LU88608A1 - Dispositif de prélèvement d'échantillon de métal en fusion en particulier d'acier à basse teneur en carbone ou d'acier inoxydable - Google Patents

Description

DISPOSITIF DE PRELEVEMENT D'ECHANTILLON DE METAL EN FUSION. EN PARTICULIER D'ACIER A BASSE TENEUR EN CARBONE

OU D'ACIER INOXYDABLE.

L'invention est relative à un dispositif de prélèvement d'échantillon de métal en fusion, en particulier d'acier à basse teneur en carbone ou d'acier inoxydable, du genre de ceux qui comprennent une enveloppe cylindrique équipée d'un moule à l'intérieur, vers une extrémité destinée à être immergée dans un bain de métal en fusion, le moule étant relié à un tube de remplissage débouchant à l'extérieur par un orifice d'entrée, lequel orifice est recouvert par vin capuchon métallique, lié mécaniquement à l'enveloppe cylindrique, prévu pour protéger l'orifice d'entrée lors de l'immersion, notamment lors de la traversée d'une couche de laitier surnageant sur le bain et pour fondre ensuite afin de permettre le prélèvement par entrée du métal dans le tube et dans le moule.

Dans un tel dispositif, le capuchon métallique, tout en assurant une protection contre 1'entrée de corps étrangers tels que des particules de laitier dans le moule est source de problèmes. En effet, ce capuchon métallique en fondant après, ou pendant la traversée de la couche de laitier que l'on trouve généralement en surface des bains de métal ou de fonte en fusion engendre une certaine pollution due à sa propre fusion : du métal liquide provenant du capuchon peut pénétrer dans le moule et altérer la composition du métal à échantillonner qui, en général, n'est pas la même que celle du métal constituant le capuchon. Les composants analysés sur l'échantillon prélevé peuvent être ainsi faussés ou dilués par la présence du capuchon métallique, lequel reste cependant utile et simple pour empêcher une dénaturation de l'échantillon par des particules de laitier.

Les pollutions ou dilutions dues à la fusion du capuchon métallique de protection sont particulièrement sensibles lorsque les teneurs des composants à analyser sont faibles. Ces pollutions ou dilutions sont en outre gênantes lorsque les fourchettes analytiques à respecter sont très serrées.

Aussi, pour de tels aciers à basse teneur en carbone ou pour des aciers inoxydables, les spécialistes au cours de l'élaboration du métal continuent à effectuer des prélèvements avec un dispositif classique et ancien à savoir une louche qui, tout en étant d'un emploi beaucoup moins pratique et rapide qu'un dispositif de prélèvement d'échantillon tel que défini précédemment, permet d'obtenir des échantillons dont la composition est représentative de celle du bain de métal en cours d'élaboration.

L'invention a pour but, surtout, de fournir un dispositif de prélèvement d'échantillon de métal en fusion, tel que défini précédemment, qui ne présente plus ou à un degré tout à fait négligeable, les inconvénients évoqués ci-dessus, notamment l'inconvénient de l'altération de la composition de l'échantillon prélevé par le capuchon métallique fondu. On souhaite, notamment, que les échantillons obtenus soient au moins aussi représentatifs que ceux réalisés à partir d'un prélèvement à la louche. En outre, on souhaite qu'un tel dispositif de prélèvement d'échantillon, consommable, reste d'un prix de revient réduit, et d'une manipulation simple et rapide.

Selon l'invention, un dispositif de prélèvement d'échantillon de métal en fusion, du genre défini précédemment, est caractérisé par le fait qu'une coiffe plus résistante à la chaleur que le capuchon métallique est placée à l'intérieur de ce capuchon de manière à recouvrir l'orifice d'entrée du tube, et que cette coiffe est maintenue mécaniquement en place par le capuchon.

Avantageusement la coiffe est propre à résister à la fusion dans le bain pendant un temps au moins aussi long que celui nécessaire au prélèvement.

De préférence la coiffe est en céramique. De manière plus générale, la coiffe peut être en une matière dont le point de fusion est supérieur à la température du bain.

La coiffe peut avoir la forme d'un pot sensiblement cylindrique dont la concavité est tournée vers l'orifice d'entrée du tube, le bord de l'ouverture de la coiffe étant en appui contre un noyau d'enrobage du tube, tandis que le fond de la coiffe est en appui contre le fond du capuchon.

