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" Prooédé destiné à maintenir uniforme le débit de métaux ou d'alliages métalliques fondus arrivant dans le moule servant à la coulée ".
L'invention concerne la coulée des métaux et/ou des alliages de métaux et a pour objet un procédé destiné à maintenir uniforme en tout temps le débit de métal fondu arrivant dans le moule ou la coquille . Ainsi qu'on le sait, il est nécessaire, pour obtenir une pièce moulée irrépro- chable que le métal arrive toujours dans la coquille à une vitesse uniforme, en quantité uniforme et à la même tempéra- ture. Pout satisfaire à ces conditions, il fallait jusqu'à présent faire arriver dans le moule le métal sortant des réservoirs par des conduites sous pression ou em employant des procédés analogues.
Pour que le débit du métal amené dans ces conditions ne soit pas trop fort, il fallait que la section de ces conduites fût relativement faible, que de plus ces conduites fussent chauffées avant la coulée @
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par un moyen de chauffage quelconque à une température au moins égale à la température de coulée du métal en question, sans quoi, étant donné la faible section de la conduite, le métal se solidifierait au commencement de la coulée et provoquerait l'obstruction de la conduite.
Ces conditions ont rendu jusqu'à présent l'amenée du métal au moule assez compliquée et ont même rendu impossible la coulée des métaux et alliages métalliques à températures de coulée élevées, tels que le cuivre, l'acier, le tungstène, etc.. car il n'existe pas encore aujourd'hui de moyen donnant toute satisfaction et permettant de construire ces conduites de faible section, susceptibles de supporter ces températures et de les chauffer avant la coulée à la température de coulée.
On surmonte ces difficultés par l'invention qui est bavée sur le fait reconnu que l'acier par exemple s'écoule sans difficulté dans une conduite, même non chauffée au préalable, pourvu que le diamètre intérieur de cette conduite soit au moins égal à 10 à 15 mm. environ. On résout par l'invention, le problème de faire arriver des métaux à point de fusion élevé dans la coquille par des conduites dont le diamètre n'est pas inférieur à 10 à 15 mm. et cepen- dant de n'y amener que de faibles quantités de métal, pour lesquelles les conduites de faible$ sections seraient suffisantes en soi.
Etant donné que dans les procédés de coulée actuels, qui doivent être perfectionnés par l'invention, le diamètre intérieur des ajutages varie normalement entre 3 et 10 mm., on a créé suivant l'invention, un dispositif qui d'une part permet de faire usage de sections plus fortes au commencement de la coulée et d'autre part, lorsque la coulée est en cours, permet de régler l'épaisseur du courant de métal correspondant au débit que laisserait passer un ajutage de 3 à 10 mm. ou une section similaire. La grandeur de la section dépend évidemment de la quantité de
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métal à couler et de la section de la coquille employée.
Les chiffres cités ci-dessus ne doivent donc pas être considérés comme une limite fixe, mais seulement donner une explication du sens et du but poursuivi par l'intention.
Suivant l'invention, en faisant usage de conduites ou tuyaux de diamètre intérieur relativement grand,(supérieur à 10 mm.) pour faire arriver le métal, on maintient constant le débit de ce métal par un dispositif de réglage, dont la partie active est maintenue en permanenoe dans le moule à l'intérieur de la masselotteliquide.
Il devient ainsi possible de mettre en service le tuyau d'amenée du métal, froid ou en tout cas chauffé à une température inférieure à la température de fusion du métal à couler, en faisant arriver le métal liquide par un tuyau de diamètre relativement grand (supérieur à 10 mm.) et un ajutage de dimension correspondante, en réchauf'fant ainsi le tuyau et l'ajutage, puis, dès que le tuyau et l'ajutage ont pris une température convenable, en réglant le débit de façon qu'il corres - ponde au poids généralement faible de métal à couler par unité de temps.
Il est avantageux en même temps de faire dévier latéralement le métal qui s'écoule d'une manière aussi uniforme que possible, pour obtenir un moulage régulier.
