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"Perfectionnement à la coulée continue de métaux".
L'invention concerne la coulée continue de métaux et plus particulièrement l'amenée automatique de métaux à un moule pour couler de manière continue des billettes ou des lingots d'au" très formes à base de cuivre.
Dans un système ordinaire de coulée continue, le moule est espacé sous le récipient contenant le métal fondu à cou- ler. Le métal s'écoule du récipient par un tube d'alimentation dans la partie supérieure ouverte du moule, à une vitesse correspondant à celle à laquelle on retire le produit solidifié du fond du moule. Le métal fondu dans le moule possède sa pro- pre surface libre et des précautions sont nécessaires pour maintenir cette surface libre au niveau correct. On a proposé
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jusqu'ici un système de soupape pour contrôler automatique- ment l'écoulement du mtal dans le moule, afin de maintenir la surface libre au niveau correct pendant la coulée.
Ce système de soupape comprend un organe d'obturation mobile avec une soupape venant en contact avec un siège sur le tube d'alimentation descendant. La soupape se rapproche et s'écarte du siège, en assurant un étranglement variable de l'ouverture qui contrôle l'écoulement du métal dans le moule.
Les systèmes antérieurs présentent un ou plusieurs des inconvénients suivants. Certains organes d'obturation engagent des parties fixes de l'équipement et ne se déplacent pas d'une manière réellement libre. Certains systèmes utilisent des contrepoids pour équilibrer le poids de l'obturateur mobile.
Certains autres possèdent des joints qui sont sujets à l'atta- que du métal fondu. Certaines soupapes se placent oblique- ment et n'assurent qu'une fermeture imparfaite. Dans certains cas, la soupape ne peut pas être enlevée du moule en même temps que la poche de coulée à laquelle elle est attachée.
Dans d'autres cas encore, la soupape ne peut résister aux hautes températures de fusion, ni à l'action corrosive de métaux tels que le cuivre ou le fer.
Un but de la présente invention est d'éliminer certains inconvénients ci-dessus ou la totalité de ceux-ci et de four- nir un dispositif qui soit de construction simple et de fono- tionnement sur.
Suivant une forme préférée de l'invention, la soupape est constituée par un tube suspendu sous le récipient conte- nant le métal à couler et s'étendant dans le haut du moule, en-dessous de sa surface libre. A l'intérieur du tube, se trou- ve une tige portant dans le bas une cuvette entourant le tube.
L'extrémité supérieure de la tige porte une butée ou une tête qui maintient la tige et la cuvette asaemblées au ré-
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oipient, de sorte qu'on peut écarter celui-ci du moule en même temps que la soupape. Les parties mobiles de la soupape constituent un organe d'obturation et sont en une matière d'un poids spécifique moindre que le métal en voie de coulée. Dans le cas d'un métal à base de cuivre, cette matière est, de pré- férence, un graphite argileux.
En substance,l'entièreté de l'obturateur est immergée dans le métal fondu, c'est-à-dire l'arbre, la butée et la plus grande partie de la cuvette, et ainsi, toutes les pièces sont disponibles pour permettre à l'obturateur de flotter.
Cette flottabilité permet donc de fermer le tube l'alimenta- tion quand le niveau du métal dans le moule s'élève trop haut et de l'ouvrir quand le niveau du métal dans le moule descend trop bas.
D'autres buts et caractéristiques de l'invention appa- raîtront mieux à la lecture de la description suivante, faite en se reportant au dessin annexé où l'unique figure est une cou- pe verticale axiale partielle dans un récipient contenant le métal fondu et dans le moule auquel s'applique L'invention Le haut du réoipient et le fond du moule sont découpés pour simplifier l'exposé.
Dans la description qui suit et dans les revendications, divers détails seront identifiés par des termes .spécifiques, pour la commodité, mais ces termes doivent s'entendre dans un sens aussi général que le permet le domaine d'application.
