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La présente invention concerne un moule pour la coulée .en continu, ainsi que sa fabrication et son utilisation lors de la coulée en continu des métaux. Elle vise plus particu- lièrement un moule pour lingots, sa fabrication et son utilisât. ion pour:la coulée en continu de cuivre et notamment du cuivre
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renfermant de l'oxygène tel que le cuivre-dit "malléable résis- tant et;
plus spécialement, pour le. coulée de ce dernier métal en lingots dedimensions importantes.
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Dans les procédés de coulée en continu, le métal en @ fusion est introduit à l'une des extrémités d'un moule ouvert ses deux extrémités, muni d'un dispositif de réfrigération.
Pendant.la coulée, 'le métal en fusion se solidifie en' -formant une croûte dont l'épaisseur et la rigidité augmentent jusqu'à ce du' elle -se sépare de la paroi du moule la suite du .retrait du métal solidifié. Dans le moule, l'échange thermique le plus important a lieu dans la zone de la peroi du soûle qui est en
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contact avec le* métal en fusion et la croûte ine # '"ionnée ci-des- sus,
jusqu'au point où le contact entre le métal-. at le moule est .interrompu.
En essayant d'utiliser des moules munis d'une garni-
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u -e . en graphite disposée dans une envole >tK3 refroidie par un liquide, il s'est avéré difficile, ## sinon impossible, r¯o;;-¯-=e.zt dans le c.às des moules destinés à la coulée cas pièces à sec- tion importante, de maintenir 1 contact entra 1''enveloppe 3t ladite garniture pendant, l'opération de coulée, notamment.dans la zone d'échange thermique maximum entre la @arniture et -la
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métal coulé.
On suppose que cette insu.7"'.':'''ne3 de coiptr. et st due à une déformation inégale provoquée, ".u coins partielL3"ior>' par le fait que la dilatation de l'\ j.ritur.j ost !'1::'..:'?'1:;C celle de l'enveloppe, aux températures t alise 'fu'or. Ion obsor-v? dans le moule pendant les o*o,,1-rnt*-cn- de c'-.'-ul-'"'.
Le principal avantage de 1" ..'"."e i:.¯-'Gf'.':.w0,'1 ..wiCC. dans le fait qu'elle fournit un. procédé 3t ces ':v;FCY1S per.iettait
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d'améliorer le contact entre l@ garniture et 1.' enveloppe, notamment dans ladite zone d'échange thermique naxinum. On a constaté qu'en appliquant les principes de la présente inven- tion on obtient un fini de surface supérieur sur les pièces coulées et d'autre part, on peut travailler avec des vitesses de coulée supérieures à celles qu'il serait possible de prévoir avec les procédés classiques.
Ces avantages et ces buts de la présente invention, ainsi que d'autres avantages et d'autres buts de cette dernière, ressortiront plus nettement de la des- cription détaillée c -.:près.
D'une façon générale, la présente invention vise la coulée en, continu de moraux en fusion dans un moule ouvert muni, à ses deux extrémités, d'une envelope refroidie par un liquide et qui renferme une garnitureen graphite disposée à 1' intérieur de l@ dite enveloppe;
cette garniture définit la coquille du moul, 1'ensemble étant conçu de telle sorte que l'enveloppe exerce une pression sur la garniture déterminant ainsi une pré- contr ainte de compression agissent sur la garniture pondant l'opération de coulée, au moins dans la zone d'échange thermi- que maximum entre la garniture et l'enveloppe, ce qui améliore le contact entre ces deux 5 lisent pendant l'opération de cou- lée.
L'invention vise encore, à titre de produit indus- triel nouveau, un inouïe ouvert à ses deux extrémités compor- 'tant une garniture en graphite qui constitue la coquille du moule,¯ cette garniture possède une. surface extérieure convexe et est entourée d'une enveloppe métallique refroidie par un liquide;
cette enveloppe métallique possède une surface inté- rieure concave correspondent à la surface extérieure convexe de l@ garniture en graphite, cette dernière étant disposée dans ladite enveloppe de telle sorte que la surface convexe de la garniture soit en contact @@ec la surface concave del'enve- loppe et que cette dernière: an liquo une* précontrainte de com- pression à l@ garn@@ure;
est@@ @récontrainte doit 0.11 !Joins être
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suffisante pour que la garni bure reste sor.s compression aux températures telles qu'elles existent dans le moule lors des opérations de coulée, dans la zone d'échange thermique maximum entre la garniture et l'enveloppe de refroidissement.
On peut préparer la garniture en utilisant n'importe quelle sorte ou qualité de graphite ou de matières contenant du graphite' tel que du carbone revêtu de graphite, à condition que la matière utilisée ne soit pas mouillée par le métal en fusion que l'on désire couler. L'enveloppe de refroidissement peut être en n'importe quel métal ou alliage, mais il est préférable qu' elle soit en acier, en cuivre ou en un alliage de cuivre, la matière préférée étant toutefois le cuivr'e.
D'autre part, on utilise de ' préférence une garniture en graphite mince sous fora? d'un tube, en une seule pièce,'et l'enveloppe comporte un four- reau de cuivre dont la surface extérieure estrefroidie par de l'eau qui entre en contact direct avec la@ite surface. Le mode de réalisation le plus favorable est un moule dans lequel la totalité de la surface de la garniture en contact avec le fourr reau de refroidissement est maintenue sous compression par ce dernier. Pour simplifier, ce mode de montage de l'ensemble de l'Enveloppe de refroidissement et de garniture sera appelé ci- après "ajustage à compression". Cet ajustage peut se présenter sous forme d'un "ajustage de force" ou d'un "ajustage par con- traction" comme décrit ci-dessous.
