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"Procédé de production de plomb et d'alliages de plomb mis en forme par pression" La présenta invention concerne un procédé per-
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6C: t.a': 4 C?:â -a production de structures en plomb et alliages, de plomb mis en forme par pression.
La présente invention se propose de fournir: un moyen plus économique de fabriquer des structures de plomb et d'alliages de plomb par des opé- rations de mise en forme par pression, comme par exemple par laminage et extrusion; - un moyen de préparer des feuilles et des clinquants de plomb et autres formes obtenues par pres- sion à partir d'alliages de plomb qui ne peuvent pas être
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coulés en lingots classiques et laminés ou soumis à l'extrusion en raison de difficultés de réalisation d'alliages et/ou de la formation de structures défavora- bles pendant la solidification des lingots.
Le procédé de l'invention offre un intérêt particulier pour la pro- duction rapide et économique de feuilles et clinquants de plomb et d'alliages de plomb d'une épaisseur inférieure à 6,35 mm; - un moyen de fabriquer une feuille de compo- sitions diverses d'alliages de plomb qu'on peut employer pour obtenir des effets décoratifs ou pour obtenir des différence.: physiques, mécaniques ou chimiques spécifi- ques dans toute l'étendue de la feuille.
On sait fort bien dans la technique que l'on peut préparer des feuilles ou clinquants de plomb et d'alliages de plomb en fondant la composition de étal désira en coulant ce métal sous forme d'un lingot ou plaque relativement large et épaisse, puis en soumettant ce lingot ou plaque à de nombreuses passes de laminage pour en réduire l'épaisseur. Ce procédé nécessite norma- lement un certain nombre de passes de dégrossissage; sui- vies par un certain nombre de passas de réduction d'épais- seur pour amener la feuille de plomb à l'épaisseur finale, et ceci implique naturelloment une manipulation considé- rable de matériau.
Il faut pour cette opération des fours de des installations de lingotières et divers trains de laminoirs. Dans ce procédé habituel,on dépense beaucoup de temps et de main-d'oeuvre pour fabriquer le produit final, et le produit est limité au métal pur ou à des alliages purs qu'on reut facilement préparer et couler. Les feuilles de plomb ou d'alliages de plomb
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préparées de cette manière ne peuvent pas être fabriquées avec un caractère non homogène intentionnel pour obtenir des effets spéciaux.
Le procédé nouveau de la présente invention réduit considérablement l'importance de l'équipement et de la main-d'oeuvre nécessaires pour produire des clin- quants et feuilles minces de plomb et d'alliages de plomb et permet en même temps des fabrications avec des alliages qui ne peuvent normalement pas être moulés et laminés. De plus, le procédé permet de produire des produits formés par pression et contenant des hétérogénéités de composi- tions réglées tels que des produits plaqués composites ou des feuilles contenant des parties de compositions différentes par mélanges réglés d'alliages différente à l'intérieur des structures.
Un des aspects du procédé de l'invention envisage . le laminage en feuilles minces de particules aciculaires de plomb ou d'alliages de plomb, dont la plus grande di- mension est comprise dans l'intervalle compris entre
0,13 mm et 25 mm environ, et de préférence d'environ 0,25 mm à environ 19 mm. l'invention-comprend également . un procédé pour fabriquer un matériau de plomb ou d'al- liage de plomb approprié sous forme de particules pour ' être laminé et obtenir des clinquants ou feuilles ou pour être formé par pressage d'une autre manière pour obtenir des structures désirées.
On peut fabriquer le matériau en particules en fondant du plomb pur ou des alliages de plomb de la com- position désirée dans un équipement classique et en ver- sant le métal fondu au centre d'une vasque tournante con- tenant une série do trous perforés dans la périphérie et
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tournant à des vitesses comprises entre 50 tours/minute et 4.000 tours/minute. La vasque peut être préchauffée pour maintenir le métal fondu à l'état liquide. Le métal est refoulé à travers les trous par la force centrifuge et peut se solidifier pendant qu'il tombe dans l'air. On peut assurer un refroidissement supplémentaire en souf- flant de l'air autour des particules en vol ou en laissant tomber dans l'eau les particules solidifiées.
