OUTOKUMPU OY.
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L'invention concerna un procédé en continu pour couler des barres, des tôles, des tuyaux, etc.
Le but de l'invention est de proposer un procédé de coulée en continu qui ait un rendement très supérieur à celui des procédés de coulée en continu connus jusqu'ici, ainsi qu'un nombre plus faible d'arrêts dans la coulée continue.
Elle concerne également l'installation pour
la mise en pratique du procédé.
La coulée en continu de métaux et d'alliages j a fait l'objet, ces dernières années, d'études approfondies.
Dans un procédé de coulée en continu, on utilise un ajutage en graphite massif, dans lequel le métal en fusion est solidifié, et peut être extrait vers l'extérieur de façon continue à travers l'ajutage. Il existe plusieurs types de machines de coulée basées sur ce principe.
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1) coulée verticale, dans laquelle l'ajutage en graphite équipé de son refroidisseur est fixé au fond
de la cuve (le four) contenant le métal en fusion, et l'ex- traction s'effectue verticalement vers le bas i
2) coulée horizontale, dans laquelle l'a- jutage avec son refroidisseur est fixé sur le côté du four et l'extraction s'effectue dans une direction horizontale.
Sauf en ce qui concerne la direction de l'extraction, les deux procédés sont semblables. Chacun
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fusion, et l'ajutage en graphite doit traverser la maçonnerie du four. En conséquence, la maçonnerie doit comporter une
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breuses difficultés dans l'application du procédé. En pre- lieu
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façon étanche à la paroi de la cuve de fusion, de telle ! sorte que le métal en fusion ne puisse fuir à travers une fissure quelconque. Cette exigence entraine une surveillance
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second lieu, la partie de la paroi de la cuve de fusion à laquelle est attaché l'ajutage doit être libérée du métal en fusion lorsque l'on change l'ajutage (la cuve de fusion
<EMI ID=7.1> doit être, soit vidée, soit basculée). En conséquence, lorsque l'on emploie plusieurs ajutages, il faut les changer tous en même temps, auquel cas le rapport durée/profit de l'ajutage est peu intéressant. En outre, en cas de trouble de fonctionnement, le métal en fusion peut passer à travers l'ajutage et endommager l'équipement et blesser les ouvriers. Du fait que l'ajutage et son refroidisseur doivent être fixés de façon étanche à la paroi de la cuve de fusion, l'alignement de l'ajutage et de l'installation d'extraction
est difficile et astreignant ; cet alignement est même rendu plus difficile par les déplacements provoqués par la dila.tation thermique de la paroi de la cuve de fusion.
La forme de l'orifice de l'ajutage en graphite détermine la forme de la section transversale de la pièce coulée. Cette forme peut être circulaire ou.de différents profils. Par ailleurs, on peut couler des objets tubulaires en équipant l'ajutage d'un noyau en graphite. Cependant, dans ce cas, la coulée est plus difficile et l'ajutage doit être changé plus souvent.
Il est possible de placer l'équipement de coulée au-dessus de la surface libre du bain de fusion, de telle sorte que la coulée, ou l'extraction s'effectuent
vers le haut. Dans ce cas, on peut éviter les inconvénients énumérés ci-dessus.
Une coulée vers le haut analogue de ce genre a été décrite dans le brevet Etats-Unis d'Amérique n[deg.]2 171 132
(21 août 1939) le métal fondu est soulevé par une succion s'exerçant dans la zone de refroidissement, où il se solidifie, et la barre formée peut être tirée en continu vers
le haut.
Selon ce brevet, la zone de refroidissement est formée par une pièce tubulaire verticale, dont le diamètre interne détermine le diamètre de la barre coulée. A l'extrémité inférieure de cette pièce tubulaire, est raccordé un prolongement en matériau réfractaire, dont le but est de conduire le métal en fusion de la cuve de fusion à la zone de refroidissement, ou au tube mentionné ci-dessus.
Il est, cependant, très difficile de raccorder l'une à l'autre deux pièces en matériaux différents de façon si hermétique que le métal en fusion ne puisse s'infiltrer dans une crique ou une cavité quelconque, particulièrement lorsque les températures des deux pièces sont différentes et qu'elles se dilatent thermiquement de façon différente. Le métal en fusion s'infiltre dans chaque petite cavité, poussé par sa pression interne, et s'y solidifie. La mince surface extérieure en cours de solidification de la barre tirée adhère à ces particules solidifiées, et il en résulte au moins une fissuration de la surface, et probablement un arrêt de la coulée.
Avec le procédé de coulée en continu selon la présente invention, les inconvénients précités peuvent être évités.
La présente invention est fondée sur l'idée qu'un ajutage, par exemple un ajutage en graphite, est placé au-dessus de la surface libre du bain en fusion, de sorte que, seule l'extrémité inférieure de l'ajutage est immergée dans le métal en fusion, son extrémité supérieure étant entourée par un refroidisseur et que le métal en fusion est soulevé jusqu'à la partie supérieure refroidie de l'ajutage par succion. Le dispositif de succion est raccordé par un tube d'aspiration à la partie supérieure du refroidisseur. Ce tube a trois fonctions simultanées : supporter l'ajutage et le refroidisseur, amener l'eau de refroidissement au refroidisseur et l'en emmener, et refroidir après coup, la pièce coulée.