En se reportant au dessin, l'appareil représenté comprend un moule 10, un récipient 11 (qui peut être une poche trans- portable) et une soupape automatique 12. Le moule 10 est constitué par une chemise de métal 20 avec un revêtement 21 en'graphite et peut être du type divulgué et revendiqué dans le brevet américain n 3.098.269, daté du 23 juillet 1963, et désigné parfois sous le nom de moule stable.
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La présente invention est décrite en se reportant spéciale- ment à la coulée d'un cuivre phosphoreux désoxydé, mais elle s'applique à la coulée d'autres types de cuivre et d'autres mé- taux. Dans cette description, on suppose d'abord que l'opé- ration de coulée est commencée et que le procédé se déroule à toute vitesse.
Le moule 10 et la soupape 12 peuvent avoir une section transversale horizontale circulaire, tandis que la poche 11 peut avoir une section horizontale de forme quelconque. La position des parties de la soupape représentée au dessin est une position de marche normale avec la soupape partiellement ouverte.
La poche 11 est remplie jusqu'à un niveau approprié de cuivre phosphoreux fondu. Le cuivre fondu s'écoule de la poche 11 dans le moule. Il se solidifie dans celui-ci et la billette massive 13 est retirée du fond du moule d'une manière quelconque.
Quand l'appareil fonctionne à pleine vitesse, le métal est déversé et la billette retirée à une vitesse telle que le métal solidifie sous la forme d'un cratère 15 avec une ooquil- le Il+. La coquille Il+ est remplie de métal fondu ayant sa pro- pre surface libre 16 dans le moule. Le niveau correct du mé- tal fondu dans le moule est maintenu par la soupape automati- que 12 que l'on va décrire.
La soupape 12 comprend un siège 17 relativement fixe et un obturateur 18 relativement mobile. Le siège 17 est consti- tué par un tube d'alimentation 19 suspendu sous le fond du ré- cipient 11 et s'étendant sous la surface du métal fondu.dans le moule.10. Le tube 19 possède une bride supérieure élargie 32 avec un certain nombre de fentes 33 permettant au métal fondu de s'écouler dans le tube, même quand la butée 31 de la tige engage l'élargissement 32. Un ciment 39 maintient le tube 19
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serré dans le fond du récipient 11,
L'obturateur 18 est constitué par une cuvette 22 et une tige 23 avec une tête 31. La cuvette 23 a un fond 24 avec un certain nombre de trous d'alimentation 25, une paroi latérale 26 avec plusieurs trous d'alimentation 27 et un sommet ouvert 28.
La cuvette 22 est à peu près à demi-immergée dans le métal fondu du moule 10 et sa paroi latérale 26 s'étend au-dessus du sommet de celui-ci. L'arbre 23 passe librement dans le tube 19 et se raccorde au fond 24 de la ouverte 22. Le haut de la tige 23 porte une tête supérieure ronde agrandie 31 pouvant en- gager le sommet élargi 32 du tube 19 qui s'avance au-dessus du fond de la poche 11.
L'obturateur mobile 18 (formé de la cuvette et d'une tige@ est fait de graphite argileux qui a un poids spécifique moindre que le cuivre fondu coulé de manière continue. La flottabilité est obtenue par une immersion partielle de la ouvette 22 dans le métal fondu se trouvant dans le moule, par immersion de la butée 31 dans le métal fondu de la poche 11 et par immersion de la tige 23 dans le métal fondu du tube 19. Ce tube peut être en graphite argileux.
Pour la coulée du cuivre phosphoreux, on préfère utiliser une couche protectrice de particules discontinues d'une matière carbonacée, telle que le graphite en paillettes, le noir de fumée, l'anthracite pulvérisé, etc..., flottant sur la surface du métal fondu se trouvant dans le moule. Une partie de cette couverture 34 se trouve à l'extérieur de la cuvette 22 et une partie 35 peut être à l'intérieur de celle-ci. La présence de la couverture 35 dans la cuvette ne revêt pas une importance spéciale.
Pendant l'opération, aussi longtemps que le niveau 16 du métal dans le moule 10 reste à une hauteur normale, comme
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indiqué dans le dessin, le métal fondu continue à descendre, entre le tube d'alimentation 19 et la tige 23, vers le fond de la cuvette 22 pour gagner le cratère 15 par les trous de sortie 25 et 27.