Par solidi- fication de cette manière, le métal forme des particules aciculaires qu'on désigne dans le texte ci-après sous le nom de plomb en particules. Les particules aoiculaires peuvent avoir une longueur allant jusqu'à 25,4 mm et un diamètre s'élevant jusque 4,76 mm. Le plomb en particu- les, qui peut être tamisé pour obtenir une dimension de particules préférée, est alors envoyé dans une trémie à partir de laquelle il est amené entre les cylindres d'un laminoir. Le laminoir peut fonctionner à des vitesses comprises entre 0,30 m/min et pouvant s'élever jusqu'à 60 m/min ou davantage, et à mesure que les particules passent dans l'intervalle resserré entre les cylindres, elles sont compactées pour former des olinquants et des feuilles minces de haute densité.
La feuille, lorsqu'elle sort du laminoir, a atteint sa densité complète et possède des propriétés équivalentes à celles de matériaux analo- gues préparés par les procédés classiques. L'épaisseur de la feuille est typiquement comprise entre 0,38 mm et 2,5 mm. Cette feuille peut être enroulée à mesure qu'elle sort du laminoir ou bien on peut la faire passer entre des cylindres supplémentaires pour en réduire encore l'épaisseur.
On peut régler l'intervalle des dimensions des
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'particules aciculaires dans de larges limites en faisant varier la dimension des ouvertures dans la vasque tour- nante, la vitesse périphérique de rotation de la vasque et la température du plomb ou alliage de plomb fondu que l'on verse dans la vasque. L'espace dans lequel on envoie
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les gouttelettes axe r.7 m, eu 1-1- de plosib fendu. doit être suffisamment grand pour permettre aux goutte- lettes de se solidifier avant de venir frapper une sur- face solide,
On peut mettre en oeuvre le procédé de l'inven- tion avec du plomb en particules à la température ambiante ou chauffé à une température désirée quelconque inférieure au point de fusion de l'alliage employé, bien qu'il puisse se produire un collage du plomb sur les cylindres si la température est trop élevée.
On peut empêcher ce collage en lubrifiant ou en refroidissant les cylindres. On peut mettre en oeuvre le procédé de l'invention avec du plomb en particules de dimensions supérieures à celle qui passe à travers un tamis à mailles de 0,149 mm, mais l'inter- valle de dimensions do particules préféré est celui qui correspond à'des particules retenues sur un tamis à mailles de 0,250 mm. On peut produire des feuilles correspondant à des compositions d'alliages variant dans toute leur éten- due en préparant du plomb en particules de deux composi- tions différentes ou d'un nombre de compositions diffé- rentes plus grand et en mélangeant ces compositions avant leur introduction dans la passe de laminage de consolida- tion.
On peut fabriquer des feuilles comprenant des allia- ges différents sur chaque face en envoyant simultanément entre les cylindres des courants séparés de deux alliages.
On peut également employer le procédé pour fabriquer des
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feuilles à partir d'alliages qui nécessitent un surchauf- fage pour obtenir la composition désirée, étant donné que le taux de solidification est suffisamment rapide pour fournir des particules individuelles répondant à la composition désirée, Si on coulait les mêmes compositions d'alliages par la technique classique, il s'ensuivrait une ségrégation lors du refroidissement et on ne pourrait pas obtenir des feuilles de même qualité. On peut fabri- quer des feuilles renforcées en envoyant une structure de renforcement entre les cylindres entre deux courants de particules le plomb.
A titre d'exemple du procédé de l'invention, on a fondu du plomb de deuxième fusion contenant approxi- mativement 0,03 % de cuivre, 0,015 % de zinc, 0,05 % de fer, et des traces de nickel, d'antimoine, d'étain, de bismuth et d'arsenic, et on en a formé des particules en le coulant dans une vasque en graphite d'une hauteur de 23 cm, ayant un diamètre intérieur de 7,6 cm, un diamètre extérieur de 10 cm et tournant à 192 tours/minute, cette vasque contenait des trous de 4,76 mm de diamètre espacés de 9,52 mm entre centres, et on a recueilli le plomb en particules ainsi obtenu.
