Appareil de coulée en continu sous vide Le brevet principal a pour objet un appareil de coulée en con tinu sous vide par exemple de métaux ou d'autres matériaux néces sitant un bon dégazage et ou réagissant facilement à chaud en pré sence de l'atmosphère, comprenant un récipient dans lequel la matière à écouler est conservée à l'état liquide, une lingotière re froidie alimentée par le récipient et ayant un passage dont le profil correspond au profilé à obtenir, le tout dans une enceinte mainte nue sous vide, et un sas dynamique permettant la sortie en conti nu du profilé à travers la paroi de l'enceinte sans rupture du vide régnant dans l'enceinte,
ce sas étant constitué d'une série de chambres d'aspiration communiquant entre elles par des joints dynamiques alignés sur l'axe du profilé et dont les lumières per mettent le passage du profilé avec maintien d'un écart de pression limité d'une chambre à la suivante.
Ainsi dans une enceinte à vide se trouvent une poche de métal fondu et la quenouille réglant son débit ou tout autre dispositif équivalent tel qu'un four à bombardement électronique ou un four à arc dont on peut également régler avec une grande préci sion le débit en agissant sur la puissance de la source de fusion, une lingotière refroidie et interchangeable, un appareil pour mesu rer le niveau du métal dans la lingotière, un sas à vide dynamique, et enfin une ou plusieurs douches placées à l'extérieur de la cham bre à vide.
Le sas dynamique est constitué par une succession de chambres d'aspiration (par exemple de une à cinq réunies chacune à une pompe ou à un groupe de pompes dont le type dépend de la pression régnant dans la chambre correspondante et du débit à assurer, les chambres étant séparées entre elles par des diaphrag mes dont la section a été déterminée de telle façon que l'intervalle compris entre le produit coulé et le diaphragme offre à tout ins tant une impédance telle que la masse d'air qui franchit le dia phragme soit inférieure au débit de la pompe.
Cette condition es sentielle pour le bon fonctionnement de l'appareil se traduit par une exigence très précise vis-à-vis de la pression métallostatique à la hauteur du sas et par conséquent elle conduit à une faible tolé- rence vis-à-vis du niveau dans le haut de la lingotière, ce qui en traîne à son tour un réglage très minutieux de la position de la quenouille de la poche de métal fondu ou de la puissance appli quée au four à arc ou à bombardement électronique.
Un tel sas permet le passage en continu du vide à l'air d'un barreau de section constante, tel qu'une barre pleine, un tube avec noyau, un profilé ou une trame. La marge de tolérance entre la section du produit de coulée et celle de chaque diaphragme doit être en règle générale inférieure au millimètre surtout pour de fortes sections de rame ou de profilé afin que le débit d'air entrant à travers le diaphragme demeure en permanence inférieur au débit du dispositif de pompage situé dans la chambre suivante.
Il y a lieu de noter qu'il est important que l'intervalle entre le produit de coulée et le diaphragme soit sensiblement le même sur tout le périmètre de la section. En effet, en cas de défaut de cen trage du produit de coulée, la pièce serait placée d'un côté à proximité immédiate du diaphragme tandis que de l'autre côté il apparaîtrait par exemple un intervalle de l'ordre de 2 mm corres pondant à une forte diminution d'impédance entraînant une aug mentation importante du débit d'air d'une chambre vers la cham bre suivante, cet écoulement peut alors devenir supérieur au débit maximal de la pompe de cette chambre et provoquer une rentrée de pression dans l'enceinte.
La détermination de la section à donner aux diaphragmes pré sente des difficultés lorsque la section du produit de coulée aug mente ou lorsque la vitesse d'extraction devient assez élevée. La lingotière détermine en effet la section du produit de coulée à con dition qu'il ne se produise aucune déformation ni gonflement après la sortie de la lingotière. Or, dans la plupart des cas, la soli dification dans la lingotière ne se produit que sur une épaisseur relativement faible.
Il en résulte que la coque solide, en cours d'épaississement, peut se déformer sous l'effet de la pression mé- tallostatique. Ce phénomène devient très marqué lorsque le pro duit coulé présente des faces de grande surface comme c'est le cas dans la coulée d'une brame de section rectangulaire dont la lon gueur est plus du double de sa largeur; c'est également le cas lors que la section du produit coulé devient très importante même si les diverses faces de la pièce ont des surfaces sensiblement égales (section carrée par exemple):
une grande proportion du métal de meure alors à l'état liquide et exerce une pression métallostatique très importante sur la coque solidifiée.
Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients. L'appareil de coulée en continu sous vide selon l'invention de métaux ou d'autres matériaux nécessitant un bon dégazage et/ou réagissant facilement à chaud en présence de l'atmosphère, est ca ractérisé en ce que chaque chambre d'aspiration du sas est munie de rouleaux de maintien dotés de moyens de refroidissement et de centrage.
Deux modes de réalisation de l'appareil objet de l'invention seront décrits, à titre d'exemple, en regard du dessin annexé dans lequel Les fig. 1 et 2 représentent une coupe schématique du passage d'une brame dans un sas à trois éléments.
La fig. 3 est une vue de dessus du premier mode de réalisation. Les fig. 4 et 5 sont respectivement une vue du dessus et une coupe du second mode de réalisation.
Sur les fig. 1 et 2 une brame 1 de section rectangulaire vue par sa section droite au sein d'un sas rigide à trois étages, est mainte nue par trois trains de deux rouleaux respectivement 2 et 2' dans la chambre inférieure 5, 3 et 3' dans la chambre intermédiaire 6 et 4 et 4' dans la chambre supérieure 7. La chambre 5 est séparée de l'air ambiant par un diaphragme 8. Les chambres 5 et 6 sont séparées par le diaphragme 9 et les chambres 6 et 7 sont séparées par le diaphragme 10. La chambre 7 est séparée de l'espace conte nant la lingotière par le diaphragme 11.