Le fonctionnement de la soupape repose sur le principe d'Archimède selon lequel un corps immergé dans un fluide subit une poussée égale à la masse du fluide déplacé. Pour que l'opé- ration s'effectue correctement, la soupape doit monter et des- cendre avec la surface libre 16 du liquide du moule. Quand la surface libre s'élève,la soupape doit monter et quand la surface libre tombe, la soupape doit descendre.
Pour que l'obturateur 18 réponde aux changements survenue dans le niveau de la surface libre, il est nécessaire qu'une partie de elui-ci ressorte à tout moment au-dessus de la sarfa- ce libre 16 dans le moule. Dans la forme d'exécution illustrée, cette partie est le bord supérieur de la paroi 26 de la soupa- pe. L'immersion dans une mesure variable de ce bord est un facteur critique et c'est pour cette raison qu'on le désigne parfois sous le nom de "vernier" de l'obturateur.
A titre d'exemple d'une manière dont fonctionne ce ver- nier, supposons que le niveau du métal dans le moule soit suf- fisamment élevé pour fermer l'ouverture étranglée par la sou- pape ( entre le siège 17 et le fond 24 de la cuvette). Ceci signifie que le vernier doit être suffisamment immergé pour communiquer à l'obturateur une poussée vers le haut égale au poids H de métal fondu s'étendant de la surface supérieure 36 du métal se trouvant dane la poche au siège 17 de la soupa- pe. Ceci arrête tout écoulement du métal dans le moule.
Quand on retire la pièce coulée solidifiée du fond du moule, le niveau de métal fondu descend dans celui-ci et le degré d'immersion du vernier dans la cuvette 22 diminue. Ceci réduit la poussée vers le haut et permet au poids de métal
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fondu de faire descendre de force l'obturateur, d'ouvrir la sou- pape et de laisser couler le métal fondu par les trous de la cuvette dans le moule.
L'obturateur 18 continue naturellement à descendre aussi longtemps que le niveau du métal dans le moule s'abaisse; ceci s'accompagne d'une augmentation du débit du métal par la soupa- pe, en raison de l'élargissement de l'ouverture. Quand l'obtu- rateur descend et quand le débit de métal accru provoque le relèvement du niveau dans le moule, le bord de la cuvette est immergé dans une mesure plus grande, ce qui augmente la poussée vers le haut sur l'obturateur qui a tendance à fermer l'ouver- ture de la soupape.
Cette action régulatrice se poursuit naturellement pendant toute la coulée, l'obturateur descendant avec l'abaissement de la surface libre 16, le débit de métal dans le moule augmentant, l'obturateur remontant avec l'élévation de la surface libre et l'écoulement de métal dans le moule par la soupape diminuant en conséquence.
On notera que la vitesse d'écoulement du métal relève le niveau de celui-ci dans la cuvette 22 au-dessus du niveau libre 16 dans le moule. Cette détente du metal prevoque un effort vers le bas sur l'obturateur 18, auquel s'oppose la poussée ascensionnelle.
L'invention offre de nombreux avantages. L'obturateur flotte de lui-même, du fait que toutes les parties mobiles (sauf le vernier) sont immergées dans le métal coulé de ma- nière continue et ont un poids spécifique moindre que celui-ci, La densité de masse est virtuellement égale à 100 %; aucune partie fermée creuse n'est néoessaire pour assurer la flotta- bilité de la fermeture mobile et il n'est besoin d'aucun contre- poids pour augmenter la flottabilité de l'obturateur mobile immergé dans le métal liquide. La poussée vers le haut est
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suffisante pour vaincre le poids de l'obturateur 18 et la force exercée vers le bas par l'écoulement du métal fondu de la poche dans le moule.
La matière dont est faite la soupape a une haute résis- tance; elle résiste à l'attaque par le métal coulé, son usinage est facile et elle n'exige aucun boulon pour maintenir les pièces ensemble.
