CH632685A5

CH632685A5 - Procede pour le moulage en coquille avec refroidissement direct de metaux non ferreux, appareil pour sa mise en oeuvre et application de ce procede.

Info

Publication number: CH632685A5
Application number: CH151979A
Authority: CH
Inventors: Rennie Francis Traffor Wilkins
Original assignee: British Aluminium Co Ltd
Priority date: 1978-02-18
Filing date: 1979-02-16
Publication date: 1982-10-29
Also published as: JPS54132430A; DE2906261A1; ES477824A1; AR221867A1; US4355679A; HU180686B; NZ189682A; NO790471L; IT1110276B; IN150806B; BE874274A; NL7901253A; FR2417357B1; CA1134592A; SE7901346L; GR65264B; IT7920318A0; AU4432779A; FR2417357A1; RO77957A

Description

La présente invention se rapporte à un procédé pour le moulage en coquille avec refroidissement direct de métaux non ferreux, à un appareil pour la mise en œuvre de ce procédé et à l'application de celui-ci pour le moulage de l'aluminium ou d'alliages à base d'aluminium.

Actuellement, le moulage en coquille d'aluminium et d'alliages à base d'aluminium présente des défectuosités de surface rencontrées fréquemment sur les moulages, par exemple des craquelures sur les barreaux et des plis ou trous sur les lingots. Les défectuosités nécessitent l'enlèvement de la surface des moulages d'une épaisseur quelquefois considérable avant un laminage ou roulage subséquent. On connaît depuis bien des années l'incidence de ces défectuosités et celles-ci peuvent être grandement réduites en maintenant faible le niveau de métal dans le moule, mais cela entraîne des problèmes opérationnels qui sont particulièrement aigus lors du début du moulage.

On a proposé, dans le brevet britannique N° 1026399, de réduire ces problèmes en prévoyant un recouvrement isolant flexible dans la partie supérieure du moule, de sorte que le métal liquide est protégé de l'action de refroidissement dans cette partie du moule qui est recouverte avec l'isolant, et la profondeur effective de métal dans le moule est ainsi réduite à la partie inférieure non recouverte. Bien qu'on ait pu réaliser, en utilisant ce procédé, un perfectionnement marqué de la surface finie du moulage, des problèmes relatifs au commencement du procédé de moulage persistent néanmoins. En plus, le recouvrement isolant est rapidement endommagé et doit être remplacé fréquemment.

On a également proposé le système Isocast (marque déposée) pour réduire les difficultés de commencement associées à l'utilisation d'une profondeur faible de métal par une table de moulage mobile, la table de moulage étant relevée pendant l'opération de moulage de sorte que la profondeur de métal dans le moule est réduite progressivement. Un désavantage de ce système est la nécessité d'un équipement cher prévoyant des mouvements précis de la table de moulage, en conjonction avec une dépendance considérable de l'habileté de l'opérateur.

On a également proposé, pour réaliser un contrôle très précis du niveau de métal dans le moule, de manière à contrôler la profondeur

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refroidissante du moule, une commande programmée du débit de métal à partir d'un fourneau basculant et d'un contrôle très précis de l'écoulement de liquide jusqu'à la tête de moulage, ainsi que du niveau de liquide dans le moule. De tels systèmes nécessitent la commande de quantités de chaleur intrinsèquement faibles, et sont ainsi très sensibles à de faibles fluctuations dans les paramètres principaux du procédé, de sorte qu'un contrôle sévère des variables même mineures du processus est nécessaire. De plus, et cela est plus important, le système n'est pas applicable au moulage de niveau car, du fait du faible niveau de liquide métallique nécessité dans le moule, il est très difficile d'amener du métal liquide en dessous de la surface du métal contenu dans le moule, de sorte que ce processus n'est applicable qu'à des moulages de très faibles quantités de métal.

Le but de la présente invention est de réaliser un procédé perfectionné ainsi qu'un appareil pour le moulage en coquille à refroidissement direct de métaux non ferreux qui réduit grandement les défectuosités de surface des moulages, minimisant et quelquefois évitant la nécessité de racler les moulages, qui fait usage d'un appareil robuste peu coûteux à installer, et qui peut être adapté au procédé de moulage à niveau.

Selon l'invention, le procédé pour le moulage en coquille avec refroidissement direct de métaux non ferreux à travers un moule ouvert est caractérisé par le fait que, pendant la coulée, la longueur axiale de la partie du moule qui est en contact avec le métal liquide est modifiée de façon indépendante des variations de la quantité de métal liquide à l'intérieur du moule.

On petit déplacer le moule axialement, relativement à une douille rigide d'un matériau thermiquement isolant, située à l'intérieur du moule pendant l'opération de moulage du métal de manière à augmenter le chevauchement entre le moule et cette douille et dans la direction de l'écoulement du métal après que l'opération de moulage a commencé.

On peut disposer une douille rigide, thermiquement isolante, à l'intérieur, et sans contact avec la surface interne amont du moule avant de commencer le moulage de métal, et on peut déplacer la douille et le moule axialement l'un par rapport à l'autre, après avoir commencé à couler le métal, de sorte que cette douille s'étende plus avant dans le moule.