Les rouleaux sont au contact direct avec la coque solide du lingot encore portée à haute température. Il en résulte une nécessi té absolue de refroidir activement ces rouleaux. Ce refroidisse ment est obtenu en créant dans le cylindre une arrivée d'eau par un canal axial 12 pénétrant dans le rouleau le long d'un arbre creux.
Ce canal se subdivise ensuite en un certain nombre de ca naux radiaux, ces différents canaux sont prolongés par des canaux périphériques 13, parallèles à l'axe et situés à assez faible distance de la périphérie, l'eau est rassemblée à l'autre extrémité du rou leau dans une canalisation axiale contenue dans l'arbre creux de façon parfaitement symétrique par rapport au circuit d'entrée. Les divers diaphragmes soumis à un rayonnement intense sont égale ment refroidis par une canalisation telle que la canalisation 14.
Un circuit de refroidissement 16 du corps du sas comprend un joint d'étanchéité 17 entre la chambre 5 et la chambre 6.
La fig. 3 présente quelques détails caractéristiques complémen taires concernant le cas de la coulée d'une brame de section im portante. II s'exerce alors une pression métallostatique très élevée sur la coque solide de la brame qui tend à se déformer et à trans mettre des efforts très importants aux galets de maintien. Il peut alors être nécessaire de renforcer de manière importante la struc ture du sas. Dans le sens de la plus grande dimension de la brame, on a disposé, au niveau de chaque étage, deux profilés métalli ques 18 et 18' reliés par des traverses métalliques 19 boulonnées aux précédentes. Des poutrelles 20 confèrent à cet échafaudage une rigidité complémentaire.
Le corps du sas 21 comporte une prise de vide 22 et 22', un circuit de refroidissement des galets comprenant une entrée axiale du circuit de l'eau 12 et une sortie axiale 12' de l'eau. On remar que en 24 un joint d'étanchéité au vide de l'axe tournant du ga let 2. En<B>25,</B> on note un circuit à eau de refroidissement externe 25 de l'élément de sas. De même, la prise de vide 22 est dotée d'un circuit de refroidissement 26.
Une autre caractéristique importante du dispositif est consti tuée par le système de réglage de la pression exercée par les rou leaux sur la brame qui comprend des vis de tension 27 et 28 régla bles par rotation. On peut ainsi exercer indirectement une pres sion sur l'arbre du galet ou du rouleau et produire un déplace ment de faible amplitude de son axe dans son logement.
On peut ainsi agir sur la coque solide de la brame pour amener les dimen sions de celle-ci à demeurer très légèrement inférieures à celles du diaphragme placé immédiatement en aval et le dispositif de ré- glage permet également de procéder à un recentrage de la pièce par rapport à son diaphragme.
Lorsque la section du produit coulé devient très importante, il est nécessaire d'exercer de toutes parts une pression sur la brame quelle que soit sa forme. Les figures 4 et 5 décrivent le cas de la coulée d'une brame de section carrée dans un sas dynamique. On y reconnaît en 42 la billette carrée coulée et les axes 35 et 36 ap- partenant respectivement aux rouleaux 31 et 32. En 43, on a re présenté une partie de la conduite d'amenée de l'eau destinée au refroidissement du rouleau 31. Cette conduite 43 alimente, après un coude, le canal axial d'amenée de l'eau dans le rouleau 31.
En 44, on fait apparaître le canal axial d'amenée de l'eau au rou leau 32. En 14, on voit le circuit de refroidissement du diaphrag me.
Pour des commodités de structure, les axes 34 et 35 respective ment des rouleaux 30 et 31, sont disposés sur un plan plus élevé que les axes 36 et 37 correspondant respectivement aux rou leaux 32 et 33. Cette chambre à vide comprend deux prises de vide 38 et 38' ainsi que des arrivées de canalisations d'eau. Les chambres sont assemblées les unes au-dessus des autres grâce aux trous de fixation 39. Des positionneurs 40 et 40' sont constitués alternativement par un évidement cylindrique ou par un téton de diamètre très légèrement inférieur à l'évidement de façon à assurer un centrage parfait des diaphragmes les uns au-dessus des autres. Un joint d'étanchéité 41 est placé entre les deux chambres succes sives.
Il va de soi que la structure du sas réalisé par l'assemblage des chambres décrites ci-dessus peut être renforcée extérieurement par un échafaudage formé de cornières et de profilés comme le repré sente la fig. 3.
De même le réglage de la pression et le centrage de la billette peuvent être assurés pour l'un ou l'autre des deux rouleaux ou si multanément pour les deux grâce à des vis de tension telles que celles qui sont figurées en 27 et 28 à la fig. 3 ou par tout autre sys tème connu dans lequel par exemple un excentrique peut modifier légèrement la position de l'axe en présence d'un ressort antago niste.
L'appareil formant les chambres d'aspiration du sas dynami que décrit jusqu'ici est constitué d'éléments identiques dont l'as semblage a été facilité par la présence de joints d'étanchéité et de positionneurs. II est évident qu'une chambre formée d'éléments identiques et démontables est à l'usage plus économique qu'un dispositif complètement soudé.
Par ailleurs, un appareil de coulée sous vide peut être mis en oeuvre pour une coulée horizontale ou la fabrication des produits cintrés à la sortie de la lingotière ou même à la sortie d'une lingo- tière déjà cintrée elle-même. Le dispositif décrit précédemment est parfaitement adapté pour être mis en oeuvre dans le cas présent. II y a lieu simplement de donner au sas la forme correspondant à la pièce cintrée en gardant les diaphragmes perpendiculaires à la sur face du métal au point d'étranglement des chambres de pompage.