WO1982001677A1 - Procede et installation de fusion-coulee pour metaux et alliages a haut point de fusion et forts reactifs - Google Patents

Procede et installation de fusion-coulee pour metaux et alliages a haut point de fusion et forts reactifs Download PDF

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    • B22D21/02—Casting exceedingly oxidisable non-ferrous metals, e.g. in inert atmosphere
    • B22D21/022—Casting heavy metals, with exceedingly high melting points, i.e. more than 1600 degrees C, e.g. W 3380 degrees C, Ta 3000 degrees C, Mo 2620 degrees C, Zr 1860 degrees C, Cr 1765 degrees C, V 1715 degrees C

Definitions

  • the invention relates to a process and an installation for melting and casting for metals and alloys with a high melting point and strong reactants.
  • the vacuum-consumable electrode arc furnace has a number of disadvantages for the melting and casting of metals and alloys with a high melting point and highly reactive, and in particular:
  • the electronic gun oven also has certain disadvantages, namely: - request separate chambers for the production of the electron beam and for the melting-casting process - request two complex vacuum installations (10 -5 torr) corresponding to the two rooms. -difficult operation and maintenance of the electromagnetic calibration of the electron beam. -big small evaporation due to high vacuum.
  • SUMMARY OF THE INVENTION The process which is the subject of this invention eliminates the above-mentioned disadvantages because the plasma electron gun can easily produce very high temperatures with uniform spatial distribution necessary for the melting of alloys with a high melting point, thus allowing fusion. significant quantity of alloy, the avoidance of strong evapora ⁇ tions of alloying elements being possible thanks to. working pressure high enough.
  • the installation to which the present invention relates eliminates the above drawbacks by the fact that both the electron beam and the fusion-casting process are carried out in the same enclosure, at a pressure of the order of 10 -2 torr, the focusing of the beam. obtainable through a suitable cathode configuration which also provides compensation for heat losses in the main zone of the crucible, which subsequently leads to a weak temperature gradient on the surface of the liquid bath, which gives the metal superior casting properties.
  • the process which is the subject of this invention has the following advantages: ensures the production of temperatures, whatever high they are, necessary for the melting of metals and alloys at high melting point, ensures volumetric fusion while avoiding overheating of the surface layers, thanks to the pressure of work of lo-1 - lo-2 tractées.
  • the installation produced according to the invention has the following advantages: does not require separate enclosures for the production of the electron beam and for the casting fusion process, does not require complex vacuum equipment since it can operate at pressures of 10 -1
  • the melting installation for metals and alloys with a high melting point and strong reagents (fig. 1) consists of an enclosure emptied up to pressures of 10 -1 - 10 -2 torr comprising a source of plasma electrons (1.0), a tilting crucible (2.0) with a graphite radial screen (2.1) and a ceramic axial screen (2.2), a lock for the casting molds (3.0) closed by a sliding valve e (3.1), of a pouring cup located at the upper part (Ao) of a centrifuge device (5.0) constituting at the same time the lower closure of the lock (3.0) of a supply device materials (6.0) and a material lock (7.o) with pneumatic control.
  • the fusion process begins with the activation of the electronic plasma gun.
  • the mold (5.2), prepared separately for casting and mounted on the plate of the centrifuge device (5.o) is lifted with the help of pneumatic motor (5.3. ) in the lock (3.0), the emptying of which begins, the pneumatic motor withdraws the valve plug (3.1) and the hopper (4.0) actuated by the motor (4.1 descends to the casting mold (5.2) this marking sequence the end of the preparation of the casting.
  • the casting begins with the start of 1 a centrifugal (5.0) (700 rot / min) by electrical control, after which the electronic source is stopped, the crucible tilted and brought back to its position for receiving the materials, a new cycle is recommended. encant.
  • the flow rate can be surmounted by another plasma electron source, with an appropriate configuration and with a lower power than that of the main source.
  • the replacement of the casting molds begins with the stop of the centrifuge and continues with the rise of the hopper (4.0) actuated by the motor spring (4.1), the closing of the valve flap (3.1) the leveling of the pressure of the lock (3.1) with the ambient pressure by supplying the lock with argon, lowering the centrifuge (5.0) with the mold (5-2) and dismantling the mold cast on the platform form, the mechanisms being thus prepared to receive a new mold.

