Procédé de coulée de lingots. Dans la fabrication d'objets métalliques, la coulée d'un lingot est souvent une opération préliminaire. Comme cela est bien connu, la facilité et le coût des opérations ultérieures de la fabrication de barres, tiges, tôle, fils, etc. dépend, dans une grande mesure, de la qualité du lingot, et la fabrication de ce dernier est une opération critique.
Une des phis impor tantes caractéristiques d'un lingot est la nature de sa surface; si celle-ci est de mauvaise qua lité (lu fait de criques, de piqûres, d'occlusions ou autres défauts, les opérations ultérieures, telles que le forgeage, le laminage ou l'étirage, conduiront à l'obtention d'une proportion éle vée de produits défectueux et il peut même être nécessaire de mettre tout le lingot au rebut. Pour obtenir une surface de lingot acceptable, il est souvent nécessaire d'enlever des défectuosités par rabotage ou meulage local ou même d'enlever toute la surface par coupage à l'oxygène ou usinage. Le coût de ces opérations, en main-d'ceuvre et en métal perdu, est souvent un facteur principal du prix des objets finis.
Le problème de la coulée de lingots à sur face (le bonne qualité se pose pratiquement dans le cas (le tous les alliages à point de fusion élevé, y compris les ferro-alliages ou aciers spéciaux et même les aciers au carbone. Des pourcentages élevés de métaux d'alliage, tels que le chrome, le moltbdène, le nickel et le vanadium donnent souvent des compositions avec lesquelles il est notoirement difficile de faire des lingots ayant des surfaces accepta bles.
La présente invention se propose de remé dier à ces difficultés.
Elle a pour objet un procédé de coulée de lingots, caractérisé par le fait que l'on coule dans une lingotière un métal présentant une température d'au moins 1200 , dans des conditions telles que le métal soit séparé des parois de la lingotière, jusqu'à sa solidifica tion, par une couche d'une matière silicatée dont le point de fusion est inférieur à celui du métal coulé et incapable de donner lieu au dégagement de gaz ou de vapeurs à la tempé rature de coulée du métal.
On peut obtenir de différentes façons la couche voulue de matière silicatée fondue. Ainsi, on peut fondre cette matière dans un récipient approprié et la verser dans la lingo- tière de manière à la. remplir complètement, ou bien on peut remplir partiellement la lingo- tière de matière fondue et verser le métal par dessus, de sorte que la couche montante de matière silicatée qui surnage forme un revête ment dans les zones successives de la paroi de la lingotière.
La partie de la matière silieatée qui ne se solidifie pas au contact des parois intérieures de la lingotière peut être rejetée, ou on peut la laisser couler par un trou placé en un endroit convenable, ou bien on peut la laisser dans la lingotière. Si la matière en excès reste jusqu'à ce qu'on verse le métal, ce dernier la déplace, elle monte et déborde en haut de la lingotière. Il est indiqué que la matière silicatée présente lorsque l'on verse le métal soit à une température assez élevée pour éviter un refroidissement important. du métal, supérieure au point de solidification de celui-ci.
La densité sera. d'ordinaire inférieure à celle du métal en jeu. a Sous certaines conditions, on peut utiliser la chaleur dégagée par des réactions chimi ques exothermiques, telles que celles entre l'aluminium ou le silicium et des agents oxy- dants énergiques, pour porter la matière sili- eatée soit. dans la lingotière, soit à l'exté rieur à la température voulue;
dans ce cas, les produits non volatils de la réaction exo thermique s'incorporent normalement dans la matière silieatée. Lorsqu'on utilise une réac tion exothermique de ce genre, elle doit être terminée avant clé verser le métal fondu clans le moule.
On peut d'ailleurs élever la température clé la matière silicatée pendant qu'elle est. clans la. lingotière en chauffant électriquement. Cet expédient est intéressant, en particulier lors que, pour une raison queleonque, la matière s'est. indfiment refroidie.
Comme il peut s'éeouler un certain temps entre la préparation de la lingotière. et la. coulée du métal, il peut être bon que la matière silieatée soit, au début, à une température sensiblement supérieure au point de solidifica tion du métal. Toutefois, lorsqu'on enlève la matière silicatée liquide en excès avant de verser le métal, cela a moins d'importance.
Il est évident qu'une couche silicatée ne se forme pas automatiquement dans tous les cas lorsque la matière silicatée fondue est mise au contact de la paroi. Cela dépend de la tem pérature de ladite matière, de celle de la lingo tière et d'autres facteurs encore. Mais les con- clitions favorables peuvent être aisément déter minées.
