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PROCEDE ET INSTALLATION POUR LA COULEE CENTRIFUGE DE PIECES
METALLIQUES.
La présente invention est relative à un procédé pour la coulée cen- trifuge de pièces métalliques de forme annulaire,, dans un moule rotatif.
Les pièces métalliques annulaires obtenues par ce procédé présen- taient sur la périphérie cylindrique, des criques ou autres défauts qui doi- vent être attribués au coéfficient élevé de transmission de chaleur des parois du moule cylindrique et aussi;, le plus souvent., des défauts d'homogénéité, ré- sultant essentiellement des inégalités du régime de coulée et de refroidisse- ment pratiqué jusqu'à présent.
La présente invention a pour but l'obtention par coulée centrifu- ge de pièces métalliques annulaires de structure homogène, exemptes de criques., de fissures et de toutes inclusions solides et/ou gazeuses.
Selon l'invention, la coulée centrifuge de la pièce annulaire est effectuée dans des conditions thermiques évitant une accumulation substantiel- le de chaleur dans les parois du moule et telles, que la solidification par refroidissement sur les dites parole depuis l'extérieur vers l'intérieur, puis- se être variée, d'une part, en relation avec la masse de métal en traitement, et, d'autre part, avec la vitesse de rotation appliquée dans la coulée centri- fuge, cette vitesse et le dit refroidissement pouvant à chaque instante être également variés en relation avec l'augmentation de la dite massé centrifugée au cours du processus de coulée et de formation de la dite pièce.
Cette coulée centrifuge suivant l'invention peut s'effectuer autour d'un axe horizontal et les dites conditions thermiques peuvent être réalisées par des moyens comprenant un chauffage interne ou axial et un refroidissement externe de la masse centrifugée, qui est fonction de la vitesse de rotation de la masse en traitement déterminant sa force centrifuge et d'un courant d'air refroidissant réglable,appliqué- à la périphérie extérieure d'un moule cylin- drique dont les parois ne présentent qu'une faible inertie calorifique, de tel- le sorte qu'on peut réduire et/ou régler à volonté la perte calorifique du dit moule.
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L'invention réalise ainsi d'abord, des conditions permettant de régler le régime thermique de la surface périphérique extérieure du lingot en contact avec les parois du moule, par un ralentissement des pertes calorifiques, qui évite la formation des criques à la dite surface périphérique du lingot.
Elle permet de réaliser ensuite, une répartition uniformisée à chaque instant du métal fondu dans le moule rotatif,ainsi que la régularité du tassement de la masse en traitement en maintenant dominante la force de cohésion sous l'in- fluence de vitesses de rotation réglables, avec élimination des inclusions et dégazage méthodiques, par le réglage du refroidissement, en partant de la pé- riphérie vers le centre du lingot cylindrique en formation.
D'autres particularités et deuils de l'invention apparaîtront au cours de la description ci-après avec référence aux dessins annexés au pré- sent mémoire,qui représentent une installation destinée à la production de lingots annulaires à périphérie cylindrique.
Dans ces dessins : - la figure 1 représente l'installation en élévation avec brisures partielles et - la figure 2 est une coupe par un plan vertical désigné par II-II à la figure 1 montrant en outre des moyens de refroidissement et de mise en mouvement du moule rotatif,ainsi que l'opération de coulée.
L'installation représentée comprend un moule cylindrique 2 mis en rotation autour d'un axe horizontal I-I. Ce moule présente, à ses deux extré- mités, des flasques 3 et 4 qui limitent la largeur du lingot et sont engagés sur-le tambour ou paroi cylindrique 5, ne présentant qu'une épaisseur relati- vement faible. Cette paroi cylindrique 5 est garnie extérieurement d'ailettes 6 perpendiculaires à l'axe de rotation I-I, régulièrement et parallèlement dis- posées entre les flasques 3 et 4 qui reposent respectivement sur quatre galets 7 et 8, montés sur leurs arbres respectifs 9 et 10. L'arbre 9 est l'arbre de sortie d'un variateur de vitesse 11 du moteur 12. Si on suppose que l'arbre 9 tourne dans le sens de la flèche X, le moule tourne donc dans le sens de la flèche Y.
Un ventilateur 13, dont le rotor est entraîné, par exemple par une courroir 14, montée sur une poulie 15 de l'arbre 9, refoule de l'air par une conduite 16 sur les ailettes 6 dans le sens de la flèche Z. Cette conduite 16 est donc disposée de façon que le jet d'air qui en sort soit dirigé en sens inverse de la rotation du moule 2.
Une soupape 17 est montée sur la conduite de refoulement 16 pour permettre de régler le débit d'air envoyé sur les ailettes 6, même lorsque la vitesse de rotation des galets reste inchangée.
Le moule 2 est, en outre, équipé d'une source de chaleur dans sa zone centrale. Cette source de chaleur est représentée sous la forme de deux électrodes de carbone 18-18' entre lesquelles un arc électrique peut jaillir pur chauffer l'intérieur du moule.
Pour couler, par exemple, un lingot d'acier doux, dans l'installa- tion qui vient d'être décrite, on opère avantageusement comme suit :
Afin d'éviter le contact direct.du métal à couler avec la paroi cylindrique 5 peu épaisse du moule, on peut au préalable badigeonner l'intérieur de celui-ci avec un lait de silice et de bentonite ou répartir la couche réfrac- taire 19 à former par centrifugation et chauffage progressif. En même temps, on aura rempli ainsi les joints formés à la réunion de la paroi cylindrique 5 et des flasques 3 et 4, ce qui facilite le démoulage subséquent.
