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La présente invention concerne les fours de coulée et, plus spécialement, les fours à arc électrique servant à la produc- tion de lingots de métaux très réactifs comme, par exemple, le ti- tane ; la description donnée ci-après concerne cette dernière appli- cation.
Une des techniques actuellement utilisée couramment pour la production de lingots de titane, consiste à utiliser un four à arc électrique avec une. électrode- consumable comprimée ou autre- ment préparée à partir du métal spongieux ou pulvérulent tel qu'on l'obtient à partir de ses composés, l'arc électrique étant établi entre l'élec;trode consumable et une soie;en cuivre refroidie à l'eau II est aussi'-courant de produire le lingot, sous sa forme définitive, par le procédé de la double fusion, c'est-à-dire que le lingot ob-
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tenu au cours de la première opération par fusion de l'électrode consumable est utilisé lui-même comme électrode durant l'opération suivante de fusion à l'arc donnant le lingot final.
L'expérience a montré qu'il est nécessaire de laisser un jeu d'environ deux à trois centimètres entre le surface extérieure de l'électrode et la paroi intérieure du récipient dans lequel le métal fondu est recueilli, et il est à remarquer qu'en partant d'une électrode d'un diamètre de 20 cm, le lingot final obtenu par le pro- cédé de la double fusion a un diamètre d'au moins 30 cm. La présente invention concerne spécialement la coulée de titane en barres de pe- tit diamètre, c'est-à-dire d'une dimension beaucoup plus voisine de celle du produit final travaillé, par exemple des barres ou tiges laminées.
Actuellement, on obtient le titane en barres de faible diamètre par usinage d'un grand lingot, réduction par forgeage ou la minage du produit de l'opération d'usinage et mise à dimension fina-. le par forgeage ou laminage. Il est à noter que ces opérations en-a traînent une perte de matière considérable, l'opération initiale d' usinage seule provoquant une perte pouvant atteindre 10% du poids du lingot, ainsi que des frais importants de forgeage ou de laminage.
La présente invention concerne le fabrication de barres de faible diamètre propres à être transformées ensuite en un pro- duit fini, par exemple, en barres ou tiges laminées, en partant di- rectement d'un électrode consumable ayant un diamètre relativement grand, et on utilise, à cet effet, un four semi-continu, c'est-à- dire un four dans lequel le lingot se forme et sort, de façon con- tinue, à une vitesse convenable, d'un moule ouvert à ses deux extré- mités.
L'invention a pour objet un procédé dsemi-continu de coulée de métaux, caractérisé en ce qu'on établit un arc entre une électro- de consumable du métal à fondre et une sole métallique annulaire, refroidie à l'eau, le métal ainsi fondu passant par une ouverture de la sole, dans un moule à lingot refroidi à l'eau d'une machine à mouler semi-continue.
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Elle a aussi poux objet un four semi-continu destiné à fonctionner avec une électrode consumable ayant une section transver- sale d'une dimension donnée ou comprise dans une gamme donnée de di- mensions, caractérisé en ce qu'il comprend une sole dont la section transversale va en diminuant vers un orifice inférieur constituant l'entrée d'un moule servant à produire un lingot dont la section transversale est plus petite que celle de l'électrode, les dimensions de l'orifice de la sole étant suffisamment petites, relativement à la section transversale du moule, pour que le métal fondu passe dans le moule sans toucher les parois de la chambre au voisinage de l'entrée du moule.
Dans la pratique du procédé de la présente invention, exécuté dans un four conforme à l'invention, une électrode consuma- ble en titane, qui est elle-même le produit d'une opération de fu- sion préalable, est placée dans une chambre de fusion cylindrique, dans laquelle règne une pression inférieure à un millimètre de mer- cure et y est maintenue à l'aide d'une barre de titane brasée, à une extrémité, à la partie supérieure de l'électrode et fixée, par son autre extrémité, dans un bloc de cuivre monté sur l'extrémité infé- rieure d'un plongeur porte-électrode disposé verticalement. Le plon- geur porte-électrode pénètre, dans-la chambre cylindrique, par un joint étanche au vide, et son extrémité supérieure, extérieure à la chambre, est reliée, à l'aide d'un dispositif d'accouplement, à un appareil de commande.
L'appareil de commande comprend une crémaillè- re verticale accouplée au plongeur et actionnée par un pignon d'en- traînement actionné lui-même par un dispositif d'entraînement des- tiné à imprimer un mouvement vertical de descente au plongeur porte- électrode et, par conséquent, à l'électrode elle-même, pendant 1' opération de fusion à l'arc.