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Abstract

L'installation de fusion-coulee pour metaux a haut point de fusion emploie un canon electronique a plasma fonctionnant a des pressions de l'ordre de 10-2 torr. La configuration et les caracteristiques du faisceau electronique sont determinees par comporte trois enceintes sous vide reliees par ecluses, et notamment: -l'enceinte principale du four ou l'on produit la source d'electrons a plasma dirigee a la surface du creuset basculant jouant role d'ande, -l'enceinte de degazeification des moules de coulee liee a l'enceinte principale par une ecluse fermee a tiroir dans sa partie haute -la chambre d'alimentation et lavage par vidage des materiaux. Les sequences de base du procede (chargement des materiaux, fusion, coulee, preparation et remplacement des moules, solidification) peuvent etre independantes les unes des autres, mais interdependantes comme ordre technologique. La solidification de la piece coulee est dirigee.

Description

PROCEDE ET INSTALLATI ON DE FUSION-COULEE POUR MET AUX ET ALLIAGES A HAUT POINT DE FUSION ET FORT REACTIFS
Dom aine
L'invention porte sur un procédé et une installât ion de fusion-coul ée pour metaux et alliages â haut point de fusion et fort reactifs.
Technique antérieure
A présent la fusion et la coulée des métaux et des alliages â haut point de fusion et fort réactifs s'effectuent sur des four â arc électrode cons ummabl e sous vide et sur des fours â canon électronique.
Le four â arc à électrode consummable sous vide présente â part ses avantages bien connus - toute une série d'inconvénients pour la fusion et la coulée des métaux et des alliages à haut point de fusion et fort reactifs , et notamment:
-difficultés dans la réalisation des températures él evées
- nécessité de remplacement des électrodes par des électrodes déjà confectionnées
- contrôle difficile de la fusion
- installations corn plexes devide
Le four â canon électronique présente, lui-aussi, certains désavantages, soit : - demande des chambres séparées pour la production du faisceau d'électrons et pour le processus defusion-coulée - demande deuxinstallations complexesde vide(10-5torr) correspondantaux deuxchambres. -fonctionnement et entretien difficiles dela fo calisation électromagnétique du faisceau d'électrons. -grosses peitesparévaporation dues au vide poussé. Exposéde l' invention Le procédé faisant l'objet de cette invention élimine lesdésavantages sus mention nés par ce que le canon électroniqueâ plasma peut produire facilem ent d es températures très hautesà répartition spatiale uniforme nécessaires pourla fusion desalliages â haut point de fusion, permettant doncla fusion d'unequantité importante d'alliagel , l'évitement des fortes évapora¬tions d'éléments d'alliages étant possible grâceâ. la pressionde travail suffisamment haute. L'installation à laquelle la présente inventionse rapporteélimine les inconvénients ci-dessus par ce qu'autant lefaisceau d'électrons que le processus de fusion-coulée sontréalisés dansune même enceinte, à une pressionde l'ordrede 10-2 torr, la focalisation du faisceau pouvant être obtenuegrâce à une configuration appropriée delà cathode qui assureégalement la compensation des pertes thermiques dans la zonemarginale du creuset conduisant par la suite â unfaiblegradient detempérat ure àla surface dubain liquide ce quiconfère au métal des propriétés de coulée supérieures. Le procédéfaisant objet de cette invention présentelesavantages suivants: assurela production de températuresquelqu' elevées qu' elles soi ent, nécessaires pour la fusion desmetaux et des alliages â ha ut point de fusion, assureunefusion en volumetout en évitant la surchauffe des couchessuperficielles, grâce à la pression de travail de lo-1 - lo-2évitées. L'installation réalisée selon l'invention présente lesavantages ci-après: ne demande pas des enceintes séparées pour la produ ction du faisceau d'électrons et pour le processus de fusion coulée, ne demande pas des équipements complexes de vide vu qu'elle puisse fonctionner â des pressions de 10-1
10-2 torr, ne demande pas de focalisation électro-magnétique, crée la possibilité d'obtention d'un gradient de température la plus faible possible â l'intérieur du bain liquide.
Des cription s ommaire de dessins
A titre d'exemple un mode de réalisât ion de l' invention est donne ci-des sous:
L'installation de fusi on-coulée pour métaux et alliages â haut point de fusion et forts réactifs (fig.1) est constituée d'une enceinte vidée jusqu'à des pressions de 10-1 - 10-2 torr comportant une source d' électrons â plasma (1.0), d'un creuset basculant (2.0) â écran radial en graphite (2.1) et à écran axial céramique (2.2), d'une Icluse pour les moules de coulée (3.0) fermée par soupape â couliss e (3.1), d'un godet de coulée situé â la-partie supérieure (A.o) d'un dispositif de centrifugation (5.0) constituant en même temps la fermeture inférieure de l'écluse (3.0) d'un dispositif d'alimentation des matériaux (6.0) et d'une écluse de matériaux (7.o) â com ma nde pneum atique.
Les opérations principales: chargement des matériaux, fusion coulée, préparation et remplacement des moules de coulée sont enchaînées en ordre te chnolo gi que mais se déroulent de façon indépendante; ainsi le matériel â fondre et â couler est introduit en morceaux (dimensions maxi. φ 50 × 50 mm) dans la trémie de l'écluse (7.0) d'où , par le jeu des soupapes et parla variation des pressions est abaissé d' abord dans la chambr e intermédiaire de l'écluse, où peut être lavé par vidage, et puis dans la trémie tournant e du dispositif d'alimentation des matériaux (6.0) lequel décharge les matériaux dans le creuset, se retirant ensuite dans l'axe de l'écluse, prête â recevoir les charges suivantes en régime continu, tous les niveaux de l'écluse ainsi que la t rémie de l' aliment ateur sont remplis de matériaux maintenus ainsi en condition de lavage sous vide.
Meilleure manière de réaliser l'invention
Le processus de fusion, selon un di a gramme technologique approprié demare par la mise en fonction du canon électronique à plasma.
Après avoir porté les matériau à la température de coulée lemoule(5.2) , préparé s éparemment pour la coulée et monté sur le plateau du dispositif de centrifugation (5.o) est levé â l' ai de du m ot eur pneumatique ( 5.3.) dans l'ecluse (3.0) dont le vidage commence, le moteur pneumatique retire le clapet de la soupape ( 3.1) et la trémie (4.0) actionnée par le moteur (4.1 descend jusqu'au moule de coulée (5.2) cette séquence marquant la fin de la préparation de la coulée.
La coulée commence par le dem arrage de 1 a centrifuge (5.0) (700 rot/mn) par commande électrique, après quoi la source électronique est arrêtée, le creuset basculé et ramené dans sa position de réception des matériaux, un nou veauc cycle recomm encant.
Afin d'éviter l'abaissement rapide de température du métal liquide dépendant la coulée lazme de coulée peut être surmonté e d'une autre source d'électrons â plasma, à configuration appropriée et à pui ss ance inférieure â celle de la source principale.
Le remplacement des moules de coulée commence par l'arrêt de la centrifuge et continue avec la montée de la trémie (4.0) actionnée par le ressort du moteur (4.1) , la fermeture du clapet de la soupape (3.1) la mise â niveau de la pression de l' ecluse (3.1) avec la pression ambiante par l'alimentation de l'écluse en argone, la descente de la centrifuge (5.0) avec le moule (5-2) et le démontage du moule coulé sur la plate-forme, les mécanismes étant préparés ainsi â recevoir un nouveau moule.