Le courant de métal dans l'espace annulaire compris entre le tube d'alimentation 19 et la tige 23 est soumis à l'effet de Bernouilli qui maintient l'arbre centre) de sorte que, tandis que la soupape remplit sa fonction régulière, il flotte et se centre complètement de lui-même du fait qu'aucune partie mobile de l'obturateur n'engage le tube d'alimentation ou une partie fixe quelconque de la poche. En fait, il est possible que par- fois l'obturateur 18 se mette à tourner, en raison du manque de eymétrie dans le perçage des trous de la cuvette, les cou- rants de liquide passant dans ces troua étant dirigés avec une certaine obliquité par rapport au rayon, de sorte que la réac- tion communique une rotation à l'obturateur.
Cette rotation con- stitue un avantage, du fait qu'elle élimine toute tendance qu'auraient les courants fixes de métal fondu sortant des trous de la cuvette à affaiblir la coquille tendre du cratère en heurtant celle-ci en un même point.
Un autre avantage est la double immersion de la cuvette 22 et de la tête 31. Dans le cas où on désire modifier la forme ou la dimension de la cuvette, un changement correspon- dant peut être apporté à la tête de la tige pour maintenir un même déplacement total de l'obturateur ou le modifier si on le désire.
Les trous dans la cuvette distributrice 22 peuvent être répartis d'une manière quelconque et être dirigés sous un angle quelconque, suivant les conditions de l'opération, telles que
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la dimension du moule, la nature du métal coulé, la vitesse de coulée, etc...
Le bord de la cuvette dépassant le haut du moule peut être vu facilement de l'opérateur qui peut assurer l'alimentation simultanée de plusieurs moules. La tige pilote centrale 23 et la tête supérieure 31 maintiennent ensemble toutes les par- ties du moule, en permettant d'enlever la poche de coulée et la soupape de celui-ci et de les remettre en place ensemble. Quand la poche 11 est relevée, elle entraîne avec elle toutes les parties de la soupape. L'effet de centrage automatique de la tige pilote maintient la cuvette 22 centrée par rapport au tube 19 et au moule et empêche un basculement ou un relèvement de la cuvette par rapport au siège 17 de la soupape.
La soupape est entièrement compatible avec la couverture carbonacée sur la surface libre du métal du moule. Elle ne gêne pas l'introduction ou le fonctionnement de la couverture oar- bonacée, et, réciproquement, cette dernière n'entrave pas le fonotionnement de la soupape.
On comprendra que l'on peut monter plusieurs soupapes dans le fond du même récipient, pour alimenter un certain nom- bre de moules faisant partie de plusieurs postes. La soupape se prête elle-même spécialement au fonctionnement simultané @ de plusieurs postes, en n'exigeant qu'une attention minimum de la part de 3, ' opérateur.
Avant de commencer une opération de coulée, on enlevé du moule la poche avec la soupape attachée, on la place sur un côté et on la chauffe à l'aide d'une lampe à souder. Après pré- chauffage de la poche et de la soupape, l'ensemble est retour- né dans le moule, pour mettre la soupape en position opératoire.
On comprendra naturellement que pour démarrer, le bouchon habituel sera inséré dans l'extrémité inférieure ouverte du moule.
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Le cuivre fondu est ensuite amené à la poche et s'écoule par la soupape (puisque celle-ci est grande ouverte) dans le moule vide. Quand le niveau du métal dans le moule atteint la hauteur correcte, la soupape commence à fonctionner pour limiter toute nouvelle montée du niveau du métal ; au moment voulu, le bouchon de démarrage sera abaissé et la coulée continue pourra commence.
La soupape se prête d'elle-même à une modification de la vitesse de coulée. En marche normale, la vitesse de coulée peut être déterminée entièrement par la vitesse à laquelle la pièce coulée solidifiée est extraite du fond du moule, aussi long- temps que la poche est maintenue adéquatement remplie de métal fondu. Toutefois, pendant la période de démarrage, on peut désirer retirer le bouchon de démarrage et la pièce solidifiée à une allure plus lente que pendant la marche régulière. Dans ce cas, la vitesse à laquelle le métal fondu est amené au moule peut être contrôlée par la vitesse à laquelle il est amené à la poche.vide, tandis que la soupape se trouve dans sa posi- tion inférieure complètement ouverte.