Lors de la préparation du moule avec utilisation d'u@ ajustage à force, on met en place un noyau de graphite à l'in- térieur de l'enveloppe qui est conçue de manière à être soumise à une précontrainte de traction, l'enveloppe exerçant une pres- sion sur le noyau de graphite de manière à lui appliquer une précontrainte de compression dont la valeur doit au moins at- teindre celle définie ci-dessus. On obtient les meilleurs ré- sultats lorsque, en fabriquant le moule, on prépare un noyau de graphite dont les dimensions extérieures sont supérieures
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aux dimensions intérieures de l'enveloppe dans laquelle il doit être monté.
Ensuite, on insèrele noyau axialement à force dans l'enveloppe, ce qui détermine une contrainte de compression agissant sur le noyau de graphite. Cette opéra- tion étant terminée, on enlève de la matière de l'intérieur du noyau de manière à obtenir une garniture de graphite dont les dimensions et la forme correspondent à celles des pièces qu'on désire couler. On choisit un noyau dont les dimensions sont suffisamment grandes pour qu'on obtienne la précontrain te de compression requise lorsque le noyau est inséré à for- ce dans l'enveloppe. Pendant cette opération d'insertion à force, le noyau et l'enveloppe sont maintenus de préférence à la température ambiante normale.
Lorsqu'on prépare un moule en utilisant l'ajustage par contraction, on peut chauffer l'enveloppe ou bien re- froidir le noyau, on peut également appliquer les deux pro- cédés simultanément. Dans ces conditions, le noyau peut être- inséré dans l'enveloppe sans application de force. Lorsqu' on prévoit l'ajustage par contraction, il n'est pas nécessaj re d'usiner ultérieurement l'intérieur du noyau, car on peut préparer la garniture avec son épaisseur de paroi définitive avant l'assemblage du moule.
Il est évident qu'on peut également appliquer l'emmanchement par contraction conjointement avec l'ajusta- ge à force. D'autre part, au lieu d'utiliser un noyau tubu- laire d'une seule pièce, on peut également employer un noyau plein ou un noyau tubulaire composé de plusieurs segments
De préférence, le moule suivant l'invention est sépara du four utilisé pour la coulée, de telle sorte que le métal en fusion se trouvant à l'intérieur du moule pré- sente une surface libre; lemétal à couler peut être amené au moule par un conduit approprié, ou bien il peut être in- troduit dans le moule par gravité, sous forme d'un jet li-
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bre.
Le moule suivant l'invention peut également être fixé au fond du four contenant le métal à couler, si bien que ce dernier s'écoule directement dans le moule de toile sorte qu'une colonne de métal s'étende à partir'du moule jusqu'à la surface du métal liquide à l'intérieur du four.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins qui représentent, à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'invention.
Sur ces dessins :
La Figure 1 est un schéma en coupe verticale par- tielle montrant un procédé de coulée en continu suivant l'invention.
La Figure 2 est une vue en direction des flèches et suivant la ligne 2-2 de la Figure 1.
La Figure 3 est une coupe verticale agrandie d'un moule permettant d'appliquer le procédé suivant l'invention.
La Figure 4 est une vue en direction des flèches et suivant la ligne 4-4 de la figure 3.
La Figure 5 est une coupe verticale représentant schématiquement la première phase du mode préféré de montage du noyau en graphite surdimensionné à l'inférieur de l' en- veloppe du moule.
La Figure 6 est similaire à la Figure 5 et montre le noyau partiellement mis en position à l'intérieur de l'en veloppe.
La Figure 7 est similaire à la Figure 6, mais elle représente le noyau entièrement mis en position à l'intérieu de l'enveloppe, et
La Figure 8 représente un mode d'ajustement des dimensions intérieures du noyau de façon qu'on obtienne 1' épaisseur requise de la garniture.
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Le système est décrit succintement ci-dessous sur la base des plans ci-joints, et notamment sur la base des indica- tions des Figures1 et 2. Sur ces Figures, les différentes pièces sont représentées schématiquement, dans une large mesure, en vue de la simplification. D'une façon générale, le système en question comporte un moule vertical 10, qui peut être un moule à mouvement alternatif alimenté en métal en fusion par un four (non représenté sur les Figures) à l'aide d'un conduit 11 qui peut être constitué par un tube métallique' avec une garniture de graphite 12. La pièce coulée sort à la partie inférieure du moule et passe pa r le récipient 13.
L'install tion peut comporter, en-dessous du récipient 13, des galets de régulation et une scie (non représentée sur la Figure) permettant de retirer la.pièce à une vitesse prédéterminée et de la découper en tronçons d'une longueur donnée. ' Généralement, ;le moule 10 comporte une enveloppe 20 refroidie à l'eau et munie d'une garniture de graphite 21, Le moule peut être supporté par* un châssis à mouvement alternatif indiqué schématique ent par la référence 22. Le mécanisme à mouvement alternatif peut 'comporter un jeu de 4 leviers coudés 23 montés sur un support fixe à l'aide des pivots 24. Les tiges 25 servent à relier les paires de le- viers coudés 23. Les biellettes 26 relient les leviers cou- dés au châssis 22.
Un moteur 27 com mnde une manivelle 28 reliée aux leviers coudés 23par les biellettes 29.
Le moteur 27 peut être un moteur à vitesse varia- ble, ou bien l'on peut prévoir un autre dispositif permet- tant de régler le nombre de courses verticales par minute que l'on désire @ ire exécuter au moule. La longueur de course peut être réglée par l'ajustagede la longueur des bras de leviers ou par l'ajustage de l'excentricité de la
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manivelle 28.
Le récipient à eau 13 peut être supporté indé- pendamment d'une façon appropriée de façon qu'il se trouve en dessous et a proximité de la partie inférieure du moule.
Un prévoit un joint d'étanchéité en caoutchouc 33 qui prend ,Appui sur la pièce coulée . Lorsque la pièce crulée sort de l'extrémité inférieure du récipient, elle est suffisamment refroidie pour qu'il n'y ait plus de risques d'échauffement excessif du joint de caoutchouc.