Selon le procédé pour le moulage en coquille à refroidissement direct de métaux non ferreux, verticalement à travers un moule ouvert refroidi à l'eau selon lequel on applique de l'eau de refroidissement au moulage sortant, on peut disposer une douille isolante rigide partiellement à l'intérieur et sans contact avec la surface interne de la partie supérieure du moule, avant le début de la fonte de métal et on peut abaisser axialement cette douille à l'intérieur du moule après que la fonte a commencé.

On peut disposer une douille rigide d'un matériau isolant thermiquement à l'intérieur de l'extrémité amont du moule qui ne soit pas en contact avec la paroi de ce moule, de sorte que le métal liquide peut entrer dans le jeu annulaire entre le moule et la douille et on peut appliquer du gaz sous pression à l'extrémité supérieure de ce jeu pour modifier la longueur axiale de la partie du moule qui est en contact avec le métal liquide après que l'opération de fonte a commencé.

On peut utiliser un moule ouvert en faisant varier automatiquement la longueur axiale de la partie du moule qui est en contact avec le métal liquide pendant l'opération de fonte en relation avec la vitesse de moulage.

L'invention permet également de réaliser un appareil pour la mise en œuvre du procédé, qui est caractérisé par le fait qu'il comporte une douille rigide en un matériau isolant thermiquement d'une dimension et d'une forme telles qu'un jeu est prévu entre cette douille et le moule, la douille étant placée en regard de l'extrémité amont du moule, et des moyens étant prévus pour déplacer le moule et la douille l'un par rapport à l'autre pour modifier la longueur axiale le long de laquelle le moule et la douille se superposent.

Avantageusement, la douille rigide en matériau isolant thermiquement est placée partiellement à l'intérieur et hors de contact avec la surface interne de l'extrémité amont du moule et des moyens déplacent la douille et le moule axialement relativement l'un par rapport à l'autre.

La douille rigide isolante thermiquement peut être disposée partiellement à l'intérieur et n'entre pas en contact avec la surface interne de la partie supérieure du moule, et des moyens abaissent la douille à l'intérieur du moule et l'en retirent.

La douille d'un matériau isolant thermiquement peut être d'une dimension et d'une forme telles qu'elle est introduite avec jeu à l'intérieur du moule et disposée en regard de ce moule à partir de l'extrémité amont de celui-ci, un diaphragme annulaire poreux peut être disposé en dessous et aligné avec le moule et il y a des moyens pour amener du gaz sous pression à travers le diaphragme pour porter le moulage émergeant, des moyens peuvent obturer à l'amont une partie du jeu entre la douille et le moule et des moyens pour appliquer du gaz sous pression dans ce jeu.

Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple quelques formes d'exécution de la présente invention.

Les fig. la et lb illustrent schématiquement, en coupe verticale, une partie d'une forme d'exécution de l'appareil selon la présente invention pour le moulage en coquille avec refroidissement direct vertical de métaux non ferreux illustrant une douille mobile isolante dans différentes positions.

La fig. 1 c illustre une disposition modifiée dans la même position que représentée à la fig. lb.

La fig. 2 illustre une vue semblable d'une construction modifiée.

Les fig. 3a, 3b et 3c illustrent des vues semblables d'une construction modifiée correspondant généralement aux vues illustrées à la fig. 1.

La fig. 4 est une vue combinant les structures des fig. 2 et 3.

Les fig. 5a, 5b et 5c illustrent d'autres modifications de l'arrangement illustré à la fig. 3.

La fig. 6 illustre schématiquement un moule ouvert avec un plongeur mobile et une douille mobile et un dispositif de commande pour effectuer un moulage automatique ou semi-automatique.

La fig. 7 est un graphique illustrant la longueur du moule exposé au métal liquide en fonction de la vitesse du piston.

La fig. 8 est un graphique illustrant la vitesse du piston en fonction de la longueur du moulage.

En référence à la fig. la, l'appareil comprend un moule ouvert à l'une de ses extrémités métalliques 1, présentant un canal d'eau 2, à partir duquel de l'eau de refroidissement s'échappe sur un moulage à travers les trous 3. Une douille annulaire rigide isolante 4 est portée sur une bague 4a portée elle-même sur l'extrémité supérieure d'un piston évidé 5 déplaçable dans un cylindre 5a. Ainsi, la douille 4 peut se déplacer vers le haut ou vers le bas à l'intérieur du moule par l'application d'air sous pression au cylindre 5a au travers des tubes 6. La douille 4 est en fibre rèfractaire, par exemple de silicate d'aluminium, rigidifié d'une façon connue et à disposition dans le commerce; son extrémité inférieure est conique d'un angle d'environ 45° et fixée à une bande 7 d'un matériau tel que Fiberfrax (marque déposée) de manière à être en contact glissant avec la surface interne la du moule pour éviter que du métal liquide monte entre le moule et la douille.

