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CHAUFFAGE A LA FLAMME DE MASSES METALLIQUES COULEES EN VUE DE REDUIRE LES
CAVITES DE RETRAIT.
La présente invention a trait à un procédé de chauffage; des masses métalliques récemment coulées en vue d'éliminer ou de réduire la dimension de la cavité de retrait qui se forme normalement près de la partie supérieure de la masse coulée au cours de la solidification'.
On connait depuis de nombreuses années l'application de la chaleur à la partie supérieure d'une masse coulée, telle qu'une tète calorifuge d'un lingots ou un évent de coulée. en vue de réduire les cavités de retraits le chauffage électrique et au gaz ayant tous deux été proposés.
Toutefois, antérieurement à la présente inventions un certain nombre d'inconvénients ont empêche' de se servir du chauffage par le gaz dans des opérations à l'échelle industrielle.
Un des principaux inconvénients du chauffage par le gaz était la nécessité de refroidir le brüleur à gaz avec de l'eau en vue de le protéger castre la destruction causée par la chaleur engendrée par l'opération.
Dans une fonderie ou dans une aciérie.,, où des métaux en fusiôn tels que l'acier sont coulés à partir de poches de coulée dans des moules. le refroidissement d'un brûleur avec de l'eau n'est pas à recommander et cela pour plusieurs raisons. Si une fuite se produit dans le système de refroidissement à l'eau. une situation dangereuse peut être créée par le déversement de l'eau de la fuite contre le métal en fusion et les matières réfractaires utilisées. Le refroidissement à l'eau crée également des complications fâcheuses dans l'appareillage. du fait qu'on doit prévoir deux conduites sup- plémentaires pour l'eau. De plus, en cas de grands froids, l'eau peut geler dans les conduites lorsque l'installation n'est pas utilisée.
La présente invention vise un procédé de traitement d'une masse métallique récemment coulée'en vue de réduire la dimension de la cavité de retrait qui se forme normalement au cours de la solidification du métal, ce procédé consistant à disposer une buse de brûleur au-dessus de la surface
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supérieure de -La masse coulée et à diriger à partir de ladite buse, contre cette surface, la flamme d'un gaz comprenant de l'oxygène et un combus- tible. grâce à quoi la masse coulée est amenée à se solidifier progressive- ment de bas en haut.
Selon 1'invention. la vitesse du mélange combustible est combinéé avec le rapport oxygène-gaz combustible qu'il renferme, et avec la distance entre la buse et la partie supérieure de la masse coulée, de telle sorte que la flamme commence à brûler en un point écarté de la'face de la buse du brûleur.
La combustion doit parfois être eentretenue par l'effet d'inflam- mation produit par un moyen supplémentaire quelconque de chauffage, par exem- ple par la chaleur de la masse coulée incandescente elle-même. Par exemple, lorsque la vitesse du mélange gazeux est de 150 m/seconde, la flamme ne brûlera pas dans l'atmosphère libre, mais nécessitera l'effet d'inflammation d'un corps chaud afin de la maintenir à l'état de combustion': Le point au- quel la flamme commence à bruler dépend de la vitesse et du rapport oxygène- gaz combustible du mélange combustible, ainsi que de la distance entre la buse et le dessus de la masse coulée? Dans certains, cas, la flamme n'a été écartée que de 3 mm. de la face de la buse, dans d'autres, il s'est pro- duit un espace de 5 cm.
Lorsqu'on utilise une flamme du type décrit, le brûleur est sou- mis principalement à la chaleur émanant de la masse coulée et il n'est chauf- fé que légèrement par la flamme elle-même, beaucoup moins que dans le cas d'une flamme d'un gaz comprenant de l'oxygène et un combustible brûlant au niveau même de:la buse. On a constaté en conséquence qu'il était possible de se servir d'un brûleur sans système de refroidissement par eau lorsqu'on utilise ce type de flamme.
En vue de produire une flamme qui soit espacée de la buse, il est nécessaire que le mélange oxygène-gaz combustible s'écoule selon une vitesse de débit calculée (débit du gaz/section totale de l'orifiEe) supé- rieure à 60 m/seconde lorsqu'il quitte la buse du brûleur, et le rapport d'oxygène - gaz combustible dans le mélange devra être maintenu entre 1,3 et 1.8 à 1,0. On a trpuvé avantageux d'utiliser une vitesse de débit d'en- viron 150 m/seconde'. Des vitesses supérieures à 300 m/seconde ne sont pas à recommander. La buse est de préférence placée à une distance de 6 à 31 cm de la surface de la masse coulée.