Afin que le métal fondu ne puisse pas tra verser la. couche en matière silicatée, celle-ci doit avoir une épaisseur sensible. Lorsque l'on retire de la lingotière un lingot coulé confor mément à l'invention, la. couche adhère nor- malement au lingot, mais on l'en sépare facile ment.
On a constaté qu'elle a d'ordinaire une épaisseur considérable, par exemple de 0,8 à 11,5 min. Dans beaucoup de cas, cette épaisseur est d'environ 1,5 mm, quoiqu'elle varie en dif férents points d'un même lingot. Une eouelie d'une épaisseur excessive donne un petit lingot et n'a. pas d'intérêt. Elle peut également gêner l'enlèvement du lingot de la lingotière.
On a appliqué le procédé selon l'invention à la coulée de lingots en différents ferro alliages et également en alliages ne contenant qu'une faible proportion de @ fer. On a mis en couvre surtout clés métaux qu'il est. très difficile de couler en lingots avant des sur faces acceptables.
On peut citer les suivants: Aciers S.A.E. 2320 contenant 3,5010 (le Ni et 0,20% de C; Aciers inoxydables, elironie-nickel, clés types 18-8, 25-1_2 et 25-20; Aciers au chrome, sans nickel (inoxydables), contenant 17% de Cr ou de 11 à 14% (le Cr;
Alliages résistant aux acides de composition: Ni 64,61/o, llo 28,7%, Fe 4,911/o, V 3,8"/o, C 0,002 %; Alliages résistant aux acides clé composition:
Ni 55,8%, lIo 16,8 /o, Cr 16,4%, 1V 3,86%, Fe<B>5J</B> %, C 0,05010.
Ces aciers ont des points de fusion de 1.400 à 1500 environ, ceux contenant des pourcen tages élevés à. la fois de nickel et de chrome ayant. les points clé fusion les plus bas. Les alliages non ferreux, sans chrome, mentionnés ont les points de fusion de l'ordre de 1320 à 1350 , tandis que les points (le fusion des alliages non ferreux contenant. (lu chrome sont compris entre 1270 et 1305 . Par suite, le pré sent procédé s'applique principalement. à la coulée des métaux dont les points (le fusion sont supérieurs à 1200 , mais pas sensiblement plus élevés que 1500 .
On a utilisé une grande variété de silicates pour l'exécution dudit procédé. La majorité de ceux-ci étaient des silicates de calcium ma gnésiuni-aluminium, mais on a. également essayé d'autres silicates, en particulier le sili cate de sodium. Dans beaucoup de cas, on a ajouté du spath-fluor (fluorure de calcium) pour augmenter la fluidité de la masse à la température de coulée du métal.
Les silicates
EMI0003.0004
I <SEP> II <SEP> III <SEP> IV <SEP> V <SEP> VI <SEP> VII
<tb> CaO <SEP> 37,0 <SEP> 33,17 <SEP> 27,66 <SEP> 25,1 <SEP> 25,4 <SEP> 15,6 <SEP> M<B>9</B>0 <SEP> 11,0 <SEP> 8,56 <SEP> 9,72 <SEP> 8,78 <SEP> 7,5 <SEP> - <SEP> MnO <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 59,51
<tb> Na2O <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 10,0 <SEP> 9,0 <SEP> Fe0 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> 2,16
<tb> A1203 <SEP> 11,7 <SEP> 9,38 <SEP> 1,32 <SEP> 3,76 <SEP> 7,5 <SEP> 19,9 <SEP> SiO2 <SEP> 24,3 <SEP> 33,00 <SEP> 53,52 <SEP> 42,84 <SEP> 49,6 <SEP> 53,8 <SEP> 34,48
<tb> CaF2 <SEP> 16,0 <SEP> 13,63 <SEP> 4,79 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> - Un silicate (le sodium ayant donné de bons lingots contenait: Na20 31,9 %, SiO2 63,5 %.
Comme on le voit, le rapport des bases aux acides varie, clans ces silicates, dans une gamme considérable. On appelle souvent ce rapport rapport de base et, dans le cas présent, c'est. le rapport. du nombre total des moles des bases (p. ex. Ca.O, MgO et Na20) aux moles (le silice présentes, l'alumine et le fluorure de calcium étant laissés de côté. On a obtenu de bons lingots lorsque le rapport de base, ainsi calculé, descendait jusqu'à 0,5 ou s'élevait jus qu'à 1,5 et, avec des précautions appropriées, on peut admettre des rapports descendant jus qu'à 0,3 ou montant, jusqu'à 1,75.