Le noyau d'enrobage du tube peut présenter une surface d'appui tronconique contre laquelle est en butée le bord de la coiffe situé sensiblement dans un plan, notamment perpendiculaire à l'axe de la coiffe. Cette disposition permet de réduire le contact entre la coiffe et le noyau d'enrobage à un contact sensiblement linéaire, réduisant les risques de collage de la coiffe contre le noyau d'enrobage et favorable à une bonne séparation de la coiffe, notamment par basculement, après fusion du capuchon métallique.

De préférence, le noyau d'enrobage du tube est recouvert, au moins dans sa zone de contact avec le bord de la coiffe, d'un enduit réfractaire propre à empêcher une vitrification de la matière du noyau et un collage du bord de la coiffe sur le noyau.

D'une manière particulièrement avantageuse la coiffe est formée par un creuset du type de ceux utilisés en particulier pour le chauffage ou la combustion de matières minérales ou organiques, et l'agencement du capuchon métallique et du noyau d'enrobage du tube est adapté aux dimensions de creusets disponibles en grandes quantités dans le commerce, à prix réduits, mais destinés à une tout autre utilisation.

Le tube avec son noyau d'enrobage, le capuchon et la coiffe peuvent être disposés coaxialement à l'enveloppe cylindrique du dispositif de prélèvement.

L'invention est également relative à l'application d'un creuset, notamment en céramique, à un dispositif de prélèvement d'échantillon de métal en fusion, cette application étant caractérisée par le fait que le creuset est placé de manière à recouvrir l'extrémité du tube et est maintenu en place par le capuchon métallique, ce creuset ayant pour fonction d'empêcher le métal en fusion provenant du capuchon métallique d'entrer dans le tube.

L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'un exemple de réalisation particulier décrit avec référence au dessin ci-annexé, mais qui n'est nullement limitatif.

La figure unique de ce dessin est une vue en coupe axiale, avec parties en extérieur et parties arrachées, d'un dispositif de prélèvement d'échantillon de métal en fusion conforme à l'invention.

En se reportant à la figure du dessin, on peut voir un dispositif 1 de prélèvement d'échantillon de métal en fusion, en particulier d'acier à basse teneur en carbone ou d'acier inoxydable. Ce dispositif 1 comprend une enveloppe cylindrique 2 généralement en carton déshydraté, équipée d'un moule ou réceptacle 3 à l'intérieur, vers une extrémité 4 destinée à être immergée dans un bain de métal en fusion non représenté. Le moule 3 est classique et formé, par exemple, par deux demi-moules assemblés suivant un plan de joint passant par l'axe de l'enveloppe 2, ces deux demi-moules étant maintenus l'un contre l'autre par un ou plusieurs clips de maintien 5. La cavité du moule 3 est destinée à être remplie de métal en fusion à échantillonner. Le moule 3 est réalisé en métal, ou en autres matières convenables, par exemple en. céramique. Le moule 3 est relié à un tube de remplissage 6, en quartz, métal ou céramique, sensiblement coaxial à l'enveloppe 2 dans l'exemple représenté. Le tube 6 fait saillie au-delà de l'extrémité 4 de l'enveloppe 2. La connexion entre le moule 3 et le tube 6 peut être assurée par vine sorte d'appendice tubulaire 7 dans lequel est engagée l'extrémité du tube 6 tournée vers le moule 3. Cet appendice 7 et une partie du tube 6 sont entourés d'un noyau d'enrobage 8, en sable de fonderie moulé ou en céramique, engagé serré dans l'extrémité 4. Le noyau 8 comporte une collerette 9 venant en butée axiale contre la face transversale de l’extrémité 4, et un nez 10 de diamètre plus réduit situé à l'extrémité du noyau 8 éloignée du moule 3. Le tube 6 fait saillie à l'extérieur au-delà de ce nez 10. La surface transversale 11 d'extrémité du nez 10 est tronconique, avec des génératrices inclinées par rapport à l'axe de l'enveloppe 2 d'un angle supérieur à 45°.

