EP0648563B1 - Procédé de moulage de pièces en fonte ou en tout autre métal présentant une température de fusion élevée - Google Patents

Procédé de moulage de pièces en fonte ou en tout autre métal présentant une température de fusion élevée Download PDF

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EP0648563B1
EP0648563B1 EP19940402317 EP94402317A EP0648563B1 EP 0648563 B1 EP0648563 B1 EP 0648563B1 EP 19940402317 EP19940402317 EP 19940402317 EP 94402317 A EP94402317 A EP 94402317A EP 0648563 B1 EP0648563 B1 EP 0648563B1
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cast iron
cast
casing
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Jacques Peulve
Jean-Paul Becue
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AFE ENVIRONNEMENT
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AFE ENVIRONNEMENT
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product

Definitions

  • the subject of the present invention is a process for casting cast iron parts or all other metal with a melting temperature high.
  • a first method consists in using a sand mold into which the cast iron is poured. This process is generally implemented to carry out large volumes requiring a unit manufacturing. Now sand is a material likely to be contaminated in contact with cast iron radioactive. Also, to be used in a nuclear installation ventilated and continuously in depression, the cast iron parts thus molded must have their radioactivity checked. This process therefore leads to a large amount of waste including disposal is expensive.
  • a second method consists in using a shell mold having an internal shell and an outer shell between which the melting.
  • the shells are then cooled, generally by a circulation of fluids, for allow the part to be removed from the mold.
  • the purpose of this process is disadvantage of being rigid; so it cannot be put only for simple forms and preferably for mass production.
  • the shells being cooled by the circulation of a fluid, risks of contact with the fluid with molten iron are to be expected; as well, such a method cannot be implemented in a nuclear installation.
  • a third molding process consists of project molten iron onto a central shell rotating rapidly and cooled by a fluid. he it is a centrifugal molding process. This process has significantly disadvantages identical to those of the second method presented above. In addition, this process presents a risk of rupture of the rotating part whose consequences could be considerable. The implementation of such a process does not therefore cannot be envisaged in an installation nuclear because of its unreliability.
  • the present invention has precisely for object a process for casting cast iron parts (or other metals with a high melting point) at means of collaborating formwork, also called envelopes; for application to industry nuclear, the metal used to mold the part can be a more or less radioactive recycled metal.
  • the realization of the envelope may consist of welding sheets to inside which the second metal is poured.
  • the first metal is steel and the second metal is cast iron.
  • the aggregates are preferably steel balls.
  • this process allows the creation of waste containers radioactive from recycled ferrous metals.
  • Figure 1 therefore represents the formwork collaborating 1, or envelope 1, used to produce, according to the method of the invention, a container capable of receive, for example, radioactive waste.
  • the envelope produced for the implementation of this method of the invention comprises an outer sheet 2 cylindrical and an inner sheet 4 cylindrical and concentric with the outer sheet 2.
  • the envelope may be of parallelepiped shape or of a whole other form.
  • All sheets 2, 4, 2b, 2a, 4a, made of a first metal, are welded together to form the envelope.
  • this first metal is steel, steel having the property of being tensile and compression.
  • Sheets 2 and 4 are kept in a fixed position relative to each other by means metal inserts. According to the example in Figure 1, sheets 2 and 4 are maintained at their ends upper, by six inserts welded on the one hand on the sheet 2 and secondly on sheet 4. At the ends lower panels 2 and 4, four inserts 8 are welded, on the one hand on the face outside of the bottom 4a of the sheet 4 and on the other hand on the bottom 2a of the sheet 2.
  • the number of metal inserts now the two sheets is, of course, given as example and may vary depending on resistance the metals used and the shape of the parts to be molded.
  • the envelope can have only one sheet metal, no metal insert is necessary.
  • this collaborating formwork, or envelope When this collaborating formwork, or envelope, is made, it is introduced into a box 10, the bottom of which is covered with aggregates. A multitude of aggregates 12 are then deposited in the box 10, all around the envelope.
  • aggregates can also be introduced to inside the envelope. Especially for the example of the envelope of figure 1, aggregates are introduced inside the inner sheet 4. These aggregates maintain the envelope during from the introduction of cast iron.
  • These aggregates 12 which can be by example steel balls, prevent all deformations of sheets 2 and 4 during casting of molten iron, the temperature of the sheets possibly reach approximately 1000 C. At such a temperature, the sheets may, in fact, deform under the pressure of the cast iron.
  • These steel balls have a size of about 0.3 to 5 mm in diameter.
  • the aggregates 12 also have a role predominant in the evacuation of calories resulting casting molten iron, these aggregates having a high heat capacity.
  • the collaborating formwork can, as required, include reinforcements, inserts, reserves, notches, etc.
  • molten iron is, in turn, introduced into envelope 1 and, in particular between plates 2 and 4 for the example of FIG. 1, through a few orifices 3.
  • the molten cast iron is divided into several jets distributed over the surface of the envelope. Such a distribution of the cast iron ensures better distribution of the forces due to the pressure of the cast iron molten on the sheets as well as calories due to the high temperature of molten iron.
  • Such an embodiment makes it possible to mold thin pieces using jets of small diameter molten iron.
  • the casting speed of the cast iron can be adapted to allow solidification faster melting, reducing pressure undergone by the sheet 4 of the casing 1 (pressure effect ferrostatic).
  • the walls, respectively, external of sheet 2 and internal of sheet 4 can be previously coated with a product poteyage.
  • FIG. 2 there is shown, in section, the container of Figure 1, with its lid, obtained by the method of the invention.
  • the container shown in this figure 2 therefore comprises the casing 1 made of steel sheets collaborating with solidified cast iron 3.
  • the association steel / cast iron / sandwich steel has excellent strength characteristics, cast iron having good compressive strength and steel having good tensile strength and compression as well as good elongation capacity to absorb shocks. This association also constitutes good protection against radioactivity.
  • cover 16 is shown. of the container. This cover has an envelope 18 in steel sheets working with a layer of cast iron 20.
  • the cover 16 is fixed to the container by means a screwing system.
  • This screwing system consists in several tapped holes made in the cover and in the container, inside which are introduced screws.
  • FIG 2 there is shown two tapped holes 22 and two screws 24 inserted in said tapped holes 22.
  • the fixing of the lid on the container can be achieved by a weld bead deposited between the cover and the container, this attachment further ensuring the tightness of the assembly.
  • the method of the invention can be implemented works to achieve all kinds of radiation protection such as doors, walls, floors, etc., the thickness of which can vary from approximately 40 to 350 millimeters.
  • This process therefore makes it possible to carry out radiation protections using ferrous metals recycled from the nuclear industry.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Processing Of Solid Wastes (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Description