En utilisant le procédé décrit ci-dessus, on a constaté qu'il était possible de réduire de 15% à 7% du volume du lingot, le volume du mé- tal nécessaire dans la tète calorifuge, tout en maintenant le corps princi- pal du lingot sain et exempt de cavités de retrait.
On va décrire maintenant des modes de réalisation de l'invention en se référant au dessin annexé, sur lequel :
La fig. 1 est une vue en perspective représentant un moule à lingot rempli d'acier en fusion, en cours de traitement selon le procédé de l'invention';.
La fig. 2 est une section verticale à plus grande échelle du moule et d'une partie du brûleur réprésentés à la fig. 1'.
La fig. 3 est une vue en élévation du brüleur de la fig. 2, vu par en-dessous, et
La fig. 4 est une vue en perspective, avec arrachement partiel, et représentée en coupe, d'un autre type de masse coulée en cours de trai- tement selon le procédé de l'invention.
Ainsi qu'il est représenté à la fig. 1, on a rempli un moule 11 à lingot, portant une tête calorifuge classique 13 en céramique avec couvercle annulaire solidaire 14 muni d'une ouverture 16, avec de l'acier en fusion 15 jusqu'à un niveau situé à l'intérieur de la tête calorifuge.
Après avoir rempli le moule, on a placé en position un brûleur 19 avec sa buse 21 au-dessus de l'ouverture 16 et de la surface de la masse
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coulée 15. Immédiatqment après avoir mis le brûleur 19 en position au-dessus de la masse coulée., on alimente un mélangeur classique à gaz 23 d'un gaz com- bustible tel qu'un gaz naturel (en majeure partie composé de méthane), par une conduite d'alimentation 25 munie d'un régulateur automatique de'pression
27. On fait arriver simultanément de l'oxygène au mélangeur 23 par une conduite d'alimentation 29 munie également d'un régulateur automatique de pression 31.
Les deux gaz se mélangent intimement dans le mélangeur 23 et le mélange combustible ainsi produit passe à travers le brûleur vers la buse
21 d'où il sort' par plusieurs orifices 33 contre la masse coulée 15.
On détermine le rapport approprié d'oxygène au gaz combustible dans le mélange combustible en réglant la position des régulateurs de pres- sion 27 et 31. On détermine la vitesse appropriée du mélange combustible à sa sortie en perçant dans la buse 21 du brûleur des orifices 33 d'un dja- mètre uniforme tel que leur section totale produise la vitesse néqessaire pour un débit donné du mélange à travers le brûleur 19, ainsi que le savent d'ailleurs les techniciens.
L'élimination du refroidissement par eau et l'usage de flammes espacées de la buse ont rendu possible l'utilisation d'un brûleur 19 d'une conception extrêmement simple et peu coûteuse. Le brûleur représenté n'a besoin que d'un tronçon de tuyau en fer 35, d'un coude en L 37 vissé sur la partie antérieure du tuyau. et d'un chapeau 39 vissé sur l'extrémité du coude en L et percé des orifices de sortie 33.
On peut faire varier à volonté le nombre, la disposition et l'in- clinaison des orifices de sortie 33. pour convenir au type de la masse cpu- lée à traiter, sans sortir du cadre de l'invention. La buse représentée aux Fig. 1 et 2 est munie de quatre orifices placés aux quatre coins d'un carré et dont les axes divergent vers le bas en s'éloignant les uns des au- tres, de maniéré à diriger les flammes vers la périphérie de la masse coulée 15.
En recouvrant partiellement le haut de la masse coulée 15, par exemple au moyen du couvercle annulaire 14, on réduit considérablement la consommation du gaz par comparaison avec la quantité consommée quand aucun couvercle n'est utilisé, l'économie de gaz s'élevant dans certains cas à 50%. Dans une variante de l'appareil représenté à la Fig. 4, une masse coulée longue et étroite 41 est traitée par deux groupes de flammes 43 et 45, projetées simultanément d'une paire de buses 47 et 49 reliées à un unique tuyau 51 alimenté avec un mélange combustible provenant d'un mélangeur (non représenté) semblable au mélangeur 23 de la Fig. 1.
On donne ci-après plusieurs exemples particuliers de la mise en oeuvre de l'invention pour;le traitement de masses coulées.
Dans tous les exemples, la partie supérieure du lingot est plate et aucune cavité de retrait ne pénètre dans la masse principale du lingot. En outre, le brûleur est en état d'être réutilisé après la fin du traitement
Exemple 1.