En variante, des rubans plats en carbone fibreux pourraient être placés dans une gorge externe (non illustrée) dans la douille pour racler la paroi du moule. En opération, la douille 4 est levée comme illustrée en fig. la pour exposer une longueur considérable du moule D1 au métal liquide afin de faciliter l'opération du début de fonte. Le métal liquide est introduit dans la cavité du moule 8 à travers un orifice non illustré ou un bassin tampon peut être utilisé. Après l'établissement de l'écoulement de métal, la douille 4 est descendue dans la position illustrée à la fig. lb, ce qui a pour effet de réduire la longueur de métal du moule exposée au métal liquide à D2. La fig. le illustre une coupe modifiée de la douille 4 dans laquelle son extrémité inférieure est conformée de manière à suivre approximativement la courbe du ménisque du métal liquide à proximité de la périphérie interne du moule. La surface extérieure de la douille est également

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conique de sorte que le jeu entre cette douille et le moule est le plus grand à l'extrémité supérieure du moule.

Un lubrifiant peut être introduit dans le jeu 9 entre la douille 4 et le moule par tous moyens connus (non illustrés), par exemple par des gorges à huile. Lorsqu'il émerge de la cavité 8, un moulage 10 est refroidi directement par l'eau passant à travers les trous 3 provenant du canal 2. Le moulage 10 peut être refroidi encore d'une manière connue en appliquant de l'eau à celui-ci par des moyens (non illustrés) en dessous du niveau du moule. Toutefois, il est préférable que la douille 4 s'étende à l'intérieur du moule avant que le moulage commence; cela n'est pas nécessaire, et la douille pourrait être déplacée à l'intérieur du moule, à partir d'une position de départ entièrement située à l'extérieur. D1 peut atteindre par exemple jusqu'à 10 cm et D2 peut atteindre jusqu'à 5 cm, mais de préférence entre 2 et 3 cm bien que, pour le moulage rapide de certains alliages, D2 puisse être inférieur à 6 mm.

Bien qu'il est envisagé ci-dessus que la douille soit descendue jusque dans sa position opérative optimale pendant le moulage, et reste dans cette position, on peut comprendre qu'il peut arriver des circonstances pratiques pendant le moulage qui nécessitent un déplacement subséquent de la douille vers la haut ou vers le bas, comme désiré. Cela peut particulièrement arriver si le déplacement de la douille est commandé automatiquement en réponse à une information se rapportant à la nature du moulage émergeant, lorsqu'un refoulement de la douille peut être attendu. La douille peut être déplacée vers le bas à l'intérieur du moule, progressivement, ou elle peut être déplacée rapidement en un seul pas de sa position supérieure jusqu'à sa position inférieure. Dans ce dernier cas, il est désirable d'abaisser la position où l'eau de refroidissement est appliquée en premier au moulage d'une valeur en rapport avec la distance sur laquelle la douille se déplace. Dans la fig. 2, le moule en métal 1 ne comprend pas de trous pour amener l'eau de refroidissement au moulage sortant. La douille 4 est illustrée en bas dans une position telle que la longueur effective du moule est pratiquement nulle et que la tête métallique est portée latéralement par de l'air sous pression appliqué à travers une membrane annulaire perméable 11 à partir de canaux d'air 12 dans un support 12a pour cette membrane. Un tube rotatif d'eau 13 est utilisé pour appliquer directement de l'eau au moulage sortant 10 à travers des perforations dans sa paroi. Le tube 13 peut être mis en rotation de sorte que la direction des jets d'eau peut être ajustée comme désiré, par exemple abaissée à partir d'une position supérieure jusque dans une position inférieure lorsque la douille 4 est descendue. Au début de l'opération de moulage, il est désirable qu'au moins 3 cm de moule refroidi soient exposés au métal liquide et, si la douille est abaissée pour laisser une faible partie du moule exposé, cette longueur exposée ne devrait pas excéder 1 cm. Du nitrogène, de l'argon, du dioxyde de carbone ou d'autres gaz moins réactifs par rapport à l'aluminium que l'air peuvent être utilisés pour réaliser un support latéral pour le moulage.

La fig. 3 illustre l'utilisation d'un gaz comprimé (par exemple du nitrogène ou de l'argon) de manière à contrôler la profondeur effective de métal dans le moule à un bas niveau une fois que le moulage a commencé. La douille 4 et la bague 4a enferment une conduite et une vanne 15 auxquelles une alimentation de gaz sous pression est reliée. En fonctionnement, la douille isolante mobile est tout d'abord dans sa position haute illustrée à la fig. -3a. Une fois que le moulage a été établi, la douille 4 est abaissée dans sa position opérationnelle (fig. 4b), après quoi du gaz comprimé est envoyé à travers le tube et la vanne 15 jusqu'à ce que le métal dans le jeu 9 atteigne le niveau désiré pour un moulage de qualité optimale comme illustré à la fig. 3c. On évite que le gaz échappe du jeu 9 par un joint à faible pression 16 formé par une partie supérieure 1 b du moule 1. Le jeu 9 peut être au moins de 1 cm de large et de préférence de 2 cm de large. De plus, des trous non illustrés peuvent être formés dans la partie inférieure de la douille pour faciliter le passage du métal liquide à l'intérieur du jeu 9. Un dispositif de détente de pression peut être incorporé dans la vanne 15 pour éviter une surpression du métal dans le jeu 9.

