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Dans la fabrication d'objets G0tdlliqllGB> la Cou- 1-.)2 6 ' un lingot ça un' notai approprie est U ûl).V60t une opéra- tion Dr±limiodire. Comme: cela cet bien connu, la facilite ot le coût Ci:: opérations . ultérieures e la fabrication de bar-
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res, tiges, tôle, fils atc. dépend, dans une grande mesure, de la qualité du lingot et la fabrication de ce dernier est Une opération critique.
Une des plus importantes caractéris- tiques d'un lingot est la nature de sa surface ? si celle-ci est do mauvaise qualité du fait de criques, de piqûres, d'oc- clasions ou autres défauts, le lingot devient impropre pour subir de nouvelles opérations, telles que le forgeage, le la- minage ou l'étirage. Ence cas,
il en résulte une proportion élevée de tôles ou autres produits défectueux et il peut être nécessaire de mettre tout le lingot au rebut. Pour ob- tenir une surface de lingot acceptable, il cet souvent né- cessaire d'enlever des défectuosités par rabotage ou meulage local ou même d'enlever toute la surf .ce par coupage à l'oxy- gène nu usinage. Le coût de ces opérations, enmain d'oeuvre et aumétal perdu,
est couvent un facteur principal du prix des objets finis.
Le problème de la coulés de lingots à surface de bonne qualité se pose pratiquement dans le cas de tous les alliages à point de fusion élevé, y compris les ferro-allia- ges ou aciers spéciaux et même les aciers au carbone donnent des lingots à surfaces moins parfaites qu'il le faudrait lors- que l'on doit utiliser les lingots pour certaines applications dans des conditions rigoureuses, par exemple la fabrication des tubes sans soudures.. Des pourcentages élevés de métaux d'alliage, tels que le chrome, le molybdène,
le nickel et le .vanadium donnent souvent des compositions avec lesquelles il est notoirement difficile de faire dos lingots ayant des surfaces acceptables.
L'invention a pour but principal la fabrication de lingots ayant des caractéristiques de surface améliorées.
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elle se propose encore do faciliter la coulée des lingots et, dans une foras de réalisation de l'invention, de prolon- ger la durée utile des lingotières. J'autres avantages res-
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srrtiront de la description. au cours de recherches effectuées selon l'invention, suivant lesquelles on a fait -olidifier un alliage à point de fusion élevé, à partir de son état foncu, au contact d'une matière silicates.
Celle-ci ayant un point de fusion inférieur à celui de l'alliage en question, on a observé que
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les !îô.NLG3 en nié ta 1 solidifié obtenues avaient de meilleures surfaces que celles obtenues en coulant des lingots de
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l'alliage par les procédés habituels et, par étapes succes- -:1.TC9 ceci a conduit à la découverte que l'on peut faire es lingots ayant d'excellentes surfaces en coulant le métal J'ans une enveloppe en matière silicst6e fusible. Pour renfor- cer cette enveloppe, qui, par elle-ma ic, n'a qu'une faible résistance mécanique, il est bon de la soutenir, par exemple en l'entourant d'une enveloppe métallique .
L'enveloppe en silicate et l'enveloppe de support peuvent Ctre combinées de différentes façons. Le système de support peut être, par exemple, un élément métallique an une seule pièce ou en plusieurs pièces s'adaptant les unes sur les autres et, étant donné que l'on peut trouver facilement des lingotières courantes et qu'elles conviennent bien pour servir d'enveloppe de support, on ena utilisé beaucoup dans les essais effectués.
Une façon commode de faire la combinaison de l'en- veloppe en silicate et de son support consiste à amener la
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matière silicatée, a l'état fondu, au contact des parois intérieures d'une lingotière relativement froide, en refroi-
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dissant ainsi la partie de la matière silicatée voisine de
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ces parois, en la faisant ainsi solidifier et l'aire une en-
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veloppe d'épaisseur sensible* lia' partie dû la matière sili- cutue qui ne se solidifie pas dans cette opération peut être re jetée ou on lu laisse couler 0,
.r un trou placé en un en- droit convenable ou bien, on peut la laisser dans le moule.