On a alors tamisé ce matériau en, particules sur des tamis calibrés et on a envoyé la frac- tion correspondant à plus petit que 4,76 mm mais plus grand que 0,250 mm dans une goulotte d'alimentation d'une largeur de 10 cm qui aboutissait aux cylindres d'un lami- noir classique fonctionnant à une vitesse superficielle de laminage de 3 m/minute. Après recoupe des rives, on a obtenu une bande dense et saine mesurant environ 7,5 cm de large sur une épaisseur de 1,27 mm.
On a éprouvé méca- niquement la feuille ainsi produite pendant la passe de
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consolidation et il s'est avéré que la limite de rupture à la traction de ce matériau était de 190 à 197 kg/cm2 avec de 37 à 47 % d'allongement; autrement dit, des ca-
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ractéris%1#iu:xs 4quivalenteJ à celles de la feuille laminée classique, La résistance mécanique restait constante lors- qu'on laminait à nouveau la bande compactée jusqu'à des épaisseurs de 0,5 mm et 0,13 mm.
A titre d'un autre exemple de mise en oeuvre de la présente intention, on a fondu du plomb de la qualité dite "Doe Run" ayant une pureté supérieure à 99,9 % et on l'a formé en particules en le coulant dans une vasque de graphite de 20 cm de haut etde 10 cm de diamètre extérieur tournant à 195 tours/min. et contenant six ran- gées de trous d'un diamètre de 4,76 mm distants de 25,4 mm de centre à centre, et on a recueilli le plomb en parti- cules résultant.
On a alors fait passer ce matériau en particules sur des tamis calibrés et la fraction plus petite que 2,0 mm mais plus grande que 0,59 mm a été en- voye dans une trémie d'alimentation, aboutissant à un la- minoir dont lesaxes de cylindre étaient dans un plan horizontal.
On a fait des essais, en réglant la largeur de la trémie à 10 cm, 20 cm et 30 cm. Les conditions de laminage et les résistances à. la traction des feuilles résultantes étaient les suivantes :
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Largeur de Largeur do la Fissuration vit:icne épaisseur Limite de
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<tb> la <SEP> trémie <SEP> bande <SEP> après <SEP> totale <SEP> des <SEP> de <SEP> de <SEP> la <SEP> rupture <SEP> à <SEP> la
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<tb>
<tb> aisaillage <SEP> bords <SEP> laminage <SEP> feuille <SEP> traction
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<tb>
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<tb> des <SEP> rives <SEP> laminée
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<tb>
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<tb> 10 <SEP> cm <SEP> 10 <SEP> cm <SEP> 12,7 <SEP> mm <SEP> 23 <SEP> m/min. <SEP> 0,81 <SEP> mm <SEP> 172 <SEP> kg/cm2
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<tb>
<tb>
<tb> 20 <SEP> cm <SEP> 20 <SEP> cm <SEP> 19,05 <SEP> mm <SEP> 30 <SEP> m/min.
<SEP> 0,99 <SEP> mm <SEP> 172 <SEP> kg/cm2
<tb>
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,0' cm 29 cm 25,4 mm 30 m/sin. 1$44 mm 172 kg/am2
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On a éprouvé mécaniquement les feuilles pro- duites et il s'est avéré que la résistance à la traction était équivalente à celle du matériau laminé de la manière classique. Le laminage ultérieur du matériau compacté par cylindrage a donné un laminé de bonne qualité ayant des épaisseurs comprises entre 0,10 mm et 0,28 mm sans qu'il y ait de variation importante dans la résistance à la traction.
Le procédé de l'invention peut être appliqué à du plomb pur ou sensiblement pur, à du plomb de récupéra- tion ou de deuxième fusion contenant l'un quelconque des ingrédients d'alliages normaux que l'on rencontre dans un tel plomb, toutes ces matières étant comprises dans la dé- nomination "plomb ou alliagos de plomb", tel que ce terme est employé dans le présent texte.
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The present invention relates to a process for producing lead and pressure-formed lead alloys.
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6C: t.a ': 4 C?: Â -a production of structures in lead and alloys, of lead shaped by pressure.