L'enveloppe de refroidissement peut être alimentée en eau à l'aide du tube d'alimentation 34; l'eau pénètre dans l'enveloppe en' passant par l'orifice d'admission tan- gentielle 35.En passant autour du moule, 1(eau suit un par- cours circulaire, et elle sort du moule à la partie inférieu re de ce dernier en passant par un orifice annulaire 36 de section restreinte; grâce à la section relativement faible de cet orifice de sortie, par comparaison avec le volume d'eau admis au moule par le tube 34, l'espace prévu pour l'eau 37 à l'intérieur de l'enveloppe est constamment rem- pli d'eau.
L'orifice annulaire 36 dirige l'eau sortant de 1' enveloppe de refroidissement vers la surface extérieure de la pièce coulée qui sort de l'extrémité inférieure du mou- le. Ensuité, l'eau-.arrive dans le récipient 13 d'où elle est évacuée au moyen d'un tube 38, le débit d'évacuation étant règlé de telle façon que le niveau d'eau désiré soit main- tenu dans le récipient 13. Cette disposition présente l'a- vantage d'éliminer presque totalement tout contact entra la pièce coulée et l'air jusqu'au moment où la pièce coulée sort du récipient 13 après avoir subi un refroidissement suffisant pour que l'oxydation de la surface métallique soit évitée ou, au moins, fortement réduite.
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Le moule est décrit ci-dessous de façon détaillée à l'aide des indications des Figures 3 et 4. Le moule 10' correspond au moule 10, l'enveloppe 20' correspond à l'enve- loppe 20, la garniture 21' correspond à la garniture 21 et l'orifice d'admission 35' correspond à l'orifice d'admis- : sion 35. L'enveloppe 20' est constituée par une pièce cylin- drique intérieure 41 disposée à l'intérieur d'une pièce cy- lindrique extérieure 42. Les plaques 43 et 44 fixées d'une façon appropriée - par exemple par soudage - respectivement à la partie supérieure et à la partie inférieure de la piè- ce 42 servent de brides de fermeture et forment,.conjointe- ment avec les pièces 41 et 42, une enveloppe de, refroidisse- ment à l'eau.
A la partie supérieurede la pièce 41, on peut prévoir un épaulement 45 muni d'une bride 46 constituant un . joint et une surface d'appui pour la plaque 43. Le bord ex- térieur inférieur de le. pièce 41 peut être chanfrèiné et maintenu à une certaine distance du bord chanfreiné intérieur de la plaque 44 au moyen de plusieurs vis 47. La position' de la pièce 41 peut être ajustée ce qui permet de règler la dimension de l'orifice annulaire 36; la section de cet ori- fice est ajustée de talle façon qu'elle soit inférieure à la section de l'orifice d'admission 35 ce qui permet de'mainte- nir l'enveloppe de refroidissement constamment rempliede. liquide.
La garniture 21t est insérée sous pression* dans -la pièce 41 de la mnière décrite de façon détaillée ci-après Le bord inférieur de la garniture insérée peut entrer en contact avec l'apaulement 48 qu'on peut prévoir-sur la pièce 41, à proximité du bord intérieur inférieur de cette èerniè- re. Une bague de r@tenue 49 peut être montée à la partie su- périeure du moule à l'aide de vis 50 vissées dans la pla-
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que 43. La bague 49 peut dépasser le bord supérieur de la garniture 21' ainsi que le montre la figure, aidant de cette manière à maintenir la garniture et la pièce 41 dans leur position respective à l'intérieur du moule.
On peut noter que la pièce 42, les plaques 43 et 44 et les vis de réglage 47 ne subissent pratiquement aucun effet déter- miné par la dilatation longitudinale et transversale et par la contraction - y compris la dilatation et la contraction thermiques - de la pièce 41 refroidie par un liquide.
Les figures 5 à 8 représentent le mode préféré de montage de la garniture à l'intérieur de la pièce 41, avec la pression requise. Sur ces figures, les différen- tes pièces sont également représentées schématiquement en vue de la simplification des dessins. Sur la figure 5, la pièce 41 est placée sur le banc 55 d'une presse et le noyau en graphite 56 surdimensionné est placé sur la par- tie supérieure de la pièce 41, l'axe du noyau étant aligné sur l'axe de la pièce 41. Le bord inférieur extérieur du noyau 56 et/ou le bord supérieur intérieur de la pièce 41 peuvent être pourvus d'un chanfrein approprié qui facilite l'introduction du noyau dans la pièce 41. Le tas- seau 57 de la presse est alors appliqué à l'extrémité su- périeure du noyau.
Ensuite on applique une force suffi- sante à la presse pour insérer le noyau à l'intérieur de la pièce 41, jusque ce que le noyau se trouve dans la po- sition représentée sur la figure 7 ; ainsi,le noyau est comprimé et ses dimensions sont réduites lors de l'inser- tion dans la pièce 41, comme le montre la figure 6.
La dimension "A" du noyau 56 (voir la figure 5) est calculée telle que la pièce en graphite subisse une précontrainte de compression appliquée par la pièce 41 aux températures auxquelles la garniture de graphite et la pièce 41 sont exposées dans le moule, lors des opé- rations de coulée. De préférence, le noyau de graphite"
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possède cette dimension excédentaire "A" sur toute sa longueur "L". L, das échéant on peut cependant prévoir la dimension excédentaire seulement dans la partie "B" qui représente la zone de la garniture finie dans laquelle on observe l'échange thermique maximum, dans le moule, en- tre le métal coulé et la garniture, et entre cette derniè- re et la pièce 41.
D'après la présente invention, la dimension intérieure "C" du noyau (voir la figure 5) est calculée telle qu'on obtienne une épaisseur "T" du noyau supérieur à l'épaisseur désirée de la garniture, après l'insertion du noyau dans la pièce 41. L'épaisseur "T" est calculée de sorte qu'on obtienne une résistance suffisante du noyau pour que ce dernier puisse être inséré dans la pièce 41 sans risque de rupture. Après l'insertion, le noyau est usiné de façon à lui donner la dimension désirée "D" et l'épaisseur désirée "E" de la garniture, comme représenté sur la figure 8.