Domaine technique
La présente invention a pour objet un procédé pour mouler des pièces en fonte ou en tout autre métal présentant une température de fusion élevée.
Elle trouve des applications dans de nombreux domaines de l'industrie nécessitant des pièces en fonte ou en un autre métal ayant une température de fusion élevée. En particulier, elle trouve une application dans l'industrie nucléaire pour le recyclage de métaux ferreux susceptibles d'être radioactifs.
Etat de la technique
De nombreux procédés de moulage de pièces en fonte sont actuellement connus.
Un premier procédé consiste à utiliser un moule en sable dans lequel est coulée la fonte. Ce procédé est généralement mis en oeuvre pour réaliser des pièces d'un volume important nécessitant une fabrication à l'unité. Or, le sable est un matériau susceptible d'être contaminé au contact de la fonte radioactive. Aussi, pour être utilisées dans une installation nucléaire ventilée et continuellement en dépression, les pièces en fonte ainsi moulées doivent subir un contrôle de leur radioactivité. Ce procédé conduit donc à une grande quantité de déchets dont l'élimination est onéreuse.
Un second procédé consiste à utiliser un moule en coquille comportant une coquille interne et une coquille externe entre lesquelles est coulée la fonte. Les coquilles sont ensuite refroidies, généralement par une circulation de fluides, pour permettre le démoulage de la pièce. Ce procédé a pour inconvénient d'être rigide ; il ne peut donc être mis en oeuvre que pour des forme simples et, de préférence, pour la fabrication de pièces en série. En outre, les coquilles étant refroidies par la circulation d'un fluide, des risques de contact du fluide avec la fonte en fusion sont à prévoir ; aussi, un tel procédé ne peut être mis en oeuvre dans une installation nucléaire.
Un troisième procédé de moulage consiste à projeter la fonte en fusion sur une coquille centrale tournant rapidement et refroidie par un fluide. Il s'agit d'un procédé de moulage par centrifugation. Ce procédé présente des inconvénients sensiblement identiques à ceux du second procédé présenté ci-dessus. De plus, ce procédé présente un risque de rupture de la partie tournante dont les conséquences pourraient être considérables. La mise en oeuvre d'un tel procédé ne peut donc pas être envisageable dans une installation nucléaire du fait de son manque de fiabilité.
Par ailleurs, il est connu de mouler des pièces en plomb en utilisant des coffrages collaborants, c'est-à-dire des coffrages dont au moins une partie dudit coffrage adhère au plomb pour former la pièce désirée.
Le plomb présentant un point de fusion nettement inférieur (325°C) au point de fusion de la fonte (1 200°C), ainsi que de l'acier et de bien d'autres métaux, il ne peut pas être mis en oeuvre pour réaliser des pièces en fonte ou en tout autre métal ayant une température de fusion élevée.
Exposé de l'invention
La présente invention a justement pour objet un procédé pour mouler des pièces en fonte (ou en d'autres métaux à température de fusion élevée) au moyen de coffrages collaborants, appelés aussi enveloppes ; pour une application à l'industrie nucléaire, le métal utilisé pour mouler la pièce peut être un métal recyclé plus ou moins radioactif.
De façon plus précise, ce procédé pour mouler des pièces en métaux présentant des températures de fusion élevées consiste, pour chaque pièce à mouler, à :
  • réaliser une enveloppe par assemblage de tôles en un premier métal,
  • disposer des granulats autour de cette enveloppe,
  • couler un second métal en fusion dans ladite enveloppe,
  • après refroidissement et solidification du second métal, retirer les granulats, ledit second métal solidifié collaborant avec l'enveloppe en premier métal pour réaliser la pièce.
Selon l'invention, la réalisation de l'enveloppe peut consister à souder des tôles à l'intérieur desquelles est coulé le second métal.