La soupape, y compris le tube d'alimentation et l'obtu- rateur, peuvent être en des matériaux différente, suivant la nature du métal en cours de coulée continue. De toute façon, le matériau devrait résister à l'attaque du métal fondu et le poids spécifique du matériau dont est fait l'obturateur mobile doitêtre inférieur à celui du métal fondu.
Pour couler des métaux à base de cuivre, la soupape peut être faite en une bonne qualité quelconque de graphite, ou en matériaux contenant du graphite comme les carbones enduita de graphite. On peut également employer un grapnite argileux.
Un grapnite argileux acceptable peut contenir environ 40 % en poids d'argile et 60 % en poids de graphite. En général, on préfère utiliser un type de graphite ayant une densité, une
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résistance mécanique et une conductivité thermique maximales.
Le terme graphite utilisé dans les revendications est destina à couvrir tous les matériaux contenant des proportions substan- tielles de graphite.
D'autres matériaux acceptables pour la coulée de métaux à base de cuivre sont ceux dénommés "cermets", Un cermet appro- prié est une combinaison céramique-métal comprenant du chrome pulvérisé et de l'oxyde d'aluminium dans la proportion de 77 en poids de chrome métallique et de 23 % d'oxyde d'aluminium (Al2O3). Ces matières peuvent être préparées par le procédé bien connu dit "slip-casting", puis fritté.
Un autre matériau donnant satisfaction pour la coulée du cuivre et de ses alliages est une variété de talc dénommée stéatite. La stéatite se trouve dans la nature en formation dense et se caractérise par sa douceur. Elle se présente entre autres sous la forme d'un silicate de magnésium hydraté. Elle est façonnée à la forme désirée, puis passée au feu pour obte- nir un matériau réfractaire dur. On peut citer, comme autres matériaux satisfaisants pour la coulée du cuivre, le carborun- dum, l'alundum, la magnésie, le zircone et la chromite.
En outre, on comprendra que les différentes parties de l'obturateur peuvent être en matériau ayant des poids spé- cifiques différents, car il suffit que le poids de l'obtura- teur dans son ensemble soit inférieur au volume du métal fondu déplacé. Par exemple, la matière de la tige centrale peut en réalité avoir un poids spécifique plus élevé que celui du métal. fondu dans lequel elle est immergé. Des parties de l'obturateur peuvent être creusas.
L'invention peut s'appliquer pour couler d'autres métaux et alliages tels que l'acier, l'argent, le nickel, '''aluminium et le magnésium, mais elle ne se limite pas à e s métaux.
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"Improvement in continuous metal casting".
The invention relates to the continuous casting of metals and more particularly to the automatic supply of metals to a mold for continuously casting billets or ingots of very shaped copper based.
In an ordinary continuous casting system, the mold is spaced under the vessel containing the molten metal to be cast. The metal flows from the container through a feed tube into the open top of the mold at a rate corresponding to that at which the solidified product is withdrawn from the bottom of the mold. The molten metal in the mold has its own free surface and care is needed to keep this free surface at the correct level. We proposed
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so far a valve system to automatically control the flow of metal into the mold, in order to maintain the free surface at the correct level during casting.
This valve system includes a movable closure member with a valve contacting a seat on the downstream feed tube. The valve moves in and out of the seat, providing variable throttling of the opening that controls the flow of metal into the mold.
Prior systems have one or more of the following drawbacks. Some shutters engage fixed parts of the equipment and do not move in a truly free manner. Some systems use counterweights to balance the weight of the movable shutter.
Some others have gaskets which are prone to attack by molten metal. Certain valves are placed obliquely and only ensure imperfect closure. In some cases, the valve cannot be removed from the mold along with the ladle to which it is attached.
In still other cases, the valve cannot withstand high melting temperatures or the corrosive action of metals such as copper or iron.