Le noyau 8, surtout dans le cas d'un noyau en sable de fonderie moulé, est revêtu d'un enduit réfractaire sur la partie extérieure à l'enveloppe 2 et/ou la partie intérieure à cette enveloppe, pour prévenir une éventuelle pollution de l'échantillon de métal prélevé par la dégradation ou le dégazage de la matière du noyau 2 et prévenir également une vitrification du noyau dans la zone de la surface 11.

L'orifice d'entrée 6a du tube 6 est recouvert par un capuchon métallique 12 lié mécaniquement à l'enveloppe 2 par l'intermédiaire du noyau 8. Ce capuchon 12 peut être maintenu soit par un emmanchement serré suffisant de sa base sur le nez 10 du noyau 2, soit par un collage au ciment réfractaire. Ce capuchon métallique 12 permet de protéger l'orifice d'entrée 6a lors de l'immersion, en particulier pour éviter l'entrée de particules de laitier dans le moule 3 lors de la traversée d'une couche de laitier surnageant sur le bain. Le capuchon 12 est propre à fondre ensuite dans le bain de fusion pour libérer l'entrée 6a et permettre le prélèvement de l'échantillon dans le moule 3.

Pour éviter la pollution de l'échantillon prélevé par le métal fondu du capuchon 12, on prévoit, selon l'invention, une coiffe 13 plus résistante à la chaleur que le capuchon métallique 12 placée à l'intérieur de ce capuchon 12 de manière à recouvrir l'orifice d'entrée 6a, cette coiffe 13 étant maintenue mécaniquement en place par le capuchon 12.

La coiffe 13, comme visible, a la forme d’un pot sensiblement cylindrique dont la concavité est tournée vers l'orifice d'entrée 6a. Le bord 14 de l'ouverture de la coiffe 13 est situé dans un plan orthogonal à l'axe de la coiffe 13. Ce bord 14 est en appui contre la surface tronconique 11 du noyau d'enrobage 10, tandis que le fond 15 de la coiffe est en appui contre le fond 16 du capuchon. Le contact entre le bord 14 et la surface 11 est sensiblement linéaire suivant la circonférence intérieure du bord 14, ce qui réduit les risques de collage de la coiffe 13 contre le noyau 8 et favorise le basculement et la chute de cette coiffe 13 après fusion du capuchon 12.

La coiffe 13 est avantageusement en céramique ou, plus généralement, en une matière dont le point de fusion est supérieur à la température du bain.

Cette coiffe 13 est avantageusement formée par un creuset du type de ceux utilisés pour le chauffage ou la combustion de matières minérales ou organiques, en particulier un creuset en matière céramique.

De tels creusets sont disponibles dans le commerce à prix relativement bas de sorte que leur application particulière dans le cadre de l'invention permet de réaliser un dispositif de prélèvement économique.

Le capuchon 12 et le noyau 8, en particulier au niveau de son nez 10, sont agencés en fonction des dimensions et de la forme du creuset commercialisé pour une tout autre fonction et un tout autre résultat que ceux de l'invention.

Le capuchon 12 peut, le cas échéant, être recouvert d'un capuchon de protection supplémentaire 17 en carton.

Enfin, l'extrémité 4 de l'enveloppe destinée à être immergée dans le bain peut être protégée par un manchon 18 en fibre silico-alumineuse, ou matière équivalente, par exemple enduit réfractaire, dont la longueur est fonction des conditions de prélèvement. La protection assurée par le manchon 18 prévient la dégradation de l'enveloppe 2 en carton susceptible d'occasionner une pollution du métal en fusion entrant dans le moule 3.

Ceci étant, l'utilisation et le fonctionnement du dispositif ou sonde de prélèvement conforme à l'invention sont les suivants.

Le dispositif 1 est livré prêt à l'emploi comme illustré sur le dessin. Au moment du prélèvement, l'opérateur engage dans l'extrémité de l'enveloppe 2 éloignée du moule 3, une canne de manipulation, généralement coudée, permettant de plonger le dispositif 1 dans le bain de métal en fusion, tout en étant à distance suffisante de ce bain.

L'immersion du dispositif 1 s'effectue généralement suivant un angle par rapport à la direction verticale. La couche de matière surnageant sur le bain, en particulier la couche de laitier, est traversée sans que des matières polluantes puissent entrer dans le moule 3 puisque le capuchon métallique 12 empêche une telle entrée.