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Si la matière en excès reste jusqu'à ce qu'on verse le métal, ce dernier la déplace, elle monte et déb--rds en haut du moule. ;J'il y a de la Ratière silicates présente lorsque l'on verse le métal,
sa température doit être si élevée que le métal- ne se refroidisse pas indûment et sa consistance doit être telle qu'elle se dégage et se sépare complètement du
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'tlC:-G:
l 1..-i7 tout cas, sa température doit être supérieure au point de solidification du métal. iinvidemment , il faut que la densité de'la Matière silicatée soit inférieure à celle du métal en jeu.
La description ci-dessous a trait/en particulier au procédé de fabrication d'enveloppes do moulage en re-
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froidissant de la matière silicatée fondue sur les parois d'une lingotière ou récipient équivalent. On peut mettra de différentes façons la salière silicatée fondue au contact de la paroi de la lingotière. Ainsi,
on peut fondre cette matière dans un récipient approprié et la verser dans la lin- potière do manière à la remplir complètement ¯: ou bien on
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peut remplir partiellement la iingotiôre de matière fondue et verser le métal par dessus de sorte que la couche montante de matière silicatéo qui surnage forme une enveloppe dans les zones successives de la paroi de la lingotière.
On peut encore remplir partiellement la 17 joiC-'.rsW:G matière sili- catée que l'on a fait fondre dans celle-ci, par exemple par réaction exothermique. /
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Sous certaines conditions , on peut utiliser la chal- sur déjugée par réactions chimiques @xothermiques, telles que celles entre l'aluminium ou le silicium et des agents oxy- dants énergiques,
pour augmenter la température de la matière silicatée, pendant qu'elle est dans le moule ou en dehors, auquel cas les produits non volatils de la réaction exother- mique s'assimilent normalement dans la matière silicates.
Lorsqu'on utilise une réaction exothermique de co genre, elle doit être terminée avant de verser le métal fondu dans le moule. Le nitrate de sodium, un agent oxydant courant dans les réactions exothermiques, donne lieu à un dégagement co- pieux d'azote et/ou d'oxydes de sodium ou d'azote et,
si ce dégagement 'se produit en présence de matal fondu, il provoque une agitation dans celui-ci et empêche qu'il se forme sur le lingot une surface (' continue et régulière, à souhaiter.
Le chlorate de sodium, utilisé- commeoxydant, est transforme en produits, surtout en chlorure de sodium, qui se vapori- sent aux températures élevées en jeu et provoquent de même une agitation nuisible du métal en cours de solidification.
Comme on l'a dit, la manière silicatée fondue qui se @rouve dans le moule au moment où on y verse le métal soit être nettement' au-dessus du point de Solidification du mutai, de manière à pouvoir faire un lingot sain. La coulée du motal est nécessairement retardée pendant au moins une faible intervalle pour laisser le temps de faire lesppérations nécessaires.
Il peut, par suite être bon que la matière sili- catée sois au début à unetempérature sensiblement supérieure au point de solidification du métal. Toutefois, lorsqu'on enlève la matière silicatée liquide en excès avant de verser le liquide, la difficulté dont il est fait mention envient moins sérieuse.
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On peut, avantageusement, ajouter de la chaleur à la matière silicates pendant qu'elle est dans le moule, on chauffât électriquement. est expédient est intéressant , en particulier, lorsque, pour une raison quelconque la matière s'est indûment refroidie.
Lorsque l'enveloppe en matière silicatée, selon l'invention, est faite par le procédé ci-dessus, c'est à dire en refroidissant de la matière fonue sur les parois d'un ré en refroidissant de la matière fondue.sur les parois d'un re- cipient analogue à une lingetière courante. il est évident que cotte enveloppe ne se forme pa.-; automatique ment dans tous les cas lorsque la matière silicatée fondue est mise au contact de la paroi.
Le cas est analogue, à celui d'une surface solide à température inférieure au point de congélation de l'eau, mise au contact d'eau liquide ; il peut se forcer, sur la surface uns couche épaisse de glace ou une couche mince ou pas de glace du tout, suivant le tempe qu'i s'est écoulé, les différentes températures en jeu, la présence ou l'absence d'agitation et d'autres facteurs.
La nature des opérations né- cessaires pour donner une enveloppe de matière silicatée con- venable ayant les caractéristiques qui seront indiquées plus loin, est suffisamment claire pour les personnes du métier, étant donné la présente description.