Dans la fig. 4, la douille 4 est illustrée dans sa position basse opérationnelle et du gaz comprimé a été appliqué au jeu de manière à abaisser le niveau de métal jusqu'au niveau requis. Un support latéral est donné au métal émergeant par l'application de gaz sous 5 pression à partir de conduites 12 à travers un matériau perméable 11. De l'eau est envoyée sur le métal, lorsqu'il émerge de l'intérieur de la bague en matériau perméable, au moyen de la bague d'aspersion ajustable 13.

Dans une forme d'exécution du procédé un ensemble de moules io du type illustré à la fig. 1 a été monté pour mouler un lingot de 50 x 17,5 cm de section d'aluminium commercialement pur. La fonte a commencé avec la douille isolante 4 dans une position telle que 3,75 cm de longueur du moule 1 étaient exposés au métal liquide. La surface du moulage métallique montrait des bandes espacées d'envi-15 ron 2,5 cm. La douille isolante a été ensuite abaissée de manière à donner une surface exposée du moule de 2,2 cm. La surface du moulage a été ensuite très bonne, les bandes ayant été complètement supprimées. La bonne qualité de la surface du moulage a continué jusqu'à ce que celui-ci soit terminé, à l'exception d'une faible 2o longueur pendant laquelle la douille isolante a été intentionnellement remise en position haute pour 2 min, ce qui entraînait une nouvelle production de bandes sur la surface du moulage. La longueur du lingot coulé a été de 280 cm.

Dans une autre expérience, du gaz sous pression de 75 cm de 25 hauteur d'eau en conjonction avec une vanne a été utilisé pour pousser le métal liquide vers le bas dans le jeu 9, de sorte que le niveau métallique dans la partie principale de la cavité du moule est monté d'environ 1,2 cm dans un essai et de 5 cm dans un second essai, confirmant que le niveau métallique dans l'espace annulaire 30 avait été abaissé de la quantité désirée de 1,2 et de 5 cm, la section relative de l'espace annulaire et de la cavité principale du moule étant approximativement dans le rapport 1 à 1. Le diamètre du moule était de 26 cm.

Avec certains alliages, en particulier les compositions traitées à 35 haute température, les problèmes de fonte proviennent souvent du fait de la tendance au craquage auquel de tels alliages sont sujets. Les problèmes arrivent principalement au début du moulage. Dans de tels cas, il peut être préféré de modifier la forme de la douille isolante illustrée à la fig. 3, de la manière illustrée à la fig. 5a, de telle façon 40 qu'elle puisse entrer en contact avec un bloc de démarrage 17, une bande de Fiberfrax ou d'un matériau réfractaire fibreux similaire à l'extrémité inférieure de la douille, formant alors un joint étanche au métal. Lorsque l'on coule ces alliages difficiles, le bloc de démarrage 17 peut être relevé à l'intérieur du moule et la douille isolante 4 45 abaissée de telle manière qu'un joint étanche au métal est formé, comme illustré à la fig. 5a. Le métal est alors introduit dans la cavité 8 formée par la douille isolante et le bloc de démarrage, mais n'entre pas en contact avec le moule refroidi à l'eau 1 à cause du joint étanche au métal formé par la bande 7. Lorsque le niveau de métal à 50 l'intérieur de la douille isolante a atteint la valeur désirée, l'abaissement du bloc de démarrage et de la douille est commencé et le métal liquide coule à l'intérieur du jeu annulaire 9, comme illustré à la fig. 5. Il est alors simple, en appliquant du gaz comprimé à travers le tube 15, d'abaisser le niveau de métal dans le jeu 9 jusqu'à sa valeur 55 optimale pour obtenir une qualité de surface impeccable comme illustré à la fig. 5c. De cette façon, les ennuis dus au cracking dans la coulée d'alliages forts peuvent être réduits puisque la cavité du moule peut être préremplie avec du métal jusqu'à la profondeur désirée, avant d'entrer en contact avec le moule refroidi à l'eau, éliminant 60 ainsi la principale cause de trouble.

On comprend également que les arrangements des fig. 4 et 5 présentant une douille fixe peuvent être disposés dans la position la plus basse et que la longueur axiale de la partie du moule en contact avec le métal liquide peut être contrôlée entièrement par la pression 65 de gaz à l'intérieur du jeu entre le moule et la douille. Lorsque du gaz sous pression est utilisé pour commander la position du niveau de métal liquide dans le jeu 9, celui-ci est de préférence de 1 à 3 cm de large.

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On comprend que, avec tous les arrangements décrits ci-dessus, la douille peut être fixe et des moyens peuvent être prévus pour élever et abaisser le moule. Toutefois, comme décrit en relation à la fig. 1, il est préférable de porter la douille à l'aide de pistons commandés pneumatiquement et de cylindres moteurs, et on voit que la douille sera également portée en partie par sa flottance naturelle à l'intérieur de la quantité de métal liquide dans la partie supérieure du moulage. Ainsi, l'utilisation d'une douille mobile ou d'une douille fixe avec du gaz sous pression permet de modifier la longueur axiale du moule en contact avec le métal liquide pendant l'opération de moulage de façon indépendante des variations de la quantité de métal liquide présent dans le moule. Ainsi, en contrôlant ces paramètres séparément, des conditions optimales de démarrage, des conditions optimales de fonte et des conditions optimales de terminaison du moulage peuvent être obtenues.