On traite un lingot d'acier inoxydable partiellement recouvert pesant 3 tonnes avec dessus rectangulaire de 38 x 71 cm, et avec tête calorifuge contenant 13 cm de profondeur de métal (ceci en contraste avec les 20 cm habituels) par une flamme du type décrit plus haut pendant une heure, tut en maintenant une buse de brûleur non refroidi à l'eau, à 10 cm de la surface du métal? On frme la flamme en faisant sortir de la buse du brûleur à la vitesse de 150 m/seconde un mélange combustible composé d'oxygène et de gaz naturel dans le rapport de 1.53: 1, s'écoulant selon un débit de 390 et 255 litres, par minute respectivement.
Exemple 2.
On munit un lingot, partiellement recouvert d'acier à outils, au nickel-molybdène pesant 2041 kilog.. et avec partie supérieure cylindrique de 48 cm de diamètre d'une tête calorifuge d'une profondeur moitié moin-
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dre de celle utilisée normalement sur de tels lingots. -On traite ensuite le lingot par une flamme du type décrit plus haut, pendant une heure, tout en maintenant une buse de brûleur, d'un type non refroidi à l'eau. à 22 on de la surface du métal. On forme la flamme en faisant sortit* de la buse du brûleur, à la vitesse de 150 m/seconde, un mélange combustible formé d'oxy- gène et de gaz naturel dans le rapport de 1,50 : 1, s'écoulant selon un débit de 236 et 157 litres par minute, respectivement.
EXEMPLE 3.
On traite un lingot d'acier au carbone partiellement couvert. pesant 4082 kilog., avec dessus rectangulaire de 56 x 64 cm. par des fiances du type décrit ci-dessus, à partir de deux buses,pendant 65 minutes, tout en maintenant les deux buses 31, non redroidies à l'eau, à 31 cm de la surfacedöu métal dans la tête calorifuge'. On forme les flammes en faisant sortir par les deux buses des brûleurs, à la vitesse de 150 m/seconde, un mélange combustible d'oxygène et de gaz naturel dans le rapport de 1.9: 1, s'écoulant selon un débit de 460 et 255 litres par minute, respectivement.
Le rendement total d'acier susceptible d'être utilisé est de 85%. à comparer avec le rendement de 76% obtenu sans traitement.
EXEMPLE 4.
On verse un lingot d'acier à outils au chrome-molybdène-vanadium, partiellement couvert, avec une tetes calorifuge constituant 7,5% du volume du lingot, en comparaison de 15% en pratique normale. On traite ensuite la pièce coulée par un groupe de flammes du type décrit ci-dessus, pendant 14 minutes, à partir d'une buse de brûleur placée à dix cm au-dessus de la surface du métal. On forme la flamme en faisant sortir de la buse du brûleur, à une vitesse der 91.4 métres/seconds, un mélange combustible formé d'oxygène et de gaz naturel, dans le rapport.de 1.5 : 1, s'écou- ' lant selon un débit de 141 et 94 litres par minute, respectivement.
EXEMPLE 5.
On traite un lingot d'acier inoxydable, pesant 3338 kilog., avec un dessus rectangulaire de 41 x 79 cm, par une flamme du type décrit plus haut, pendant 50 minutes à partir d'une buse de bbupleur disposée à 6,4 cm du dessus de la surface du métal, la tere calorifuge étant laissée découverte. On remplit la-tête calorifuge avec 175 kilog. de métal en moins que d'habitude. On forme la flamme en faisant sortir de la buse du brûleur, à la vitesse de 150 m/seconde, un mélange combustible formà d'oxygène et de gaz combustible dans le rapport de 1.8: 1, s'écoulant selon un débit de 563 et 315 litres par minute, respectivement.
EXEMPLE 6.
On coule un lingot d'acier inoxydable pesant 2876 kilog., avec dessus rectangulaire de 38 x 71 cm, avec une tête calorifuge-découverte et on recouvre de silice la surface du métal. On applique ensuite une flamme du type décrit ci-dessus sur la partie supérieure de la pièce coulée, peut -' dant 50 minutes, à partir d'une buse de brûleur située à 9 cm du dessus.
On forme la flamme en faisant sortir de la buse du brûleur, à une vitesse de 150 m/seconde, un mélange combustible composé d'oxygène et de gaz combustible dans le rapport de 1,4 : 1, s'écoulant selon un débit de 435 et 311 litres par minute respectivement.
4.1% seulement du volume du lingot contient un retassement, en comparaison avec le retassement normal de 9%.