ledit hydrogène ne soit'extrait de manière continue. Cela est particulièrement important dans la coulée du cuivre parce que l'hydrogène est soluble dans le cuivre en fusion. Il est préférable de maintenir la
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concentration en hydrogène à une valeur inférieure à 8% et il a été constaté que ceci pouvait être fait et que les conditions convenables pouvaient être maintenues à la par- tie supérieure du moule si l'on faisait couler sur le mé- tal en fusion un gaz protecteur pauvre en hydrogène tel, par exemple, que lé gaz de gazogène. En fait, le métal est coulé dans le moule à travers ledit gaz protecteur.
Les 8 particules analogues à de la suie et finement divisées mises en liberté par la dissociation de l'hydrocarbure sont, croit-on, du carbone essentiellement pur, mais elles peuvent être recouvertes ou imprégnées dihydrocarbures supérieurs qui ont pu se former par poly- mérisation du gaz ou par l'effet d'autres réactions com- plexes se produisant pendant le processus de décomposition.
L'invention trouve une utilité particulière dans son application aux procédés dans lesquels le moule est formé de sections verticales soumises à une vibration transversale pendant l'opération de coulée, comme on l'a décrit dans le brevet britannique 514.719.
Pour permettre de comprendre clairement l'in- vention et pour en faciliter la mise en oeuvre, on va dé- crire maintenant, en se référant au dessin schématique annexé, deux appareils dans lesquels ladite invention est appliquée.
Bans l'appareil représenté sur la figure 1, le métal en fusion, cuivre par exemple, est maintenu à un niveau sensiblement constant dans une poche 14 et s'écoule par dessus un trop-plein 15 dans un moule 2 à extrémités ouvertes. La cavité centrale du moule est entourée par une chemise d'eau annulaire 4 comportant des tuyaux d'en- trée et de sortie 6 et 8, respectivement, et présentent une surface 10 en chrome.
La poche est recouverte par un capot 11 formé de deux parties, savoir une partie inférieure 12 et une
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partie supérieure 16, et un joint liquide 18 est formé entre ces deux parties. La partie supérieure 16 est per- cée d'une ouverture 20 par laquelle le métal est amené dans la poche à partir d'un four 22 et la partie inférieure 12 est percée d'une ouverture 13 qui coïncide avec la ca- vité du moule 2 et autour de laquelle est disposée une bague perforée 24. Lorsque l'appareil fonctionne, du haz hydrocarburé est amené à la bague 24 de telle manière qu'il sorte par les perforations immédiatement au-dessus de la partie supérieure du métal en fusion contenu dans le moule.
Le .métal en fusion dégage une grande quantité de chaleur, ce qui provoque la dissociation du gaz s'échap- pant de la bague 24 avec, pour résultat, le dépôt de par- ticules analogues à de la suie sur le ménisque 30 du métal en fusion contenu dans le moule,comme on le voit en 28.
A mesure que l'opération de coulée se poursuit, la surface du ménisque se déplace, à partir du courant qui arrive, vers l'extérieur jusqu'aux parois du moule où elle se soli- difie pour former la peau extérieure de la pièce coulée solidifiée et pratiquement dès qu'il vient en contact avec la paroi froide du moule. Les particules 28 qont entraînées par la surface du métal, non seulement lorsqu'il se déplace vers l'extérieur, mais aussi après qu'il s'est solidifié, ce qui fait qu'une couche lubrifiante de particules très fines se trouve formée entre les parois du moule et la pièce coulée. A mesure que le métal se déplace vers le bas le long du moule, il se solidifie complètement et il est extrait dudit moule par les rouleaux 26.
Lorsqu?il a été ainsi extrait, il entra$ne encore la couche de particules et on peut, si on le désire,. laisser brûler à l'air ladite couche qui a maintenant joué son rôle.
Pendant toute l'opération de coulée, l'espace existant à 1?intérieur du cagot et au-dessus du métal en,
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fusion est maintenu rempli de gaz de gazogène et, pour être certain que la concentration en hydrogène ne s'élève pas au-dessus de 8%, on peut obliger ledit gaz de gazogène à circuler de manière continue à travers le capot, ce gaz entrant par un passage rectangulaire 29 percé d'une ouver- ture 31 et s'échappant par l'ouverture 20. Par exemple, danq un appareil du genre représenté, une charge de 2270 kg de cuivre a été coulée en une heure un quart environ dans un moule de 75 mm. de diamètre environ et on a fait circuler du gaz de gazogène à travers le capot à raison de 65 m3 à l'heure.
Pour former la couche de particules analogues à de la suie, on a débité à travers la bague perforée 24 du propane gazeux à raison de 0,104 m3 à l'heure*
Dans 1 appareil représenté .sur la figure 2, on utilise un moule divisé 32 formé de deux sections 33 munies chacune d'une chemise d'eau 34 avec des tuyaux d'en- trée et de sortie 36 et 38, chacune desdites sections étant pourvue d'un revêtement de chrome 40. Des excentriques 42 servent à communiquer une vibration transversale aux deux parties 33 du moule pendant l'opération de coulée. Ces ex- centriques ne sont représentées que d'une manière tout à fait schématique; ils peuvent être construits de la manière décrite dans le brevet britannique No.514.719.