Elle consiste en outre, à souder des inserts métalliques sur les tôles pour les maintenir en position fixe lors de la coulée du second métal.
Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, le premier métal est de l'acier et le second métal est de la fonte.
Les granulats sont préférentiellement des billes d'acier.
Selon une application de l'invention, ce procédé permet la réalisation de conteneurs de déchets radioactifs à partir de métaux ferreux recyclés.
Brève description des dessins
  • la figure 1 représente une vue en perspective partiellement coupée d'un coffrage collaborant pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ;
  • la figure 2 représente, schématiquement, une vue en coupe d'un conteneur de déchets radioactifs réalisé selon le procédé de l'invention.
Exposé détaillé d'un mode de réalisation
Dans la description qui va suivre, le procédé de l'invention va être décrit dans son application à la réalisation d'un conteneur en fonte. Il peut, cependant, être mis en oeuvre pour réaliser toutes sortes de pièces de formes et de poids très variés, en fonte ou en tout autre métal présentant une température de fusion élevée.
La figure 1 représente donc le coffrage collaborant 1, ou enveloppe 1, utilisé pour réaliser, selon le procédé de l'invention, un conteneur apte à recevoir, par exemple, des déchets radioactifs. L'enveloppe réalisée pour la mise en oeuvre de ce procédé de l'invention, comporte une tôle extérieure 2 cylindrique et une tôle intérieure 4 cylindrique et concentrique à la tôle extérieure 2.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, non représenté sur la figure, l'enveloppe peut être de forme parallélépipédique ou d'une toute autre forme.
Les extrémités inférieures de ces tôles 2 et 4 sont fermées par des fonds 2a et 4a. A leurs extrémités supérieures une tôle 2b assure une fermeture de l'enveloppe. Cette tôle 2b comporte cependant des orifices 3 de remplissage.
Toutes les tôles 2, 4, 2b, 2a, 4a, réalisées en un premier métal, sont soudées entre elles pour former l'enveloppe.
Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, ce premier métal est de l'acier, l'acier ayant la propriété d'être résistant en traction et en compression.
Les tôles 2 et 4 sont maintenues dans une position fixe l'une par rapport à l'autre au moyen d'inserts métalliques. Selon l'exemple de la figure 1, les tôles 2 et 4 sont maintenues, à leurs extrémités supérieures, par six inserts soudés d'une part sur la tôle 2 et d'autre part sur la tôle 4. Aux extrémités inférieures des tôles 2 et 4, quatre inserts métalliques 8 sont soudés, d'une part sur la face extérieure du fond 4a de la tôle 4 et d'autre part sur le fond 2a de la tôle 2.
Le nombre d'inserts métalliques maintenant les deux tôles est, bien entendu, donné à titre d'exemple et peut varier en fonction de la résistance des métaux employés et de la forme des pièces à mouler.
Pour des pièces à mouler de forme très simple, l'enveloppe peut ne comporter qu'une seule tôle, aucun insert métallique n'est alors nécessaire.
Lorsque ce coffrage collaborant, ou enveloppe, est réalisé, il est introduit dans un caisson 10 dont le fond est recouvert de granulats. Une multitude de granulats 12 sont ensuite déposés dans le caisson 10, tout autour de l'enveloppe.
Selon la forme des pièces à mouler, des granulats peuvent être également introduits à l'intérieur de l'enveloppe. En particulier, pour l'exemple de l'enveloppe de la figure 1, des granulats sont introduits à l'intérieur de la tôle intérieure 4. Ces granulats assurent le maintien de l'enveloppe lors de l'introduction de la fonte.
Ces granulats 12, qui peuvent être par exemple des billes d'acier, permettent d'empêcher toutes déformations des tôles 2 et 4 lors de la coulée de la fonte en fusion, la température des tôles pouvant atteindre environ 1000 C. A une telle température, les tôles risquent, en effet, de se déformer sous la pression de la coulée de fonte.
Ces billes d'acier ont une taille d'environ 0,3 à 5 mm de diamètre.