Ainsi que le montre cette figure, on effectue cette opération d'usinage en plaçant le noyau monté à l'intérieur de la pièce 41 dans le mandrin 60 d'un tour approprié, après quoi le noyau est usiné à l'ai- de de l'outil de coupe 61 jusqu'à ce que l'on atteigne l'épaisseur "E" de la garniture qui doit être d'approxima- tivement 2 à 3 mm si l'on désire obtenir de bons résultats lors des opérations de coulée.
Le noyau 56 peut être une pièce pleine ou creuse ; il peut être constitué par une seule pièce ou par plusieurs segments ; conséquent, la garniture réalisée à partir de ce noyau peut être une garniture d'une seule pièce ou une garniture constituée par plusieurs segments.
Il est recommandé cependant de préparer une garniture d'u- ne seule pièce à partir d'un noyau cr eux correspondant.
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On obtient les meilleurs :résultats-enstravaillant avec des moulés pour lingots munis de garnitures circulaires qui sont entourées d'enveloppes circulaires, mais, sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention; on peut également utiliser d'autres formes et notamment des moules avec des garnitures ayant une surface extérieure- convexe qui est-- en contact avec une. surface intérieure concave cop respondante de l'enveloppe. D'autre part, au lieu d'un mode de montage décrit à propos des figures 5 à 7, on peut appliquer un autre procédé suivant lequel la pièce 41 est constituée par des segments appropriés qui sont placés autour du noyau 56 et serrés contre ce dernier de façon qu'on obtienne la pression requise ; procédé n'est cependant pas particulièrement recommandé.
Au début des opérations de coulée, on peut insérer dans le moule 10, en passant par le fond du réci- pient 13 (figure 1), une barre dont les dimensions sont telles qu'elles s'adaptent à l'espace creux du moule dé- fini par la garniture 21. Ensuite on alimente l'enveloppe de refroidissement en eau amenée par le conduit 34 et l'on fait passer le métal en fusion à travers le conduit 11; on retire la, barre mentionnée ci-dessus lorsque le mé- tal se solidifie. La partie supérieure de la barre peut être munie d'une partie saillante telle qu'un boulon au- tour duquel la première pièce coulée se solidifie, de ma- nière à être fixée sur la barre, ce qui permet à l'opéra- teur de retirer la pièce coulée du moule à l'aide de ladi- te barre.
Lorsque les opérations de coulée ont commencé, le métal en fusion est admis dans le moule à une vitesse qui correspond à la cadence du retrait des pièces coulées, ces deux variables étant calculées de telle façon qu'on puisse maintenir le niveau désiré de métal dans le moule.
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Lorsque le métal en fusion est refroidi, il se solidifie et forme une croûte "X" qui, pendant le retrait de la pièce coulée du moule, augmente en épaisseur et en rigi- dité jusqu'à ce qu'à la suite de la contraction du métal solidifié à l'intérieur de ladite croûte, il n'y ait plus de contact avec la garniture 21 (au point "Z"). Par con- séquent, la zone d'échange thermique maximum dans le moule est la zone "W" de la garniture entre la surface supérieu- re du métal en fusion dans le moule et le point "Z", étant donné que dans cette zone il y a contact direct entre la garniture et le métal coulé.
Au-dessous du point "Z", l'échange thermique entre la pièce coulée et la garniture est réduit du fait d'un contact moins intime. Pour éliminer tout risque de projection de métal en fusion à la suite d'une rupture de la croûte "X", le fond du moule se trouve à une distance considérable du point "Z"; l'emplacement de ce point et la grandeur de la zone "W" sont déterminés par la cadence de refroidissement de la pièce coulée et par la vitesse de coulée. En général, ce risque est éliminé, lorsque le moule a une longueur supérieure à approximativement 12,5 c/m.
Pour chaque moule donné, la profondeur qu'at- teint le métal non solidifié ("Y") à l'intérieur de la pièce coulée est déterminée par la vitesse de coulée, c'est-à-dire que plus la vitesse de retrait de la pièce coulée est réduite, plus la profondeur du métal non soli- ifié est faible et vice-versa.
On peut travailler avec n'importe quelle vitesse de coulée, même avec une vitesse qui détermine une faible profondeur du métal non solidi- fié, de sorte que la partie inférieure de ce métal se trouve à proximité de la partie supérieure du moule ; on peut également travailler avec une vitesse de coulée déterminant une grande profondeur de métal non solidifié, - 13 -
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ce dernier pouvant dans ce cas dépasser sensiblement le bord inférieur du moule. Cependant, en général, et en particulier lors de la coulée du cuivre malléable résis- tant, il'est recommandé de régler la vitesse de coulée de telle sorte que le fond de la partie non solidifiée '(masselotte) du métal se trouve à proximité du fond du moule.
La chaleur transmise du métal coulé au moule est dissipée par l'eau de refroidissement qui se trouve dans l'enveloppe 20, par l'intermédiaire de la garniture
21 et de la paroi 41 de l'enveloppe de refroidissement qui possèdent une forte conductibilité thermique et per- mettent d'obtenir une bonne transmission de chaleur lors- qu'ils sont en contact l'un avec l'autre. Cependant, lorsque le contact entre ces deux organes est imparfait ou inexistant, la transmission de chaleur est considéra- blement diminuée, car même une couche de gaz "R" extrême- ment mince a un effet isolant considérable.
Toute diminu- tion de la transmission de chaleur entre la garniture et l'enveloppe de refroidissement a une influence considéra- ble sur le gradient de la température à l'intérieur de .chacun de ces deux organes et sur le gradient de tempéra- ture à travers l'ensemble de ces derniers, et, dans ce cas, la température de la surface de la garniture, qui est en contact avec le métal coulé, subit une augmentation importante.