Après avoir chauffé l'intérieur du moule 2 de façon à le porter à une température d'environ 400 c on commence, par exemple, par verser rapi- dement dans ce moule à partir d'un creuset 20 une masse d'acier suffisante pour qu'elle ne puisse pas se solidifier et subisse l'action de la centrifuga- tion. L'acier est versé à une température comprise avantageusement entre 1.500 et 1.600 C. L'acier est ensuite versé le plus lentement possible, afin que les couches de liquide qui viennent à se former aient une épaisseir la plus petite possible. Ceci facilite beaucoup la régularité du tassement et l'éli-
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mination des gaz et des impuretés, tandis que pendant la solidification du lin- got, il importe de contrôler la vitesse de rotation du moule afin d'obtenir une bonne homogénéisation au refroidissement.
Ce refroidissement doit varier non seulement avec la vitesse de rotation du moule, mais dépend également de la position de la soupape 17 L'orientation de la conduite de refoulement 16 de l'air en sens inverse du sens de rotation des ailettes 6 active ce refroi- dissement par la somme des vitesses linéaires du courant d'air et des dites ailettes, ce qui permet de maintenir avantageusement la température du moule à une valeur maximum d'environ 550 à 600 c De cette façon, grâce à la fai- ble inertie calorifique du moule et à la variabilité réglable de la perte ca- lorifique, on peut s'arranger pour maintenir cette dernière à une faible valeur pendant la coulée et pendant quelques temps après celle-ci, mais aussi pour augmenter ensuite cette perte dans une mesure telle, que la température du mou- le ne dépasse pas de beaucoup 550 C environ.
Il y a lieu de remarquer notamment que, dans cette forme de réali- sation du procédé de l'invention, la valeur de la perte calorifique du moule, variable à volonté, peut s'exprimer par la formule : Ó=2+10v dans laquelle v est la vitesse périphérique relative de l'air par rapport au moule en rotation.
Dans le cas, par exemple, d'un lingot annulaire d'acier doux d'une cinquantaine de kilogs, la coulée dans un moule de dimensions appropriées est opérée comme suit : '
Au cours d'une première phase coincidant avec le commencement de la coulée, on fait tourner le moule chauffé à une vitesse angulaire telle que la vitesse périphérique de l'intérieur de la paroi cylindrique du moule ne soit pas inférieure à sept mètres par seconde. Cette vitesse est telle que la for- ce centrifuge développée soit au minimum le double de celle qui est nécessaire pour que le métal fluide prenne la forme d'un anneau au contact du moule. Cette première phase dure environ dix minutes2 tandis que la coulée a été achevée après environ deux minutes.
Au cours d'une deuxième phases on coupe l'apport de chaleur et fait descendre la vitesse périphérique susdite à trois mètres environ par seconde.
La force centrifuge qui correspond à cette vitesse est celle qui est très ap- proximativement nécessaire pour que le métal fluide prenne la forme d'un anneau au contact du moule. Cette deuxième phase peut prendre fin au bout de quinze minutes environ.
Dans une troisième phase, on remonte la vitesse périphérique à huit ou neuf mètres par seconde environ tandis que le métal coulé commence à se re- froidiro C'est au début de cette phase, à mesure du refroidissement du métal vers 600-550 que commence le tassement final du métal coulé avec évacuation des dernières traces de gaz. La force centrifuge agissant pendant cette troi- sième et dernière phase, qui peut durer une heure et demie, est donc environ le triple de celle nécessaire pour que le métal fluide prenne la forme d'un anneau au contact du moule.
La centrifugation étant arrêtée, on enlève alors l'un des deux flasques latéraux. On retire facilement, par suite de la contraction du métal, le lingot annulaire qu'on laisse refroidir lentement pendant quarante-huit heu- res environ, recouvert de cendres chaudes.
A l'examen microscopique, on a constaté une structure moléculaire tout à fait différente de celle de l'acier coulé de la facon ordinaire. En effet, la structure moléculaire normale d'un bon acier coulé, bien affiné, se présente sous la forme de grains de ferrite bien visibles entourés de grains de perlite. L'acier centrifugé par le procédé suivant l'invention se présente, au contraire, au microscope,. avec une structure presque semblable à l'acier forgé, sans ségrégations d'impuretés et sans soufflures.
L'invention n'est pas limitée à la production de lingots de forme annulaire à surface extérieure cylindrique mais peut être appliquée également
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à des pièces telles que des engrenages ou autres, dont la périphérie extérieu- re s'écarte de la forme cylindrique. Dans ce cas, on peut utiliser un moule ou tambour rotatif, présentant un profil intérieur correspondant à la pièce désirée, sans s'écarter de la portée des revendications ci-après.
REVENDICATIONS.-
1.- Procédé pour la coulée centrifuge de pièces métalliques de for- me cylindrique ou annulaire dans un moule rotatif, caractérisé en ce que la coulée de la pièce annulaire est effectuée dans des conditions ther- miques évitant une accumulation substantielle de chaleur dans les parois du moule et telles que la solidification par refroidissement sur les dites parois, depuis l'extérieur vers l'intérieur, puisse être variée, d'une part, en rela- tion avec la masse de métal en traitement et, d'autre part, avec la vitesse de rotation appliquée dans la coulée centrifuge, cette vitesse et le dit refroi- dissement pouvant à chaque instant, être également variés en relation avec l'augmentation de la dite masse centrifugée au cours du processus de coulée et de formation de la dite pièce.