Lorsque l'ensemble du noyau 8 et du capuchon 12 se trouve dans le bain de métal en fusion proprement dit, le capuchon auxiliaire éventuel 17 en carton ayant été détruit par la chaleur, le capuchon 12 va fondre rapidement mais l'entrée de métal dans le moule 3 est légèrement retardée par la présence de la coiffe 13 qui empêche, notamment, l'entrée du métal en fusion provenant du capuchon 12 dans le tube 6.

Lorsque la coiffe n'est plus suffisamment maintenue par le capuchon 12 fondu, cette coiffe 13 tombe dans le bain, en particulier en basculant du fait de l'inclinaison sur la verticale de l'axe du tube 2. L'orifice d'entrée 6a est alors libéré et le moule 3 peut se remplir en métal provenant du bain, sans pollution par le capuchon 12.

La surface inclinée 11 tronconique favorise le basculement de la coiffe 13. La protection de cette surface 11 par un enduit réfractaire, comme évoqué précédemment, prévient une vitrification de cette zone, vitrification qui pourrait produire un collage et empêcher la désolidarisation de la coiffe 13.

Des essais effectués ont montré que les échantillons obtenus avec ce dispositif étaient tout à fait représentatifs de la composition du bain de métal en fusion et donnaient des résultats comparables à ceux obtenus avec une louche. Le dispositif de prélèvement de l'invention est d'un emploi beaucoup plus rapide et pratique qu'une louche et permet d'obtenir un échantillon facilement exploitable pour les mesures ultérieures.

Claims (9)

1. Dispositif de prélèvement d'échantillon de métal en fusion, en particulier d'acier à basse teneur en carbone ou d'acier inoxydable, comprenant une enveloppe cylindrique (2) équipée d'un moule (3) à l'intérieur, vers une extrémité (4) destinée à être immergée dans un bain de métal en fusion, le moule (3) étant relié à un tube de remplissage (6) débouchant à l'extérieur par un orifice d'entrée (6a), lequel orifice est recouvert par un capuchon métallique (12), lié mécaniquement à l'enveloppe cylindrique (2), prévu pour protéger l'orifice d'entrée (6a) lors de l'immersion, notamment lors de la traversée d'une couche de laitier surnageant sur le bain, et pour fondre ensuite afin de permettre le prélèvement par entrée du métal dans le tube (6) et dans le moule (3), caractérisé par le fait qu'une coiffe (13) plus résistante à la chaleur que le capuchon métallique (12) est placée à l'intérieur de ce capuchon (12) de manière à recouvrir l'orifice d'entrée (6a) du tube et que cette coiffe (13) est maintenue mécaniquement en place par le capuchon (12).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la coiffe (13) est propre à résister à la fusion dans le bain pendant un temps au moins aussi long que celui nécessaire au prélèvement.

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la coiffe (13) est en céramique.

4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la coiffe (13) est en une matière dont le point de fusion est supérieur à la température du bain.

5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la coiffe (13) est formée par un creuset, en particulier du type de ceux utilisés pour le chauffage ou la combustion de matières minérales ou organiques.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que la coiffe (13) a la forme d'un pot sensiblement cylindrique dont la concavité est tournée vers l'orifice d'entrée (6a) du tube, le bord (14) de l'ouverture de la coiffe étant en appui contre un noyau d'enrobage (8) du tube (6), tandis que le fond (15) de la coiffe est en appui contre le fond (16) du capuchon (12).

7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le noyau d'enrobage (8) du tube (6) présente une surface d'appui tronconique (11) contre laquelle est en butée le bord (14) de la coiffe, ce bord étant situé dans un plan, en particulier sensiblement perpendiculaire à l'axe de la coiffe.

8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait que le noyau d'enrobage (8) du tube (6) est recouvert au moins dans sa zone (11) en contact avec le bord (14) de la coiffe, d'un enduit réfractaire propre à empêcher une vitrification de la matière du noyau et un collage du bord (14) de la coiffe sur le noyau.

9. Application d'un creuset, notamment en céramique, à un dispositif de prélèvement d'échantillon selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ce creuset constitue une coiffe (13) placée à l'intérieur du capuchon métallique (12) de manière à recouvrir l'orifice d'entrée du tube (6) de prélèvement et que ce creuset formant coiffe (13) est maintenu mécaniquement en place par le capuchon (12).