Le fond de la chambre cylindrique de fusion est constitué par une sole en cuivre refroidie à l'eau et de forme tronconique renversée, se terminant, à son extrémité inférieure, par un orifice constituant l'entrée d'un moule vertical situé sous la sole. Le dia-
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mètre du moule est plus petit que celui de l'électrode et le diamé- tre de l'orifice de sortie de la sole est de diamètre encore plus petit, les dimensions relatives des sections transversales du moule et de l'orifice de la sole étant choisies de façon que le métal en fusion sortant par l'orifice tombe directement au centre du moule, c'est-à-dire sans toucher les parois du moule au voisinage de l'ori. fice de sortie de la sole.
Le moule est entouré de serpentins de re froidissement, ou d'une chemise de refroidissement de façon que du métal se solidifie continuellement, à partir du bain de métal en fusion, sous la forme d'un lingot allongé pouvant être retiré du moule à l'aide d'un extracteur vertical vissé dans l'extrémité in- férieure du lingot.
Pour mettre le four en fonctionnement, l'extracteur est vissé ou coincé dans un bouchon inférieur et levé de manière à rapprocher le bouchon de l'extrémité supérieure du moule. Dans sa position de départ, le bouchon se trouve avec son extrémité supérieu- re nettement plus bas que l'orifice de la sole.
L'électrode consumable est ensuite mise en place à l'aide de son propre plongeur et un arc est établi entre l'électrode et la sole ou entre l'électrode et une tête en titane portée par la sole.
Au fur et à mesure de la consommation de l'électrode, le métal fondu s'écoule par l'orifice de sortie de la sole qui présente, au métal, un rebord dirigé vers l'intérieur et sur lequel le métal coule, de façon à tomber, par gouttes, dans le bain de métal en fusion sans toucher les parties supérieures des parois du moule. Pendant la fusion, le lingot est extrait lentement et de façon continue de ma- nière à toujours maintenir un intervalle entre la surface du bain et l'orifice du creuset.
L'agencement de l'orifice de la sole relativement aux dimensions du moule et au procédé de travail du four, permet d'évi- ter toute tendance qu'aurait le métal de se solidifier sur le pour- tour de l'orifice de la sole. Contrairement à cela, avec les dispo- sitions permettant la formation du bain de métal sur la sole elle- même, la formation d'un bouchon de métal annulaire autour de la sole
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c'est-à-dire à une certaine distance de la source de chaleur, peut avoir pour résultat un déchirement du lingot au cours de l'extrac- tion et aussi un endommagement du creuset.
Une forme d'exécution de l'invention est représentée au dessin annexé. Comme le montre celui-ci, une chambre à électrode 1 est fixée à une sole en cuivre refroidie à l'eau 2, de forme annu- laire. La face-supérieure 3 de la sole 2 est concave, la paroi étant inclinée vers le bas, dans la direction de l'orifice 4. La sole 2 est faite en cuivre épais et est pourvue de raccords pour l'eau et de cloisons intérieures assurant un refroidissement ef- ficace. Une électrode 5, dont le diamètre est considérablement plus grand que celui de l'orifice 4, est attachée à un plongeur porte-électrode 6 traversant le ciel 7 de-la chambre 1 par un joint étanche au vide 8. Le plongeur 6 sert à faire monter et descendre l'électrode 5 à l'intérieur de la chambre 1.
Celle-ci ayant un dia- mètre relativement grand, un refroidissement à l'eau ne doit pas être prévu pour la chambre, un écran 9, contre l'échauffement par rayonnement, empêchant que les parois de la chambre soient portées à une température excessive. Un électro-aimant 10, qui entoure le creuset 2, règle l'établissement de l'arc entre l'électrode 5 et le creuset 2.
Un moule métallique 11, refroidi à l'eau, est attaché à la partie inférieure de la sole 2, ce moule étant ouvert aux deux extrémités et ayant, à son extrémité inférieure, un diamètre supé- rieur à celui de l'orifice 4. Sous le moule 11, se trouve une cham- bre allongée ayant un diamètre intérieur plus grand que celui du moule et appelée chambre à lingot 12. Un regard 13 et une tubulure d'évacuation 14 sont prévus dans la partie supérieure, amovible, de la chambre à lingot 12. L'extrémité inférieure de la chambre à lin- got 12 est fermée par une plaque d'obturation étanche 15 traversée par la tige d'extraction 17 passant par un joint étanche au vide 16.
Deux lumières 18, fermées par des capots, sont prévues en deux points diamétralement opposés de la partie inférieure de la chambre à lin- got 12.
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Le four peut être mis sous vide et, si nécessaire, rempli d'un gaz inerte, à l'aide des tubulures 14 et 19.
L'électrode 6 est connectée au pôle négatif et le creuset 2 au pôle positif d'une source convenable de courant continu.