An object of the present invention is to eliminate some or all of the above drawbacks and to provide a device which is simple in construction and safe to operate.
According to a preferred form of the invention, the valve is constituted by a tube suspended under the container containing the metal to be cast and extending into the top of the mold, below its free surface. Inside the tube is a rod carrying a bowl at the bottom surrounding the tube.
The upper end of the rod carries a stopper or a head which keeps the rod and the bowl assembled together.
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oipient, so that it can be removed from the mold at the same time as the valve. The moving parts of the valve constitute a closure member and are made of a material of a lower specific weight than the metal being cast. In the case of a copper-based metal, this material is preferably an argillaceous graphite.
In essence, the entire shutter is submerged in the molten metal, i.e. the shaft, the stopper and most of the bowl, and thus all the parts are available to allow the the shutter to float.
This buoyancy therefore makes it possible to close the supply tube when the level of the metal in the mold rises too high and to open it when the level of the metal in the mold drops too low.
Other objects and characteristics of the invention will become more apparent on reading the following description, made with reference to the appended drawing where the only figure is a partial axial vertical section in a container containing the molten metal and in the mold to which the invention applies The top of the container and the bottom of the mold are cut out to simplify the description.
In the following description and in the claims, various details will be identified by specific terms, for convenience, but such terms are to be understood in as general a sense as the field of application permits.
Referring to the drawing, the apparatus shown comprises a mold 10, a container 11 (which may be a transportable bag) and an automatic valve 12. The mold 10 consists of a metal jacket 20 with a coating 21 of metal. graphite and may be of the type disclosed and claimed in U.S. Patent No. 3,098,269, dated July 23, 1963, and sometimes referred to as a stable mold.
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The present invention is described with special reference to the casting of deoxidized phosphorous copper, but it is applicable to the casting of other types of copper and other metals. In this description it is first assumed that the casting operation has started and that the process is proceeding at full speed.
The mold 10 and the valve 12 can have a circular horizontal cross section, while the pocket 11 can have a horizontal section of any shape. The position of the parts of the valve shown in the drawing is a normal operating position with the valve partially open.
Pocket 11 is filled to an appropriate level with molten phosphorous copper. The molten copper flows from the ladle 11 into the mold. It solidifies therein and the massive billet 13 is removed from the bottom of the mold in some way.
When the apparatus is operating at full speed, the metal is poured out and the billet removed at a rate such that the metal solidifies in the form of a crater with an II + shell. The II + shell is filled with molten metal having its own free surface 16 in the mold. The correct level of molten metal in the mold is maintained by the automatic valve 12 which will be described.
The valve 12 comprises a relatively fixed seat 17 and a relatively movable shutter 18. The seat 17 is formed by a feed tube 19 suspended from the bottom of the vessel 11 and extending below the surface of the molten metal in the mold. Tube 19 has an enlarged top flange 32 with a number of slots 33 allowing molten metal to flow through the tube, even when the rod stopper 31 engages the enlargement 32. A cement 39 holds the tube 19.
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tight in the bottom of the container 11,
The shutter 18 is made up of a cup 22 and a rod 23 with a head 31. The cup 23 has a bottom 24 with a number of feed holes 25, a side wall 26 with several feed holes 27 and a bottom. open top 28.
Cup 22 is approximately half-submerged in the molten metal of mold 10 and its side wall 26 extends above the top thereof. The shaft 23 passes freely through the tube 19 and connects to the bottom 24 of the aperture 22. The top of the rod 23 carries an enlarged round upper head 31 capable of engaging the enlarged top 32 of the tube 19 which protrudes from the shaft. above the bottom of the pocket 11.
The movable shutter 18 (formed of the bowl and a rod @ is made of argillaceous graphite which has a lower specific gravity than the continuously cast molten copper. The buoyancy is obtained by a partial immersion of the opening 22 in the molten metal located in the mold, by immersing the stop 31 in the molten metal of the ladle 11 and by immersing the rod 23 in the molten metal of the tube 19. This tube can be made of clay graphite.