Lorsqu'on n'applique pas les principes de la présente invention, il semble que le contact entre la gar- niture et la paroi 41, notamment dans la zone de transmis- sion de chaleur maximum du moule, n'est pas maintenue mais réduite ou annulée pendant l'opération de coulée. Il sem- ble qu'une-telle réduction ou élimination de contact entre
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lesdits organes soit provoquée par une différence de di- latation de ces organes en raison de la différence de leur coefficient de dilatation respectif, et cet effet est suffisant pour provoquer une séparation entre la piè- ce 41 et la garniture, même lorsque la température de cet- te dernière est plus élevée que celle de la pièce 41.
En raison de ce phénomène, la transmission' de chaleur à l'intérieur du moule est diminuée et la température de la garniture atteint une valeur excessive, à la suite de quoi on obtient une surface de qualité inférieure de la pièce coulée ; enmême temps la vitesse de coulée admissi- ble pour un moule donné est également réduite.
Par con- tre, lorsqu'on applique les principes de la présente in- vention, le contact entre la garniture et l'enveloppe de refroidissement est maintenu pendant l'opération de cou- lée, en raison du fait que la dilatation de la garniture est identique à celle de la pièce 41. La différence des dilatations thermiques respectives de ces deux organes est compensée par la dilatation de la garniture lorsque la force de compression agissant sur cette dernière est réduite du fait de la dilatation thermique de la pièce 41, si bien que la dilatation totale de la garniture atteint la même valeur que la dilatation de la pièce 41.
Il semble que ceci explique le double avantage offert par l'application de l'invention, à savoir : une vitesse de coulée plus grande et une surface de qualité supérieure de la pièce coulée.
La présente invention peut être appliquée à la coulée de n'importe quel métal ou alliage. Elle est particulièrement avantageuse lorsqu'il s'agit de couler des métaux tels que ]licier, l'argent, le nickel, l'alu- minium, le magnésium et, en particulier, le cuivre. La
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présente invention est particulièrement utile lorsqu'on désire couler du cuivre renfermant de l'oxygène, tel que le cuivre malléable résistant, quelles que soient les dimensions désirées, et lorsqu'on désire couler des lin- gots de dimensions importantes(d'un diamètre supérieur à 70 mm environ) de cuivre exempt d'oxygène tel que le cui- vre désoxidé ou le cuivre désoxydé phosphoreux.
Jusqu'à présent il n'était pas possible de couler de façon satis- faisante du cuivre malléable résistant en quantités impor- tantes et de manière à obtenir la qualité requise par l'industrie.
Le terme "cuivreenfermant de l'oxygène" dé- signe dans la présente description le cuivre malléable résistant aussi bien que le cuivre contenant une quantité plus faible d'oxygène; ce terme désigne toutes sortes de cuivres contenant de l'oxygène libre pouvant attaquer la garniture en graphite, lorsque la température normale de fonctionnement, telle qu'elle correspond aux caractéris- tiques de la garniture utilisée, est dépassée.
D'autre part; le terme "cuivre exempt d'oxy- gène" désigne dans la présentedescription les sortes de cuivre connues sous le nom de "cuivre désoxydé phospho- reux" tant à forte qu'à faible teneur en phosphore rési- duel, et toute autre sorte de cuivre désoxydé, tel que le cuivre désoxydé au lithium, au bore, au calcium, etc.., de même que toutes les sortes de cuivre décrites comme étant "exemptes d'oxygène"; en d'autres termes, la dési- gnation ci-dessus vise toute sorte de cuivre ne renfermant pas d'oxygène qui pourrait attaquer la garniture en gra- phite aux températures normales de fonctionnement.
Lors de l'application de la présente mnven- tion, il est recommandé de faire exécuter au moule un
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mouvement alternatif à une vitesse appropriée et avec une longueur de course appropriée, et le métal fondu est in- troduit dans le moule à une cadence calculée, de telle sorte que le niveau de métal fondu reste au-dessous de l'extrémité supérieure du moule. On peut cependant utili- ser, le cas échéant, un moule stationnaire. De même, le moule peut être rempli en permanence d'une colonne de mé- tal, ce qui est obtenu, par exemple, lorsqu'on fixe l'ex- trémité supérieure du moule à la partie inférieure d'un four approprié, tel qu'un four de stockage.
De préférence, on procède de telle sorte que le conduit d'alimentation en métal fondu reste immergé dans le métal fondu lors de la coulée d'un cuivre renfer- mant de l'oxygène ou d'un cuivre ne renfermant pas de l'oxygène. Cependant dans le cas des cuivres renfermant de l'oxygène, on peut supprimer le conduit d'alimentation et le moule ouvert à sa partie supérieure peut être ali- menté par un jet libre de métal, sous l'effet de la gra- vité.
Lors de la coulée d'un cuivre exempt d'oxygè- ne, il est recommandé de maintenir une couche protectrice formée par les particules d'une matière carbonnée, telle que du graphite en paillettes, du noir de fumée, de l'an- thracite pulvérisé, etc..., à la surface du métal fondu dans la masselotte "Y". Par contre, lors de la coulée d'un cuivre renfermant de l'oxygène, il n'est pas néces- saire d'utiliser une couche de matière carbonnée réactive.
La vitesse de coulée peut varier en fonction de la matière à couler, de façon que la température de la garniture en graphite soit maintenue à une valeur appro- priée pour qu'on obtienne de-, pièces coulées présentant des caractéristiques satisfaisantes. Dans le cas d'un cuivre exempt d'oxygène, la température maximum de la gar-
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niture en graphite doit être maintenue inférieure à envi- ron 775 G. Dans le cas d'un cuivre renfermant de l'oxy- gène, cette température doit être maintenue à une valeur inférieure à environ 600 C.
On peut retirer les pièces coulées du moule à une vitesse uniforme ou bien de façon intermittente.
On peut couler un lingot sans fin et le découper en tron- çons d'une longueur déterminée, au fur et à mesure qu'on le retire du moule; c'est ainsi qu'on procède, de préfé- rence, dans le cas des profils relativement petits. Par contre, lors de la coulée des profils relativement gros, il est préférable d'interrompre l'opération de coulée lorsque la pièce coulée a atteint la longueur requise.