Plusieurs ajutages identiques à celui-ci peuvent fonctionner au-dessus de la même cuve de fusion.
Cette disposition présente les avantages suivants
1) chaque ajutage de coulée peut être remplacé, et l'on peut commencer ou interrompre la coulée sans déranger les autres ajutages ;
2) le métal en fusion ne peut jamais sortir accidentellement à travers les ajutages
3) la dimension de l'ajutage est la plus faible possible, du fait que l'on élimine les traversées difficiles de maçonnerie, ainsi que les risques d'efforts de torsion en résultant et les exigences dimensionnelles. Il en résulte que l'on peut réduire au minimum la quantité de graphite d'usure coûteux, et que les dispositifs sont de petite taille, de telle sorte que l'on peut en monter plusieurs sur la même cuve de fusion
4) l'entretien des trous dans la maçonnerie pour monter les ajutages est totalement éliminé
5) l'ajutage est toujours aligné avec le dispositif d'extraction, du fait qu'il peut être raccordé
à ce dernier par des parties structurales rigides et qu'il est indépendant des parties structurales du four
6) le four lui-même n'a plus besoin d'être basculable, et par voie de conséquence, sa structure est simplifiée.
Par ailleurs, le procédé de coulée présente
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1) le front de solidification, ou l'interface entre le métal en fusion et le métal solidifié, est perpendiculaire à l'axe longitudinal de la pièce coulée, tandis qu'il est incliné sur cet axe dans la coulée horizontale. Il est évident que ceci constitue un avantage, particulièrement lorsqu'on coule un tuyau, car un front de solidification oblique autour d'un noyau conique provoque un excentrement dans la paroi du tuyau. A cet égard, la coulée ascendante est comparable à la coulée verticale descendante ;
2) de même, dans la coulée ascendante, la pesanteur n'applique pas trop fortement la pièce coulée contre la surface inférieure, d'où il résulterait un refroidissement et une usure de l'ajutage non uniforme
3) le métal en fusion dans le four est toujours plus chaud, et par voie de conséquence, plus léger que le métal en fusion le long du front de solidification. Ces différences de densité entrainent des courants dans le bain en fusion, de telle sorte que, au voisinage des parois de l'ajutage, le bain refroidi s'enfonce, et que, dans le milieu, le bain chaud s'élève vers les parois le long de la surface de solidification. Ainsi, un courant continu de bain de fusion frais nettoie la surface de solidification, empêchant les impuretés (par exemple des gaz) de se concentrer, en avant de la surface de refroidissement, et de provoquer ainsi des pailles dans la pièce coulée
4) la pression métallo-statique régnant à l'intérieur de l'ajutage peut être réduite dans de plus fortes proportions dans la coulée ascendante que dans tous les autres procédés de coulée. En outre, cette pression a
la même valeur tout autour de l'ajutage, ceci étant le contraire de la coulée horizontale dans laquelle la pression est plus grande sur la surface inférieure que sur la surface supérieure. La faiblesse de cette pression est un avantage <EMI ID=9.1>
superficielle déjà solidifiée contre la surface interne de l'ajutage, et crée ainsi des forces de frottement proportionnelles à la pression.
La réduction de la pression réduit les
forces de frottement et, en premier lieu, réduit l'usure
du graphite, et, en second lieu, limite la fissuration de
la mince couche superficielle solidifiée lorsque celle-ci glisse le long de la surface de l'ajutage.- Au voisinage du point de fusion, les métaux sont souvent fragiles et ne sup- ; portent l'effort de cisaillement provoqué par les forces de frottement; dans la coulée ascendante, l'effort est le
plus faible possible.
L'importance de la dépression peut être rendue suffisamment grande (par exemple en allongeant l'a- jutage) pour faire échapper les gaz du bain de fusion, permettant ainsi de réaliser une coulée en continu sous vide.
Dans ce qui suit, le procédé selon l'inven- tion sera décrit avec plus de détails en se référant aux dessins joints, sur lesquels deux formes d'exécution du procédé de coulée selon l'invention sont donnés à titre
<EMI ID=10.1> la figure 1 est une vue latérale en coupe d'un dispositif selon l'invention pour la coulée en conti- nu de barres et de fils; la figure 2 est une vue similaire d'un ' <EMI ID=11.1>
tinu de tuyaux.
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la coulée à des fils ou des barres pleines. Le repère 7 indique l'ajutage en graphite dont l'extrémité inférieure
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Son extrémité supérieure est entourée par le refroidisseur
6. Des tubes concentriques 3, 4 et 5 constituent avec le
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du bâti 2, se trouve une pièce interchangeable 1, qui présente une ouverture correspondant à l'objet à couler, et qui sert de garniture d'étanchéité contre la pression de
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tube 5 par l'ouverture C cette dépression soulève le métal fondu Jusqu'à la zone de refroidissement de 1 ajutage.