For the casting of phosphorous copper, it is preferred to use a protective layer of discontinuous particles of a carbonaceous material, such as flake graphite, carbon black, powdered anthracite, etc., floating on the surface of the metal. melt lying in the mold. Part of this cover 34 is outside of the bowl 22 and part 35 may be inside the latter. The presence of the cover 35 in the cuvette is not of special importance.
During the operation, as long as the level 16 of the metal in the mold 10 remains at a normal height, such as
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shown in the drawing, the molten metal continues to descend, between the feed tube 19 and the rod 23, towards the bottom of the bowl 22 to reach the crater 15 through the outlet holes 25 and 27.
The operation of the valve is based on Archimedes' principle according to which a body immersed in a fluid undergoes a thrust equal to the mass of the displaced fluid. In order for the operation to be carried out correctly, the valve must rise and fall with the free surface 16 of the liquid in the mold. When the free surface rises, the valve must rise and when the free surface falls, the valve must descend.
In order for the shutter 18 to respond to changes in the level of the free surface, it is necessary that a part of it protrude at all times above the free sarface 16 in the mold. In the embodiment illustrated, this part is the upper edge of the wall 26 of the valve. The immersion to a varying extent of this edge is a critical factor and it is for this reason that it is sometimes referred to as the "vernier" of the shutter.
As an example of how this ver- nier works, suppose the level of the metal in the mold is high enough to close the opening constricted by the valve (between seat 17 and bottom 24 bowl). This means that the vernier must be sufficiently submerged to impart to the shutter an upward thrust equal to the weight H of molten metal extending from the upper surface 36 of the metal in the pocket to the seat 17 of the valve. . This stops all flow of metal into the mold.
When the solidified casting is removed from the bottom of the mold, the level of molten metal drops therein and the degree of immersion of the vernier in the bowl 22 decreases. This reduces the upward thrust and allows the weight of metal
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molten metal to force the shutter down, open the valve, and let the molten metal flow through the holes in the cuvette into the mold.
The shutter 18 naturally continues to descend as long as the level of the metal in the mold drops; this is accompanied by an increase in the flow of metal through the valve, due to the enlargement of the opening. As the shutter descends and the increased metal flow causes the level in the mold to rise, the rim of the bowl is submerged to a greater extent, increasing the upward thrust on the shutter which has. tendency to close the valve opening.
This regulating action continues naturally throughout the casting, the shutter descending with the lowering of the free surface 16, the flow of metal in the mold increasing, the shutter rising with the rise of the free surface and the flow. of metal in the mold by the valve decreasing accordingly.
It will be noted that the flow rate of the metal raises the level of the latter in the bowl 22 above the free level 16 in the mold. This relaxation of the metal causes a downward force on the shutter 18, which is opposed by the upward thrust.
The invention offers many advantages. The shutter floats by itself, since all moving parts (except the vernier) are immersed in the continuously cast metal and have a lower specific gravity than this. The mass density is virtually equal. 100 %; no hollow closed part is necessary to ensure the buoyancy of the movable closure and no counterweight is needed to increase the buoyancy of the movable shutter submerged in the liquid metal. The push up is
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sufficient to overcome the weight of the shutter 18 and the downward force exerted by the flow of molten metal from the ladle into the mold.
The material of which the valve is made has high strength; it resists attack by cast metal, is easy to machine and does not require bolts to hold the parts together.
The flow of metal in the annular space between the feed tube 19 and the rod 23 is subjected to the Bernouilli effect which keeps the shaft centered) so that, while the valve performs its regular function, it floats and centers completely on its own since no moving part of the shutter engages the feed tube or any fixed part of the bag. In fact, it is possible that sometimes the shutter 18 starts to rotate, due to the lack of asymmetry in the drilling of the holes in the cuvette, the currents of liquid passing through these holes being directed with a certain obliquity. relative to the radius, so that the reaction imparts a rotation to the shutter.
This rotation is an advantage in that it eliminates any tendency for stationary streams of molten metal emerging from the holes in the bowl to weaken the soft crater shell by hitting it at the same point.