Afin que le métal fondu ne puisse pénétrer dans l'en veloppe en matière silicatée, colle-ci doit avoir une épais- seur sensible* Lorsque l'on retire du moula un lingot coulé dans une enveloppe en matière silicatée supportée par uns lingotière, la dite enveloppe adhère normalement au lingot, main on l'en sépare facilement. On a constaté qu'elle a une épaisseur considérable; par exemple ce -0,8 à 9,5 mm.
Dans beaucoup de 'cas, cette, épaisseur est d'environ 1,5 mm, quoi-
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qu'elle varie en différents points d'un même lingot. Une enveloppe d'une épaisseur excessive donne un faible' lingot et n'a pas d'intérêt' Kilo peut également gêner l'enlève aient du lingot du. moule.
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On a appliqué l'invention dans la coulée de lingots en différente iGrl'J-c111c::GS et égalaient d'alliages ne con- tenant qu'une faible proportion de fer. On s'est intéressé surtout aux ['(létaux qu'il est anormalement difficile de couler en lingots ayant des surfaces acceptables. On peut citer les suivants
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Aciars d.i-.. #.:.'. 2320; contenant 5 5a- de Ni W V9/v de C.
Aciers inoxydables, chromo -nickel, des types 1G-8; 25-12 et 25-20. aciers au chromo , sans nickel, (inoxydables) contenant
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17 k de Cr ou de 11 à 1i-jU de Cr.
Alliages résistant aux aciucs dû compositions Ni 64,6, o ,-Ûy9 ?e l'rg/!'9 V ,/''g/îi9C'gvJe-ß/s7.
Alliages résistant aux acides de compositions Ni 5>>S/o, Jo 16 Cr 16,470,..' 3,86/., Ie5 ,l7o,C QÇ' Ces aciers ont des poiuts de fusion de 1400 à 1500 environ, ceux contenant des pourcentages élevés à la feis de nickel et de chrome ayant les points de fusion les plus bas.
Les alliages non ferreux, sans chrome, mentionnes, ont des
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points de fusion de l'ordre de 1-2C 1 5009 tandis que les points de fusion des alliages non -ferreux contenant du chrome
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sent compris entre 1270 et 1305 ' i'ctl^ suite, les métaux que l'invention intéresse principalement, ont des points de fusion supérieurs 1200 et pas sensiblement plus que 1500 .
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On a utilise une jrcindo variété do silicates pour faire les enveloppes. La majorité os ceux-ci étaient des silicates de c:lcir-in,iWiL?.-alut<?iiWix :1g mais on a également
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-- !f::J0 (i!8lrCrGS silicates; en particulier 1g silicate de so- dium. Dans beaucoup do cas, on a ajoute du 'spath-fluor (fluo-
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rure de calcium) pour augmenter la fluidité de la mas.'o à la température de coulée du métal. Les silicates os C89 j"iG et .19 dds exemples I V du tableau ci-dessous ont donné d'ex- cellents résultats, ainsi que les silicates des exemples VI et VII.
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II III IV V VI VII Cao 37,0/ 35,17% 27,6670 25,4>é 25,4 15, 6# g0 11,0 8,56 572 8,78 7,5
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<tb> MnO <SEP> @ <SEP> 59,54
<tb>
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Na20 - - 10,C 9,0 FeO - - - 2916 ii205 11,7 9 js 4,32 5S76 795 1999 0 2 21 13 33,0 53,52 42,84 49,6 53,8 34,48
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<tb> CaF2 <SEP> 16,0 <SEP> 13,63 <SEP> 4,79 <SEP> -
<tb>
Un silicate do sodium ayant donné de bons lingots contenait
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NaO , 31,9 SiO 63,5%. NaO , 31,9 ; BiO 63,5.
Comme on le voit, le rapport des bases aux acides varie, dans ces silicates, dans une garante considérable. On appelle souvent ce rapport , "rapport de base" et dans le cas
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présent, c'est le rapport des mois totaux des bases (p.c--.
GaO, g0 et Na20) aux mois ue silice présents, l'alumine et le fluorure de calcium etant laissés de coté* On a fait de bons lingots lorsque le rapport ce base, ainsi calculé, descendait jusqu'à 0,5 ou s'élevait jusqu'à 1,5 et, avec des précautions appropriées, on peut admettre des rapports descendant jusqu'à 0,3 ou montant Jusqu'à 1,75.