Pendant un procédé de moulage en coquille à refroidissement direct vertical, les variables qui doivent être continuellement commandées à part la température sont le débit de métal liquide, le débit d'eau de refroidissement, la vitesse de moulage et le niveau de métal dans le moule, et le présent procédé, qui permet de faire varier indépendamment ces paramètres les uns des autres, est particulièrement adéquat pour être incorporé dans une installation automatique ou semi-automatique.

Une telle installation est illustrée à la fig. 6 de façon schématique, où un moule ouvert 1, présentant un canal d'eau 2 avec des ouvertures d'aspersion 3, est alimenté en eau de refroidissement par un tuyau 18. Une douille mobile 4 est déplacée verticalement à l'intérieur et hors du moule 1 et est reliée en 19 avec un dispositif d'entraînement 20 qui peut, par exemple, être actionné électriquement, ou par un système pneumatique amorti hydrauliquement. Une alimentation en métal liquide 21 est disposée à l'extérieur du moule à une hauteur permettant au métal d'être coulé par des moyens non illustrés. Un support de fonte 22 est monté sur un piston mobile 23 relié à un dispositif d'actionnement 25. Ce dernier peut être une vis actionnée électriquement, mais est de préférence un piston d'un cylindre hydraulique commandé électriquement. Un contrôle manuel 26 pour le mécanisme 25 est accouplé avec celui-ci à l'aide d'un interrupteur à deux voies 27 et comprend des commandes marche/arrêt/retour et deux vitesses. Des commandes similaires avec des entraînements électriques sont prévues dans une commande automatique 28 couplée au mécanisme 25 à l'aide de l'interrupteur 27.

Un dispositif logique 29 comprenant un microprocesseur adéquat capable d'être programmé pour traiter les séquences désirables des états avec le nombre voulu de sécurités fail safe incorporées. Des informations relatives à la position du piston 23, la position de la douille 4 (et ainsi de la longueur axiale du moule 1 en contact avec le métal liquide) et le niveau du métal liquide dans le dispositif d'amenée 21, sont continuellement délivrées au dispositif 29, respectivement par des détecteurs de position 30 et 31, et un détecteur de niveau 32, et des signaux de fonctionnement sont continuellement délivrés du dispositif 29 au mécanisme d'entraînement 20, un dispositif de commande du débit de métal 33 dans l'arrivée de métal 21, une commande du débit d'eau 34 dans le tube 18 et la commande automatique 28, lorsqu'elle est utilisée pour le dispositif d'entraînement 25.

La fig. 7 est un graphique illustrant empiriquement les relations déterminées entre la vitesse du piston 23 et la longueur du moule 1 exposée au métal liquide pour obtenir des conditions optimales de fonte. Des conditions illustrées donnent un bloc optimal quant à sa qualité lorsque l'on fond un alliage 1200 dans un moule rectangulaire de 70 x 25 cm. Pour des compositions d'alliages plus élevées, la relation est déplacée en direction de l'origine, la quantité de tels petits déplacements étant déterminée par expérimentation pour chaque classe d'alliages. Ainsi, avec environ 9 cm de moule exposé, les conditions optimales pour un démarrage sûr et aisé sont obtenues. Pour un moulage rapide avec une vitesse du piston 23 d'environ 16 cm/min, on obtient des conditions de moulage optimales lorsque 0,5 mm de la partie inférieure du moule est exposé au métal liquide. On comprend que la douille reste normalement stationnée jusqu'à ce que la vitesse du piston ait atteint approximativement 3,75 cm/min. Toutefois, en pratique, si une vitesse de moulage inférieure à 10 cm/min et une longueur refroidie opérationnelle du moule inférieure à 2,5 cm ne sont pas requises, alors la courbe peut suivre la courbe pointillée A et la douille commence à se déplacer lorsque le piston descend. La fig. 8 illustre la vitesse du piston en fonction de la longueur du lingot moulé émergeant pour les mêmes conditions de moulage que la fig. 7. La première partie B de la courbe comprend une accélération initiale du mouvement du piston. En direction de la fin des conditions stationnaires, le point C représente la position à laquelle le flux de métal coulant vers le moule serait arrêté, et cette position serait en relation avec la longueur moulée totale et le liquide métallique résiduel dans l'installation. Le débit d'eau serait réduit après le point C, mais resterait à un niveau constant réduit de manière à refroidir encore plus le lingot moulé.