Claims

Revendications Procédé de fusion-coulée des métaux et d es alliages â haut point de fusion et fort reactifs caractéris é par ce que, pour la production des températures élevées, utilise un f ai s ceau d' él ectrons pr im aires, cat ho diq ues de h aut e énergie et â répanrion mono-énergétique, génère par une décharge électrique de haute t ensi on fonctionnant â la pression de 10-2 torr. Installation de fusion-coulée pour l'application du procédé en conformité avec la revendication 1 caractéris ée par ce que la source d'électrons â plasma est réalisée dans une même enceinte que le processus de fusion-coulée. Installation conforme â la revendication 2 caractérisée par ce que la repartition de l'énergie dans le faisceau d'électrons est réalisée par une configuration appropriée de la cathode de la décharge électrique de haute tension. Installation conformé aux revendi cations 2 et 3 caractérisée par l'utilisation d'une source d'électrons â plasma â configuration appropi ée assurant les t empératures nécessaires pour le processus, afin de maintenir la fluidité du métal liquide pendant la coulée et la solidi fication dirigée des pièces coulées. Installation conformé au revendi cat i ons 2-4 caractérisée par fonctionnement à' des pressions de 10-2 - 10-1 torr. Installation conforme aux revendications 2-5 caractérisée par ce qu'elle est equipée d'unsystème d'introduction de plusieurs moules dans une enceinte â calciner sous atmosphère contrôlée liée à l'enceinte de fusion-coulée par l' intermé diaire d'une s emi -écluse séparée liée à l'enceint e de fusion-coulée par l'intermédiaire d'un système d'alimentation par semi-écluse. Installation conforme aux revendications 1-6 caractérisée par ce que le déroulement du processus defusion-coulée s'effectue par la mesure, l'enregistrement, la programmation et le réglage automatique ou manuel delà température à la surface dumétal fondu.
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