Des compositions dans lesquelles la constituant basique est constitué surtout par un ou plu-
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sieurs dicalino-terreux et dont le rapport de base n'est pas
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inférieur à 0,8 sont préférables, car elles ent uns plus faible viscosité, sur une garnis étendre de températures, que les silicates plus acides. Par exemple avec ces substances préférables,
la viscosité peut Ctre inférieure à 25 poissa, morne à 1200 ..
Les silicates ayant de plus faibles rapports de base tendent à avoir une viscosité nettement plus élevée lorsque la température tomba et. ils deviennent trop pâteux pour fonctionner convenablement si on les laisse refroidir très vite* Les silicates de sodium ci-dessus cités et les verres, en général, se comportent ainsi.
Ils coulent lentement à moine d'être très chauds et ils tendent à faire dos enve- leppes d'épaisseur excessive. Do même, lorsque le rapport de base tombe, la conductibilité électrique des silicates di- minue de sorte qu'ils ne peuvent fondre commodément dans un four à arc, qui est l'appareil préférable pour les faire fon- dre.
Toutefois, des silicates à faible rapport de base don- ment souvent des lingots ayant d'excellentes caractéristiques de surface.
Quoique plusieurs des matières silicatéos données comme exemples contiennent la fois calcium et magné- sium et que cette combinaison donne satisfaction, à la fois industriellement et économiquement, il existe de nombreuses compositions pouvant convenir,
dans lesquelles une ou deux de ces bases sont remplacées par des métaux alcalins, comme le silicate de sodium cité, ou par d'autres métaux.
Les propriétés que l'on demande à la matière silicates sont la non-volatilité à la température de coulée du métal, une fluidité suffisante à la température de solidification du métal, une aptitude 1 faire un revêtement continu sur la paroi du mpule (uns les conditions indiquées,
lorsque l'on
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utilise une linouière ou récipient analogue confie enveloppe de support, l'absence d'action nuisible sur le délai du lingot .et sur le support et une stabilité à la température de coulée, telle qu'il ne se dégage pas de gaz en quantité suffisante pour empêcher la présence d'une interface régu- lière lingot-silicate pouvant donner, au refroidissement,
un lingot à surface ininterrompus. On peut obtenir cas propriétés avec ces silicates présentant une grande variété de constituants basiques. Pour réduire au minimum l'agita- tion du métal pendant qu'il se refroidit, il faut éviter que des réactions chimiques continuent à se produira dans le si- licate et la matière silicatée doit .rare, autant/que possible de composition homogène avant de verser le métal.
Dans la coulée de lingots, telle que pratiquée jusqu'ici, il arrive souvent qu'il n'est pas économique de verser le métal à des températures aussi élevées que cela serait à souhaiter du fait des détériorations qui en résul- teraient pour les moules.
Lorsqu'une lingotière est revêtus d'un garnissage protecteur commeans la forme de réalisa- tion préférée ci-dessus décrite, on évite cette difficulté et l'on peut porter la température du métal . sa valeur optimum.
De même, il est ben de réchauffer les moules à des tempéra- tures plus élevées que celles couramment utilisées. Le ré- chauffage est, en général limité afin que le refroidissement du métal fondu puisse se faire plus rapidement et, par suite, endommage au minimum le moule.
Un revêtement protecteur en une matière destinés à être rejetée par la suite, appliqué- sur le moule, supprime cette limitation et permet de réchauf- fer avec sécurité le Roule à la température- désirée* Il est bon de réchauffer à au moins 150 .
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lorsque l'on prépare la matière silicatée dans un récipient autre que le moule, sa température doit ordinaire ment être d'au moins 1500 .
lorsqu'on la met dans le moule et, si on la chauffe dans le moule, par exemple par réaction exothermique, il faut la porter à une température élevée du même ordre. On est sur ainsi qu'après le refroidissement qui se produit inévitablement avant la coulée du métal, la matière estencore bien au-dessus du point de solidification du métal à ce moment. Dans le même but, il faut verser le métal aussi vite que possible après que la matière silicatée a atteint sa température maximum dans le moule ; parexemple, avec des lingots de 180 kgs, il est préférable que cet intervalle ne soit pas de plus de deux minutes.