Les courbes des fig. 7 et 8 illustrent qu'il est convenable d'utiliser la vitesse du piston comme paramètre de contrôle, d'une installation automatique ou semi-automatique. La profondeur de refroidissement et le débit d'eau peuvent également être modifiés en accord avec la vitesse du piston. Ainsi, en mode semi-automatique selon la fig. 6, la vitesse du piston serait commandée manuellement par la commande 26 et la profondeur refroidie serait contrôlée par la logique du dispositif 29 pour déplacer la douille 4 en fonction des positions commandées par le détecteur de position 31. En même temps, le débit de métal et le débit d'eau seraient variés par les commandes 33 et 34, et le flux de métal commandé par le détecteur 32 en fonction d'un programme. Comme illustré à la fig. 8, il est utile de modifier la vitesse du piston en fonction d'un programme fondé sur la longueur du lingot moulé émergeant et, dans le mode automatique de la fig. 6, le dispositif logique 29 produirait des signaux par 35 à la commande automatique 28 en fonction de la position à chaque moment du piston 23 tel que commandé par le détecteur 30. Puisque tous les paramètres de fonctionnement, à l'exception de la vitesse du piston, sont détectés et contrôlés continuellement par le dispositif logique 29 pendant une commande manuelle, cela a pour effet que même si cette commande manuelle n'est pas effectuée d'une manière optimale pour la coulée particulière, la commutation sur le mode automatique fera immédiatement les variations nécessaires dans toutes les variables pour obtenir les conditions optimales. Cela permet de commuter d'une commande manuelle à une commande automatique à volonté.

Il faut comprendre que, lors de la fin de la coulée, la douille et le piston seront ramenés dans leur position élevée.

Le dispositif logique 29 présentera des sécurités fail safe incorporées pour éviter ou tenir compte des variations excessives dans le flux d'eau ; l'interruption du débit de métal et les pannes de réseau de distribution électrique, en particulier, permettrait d'assurer que la douille soit rapidement retournée dans sa position supérieure au cas où la partie supérieure du lingot coulé serait trop refroidie.

A titre d'exemple, le tableau 1 illustre la vitesse du piston devant être suivie pour couler un bloc de 305 cm de long d'une section de 70 x 25 cm en alliage 1200 à une vitesse de 10 cm/min, cette coulée s'effectuant par un contrôle manuel. Le point auquel le débit de métal est terminé par rapport à la longueur du bloc moulé dépendra naturellement du volume dans le dispositif d'amenée utilisé.

Le tableau 2 indique la procédure devant être suivie lorsque le même bloc est coulé selon le présent procédé en utilisant le mode automatique avec un transfert du niveau de métal. Dans cet exemple, la vitesse de coulée est de 13 cm/min.

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Tableau 1

Longueur

Ajustement

de coulée vitesse piston

Remarques

(cm)

(cm/min)

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15,8

départ piston

3,8

15,8

1

5,7

25,4

297

25,4

fin du débit de métal

4

i

299

12,7

302

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arrêt piston

| indique une modification progressive dans la vitesse du plongeur.

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Tableau 2

Lorsqu'on appuie sur le bouton démarrage de coulée, le métal coule à l'intérieur du dispositif d'introduction de métal dans le moule et donc dans ce moule, jusqu'à ce que le métal atteigne un niveau actionnant le détecteur placé dans l'amenée de métal. Le piston est alors abaissé en accord avec les données suivantes.

Longueur

Ajustement

de coulée vitesse piston

Remarques

(cm)

(cm/min)

0

15,8

3,8

15,8

vitesse uniforme

4

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élévation de 6,4

8,25

33

à 13,0 cm/min

300

33

vitesse uniforme

1

i abaissée de 13,0

302

0

à 6,4 cm/min

| L'extraction du bloc est commencée.

Le bloc coulé dans un alliage 1200 avec une vitesse de piston telle que prévue dans les tableaux 1 et 2 et avec des longueurs du moule exposé, correspondant en relation avec celles-ci selon la fig. 1, ont permis d'obtenir des surfaces d'une qualité exceptionnelle.