A cet effet, on installe au-dessous de l'ajutage de sortie du tuyau 'On dispositif servant à retenir ou à faire dévier le jet de liquide qui pénètre dans le moule, et pouvant avoir, suivant l'un des exemples de réalisation la forme d'un godet, ou suivant un autre celle d'une cuvette ou d'une plaque.
D'autres caractéristiques importantes de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante en se référant au dessin annexé, dont les fige. 1 à 6 représentent l'invention sous forme schématique.
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Sur la fig. 1, a désigne un tuyau d'arrivée du métal, dont l'extrémité supérieure débouche dans un four f, qui peut être un four de fusion ou de réchauffage (fig. 2) et l'extrémité inférieure dans la coquille b. Le four f peut être comme déjà dit un four de réchauffage , mais il peut aussi être avantageusement remplacé par une rigole de coulée alimentée par le four de fusion ou de réchauffage.
Dans l'exemple de réalisation en question, le tuyau d'amenée de métal ou l'ajutage a un diamètre intérieur supérieur è 10 mm. L'extrémité inférieure de ce tuyau peut comporter un dispositif de chauffage g . Quant à la coquille b, il s'agit de préférence d'une coquille pouvant être refroidie.
A l'extrémité inférieure du tuyau d'amenée du métal a, se trouve un organe de fermeture ou d'étranglement c qui peut avoir la forme d'un cône ± (fig. 1), d'une bille i (fig. 2) ou d'un tiroir ou similaire . Cet organe d'étranglement est réuni par une tige d à un dispositif de commande e (fig. 1) el (fig. 2) ou e2 (fig. 3) pouvant être manoeuvré de l'extérieur.
L'ensemble du dispositif de réglage (organe d'étranglement, tige et organe de commande) permet d'appliquer l'organe d'étranglement tout contre l'extrémité inférieure du tuyau d'amenée du métal, en le fermant ainsi complètement, ou de l'éloigner de l'orifice de sortie du tuyau a, de façon à ménager une ouverture de plus ou moins grande section entre le tuyau a et l'organe d'étranglement, en permettant ainsi à une quantité plus ou moins grande du métal contenu dans le tuyau de s'écouler dans la coquille. Etant donné que, pendant la coulée, l'organe d'étranglement est maintenu dans la masselotte liquide, on a la certitude que lé métal ne peut pas se solidifier dans l'organe d'étranglement, lorsque le débit est faible (ainsi qu'on le désire le plus souvent).
Ainsi que le montrent les figures, il peut être avantageux de combiner l'organe d'étranglement avec un dispositif m qui sert à retenir ou à faire dévier
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le jet de métal arrivant dans la coquille . Dans l'exemple de la fig. 1, la coulée se fait donc de la manière suivante.
On commence par ouvrir en grand l'orifice de passage entre la sortie du tuyau et l'organe d'étranglement. On fait arriver le métal liquide dans le tuyau d'amenée a, que le métal échauffe pendant son passage. De plus l'organe d'étranglement ou la so,upape conique c, qui sont arrosés par le métal liquide, prennent ainsi la température de coulée. Lorsque la coquille s'est remplie de façon à noyer la soupape conique dans la masselotte , on règle la position de la soupape par le dispositif e, de façon qu'elle ne laisse plus passer que le débit voulu. Puis on met en marche l'installation de coulée. Comme le tuyau d'amenée et la soupape ont pris maintenant la température de coulée, on peut régler le débit à volonté, sans risque de solidification ni d'autre irrégurarité.
Outre que la section du tuyau d'amenée a été choisie de façon à correspondre au débit et à la température du métal, qui y circule, on peut faciliter le maintien de sa température à une valeur constante en le chauffant ou le refroidissant par l'extérieur.
La fige 2 représente une autre forme de réalisation du dispositif régulateur. La soupape i est maintenue en état d'équilibre par l'intermédiaire d'une tige d par l'action d'un ressort n et d'un poids coulissant o.
La fig. 3 représente un dispositif de réglage automatique comportant un flotteur qui fonctionne sous l'action de la variation du niveau du métal dans la coquille ou de variations de débit par l'intermédiaire du dispositif e2, de la tige d et de la soupape conique en établissant ainsi un état d'équilibre.