Des compo sitions dans lesquelles la fraction basique est constituée surtout par un ou plusieurs oxydes alcalino-terreux et dont le rapport de base n'est pas inférieur à 0,8 sont préférables, car elles ont une plus faible viscosité, sur une gamme étendue de températures, que les sili cates plus acides. Par exemple, avec ces subs tances préférées, la viscosité peut être infé rieure à 25 poises, même à 1200 .
Les silicates ayant de plus faibles rapports de base tendent à avoir une viscosité nette ment plus élevée lorsque la température tombe et. ils deviennent trop pâteux pour fonctionner convenablement si on les laisse refroidir très vite. Les silicates de sodium ci-dessus cités et les verres, en général, se comportent ainsi. Ils coulent lentement, à moins d'être très chauds et ils tendent, à former des Bouches d'épaisseur de Ca, Mg et A1 des exemples I à V du tableau ci-dessous ont donné d'excellents résultats, ainsi que les silicates des exemples VI et VII. excessive. De même, lorsque le rapport de base tombe, la conductibilité électrique des silicates diminue, de sorte qu'ils ne peuvent fondre commodément dans un four à arc, qui est l'appareil préférable pour les faire fondre.
Toutefois, des silicates à faible rapport de base donnent souvent des lingots ayant d'ex cellentes caractéristiques de surface.
Quoique plusieurs des matières silicatées données comme exemples contiennent à la fois du calcium et du magnésium et que cette com binaison donne satisfaction, à la fois indus triellement et économiquement, il existe de nombreuses compositions pouvant convenir, dans lesquelles un de ces métaux ou les deux sont remplacés par des métaux alcalins, comme le silicate de sodium cité, ou par d'autres mé taux.
Les propriétés que l'on demande à la matière silicatée sont la non volatilité à la température de coulée du métal, une fluidité suffisante à la température de solidification du métal, une aptitude à faire un revêtement continu sur la paroi de la lingotière dans les conditions indiquées, l'absence d'action nui sible sur le métal du lingot et sur la lingotière et une stabilité à la température de coulée telle qu'il ne se dégage pas de gaz en quantité suffi sante pour empêcher la présence d'une inter face régulière lingot-silicate, donnant, au refroidissement, un lingot à surface ininter rompue. On peut obtenir ces propriétés avec des silicates présentant une grande variété de constituants basiques.
Pour réduire au mini- mum l'agitation du métal pendant qu'il se refroidit, il faut éviter que des réactions chi miques continuent à se produire dans le sili cate, et la matière silieatée doit être, autant que possible, de composition homogène avant de verser le métal.
Dans la coulée de lingots, telle que prati quée jusqu'ici, il arrive souvent qu'il n'est pas économique de verser le métal à des tempéra tures aussi élevées que cela serait à souhaiter du fait des détériorations qui en résulteraient pour les lingotières. Lorsqu'une lingotière est revêtue d'une couche protectrice comme dans la forme de réalisation préférée de l'invention ci-dessus décrite, on évite cette difficulté et l'on peut. porter la température du métal à sa valeur optimum. De même, il est bon de ré chauffer les lingotières à des températures plus élevées que celles couramment utilisées.
Le réchauffage est, en général, limité afin que le refroidissement du métal fondu puisse se faire plus rapidement et, par suite, endom mage au minimum la lingotière. La présente invention supprime cette limitation et per met de réchauffer avec sécurité la lingotière à la température désirée. II est bon de r6chauf- fer à au moins 150 .
Lorsque l'on prépare la matière silicatée dans un récipient autre que la lingotière, sa température est ordinairement d'au moins 1500 lorsqu'on la met dans la lingotière et, si on la chauffe dans la lingotière, par exemple par réaction exothermique, il est indiqué de la porter à une température élevée du même ordre. On est sûr ainsi qu'après le refroidisse ment qui se produit inévitablement avant la coulée du métal, la matière est encore bien au-dessus du point de solidification du métal à ce moment.
Dans le même but, il est bon de verser le métal aussi vite que possible après que la matière silicatée a atteint sa tempéra ture maximum dans la lingotière; par exemple, avec des lingots de 180 kg, il est préférable que cet intervalle ne soit \ pas plus de deux minutes.