R

6 feuilles dessins

Claims

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2

REVENDICATIONS

1. Procédé pour le moulage en coquille avec refroidissement direct de métaux non ferreux à travers un moule ouvert, caractérisé par le fait que, pendant la coulée, la longueur axiale de la partie du moule qui est en contact avec le métal liquide est modifiée de façon indépendante des variations de la quantité de métal liquide à l'intérieur du moule.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que cette longueur est modifiée de manière à être réduite après que la coulée a commencé.
3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que cette longueur est réduite à une valeur qui reste constante pendant pratiquement toute la durée de la coulée à conditions constantes.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que cette longueur augmente lorsque la coulée se termine.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on déplace axialement relativement l'un par rapport à l'autre le moule et une douille rigide d'un matériau isolant thermiquement situé à l'intérieur du moule pendant la coulée de métal dans une direction propre à augmenter la partie de la douille introduite dans le moule et dans la direction de l'écoulement du métal liquide une fois que l'opération de coulée a commencé.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la douille est partiellement introduite dans le moule au début de la coulée.
7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la douille est entièrement placée à l'extérieur du moule au début de la coulée.
8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on place une douille d'un matériau isolant thermiquement partiellement à l'intérieur d'un moule, cette douille ne touchant pas la paroi supérieure amont interne de ce moule, avant le commencement de la coulée, et par le fait qu'on déplace la douille et le moule axialement l'un par rapport à l'autre, une fois que la coulée a commencé, de manière à introduire la douille dans le moule.
9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on dispose une douille rigide isolante thermiquement partiellement à l'intérieur d'un moule, la douille ne touchant pas la paroi supérieure interne du moule, avant le début de la coulée, et par le fait qu'on abaisse cette douille axialement à l'intérieur du moule, une fois que la coulée a commencé.
10. Procédé selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé par le fait que la position la plus basse de la douille est choisie de manière à répondre à des exigences spéciales des alliages.
11. Procédé selon l'une des revendications 5 à 10, caractérisé par le fait que, avant de commencer l'opération de coulée, la longueur de la surface exposée du moule est de 15 cm au plus et que, dans la position la plus basse de la douille, cette longueur est de 10 cm au plus.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait que la longueur de la surface du moule exposée dans la position la plus basse de la douille est inférieure à 6 mm.
13. Procédé selon l'une des revendications 5 à 12, caractérisé par le fait que, dans la position la plus basse de la douille, la coulée émergeant est portée latéralement à l'aide d'un coussin annulaire gazeux ou par des forces électromagnétiques en dessus de la position à laquelle l'eau de refroidissement est appliquée à la surface du moulage.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé par le fait que, lorsque la douille est abaissée, la position à laquelle de l'eau est appliquée en premier au moulage est simultanément abaissée d'une valeur en relation avec le déplacement de la douille.
15. Procédé selon l'une des revendications 13 ou 14, caractérisé par le fait que le coussin de gaz est appliqué à travers un diaphragme poreux s'étendant autour de la périphérie du moulage.
16. Procédé selon l'une des revendications 13 à 15, caractérisé par le fait que, au démarrage de l'opération de coulée, au moins 3 cm de longueur de moule refroidi sont exposés au métal liquide.
17. Procédé selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisé par le fait que la douille n'est pas abaissée plus bas qu'une position pour laquelle la longueur du moule en contact avec le métal liquide n'excède pas 1 cm.
18. Procédé selon l'une des revendications 13 à 16, caractérisé par le fait que, dans la position inférieure de la douille, le métal liquide n'est pas en contact avec le moule.
19. Procédé selon l'une des revendications 13 à 18, caractérisé par le fait que le gaz est de l'air, de l'azote, de l'argon ou du dioxyde de carbone.
20. Procédé selon l'une des revendications 5 à 19, caractérisé par le fait que, dans la position inférieure de la douille, la partie supérieure du jeu annulaire située entre la douille et le moule est obturée par un gaz sous pression qui est appliquée à ce jeu de manière à commander le niveau du métal liquide situé dans celui-ci.
21. Procédé selon la revendication 20, caractérisé par le fait que la coulée est commencée lorsque la douille est dans une position haute et qu'aucun gaz sous pression n'est appliqué au jeu et que, après que la coulée a commencé, un gaz sous pression est appliqué au jeu de sorte que la hauteur de métal liquide dans celui-ci soit réduite à une valeur déterminée.
22. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on dispose une douille rigide en un matériau isolant thermiquement à l'intérieur de l'extrémité amont du moule, cette douille n'étant pas en contact avec la paroi de ce moule, de sorte que le métal liquide peut entrer dans un jeu annulaire situé entre le moule et cette douille, et qu'on applique un gaz sous pression à l'extrémité supérieure de ce jeu pour modifier la longueur axiale de la partie du moule qui est en contact avec le métal liquide, une fois que l'opération de coulée a commencé.
23. Procédé selon l'une des revendications 20 à 22, caractérisé par le fait que le gaz est de l'air, de l'azote ou de l'argon.
24. Procédé selon l'une des revendications 20 à 23, caractérisé par le fait que le jeu est d'au moins 1 cm.
25. Procédé selon la revendication 24, caractérisé par le fait que le jeu est inférieur à 3 cm.
26. Procédé selon l'une des revendications 5 à 25, caractérisé par le fait que la douille est alimentée en métal liquide par une alimentation à niveau constant à partir d'une source de métal liquide.
27. Procédé selon l'une des revendications 5 à 26, caractérisé par le fait qu'un lubrifiant est appliqué au jeu situé entre le moule et la douille.
28. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on fait varier la longueur axiale de la partie du moule qui est en contact avec le métal liquide pendant l'opération de coulée en fonction de la vitesse de coulée.
29. Procédé selon la revendication 28, caractérisé par le fait que le moule présente une partie supérieure chaude déplacée automatiquement à des positions axiales relatives différentes par rapport au moule en fonction de ces variations de vitesse de coulée.
30. Procédé selon l'une des revendications 28 ou 29, caractérisé par le fait que le débit d'eau de refroidissement du moule et du lingot coulés sont déterminés séparément automatiquement en fonction de la vitesse de coulée pendant le régime constant de coulée.
31. Procédé selon l'une des revendications 28 à 30, caractérisé par le fait que la vitesse de coulée est commandée manuellement en fonction d'un programme et que le débit de métal liquide dans la partie supérieure chaude est commandé manuellement et séparément.
32. Procédé selon l'une des revendications 28 à 30, caractérisé par le fait que le débit de métal liquide est modifié automatiquement en fonction de la vitesse de coulée.
33. Procédé selon l'une des revendications 31 ou 32, caractérisé par le fait que la vitesse de moulage est modifiée en relation avec la longueur du lingot déjà moulé.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