Il est encore possible de réaliser un réglage automatique d'une manière générale en donnant au dispositif de commande de l'organe d'étranglement une forme telle que cet
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organe fonctionne sous l'action de la hauteur de la colonne de liquide ou du poidsde liquide se trouvant au-dessus de la soupape et opère ensuite le réglage d'une manière connue. Il peut être avantageux à cet effet de placer le four f ou la rigole avec le tuyau d'amenée sur une balance et de mettre à profit les variations de poids pour réaliser le réglage par des moyens connus et d'une manière connue.
Ainsi qu'il a déjà été dit, il peut être avantageux de remplacer le godet m par une cuvette ou une plaque pour obtenir une répartition uniforme du métal. Les formes de réalisation des figs. 4 à 6 sont une application de cette idée.
Sur la fig. 4, a désigne le tuyau d'amenée du métal (ajutage), par lequel s'écoule le métal provenant d'un four de réchauffage et passant par une conduite ascendante fermée ou une rigole ouverte, b est la coquille, 1 l'organe d'étranglement servant à régler le débit. L'organe ± repose sur une cuvette ou plaque m dont le diamètre ou la forme sont choisis suivant la section de la coquille . Le débit du métal qui s'écoule est réglé par l'intermédiaire de l'organe d'étranglement ± au moyen du dispositif régulateur réglable q et le métal est en même temps réparti sur toute la plaque m par l'organe d'étranglement ± de forme conique . La plaque m oblige le métal liquide qui y arrive à s'écouler uniformément de tous les côtés de la coquille, en l'empêchant de se diriger en profondeur.
Si une simple plaque m ne suffit pas à étaler le métal qui s'écoule, on peut renforcer l'écoulement en montant une seconde plaque r au-dessus de la plaque m, suivant la fig. 5, que le tuyau d'amenée du métal traverse. L'écartement qui sépare les plaques m et r peut être réglé, et suivant l'écartement de ces plaques ou la pression sous laquelle le métal est refoulé dans le tuyau a, l'action exercée sur le jet de métal sortant du tuyau est plus ou moins for-
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t e.
Outre que le dispositif décrit ci-dessus réalise un réglage uniforme de l'arrivée du métal, il permet en même temps au métal de s'écouler dans la section entière. du moule même lorsque la température de coulée est basse et d'éviter ainsi la fâcheuse action en profondeur du jet de métal.
On a constaté avec les dispositifs de répartition du type décrit ci-dessus qu'au commencement de la coulée, tant que ce distributeur ne plonge pas encore lui-même dans le métal liquide qu'il répartit, c'est-à-dire dans la masselotte de la coquille, il peut arriver que le métal en s'écoulant éclabousse directement la paroi de la coquille et s'y soude ou l'endommage . Pour éviter cet inconvénient, on pose, suivant la fig. 6 du dessin, au commencement de la coulée un capuchons sur le distributeur et on l'enlevé dès que le distributeur entre dans le métal liquide qui a ce moment amortit et retient le jet sortant du distributeur.
On a constaté que les moulages fabriqués en employant les dispositifs suivant l'invention possèdent dans toute leur section une structure de coulée fine et homogène, encore plus uniforme et parfaite que celle des moulages fabriqués avec les distributeurs des formes de réalisation des figs. 1 à 3, qui ont la forme de godets. On a constaté en particulier que la répartition en nappe du métal s'écoulant du tuyau faisant disparaître à peu près sinon complètement les phénomènes de ségrégation dans le cas de la coulée des alliages. En conséquence il est possible d'obtenir un moulage exempt de ségrégation même de forte section .
Il est encore possible en donnant une forme appropriée au dispositif distributeur de modifier d'une manière dont on est maître, la structure de coulée ou la ségrégation ou ces deux états simultanément dans des conditions différentes dans les diverses zones de la section.
Les dispositifs suivant l'invention peuvent être uti-
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lisés non seulement dans le cas de faibles débits de métal, et mais aussi de forts débits/de vitesses de coulée corres- pondantes de même que dans le cas de coquilles de faible section.
Il est évident quil n'est pas nécessaire de réunir la plaque distributrice m à l'organe d'étranglement c. Ces organes peuvent être séparés et se mouvoir ou être action- nés d'une manière indépendante.