La pièce ainsi produite est alors enlevée du moule et l'on effectue la coulée de la pièce suivante. Dans aucun de ces deux cas, la longueur de la pièce produite de dé- pend de la longueur du moule et le terme de "coulée en continu", et tout terme dérivé de celui-ci, s'applique à l'un ou l'autre de ces deux modes de coulée.
La présente invention est expliquée ci-après par plusieurs exemples : EXEMPLE 1
Une garniture cylindrique en graphite est in- sérée dans une enveloppe cylindrique en cuivre suivant la manière indiquée par les figures 5 à 8. Le diamètre ex- térieur du noyau en graphite (dimension "A" sur la figure 5) est de 179 mm, son diamètre intérieur (dimension "C") de 152 mm. Le diamètre intérieur de l'enveloppe de cui- vre (pièce 41) est de 177,8 mm ; le diamètre extérieur de cette pièce de 186, 79 mm. Contrairement à ce qu'on pour- rait craindre, on constate que le noyau en graphite peut être inséré à force dans la pièce 41 sans difficulté et
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sans rupture.
Après l'insertion du noyau de graphite dans l'enveloppe (position représentée sur la figure 7), la surface intérieure du noyau du graphite est alésée, comme le montre la figure 8, de façon qu'on obtienne une granitu- re ayant un diamètre intérieur de 171,3 mm.
Cet ensemble est ensuite chauffé de manière à le porter de la température ambiante (20 C) à une tempé- rature de 199 C. A cette température, la garniture est toujours maintenue en ajustage serré à l'intérieur de la pièce 41.
EXEMPLE 2
Une garniture cylindrique en graphite est in- sérée dans une enveloppe cylindrique en cuivre de la ma- nière représentée sur les figures 5 à 8. Le diamètre ex- térieur du noyau en graphite (dimension "A" sur la figure 5) est de 17,2 mm, son diamètre intérieur (dimension "C") de 152 mm, Le diamètre intérieur de l'enveloppe en cuivre (pièce 41) est de 177,77 mm. Son diamètre exté- rieur, de 196,95 mm. Contrairement à ce que 'on pourrait craindre on constate qu'il est facile d'insérer le noyau en graphite dans la pièce 41, sans qu'il y ait rupture.
Après l'insertion du noyau en graphite dans l'enveloppe (position représentée sur la figure 7), la surface inté- rieure du noyau est alésée, comme le montre la figure 8, de façon qu'on obtienne une garniture ayant un diamètre intérieur de 171,3 mm.
L'ensemble ainsi obtenu est ensuite chauffé de manière à le porter de la température ambiante à une température à 163 C. A cette température, la garniture est toujours maintenue en ajustage serré à l'intérieur de la pièce 41.
EXEMPLE 3
La garniture cylindrique en graphite 21' et
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l'enveloppe cylindrique en cuivre 41 sont assemblées par contraction, comme décrit ci-dessus. Avant l'assemblage, le diamètre extérieur de la garniture en graphite est de 220,88 mm ; son diamètre intérieur, de 206,3 mm; le diamè- tre intérieur de l'enveloppe en cuivre est de 220,35 mm; le diamètre extérieur de l'enveloppe en cuivre, de 220,65 mm.
En vue de l'assemblage, l'enveloppe de cui- vre 41 est chauffée et portée à une température de 205 à 232 C, tandis que la garniture de graphite est maintenue à la température ambiante. La garniture peut ensuite fa- cilement être insérée dans l'enveloppe ayant subi une dilatation thermique, à la suite de quoi on laisse refroi- dir l'enveloppe. En raison de la contraction, l'envelop- pe s'applique étroitement autour de la garniture de @ra- phite si bien qu'un excellent contact entre les surfaces de ces deux pièces est maintenu pendant l'opération de coulée décrite ci-dessous.
On peut se faire une idée de la pression exis- tant entre les surfaces de contact respectives de l'enve- loppe en cuivre et de la garniture en graphite lorsqu'on note qu'après l'assemblage et après le refroidissement, l@ diamètre extérieur de l'enveloppe en cuivre est de 228,70 mm, ce qui correspond à une augmentation de 0,05 mm, tandis que le diamètre intérieur de la garniture est de 205,81 mm ce qui correspond à une diminution de 0,48 mm due à la compression. L'épaisseur de la garniture est de 7,29 mm.
Aucune opération d'usinage n'est effectuée sur la surface intérieure de la garniture aprs l'assembla- ge, cette surface intérieure possédant des dimensions qui permettent de couler un lingot d'un diamètre d'approxima- tivement 203 mm.
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Lorsqu'on le désire, on peut porter, avant l'assemblage de l'enveloppe de cuivre et de la garniture en graphite, l'enveloppe de cuivre à une température plus élevée que celle indiquée ci-dessus, à la suite de quoi le diamètre extérieur de la garniture, avant l'assemblage, peut être encore plus grand ; procédant ainsi, on ob- tient, après l'assemblage par emmanchement, une pression encore plus grande entre les surfaces en contact.
EXEMPLE 4
On a préparé un ensemble de garniture et d'en- veloppe comme décrit par l'exemple 1 ci-dessus. Cet en- semble est monté dans un moule du type représenté sur les figures 3 et 4 qui sont approximativement à l'échelle. La longueur du moule est de 250 mm. Le moule ainsi préparé est utilisé dans un système de coulée en continu, tel qu'il est représenté sur la figure 1, pour la coulée en continu de cuivre malléable résistant.
On a introduit dans le moul- du cuivre malléa- ble résistant provenant de l'avant-creuset d'un four et passant par un conduit 11 (figure 1) ayant un diamètre de 5,5 mm à l'orifice de sortie. Le moule est soumis à un mouvement alternatif à une fréquence d'approximative- ment 60 cycles par minute et avec une longueur de course d'approximativement 4 mm. On fait circuler de l'eau de refroidissement, ayant une température normale de 28 C, à travers la canalisation 37 du moule.