632 685
34. Procédé selon la revendication 33, caractérisé par le fait que la vitesse de moulage est modifiée automatiquement en fonction de cette longueur.
35. Appareil pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte une douille rigide en un matériau isolant thermiquement d'une dimension et d'une forme telles qu'un jeu est prévu entre cette douille et le moule, la douille étant placée en regard de l'extrémité amont du moule et des moyens étant prévus pour déplacer le moule et la douille l'un par rapport à l'autre, pour modifier la longueur axiale le long de laquelle le moule et la douille se superposent.
36. Appareil selon la revendication 35, caractérisé par le fait que ces moyens permettent un déplacement relatif tel que la douille puisse être extraite entièrement du moule.
37. Appareil selon la revendication 5, caractérisé par le fait que la douille en un matériau isolant thermique est placée partiellement à l'intérieur d'un moule et n'entre pas en contact avec la surface interne de la partie amont du moule.
38. Appareil selon la revendication 37, caractérisé par le fait qu'il comprend un moule ouvert refroidi à l'eau d'axe vertical, et des moyens situés en dessous du moule pour appliquer de l'eau de refroidissement à un moulage émergeant.
39. Appareil selon l'une des revendications 35 à 38, caractérisé par le fait que l'extrémité inférieure de la douille isolante est chanfreinée sur son côté dirigé vers l'intérieur à un angle d'environ 45 \
40. Appareil selon l'une des revendications 35 à 38, caractérisé par le fait que l'extrémité inférieure de la douille isolante est profilée de telle manière qu'elle épouse approximativement la courbe formée par le ménisque de métal liquide à proximité de la périphérie interne du moule.
41. Appareil selon l'une des revendications 35 à 40, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens d'alimentation de lubrifiant dans le jeu existant entre le moule et la douille.
42. Appareil selon l'une des revendications 35 à 41, caractérisé par le fait que la surface externe de la douille est elle-même conique de telle manière que le jeu entre cette douille et le moule soit le plus grand à l'extrémité supérieure du moule.
43. Appareil selon l'une des revendications 35 à 42, caractérisé par le fait qu'une bande flexible de matériaux réfractaires est fixée à l'arête inférieure de la douille, et que celle-ci frotte contre le moule.
44. Appareil selon l'une des revendications 35 à 43, caractérisé par le fait qu'au moins une bande en un matériau en fibre de carbone est portée à l'extérieur de la douille et entre en contact avec le moule.
45. Appareil selon l'une des revendications 35 à 44, caractérisé par le fait qu'il comprend un diaphragme annulaire poreux disposé en dessous et en regard du moule, et des moyens pour alimenter en gaz sous pression à travers le diaphragme pour supporter le moulage émergeant.
46. Appareil selon l'une des revendications 35 à 45, caractérisé par le fait que la largeur du jeu annulaire entre la douille et le moule est comprise entre 1 et 3 cm, et par le fait qu'il comporte des moyens pour obturer la partie supérieure du jeu lorsque la douille est dans sa position la plus basse et des moyens pour alimenter en gaz sous pression à ce jeu.
47. Appareil selon la revendication 36, caractérisé par le fait qu'il comprend un diaphragme annulaire poreux disposé en dessous et en regard du moule et des moyens pour alimenter en gaz sous pression à travers ce diaphragme de manière à supporter un moulage émergeant et des moyens pour obturer la partie amont du jeu entre la douille et le moule, et des moyens pour alimenter en gaz sous pression ce jeu.
48. Appareil selon la revendication 35, caractérisé par le fait que le moule comporte un support déplaçable verticalement comportant des moyens pour déterminer la longueur axiale de la partie du moule en contact avec le métal liquide en tout temps, pendant l'opération de coulée, et des moyens pour modifier cette longueur axiale en fonction de la vitesse du support de coulée.
49. Appareil selon la revendication 48, caractérisé par le fait que le moule comporte une partie chaude supérieure dont la position détermine ladite longueur.
50. Appareil selon la revendication 49, caractérisé par le fait que la douille déplaçable thermiquement isolante est disposée en face de la partie chaude supérieure.
51. Appareil selon l'une des revendications 48 à 50, caractérisé par le fait que des moyens sont prévus pour faire varier automatiquement et séparément les débits d'eau de refroidissement sur le moule et sur le lingot coulé en fonction de la vitesse de coulée.
52. Appareil selon l'une des revendications 48 à 51, caractérisé par le fait que des moyens sont prévus pour modifier automatiquement le débit de métal liquide en direction du moule en fonction de la vitesse de coulée.
53. Appareil selon l'une des revendications 48 à 52, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens automatiques pour modifier la vitesse de coulée en fonction de la longueur du lingot déjà coulé.
54. Appareil selon l'une des revendications 48 à 53, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens pour provoquer le déplacement vers le bas du support de coulée, à partir de sa position supérieure, lorsque le métal liquide, dans un dispositif d'amenée communiquant par vase communicant avec le moule, atteint une valeur déterminée.
55. Appareil selon l'une des revendications 35 à 53, caractérisé par le fait que le métal coule en direction du moule par vase communicant.
56. Application du procédé selon la revendication 1 au moulage de l'aluminium ou d'un alliage d'aluminium.