Les granulats 12 ont, en outre, un rôle prépondérant dans l'évacuation des calories résultant de la coulée de la fonte en fusion, ces granulats ayant une forte capacité calorifique.
En outre, les coffrages collaborants, du type décrit précédemment, peuvent, selon les besoins, comporter des renforts, des inserts, des réserves, des encoches, etc.
Lorsque les granulats ont été introduits, la fonte en fusion est, à son tour, introduite dans l'enveloppe 1 et, en particulier entre les tôles 2 et 4 pour l'exemple de la figure 1, par quelques orifices 3.
Selon un mode de réalisation du procédé, la coulée de fonte en fusion est divisée en plusieurs jets répartis à la surface de l'enveloppe. Une telle distribution de la coulée de fonte assure une meilleure répartition des efforts dus à la pression de la fonte en fusion sur les tôles ainsi que des calories dues à la forte température de la fonte en fusion.
Un tel mode de réalisation permet de mouler des pièces de faible épaisseur en utilisant des jets de fonte en fusion de faible diamètre.
En outre, la vitesse de coulée de la fonte peut être adaptée afin de permettre une solidification plus rapide de la fonte, ce qui réduit la pression subie par la tôle 4 de l'enveloppe 1 (effet de pression ferrostatique).
Lorsque la fonte ainsi coulée est refroidie, les granulats sont évacués (par basculement ou aspiration) et la pièce moulée est récupérée.
Afin de permettre une évacuation plus aisée des granulats 12, et donc de limiter les risques de collage des granulats contre l'enveloppe, les parois, respectivement, externe de la tôle 2 et interne de la tôle 4 peuvent être préalablement enduites d'un produit de poteyage.
On a décrit précédemment la réalisation, selon le procédé de l'invention, d'un conteneur en fonte. Un couvercle peut être réalisé, par ce même procédé, pour s'adapter sur le conteneur montré sur la figure 1.
Sur la figure 2, on a représenté, en coupe, le conteneur de la figure 1, avec son couvercle, obtenu par le procédé de l'invention.
Les références, portées sur cette figure 2, qui sont identiques aux références de la figure 1 représentent des éléments identiques.
Le conteneur représenté sur cette figure 2 comporte donc l'enveloppe 1 en tôles d'acier collaborant avec la fonte 3 solidifiée. L'association acier/fonte/acier en "sandwich" présente des caractéristiques de résistance excellentes, la fonte ayant une bonne résistance en compression et l'acier ayant une bonne résistance en traction et en compression ainsi qu'une bonne capacité d'allongement permettant d'absorber les chocs. Cette association constitue, en outre, une bonne protection contre la radioactivité.
On a également représenté sur la figure 2 la rainure 14 de préhension du conteneur (de type ANORA® coque C), ainsi que les inserts métalliques 6.
En outre, on a représenté le couvercle 16 du conteneur. Ce couvercle comporte une enveloppe 18 en tôles d'acier collaborant avec une couche de fonte 20.
Selon l'exemple représenté sur cette figure 2, le couvercle 16 est fixé sur le conteneur au moyen d'un système de vissage. Ce système de vissage consiste en plusieurs trous taraudés réalisés dans le couvercle et dans le conteneur, à l'intérieur desquels sont introduites des vis. Sur la figure 2, on a représenté deux trous taraudés 22 et deux vis 24 introduites dans lesdits trous taraudés 22.
Selon un autre exemple, la fixation du couvercle sur le conteneur peut être réalisé au moyen d'un cordon de soudure déposé entre le couvercle et le conteneur, cette fixation assurant en outre l'étanchéité de l'ensemble.
Outre l'application au conteneur de déchets radioactifs, le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre pour réaliser toutes sortes de protections anti-rayonnements telles que des portes, des murs, des sols, etc., dont l'épaisseur peut varier d'environ 40 à 350 millimètres.
Ce procédé permet donc de réaliser des protections contre les rayonnements en utilisant les métaux ferreux recyclés de l'industrie nucléaire.