L'alimentation en métal fondu et la vitesse de retrait du lingot coulé sont calculées de telle façon que le niveau de métal fondu à l'inférieur du moule soit maintenu à approximativement 25 mm au-dessous du bord supérieur de la garniture en graphite. Le bord supérieur de la couche périphérique formé par le métal, en cours de
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consolidation, est maintenu approximativement à la surfa- ce du métal fondu. Il semble que la masselotte, entourée par la croûte, s'étende jusqu'au niveau du bord inférieur du moule, et la garniture 21 est maintenue solidement à l'intérieur de la pièce 41 pendant toute la durée des opé- rations de coulée.
On procède à la coulée en continu d'un lingot en cuivre malléable résistant à une cadence de 2 tonnes par heure, la pièce coulée étant découpée en tronçons d'une longueur appropriée au fur et à mesure qu'elle sort du récipient 13. La surface du métal coulé est lisse et exempte de replis annulaires. La surface est tellement lisse que l'on n'observe pratiquement aucune fuite d'eau à travers le joint d'étanchéité en caoutchoud 33 disposé au fond du récipient à eau 13. L'on n'observe aucune réduction sensible de l'épaisseur de la garniture en gra- phite, même après une période considérable d'utilisation du moule. Ce fait montre que la garniture ne subit aucune attaque chimique.par l'oxygène contenu dans le cuivre malléable résistant.
EXEMPLE 5
L'exemple ci-dessous concerne la coulée de cuivre désoxydé phosphoreux. L'enveloppe de refroidisse- ment et la garniture sont assemblées suivant les indica- tions de l'exemple 2 ci-dessus. L'ensemble ainsi réalisé est monté dans le moule représenté sur les figures 3 et 4 qui sont approximativement à l'échelle. La longueur du moule est de 254 mm environ. Ce moule est incorporé au système de coulée en continu représenté sur la figure 1.
Le moule est soumis à un mouvement alternatif à une fréquence d'approximativement 60 cycles par minute, avec une longueur de course de 4 mm. environ. On fait circuler de l'eau de refroidissement, à la température
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ambiante, dans la canalisation 37 du Moule.
Du cuivre désoxydé phosphoreux fondu est in- troduit dans le moule à partir de l'avant-creuset d'un four par l'intermédiaire d'un conduit 11 (figure 1) dont l'orifice de sortie a un diamètre de 5,1 mm environ.
L'alimentation en métal et la cadence de retrait du lingot coulé sont calculés de façon telle que le niveau du métal fondu à l'intérieur du moule soit maintenu à une distance d'approximativement 25 mm au-dessous du bord supérieur de la garniture en graphite.
Le bord supérieur de la croûte "X", formé par le métal en cours de solidification, est maintenu appro- ximativement au niveau de la surface du métal fondu. La masselotte semble d'étendre approximativement jusqu'au niveau du bord inférieur du moule, et la garniture 21 est maintenue solidement à l'intérieur de la pièce 41 pendant toute la durée de l'opération de coulée.
Le conduit d'alimentation 11 reste immergé dans le métal fondu, dans la masselotte, et la surface du métal fondu est recouverte constamment par une couche de graphite en paillettes.
Le refroidissement et la vitesse de coulée sont calculés de façon qu'on puisse maintenir le point le plus chaud de la garniture à une température inférieure à 7600 C environ. On procède à la coulée en continu d'un lingot de cuivre désoxydé phosphoreux à la cadence de 2 tonnes par heure. La surface de la pièce coulée est lisse et exempte de replis annulaires. La surface est tellement lisse qu'on ne peut observer pratiquement aucune fuite d'eau à travers le joint d'étanchéité en caoutchouc 33 disposé au fond du récipient à eau 13. L'on ne peut obser- ver aucune réduction notable de l'épaisseur de la garnitu- re, même après une période considérable d'utilisation de
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la garniture montée dans le moule.
EXEMPLE 6
Le présent exemple concerne également une opé- ration de coulée de cuivre malléable résistant. L'enve- loppe de refroidissement et la garniture sont assemblées comme décrit dans l'exemple 2 ci-dessus. L'ensemble ainsi réalisé est incorpqré dans le moule suivant les in- dications des figures 3 et 4. La longueur du moule est d'environ 254 mm. Le moule est utilisé en'tant qu'élément du système de coulée en continu selon les indications de la figure 1.
Le moule est soumis à un mouvement alternatif, à une fréquence d'environ 60 cycles par minute, avec une longueur de course de 4 mm environ. On fait circuler' de l'eau de refroidissement à température ambiante, dans les canalisations prévues à cet effet à l'intérieur du moule.
On introduit dans le moule du cuivre malléa- ble résistant provenant de l'avant-creuset d'un four,par l'intermédiaire du conduit 11 (figure 1) dont l'orifice de sortie a un diamètre d'environ 17,6 mm. La candence d'alimentation en métal fondu et la cadence de retrait du lingot coulé' sont calculées de telle façon que le ni- veau de métal fondu à ltintérieur du moule soit maintenu à une distance d'environ 25 mm au-dessous du bord supé- rieur de la garniture en graphite. Le bord supérieur de la croûte formée par le métal en cours de solidification est maintenu approximativement au niveau de la surface du métal fondu.
La masselotte semble s'étendre approximati-- vement jusqu'au niveau du bord inférieur du moule, et la garniture 21 est maintenue fermement à l'intérieur de l'enveloppe de refroidissement, pendant toute la durée des opérations de coulée.
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Le conduit d'alimentation 11 reste immergé dans la masselotte, cependant l'on n'utilise pas de couche protectrice appliquée à la surface libre de la masselotte.