The present invention sets out to provide: a more economical means of manufacturing lead and lead alloy structures by pressure forming operations, such as, for example, rolling and extrusion; - a means of preparing sheets and foils of lead and other forms obtained by pressure from lead alloys which cannot be
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cast in conventional ingots and rolled or subjected to extrusion due to difficulties in making alloys and / or the formation of unfavorable structures during solidification of the ingots.
The process of the invention is of particular interest for the rapid and economical production of sheets and foils of lead and lead alloys with a thickness of less than 6.35 mm; - a means of making a sheet of various compositions of lead alloys which can be used to obtain decorative effects or to obtain specific physical, mechanical or chemical differences throughout the extent of the sheet .
It is well known in the art that lead and lead alloy sheets or foils can be prepared by melting the desired composition of the metal by casting this metal in the form of a relatively large and thick ingot or plate, then by subjecting this ingot or plate to numerous rolling passes to reduce its thickness. This process normally requires a number of roughing passes; followed by a number of thickness reduction passes to bring the lead sheet to the final thickness, and this naturally involves considerable material handling.
This requires furnaces, ingot mold installations and various rolling mill trains. In this usual process, a great deal of time and manpower is spent in making the final product, and the product is limited to pure metal or pure alloys which can be easily prepared and cast. Lead sheets or lead alloys
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prepared in this way cannot be manufactured with an intentional inhomogeneity to achieve special effects.
The novel process of the present invention greatly reduces the amount of equipment and manpower required to produce lead and lead alloy foils and thin sheets and at the same time allows for low-grade manufacturing. alloys which cannot normally be cast and rolled. In addition, the process allows the production of products formed by pressure and containing heterogeneities of controlled compositions such as composite clad products or sheets containing parts of different compositions by controlled mixtures of different alloys within the structures. .
One aspect of the method of the invention contemplates. the rolling into thin sheets of acicular lead particles or lead alloys, the largest dimension of which is in the range between
About 0.13mm and 25mm, and preferably about 0.25mm to about 19mm. the invention also includes. a process for making a suitable lead or lead alloy material in particulate form to be rolled into foils or foils or to be formed by pressing in some other way to obtain desired structures.
The particulate material can be made by melting pure lead or lead alloys of the desired composition in conventional equipment and pouring the molten metal into the center of a rotating bowl containing a series of perforated holes. in the periphery and
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rotating at speeds between 50 revolutions / minute and 4,000 revolutions / minute. The basin can be preheated to keep the molten metal in a liquid state. The metal is forced through the holes by centrifugal force and can solidify as it falls through the air. Additional cooling can be provided by blowing air around the particles in flight or by dropping the solidified particles into the water.
Upon solidification in this manner, the metal forms needle-shaped particles which are referred to in the text below as particulate lead. The aocular particles can be up to 25.4 mm long and up to 4.76 mm in diameter. The lead in particular, which can be screened to obtain a preferred particle size, is then sent to a hopper from where it is fed between the rolls of a rolling mill. The rolling mill can operate at speeds from 0.30 m / min and up to 60 m / min or more, and as the particles pass through the tight gap between the rolls, they are compacted to form olinquants and thin sheets of high density.
The sheet, when exiting the rolling mill, has reached full density and possesses properties equivalent to those of like materials prepared by conventional methods. The thickness of the sheet is typically between 0.38mm and 2.5mm. This sheet can be rolled up as it leaves the rolling mill or it can be passed between additional rolls to further reduce its thickness.
The interval of the dimensions of the
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Acicular particles within wide limits by varying the size of the openings in the rotating bowl, the peripheral rotational speed of the bowl and the temperature of the molten lead or lead alloy being poured into the bowl. The space in which we send
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the droplets axis r.7 m, had 1-1- of split plosib. must be large enough to allow the droplets to solidify before hitting a solid surface,
The process of the invention can be carried out with particulate lead at room temperature or heated to any desired temperature below the melting point of the alloy employed, although sticking of the alloy may occur. lead to the cylinders if the temperature is too high.
This sticking can be prevented by lubricating or cooling the rolls. The process of the invention can be carried out with lead in particles larger in size than that which passes through a 0.149 mm mesh screen, but the preferred particle size range is that which corresponds to. particles retained on a sieve with a mesh of 0.250 mm. Sheets of varying alloy compositions can be produced by preparing particulate lead of two different compositions or of a greater number of different compositions and mixing these compositions prior to their preparation. introduction into the consolidating rolling pass.