Claims (7)

  1. Procédé pour mouler des pièces en métaux présentant des températures de fusion élevées, caractérisé en ce qu'il consiste, pour chaque pièce à mouler, à :
    réaliser un coffrage collaborant, ou enveloppe, (1) par assemblage de tôles en un premier métal,
    disposer des granulats (12) autour de l'enveloppe,
    couler un second métal (3) en fusion dans ladite enveloppe,
    après refroidissement et solidification du second métal, retirer les granulats, ledit second métal solidifié collaborant avec l'enveloppe en premier métal pour réaliser la pièce.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la réalisation de l'enveloppe consiste à souder des tôles à l'intérieur desquelles est coulé le second métal.
  3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la réalisation de l'enveloppe consiste en outre à souder des inserts métalliques (6, 8) sur certaines tôles pour maintenir en position fixe lesdites tôles l'une par rapport aux autres.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le premier métal est de l'acier.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le second métal est de la fonte.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les granulats sont des billes d'acier.
  7. Procédé pour mouler des conteneurs de déchets radioactifs, caractérisé en ce qu'il consiste en un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6.
EP19940402317 1993-10-19 1994-10-17 Procédé de moulage de pièces en fonte ou en tout autre métal présentant une température de fusion élevée Expired - Lifetime EP0648563B1 (fr)

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FR9312440 1993-10-19

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EP0648563A1 EP0648563A1 (fr) 1995-04-19
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