Il est évident aussi que l'organe d'étranglement et la plaque distributrice peuvent être commandés soit ensem- ble, soit séparément et automatiquement par un dispositif qui fonctionne sous l'action des variations de hauteur ou de poids de la colonne liquide de métal fondu, qui se trou- ve dans le tuyau de coulée au-dessus de l'organe d'étran- glement .
Le procédé de l'invention et les dispositifsprévus pour son application satisfont à la condition consistant à faire arriver des quantités de métal toujours uniformes dans la coquille . Le réglage est nécessaire parce que la hauteur du niveau du métal dans le réservoir f, d'où il sort, n'est pas toujours la même et que par suite le débit du métal varie en conséquence .
Le procédé permet encore de renoncer aux dispositifs d'amenée du métal fonctionnant à la manière d'un siphon, c'est-à-dire avec une conduite ascendante ou sous pression, car l'invention permet de mon- ter le tuyau amenant le métal dans la coquille sur le four de fusion lui-même, sur un four de réchauffage ou sur une rigole d'alimentation intercalée, à la partie inférieure du four ou du réservoir , sans qu'il soit nécessaire de maintenir le niveau du métal dans le four ou réservoir toujours à la même hauteur ou de compenser par une pression agissant dans le four les variations du niveau du métal.
Le réglage s'effectue maintenant par le dispositif qui se trouve dans la coquille, tandis que le rôle joué par la hau-
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teur du niveau du métal dans le four ne consiste plus qu'à faire fermer davantage la soupape dans la coquille lorsque cette hauteur est plus grande et inversement. En même temps, l'opération du chargement du four sous pression, qui n'est pas très simple à exécuter n'est plus nécessaire ; il n'est pas non plus nécessaire de faire agir un gaz quelconque sous pression en permanence sur le métal dans le four, dans le réservoir ou dans la rigole, et on réalise ainsi une importante simplification dans l'alimentation de la coquille par des quantités de métal toujours uniformes.
L'invention ne procure donc pas seulement la possibilité de couler des métaux et alliages qui, en raison de leur point de fusion élevé, ne pouvaient être coulés/jus- qu'à présent par les procédés connus, mais encore elle apporte une notable simplification aux dispositifs actuels de coulée avec conduite d'amenée du métal, puisque le procédé de l'invention permet évidemment de couler également les métaux et alliages à bas point de fusion, tels que l'aluminium et ses alliages, le magnésium, le zinc et ses alliages ete.. en permettant alors d'employer des tuyaux d'amenée plus minces.
L'invention permet encore de faire partir par le fond d'un four ou d'un réservoir plusieurs orifices de sortie, sans qu'il soit nécessaire de faire agir une pression artificielle dans le four qui exige des dimensions exactement calculées pour les sections des tuyaux aboutissant aux diverses coquilles. Suivant l'invention, la pression dans le four ou le réservoir peut être maintenue à une valeur quelconque constante et le réglage du débit dans chaque tuyau d'amenée se fait à valonté dans la coquille correspondante par un dispositif de réglage spécial.
L'expérience a montré qu'en coulant avec un tuyau ascendant et par suite sous pression dans le four de réchauffage avec en plus un réglage par soupape, on peut réa-
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liser un réglage très précis, sensiblement plus voisin de celui que permettrait de réaliser une machine à couler complètement automatique . On coule donc en maintenant une pression constante dans le four de réchauffage (par exem- ple au moyen d'un régulateur automatique approprié), puis on réalise les faibles $ variations de hauteur de la masse- lotte liquide dans la coquille à l'aide de régulateurs fonc- tionnant aussi automatiquement, tels qu'ils ont été décrits ci-dessus.
L'organe d'étranglement du dispositif régulateur peut aussi servir en même temps à régler à une valeur déterminée par chauffage @ ou refroidissement la température du métal qui s'écoule et à diriger ainsi ou à rendre rigoureusement uniforme l'opération de solidification dans la coquille.
Suivant la nature du métal à couler le tuyau d'amenée du métal et la soupape peuvent être construits en matériaux réfractaires ou en métaux comportant des dispositifs de refroidissement appropriés.