En fonctionnement le ciel 7 est enlevé et le plongeur 6 retiré de la chambre 1 par le dessus. L'électrode 5 est fixée au plongeur 6 de manière connue, et introduit dans la chambre 1, après quoi le ciel 7 est remis en place.
La plaque d'obturation 15 et la tige d'extraction 17 étant enlevées, on attache un bouchon support 20, en même métal que celui mis en fusion à la tige 17 à l'aide d'une vis 21 formant l'extré- mité de la tige 17 et vissée dans un trou taraudé, pratiqué dans 1' extrémité inférieure du bouchon. Ce dernier est, en outre, percé d'un trou 22 traversant le bouchon de part en part et situé de telle façon que, lorsque le bouchon occupe sa position inférieure, le trou 22 soit en ligne avec les lumières 18. L'extrémité supérieure du bouchon 20 est pourvue d'une encoche en queue d'aronde 23 d'étendant de part en part et ayant des parois latérales légèrement inclinées d'une extrémité à l'autre.
La plaque d'obturation 15 est remise en place et la tige est relevée de manière à introduire le bouchon 20 dans le moule 11 jusqu'à une position voisine de la partie inférieu- re de la sole 2.
Le four est évacué par les tubulures 14 et 19, et l'élec- trode 5 est abaissée vers la sole 2, un arc s'établissant entre 1' extrémité inférieure de l'électrode et la face supérieure 3 de la sole, L'électro-aimant 10 fait tourner l'arc tout autour de l'extré- mité inférieure de l'électrode 5, le métal étant ainsi mis en fusion de façon égale sous l'action de l'électrode dont l'extrémité est de forme conique. Il est clair que l'électrode 5 peut être rendue conique à son extrémité inférieure avant son introduction dans le four.
Le métal en fusion tombe, en gouttes, de l'extrémité infé- rieure de l'électrode 5 dans le moule 11, mais du métal peut aussi tomber sur la face supérieure 3 de la sole 2, ce métal tombant alors
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dans le moule 11 en s'égouttant du bord inférieur de l'orifice 4.
A cet effet, l'orifice 4 a un diamètre plus petit que celui du , moule 11, afin d'empêcher que du métal en fusion coule le long de la paroi du moule où il pourrait se solidifier et constituer un bouchon, sous l'effet du refroidissement par eau. Un lingot produit de cette manière aurait une surface de moindre qualité.
Le métal en fusion tombant dans le moule 11 n'est que lé- gèrement surchauffé et se solidifie rapidement, constituant une masse de métal solide qui épouse la section du moule 11 et s'accro- che au bouchon 20 grâce à la présence de l'encoche 23 en queue d' aronde. On maintient constant le niveau du métal solidifié en reti- orant continuellement la tige 17 et le métal solidifié y adhérant.
Quand l'électrode 5 est entièrement fondue, ou quand le lingot 24 a la dimension voulue, on coupe l'arc. L'opération de fusion peut être surveillée par le regard 13 par un regard semblable (non re- présenté) dans la chambre 1. Pour retirer le lingot 24, il faut d'abord faire cesser le vide dans le four, amener le trou 22 en alignement.avec les lumières 18 dont on enlève les capots, intro- duire une barre dans les lumières 18 et le trou 22, enlever la pla- que d'obturation 15 et dévisser la tige 17 du bouchon 20. L'intro- duction d'une barre dans le trou 22 sert à empêcher le lingot de tourner pendant qu'on dévisse la tige 17.
Le lingot peut ensuite être sorti du four par traction, et le bouchon 20 peut être déta- ché du lingot en déplaçant le bouchon transversalement à l'axe du lingot, de manière à supprimer la liaison par queue d'aronde.
Dans une seconde forme d'exécution de l'invention, le mou- le 11 est tapissé intérieurement d'une matière ayant une conducti- bilité thermique inférieure à celle du métal du moule proprement dit. On peut, par exemple, utiliser un moule en cuivre tapissé de graphite. Le tapissage réduit la vitesse de refroidissement du métal et tend à empêcher le formation de traînées sur la surface.
Le procédé peut être appliqué à différentes dimensions d'électrodes et de lingots. L'électrode est toujours plus grande que le lingot produit; on utilise, par exemple, une électrode
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ayant un diamètre de 30 cm et on produit un lingot d'un diamètre de 15 cm, le diamètre de l'orifice du creuset étant, dane ce cas, d'environ 10 cm. Le procédé permet de produire des lingots conve- nant à la fabrication de barres laminées.
REVENDICATIONS.
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1. Procédé semi-continu de coulée de métaux, caractérisé en ce qu'on établit un arc entre une électrode consumable composée du métal à fondre et une sole métallique annulaire refroidie à l' eau,le métal fondu ainsi obtenu passant, par un orifice de la sole dans un moule à lingot refroidi à l'eau d'une machine de coulée semi-continue.