Another advantage is the double immersion of the bowl 22 and of the head 31. In the event that it is desired to modify the shape or size of the bowl, a corresponding change can be made to the head of the rod to maintain a same total displacement of the shutter or modify it if desired.
The holes in the dispenser bowl 22 can be distributed in any way and be directed at any angle, depending on the conditions of the operation, such as
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the size of the mold, the nature of the metal being cast, the speed of casting, etc.
The edge of the bowl protruding from the top of the mold can be easily seen by the operator who can supply several molds simultaneously. The central pilot rod 23 and the upper head 31 hold all parts of the mold together, allowing the ladle and the valve to be removed and put back together. When the pocket 11 is raised, it carries with it all the parts of the valve. The automatic centering effect of the pilot rod keeps the bowl 22 centered with respect to the tube 19 and the mold and prevents tilting or raising of the bowl relative to the seat 17 of the valve.
The valve is fully compatible with the carbonaceous blanket on the free metal surface of the mold. It does not hinder the introduction or the operation of the carbonaceous cover, and, conversely, the latter does not hinder the functioning of the valve.
It will be understood that several valves can be mounted in the bottom of the same container, in order to supply a certain number of molds forming part of several stations. The valve lends itself especially to the simultaneous operation of several stations, requiring minimal attention from the operator.
Before starting a casting operation, the ladle with the valve attached is removed from the mold, placed on one side and heated with a blow torch. After preheating the bag and the valve, the assembly is returned to the mold, to put the valve in the operating position.
It will of course be understood that to start, the usual stopper will be inserted into the open lower end of the mold.
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The molten copper is then brought to the ladle and flows through the valve (since it is wide open) into the empty mold. When the level of the metal in the mold reaches the correct height, the valve begins to operate to limit any further rise in the level of the metal; when desired, the starter plug will be lowered and continuous casting can begin.
The valve lends itself to a change in the casting speed. In normal operation, the casting speed can be determined entirely by the rate at which the solidified casting is withdrawn from the bottom of the mold, as long as the ladle is kept adequately filled with molten metal. However, during the starting period, it may be desired to remove the starting plug and the solidified part at a slower rate than during regular running. In this case, the rate at which the molten metal is supplied to the mold can be controlled by the rate at which it is supplied to the empty ladle, while the valve is in its fully open lower position.
The valve, including the feed tube and the stopper, may be of different materials, depending on the nature of the metal being continuously cast. Either way, the material should resist the attack of the molten metal, and the specific weight of the material of which the movable shutter is made should be lower than that of the molten metal.
For casting copper based metals, the valve can be made of any good grade of graphite, or of graphite containing materials such as graphite coated carbons. It is also possible to use a clayey grapnite.
An acceptable clay granite can contain about 40% by weight clay and 60% by weight graphite. In general, it is preferred to use a type of graphite having a specific gravity,
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maximum mechanical strength and thermal conductivity.
The term graphite used in the claims is intended to cover all materials containing substantial proportions of graphite.
Other acceptable materials for casting copper-based metals are those referred to as "cermets". A suitable cermet is a ceramic-metal combination comprising powdered chromium and aluminum oxide in the proportion of 77%. weight of metallic chromium and 23% aluminum oxide (Al2O3). These materials can be prepared by the well known process called "slip-casting", then sintered.
Another material which is satisfactory for casting copper and its alloys is a variety of talc called soapstone. Soapstone is found in nature in dense formation and is characterized by its softness. It is presented among others in the form of a hydrated magnesium silicate. It is shaped into the desired shape and then fired to obtain a hard refractory material. Mention may be made, as other satisfactory materials for casting copper, of carborundum, alundum, magnesia, zirconia and chromite.
Further, it will be understood that the different parts of the shutter can be made of material having different specific weights, since it is sufficient that the weight of the shutter as a whole be less than the volume of molten metal displaced. For example, the material of the central rod may actually have a higher specific gravity than that of metal. melt in which it is immersed. Parts of the shutter may be cut out.
The invention can be applied for casting other metals and alloys such as steel, silver, nickel, aluminum and magnesium, but it is not limited to these metals.