Sheets can be made with different alloys on each side by simultaneously sending separate streams of two alloys between the rolls.
The process can also be used to manufacture
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sheets from alloys which require overheating to obtain the desired composition, since the rate of solidification is fast enough to provide individual particles of the desired composition. If the same alloy compositions were cast by the conventional technique, it would result in segregation during cooling and it would not be possible to obtain sheets of the same quality. Reinforced sheets can be made by sending a reinforcing structure between the rolls between two streams of lead particles.
As an example of the process of the invention, secondary lead containing approximately 0.03% copper, 0.015% zinc, 0.05% iron, and traces of nickel were melted. antimony, tin, bismuth and arsenic, and was formed into particles by pouring it into a graphite basin 23 cm high, having an inner diameter of 7.6 cm, an outer diameter of 10 cm and rotating at 192 rpm, this basin contained holes 4.76 mm in diameter spaced 9.52 mm between centers, and the particulate lead thus obtained was collected.
This particulate material was then sieved through calibrated sieves and the fraction corresponding to less than 4.76 mm but greater than 0.250 mm was passed through a 10 cm wide feed chute which. resulted in cylinders of a conventional laminate operating at a surface rolling speed of 3 m / minute. After cutting the edges, a dense and sound band was obtained measuring about 7.5 cm wide by a thickness of 1.27 mm.
The sheet thus produced was mechanically tested during the
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consolidation and the tensile strength of this material was found to be 190-197 kg / cm2 with 37-47% elongation; in other words, ca-
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Facts% 1 # iu: xs 4 equivalent to those of the conventional rolled sheet. The mechanical strength remained constant when the compacted strip was re-rolled to thicknesses of 0.5 mm and 0.13 mm.
As another example of the implementation of the present intention, lead of the so-called "Doe Run" grade having a purity greater than 99.9% was melted and formed into particles by casting it in. a graphite bowl 20 cm high and 10 cm in external diameter rotating at 195 revolutions / min. and containing six rows of 4.76mm diameter holes 25.4mm center to center, and the resulting particulate lead was collected.
This particulate material was then passed through calibrated sieves and the fraction smaller than 2.0 mm but larger than 0.59 mm was sent to a feed hopper, resulting in a la- minator. the cylinder axes were in a horizontal plane.
Tests were carried out, adjusting the width of the hopper to 10 cm, 20 cm and 30 cm. The rolling conditions and resistance to. the traction of the resulting sheets were as follows:
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Cracking Width Width: Icon Thickness Limit
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<tb> the <SEP> hopper <SEP> strip <SEP> after <SEP> total <SEP> of <SEP> of <SEP> of <SEP> the <SEP> break <SEP> at <SEP> the
<tb>
<tb>
<tb> beveling <SEP> edges <SEP> laminating <SEP> sheet <SEP> traction
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<tb> of <SEP> shores <SEP> laminated
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> cm <SEP> 10 <SEP> cm <SEP> 12.7 <SEP> mm <SEP> 23 <SEP> m / min. <SEP> 0.81 <SEP> mm <SEP> 172 <SEP> kg / cm2
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<tb>
<tb>
<tb> 20 <SEP> cm <SEP> 20 <SEP> cm <SEP> 19,05 <SEP> mm <SEP> 30 <SEP> m / min.
<SEP> 0.99 <SEP> mm <SEP> 172 <SEP> kg / cm2
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, 0 'cm 29 cm 25.4 mm 30 m / sin. 1 $ 44 mm 172 kg / am2
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The sheets produced were mechanically tested and the tensile strength was found to be equivalent to that of the material rolled in the conventional manner. Subsequent rolling of the roll compacted material yielded a good quality laminate having thicknesses between 0.10mm and 0.28mm with no significant variation in tensile strength.
The process of the invention can be applied to pure or substantially pure lead, salvage or secondary lead containing any of the normal alloying ingredients found in such lead, all of them. these materials being included in the designation "lead or lead alloys", as that term is used in the present text.