Le refroidissement et la vitesse de coulée sont calculés de façon à maintenir le point le plus chaud de la garniture à une température inférieure à 600 C en- viron. La surface du lingot coulé est lisse et exempte de tout repli annulaire. La surface de la pièce coulée est tellement lisse que l'on ne peut observer pratiquement aucune fuite d'eau à travers le joint d'étanchéité en caoutchouc 33 prévu au fond du récipient à eau 13. L'on ne constate aucune réduction notable de 3. 'épaisseur de la garniture, même après une période considérable d'utilisa- tion du moule.
La température de la garniture en graphite peut être mesurée suivant n'importe quelle méthode appro- priée. Par exemple, pour mesurer la température d'une garniture ayant une épaisseur de 7,29 mm, comme c'est le cas de la garniture mentionnée dans l'exemple 2, on perce un trou d'un diamètre de 1,59 mm en direction verticale dans le bord supérieur de la garniture, ce trou étant orienté dans le sens de la longueur de la garniture et disposé au milieu de la paroi de cette dernière ; unter- mo-couple est inséré dans ce trou et déplacé le long de celui-ci ce qui permet de mesurer la température sur toute la longueur de la garniture. De cette manière, il est facile de déterminer le point le plus chaud de la gar- niture. La température maximum est généralement observée dans la zone indiquée par le repère "W" sur la figure 1.
On doit noter que, dans le cas d'une garniture ayant l'épaisseur indiquée ci-dessus, la distance entre le trou et la surface de la garniture adjacente vers la pièce coulée s'élève à approximativement 2,59 mm.
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L'épaisseur exacte de la garniture n'est pas une donnée déterminante à condition que l'on observe les indications ci-après. Il est recommandé que la garni- ture soit suffisamment mince pour qu'elle puisse s'adap- @ er à toutes modifications irrégylières de la forme de l'enveloppe de refroidissement telle qu'elle peuvent être déterminées par les phénomènes de dilatation pendant la coulée; cependant la garniture doit être suffisamment épaisse pour qu'on obtienne une pression mécanique adé- quate entre ladite garniture et l'enveloppe de refroidis- sement, à la suite du montage avec précontrainte tel qu'il a été décrit ci-dessus.
L'épaisseur exacte de l'enveloppe en cuivre 41 n'est pas une donnée déterminan- te à condition que cette enveloppe soit suffisamment épaisse pour résister à la pression déterminée par l'ajus- tage avec précontrainte de la garniture à l'intérieur de ladite enveloppe.
L'expérience a montré que l'épaisseur de la garniture peut varier entre 2 ou 3 mm environ et 7 mm ou même davantage, lorsqu'il s'agit de moules avec un dia- mètre intérieur variant entre 75 mm et 250 mm environ.
Les garnitures plus épaisses comportent une quantité plus grande de matière ce qui simplifie le perçage de trous dans la garniture, dans le sens de la longueur de cette dernière, à partir du bord supérieur, en vue de l'appli- cation d'un thermo-couple comme décrit ci-dessus.
L'ajustage avec précontrainte de la garniture à l'intérieur de l'enveloppe de refroidissement peut être réalisé soit par "l'emmanchement à force", soit par "l'emmanchement par contraction" comme décrit ci-dessus.
Quel que soit le mode d'assemblage, le moule obtenu aura toujours d'excellentes caractéristiques d'échange thermi-
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que entre la garniture et l'enveloppe de refroidissement.
Grâce à l'assemblage avec précontrainte, on obtient une structure dans laquelle la garniture subit une contrainte de pression circonférentielle et l'enveloppe subit une contrainte de traction circonférentielle. L'élasticité naturelle des parois rigides homogènes dans le sens de la circonférence de la garniture et de l'enveloppe per- met d'obtenir cette précontrainte sans que l'on n'ai be- soin d'avoir recours à des moyens supplémentaires d'ap- plication d'une charge, telles que des ressorts.
La garniture surdimensionnée qui fait agir sa force de dilatation sur l'enveloppe de refroidissement, permet d'obtenir une pression radiale répartie uniformé- ment sur toute la circonférence de l'enveloppe ce qui garantit un contact parfait entre la garniture et ladite enveloppe aux températures telles qu'on les observe pen- dant les opérations de coulée. Grâce à ce contact perma- nent entre deux pièces solides, on obtient un excellent parcours de transmission de chaleur entre la garniture et l'enveloppe. Il en résulte une forte dissipation de la chaleur qui soutient favorablement la comparaison avec le pouvoir de dissipation de chaleur d'un moule entièrement métallique ; par ailleurs, on profite des caractéristiques d'auto-lubrification du graphite.
On doit également noter que la présente in- vention concerne surtout un moule métallique et non pas un moule en graphite du fait que l'enveloppe métallique relativement forte possède une certaine résistance méca- nique et constitue un élément de renforcement de la gar- niture relativement mince et fragile.
La présente description expose certaines in- revendications ,.ovations qui sont également incorporées air, après, il est cependant évident que certaines modifica-
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tions, simplifications ou substitutions peuvent être pré- vues par les spécialistes sans que le résultat sorte du cadre de la présente invention.
REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un moule destiné à la coulée en continu de matières métalliques et compor- tant une enveloppe métallique à l'intérieur de laquelle est disposée une garniture en graphite dont l'espace in- térieur constitue la cavité de moulage, ledit procédé consistant à préparer une enveloppe métallique conçue de façon telle qu'elle puisse recevoir et comprimer le noyau en graphite dans lequel on désire former ladite cavité, à mettre en position ledit noyau à l'intérieur de ladite enveloppe de façon telle que celle-ci comprime ledit noyau suffisamment pour que la garniture fabriquée à partir dudit noyau soit soumise à une précontrainte de compres- sion par l'enveloppe aux températures régnant dans le moule pendant les opérations de coulée,
et à enlever de la matière de l'intérieur dudit noyau pour y former ladi- te cavité de moulage avec des dimensions intérieures qui correspondent à la pièce qu'on désire couler, ledit pro- cédé permettant.de maintenir un contact entre l'enveloppe et la garniture pendant les opérations de coulée.