L'extrémité inférieure du tube 5 est soudée au refroidisseur 6, et son extrémité supérieure est raccordée de façon hermétique au bâti 2. L'eau de refroidissement pénètre par l'ouverture A dans le bâti 2, et circule d'abord dans l'espace compris entre les tubes 3 et 4, pour arriver à la partie inférieure du refroidisseur 6. Elle arrive alors dans l'espace étroit compris entre le tube 4 et l'enveloppe intérieure du refroidisseur 6, à un endroit où le refroidissement est particulièrement efficace du fait de l'augmentation de la vitesse. De là, l'eau circule vers le haut le long de l'espace libre entre les tubes 4 et 5, pour s'évacuer par l'orifice B. L'eau refroidit simultanément le produit coule tiré vers le haut à l'intérieur du tube S. L'équipement d'extraction se trouve, comme d'habitude, au-dessus
de la partie 1 pour obtenir une coulée en continu, et, si nécessaire, on y trouve également des dispositifs de coupe et de bobinage.
Un dispositif selon la figure 1 peut être employé pour couler des barres de dimensions différentes. Il suffit à cet effet de remplacer l'ajutage 7 et la garniture d'étanchéité 1 à l'extrémité supérieure. Le dispositif représenté a été expérimenté pour couler des produits dont: les diamètres vont de 2 à 20 un.
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exemple des alliages qui attaquent le graphite de l'ajutage) peuvent être coulés avec le procédé décrit, car lu rempla- cement de l'ajutage ne perturbe pas de façon notable la marche du four.
Si l'on considère la figure 1 comme une section transversale dans une lingotière plate plus longue,
elle représente alors un dispositif pour couler des produits en plaques.
La figure 2 représente une application du procédé à la coulée d'ébauches tubulaires. A l'extrémité inférieure du dispositif, se trouve une pièce d'embouchure extérieuro tubulaire 9 en graphite dont le diamètre intérieur détermine le diamètre extérieur du tube à couler et un noyau conique 8, dont l'extrémité inférieure est raccordée à la partie extérieure 9, le noyau déterminant le di&mètre interne du tuyau et, de ce fait, l'épaisseur de la paroi du tuyau. Dans le noyau, se trouvent des canaux 10, pour amener le métal en fusion dans le creux annulaire de l'ajutaQe 11.
Les éléments de refroidissement sont constituée par un bâti 13, auquel sont fixés un tube extérieur
14, un tube intérieur 15 et un tube intermédiaire 16. Les tubes extérieur et intérieur sont raccordés, à leur extrémité inférieure, par le refroidisseur 17 de l'ajutage. Le tube intermédiaire 16 s'étend aussi loin que possible dans l'intérieur du refroidisseur et forme, avec la jaquette interne du refroidisseur, un intervalle étroit où la vitesse de l'eau
de refroidissement s'accroit pour rendre le refroidissement plus efficace. L'eau de refroidissement pénètre par l'ou- verture A dans le bâti 13. Elle circule dans l'espace compris entre les tubes 14 et 16, jusqu'à la partie inférieure du refroidisseur de l'ajutage, et de là, elle circule à travers l'espace étroit précité pour arriver dans l'espace compris entro les tubes 15 et 16. De là, elle circule vers le haut pour s'évacuer finalement par l'ouverture B du bâti. En même tempo, elle refroidit le tube coulé à étirer vers le
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Le bâti 13 est fixé de façon hermétique par
des cornières 12 ou éléments de fixation à la chambre 18 sous dépression située au-dessus, dans laquelle la dépression nécessaire est maintenue par une succion appropriée.
La chambre de dépression comporte des dis- positifs d'extraction et de coupe nécessaires (non représentés sur la figure), et les dispositifs pour enlever le
tuyau coulé.
Les dispositifs salon la figure 1 furent utilisés pour couler une barre en bronze selon DIN CuSn6,
avec un diamètre de 17 mm. La température du métal en fusion
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refroidisseur était une pression standard de 500 mm., et
la vitesse de circulation de l'eau de refroidissement cor- respondait à 15 litres/minute. Dans ce cas, la production était 50 cm/minute, ou 60 kg/heure par ajutage.
L'invention n'est pas limitée aux exemples
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différentes. On peut ainsi couler en continu tous les types de profilés selon le procédé de l'invention.
i
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1. Procédé en continu pour la coulée ascen-
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lequel, à l'aide d'un ajutage vertical, le métal en fusion est aspiré au-dessus du bain de fusion et le produit solidifié est tiré vers le haut en étant refroidi de façon continue, caractérisé en ce que l'ajutage est fixe, et que seule, son extrémité inférieure est immergée dans le métal en fusion en ce que le métal en fusion est aspiré jusqu'à la partie supérieure refroidie de l'ajutage, où le produit, qui est retiré de l'ajutage par traction, se solidifie suffisamment pour supporter cette traction 1 et en ce que le produit est en outre refroidi au-dessus de l'ajutage dans une zone ayant un diamètre au moins légèrement supérieur
à celui de l'objet à couler.