CA1106134A

CA1106134A - Procede de coulee de metal

Info

Publication number: CA1106134A
Application number: CA304,537A
Authority: CA
Inventors: Gerard Bentz; Jean Galey; Serge Devalois
Original assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 1977-06-01
Filing date: 1978-05-31
Publication date: 1981-08-04
Also published as: IT7823917A0; FR2392746B2; IT1094853B; LU79740A1; BE866605R; DE2823173C2; DE2823173A1; SE7806316L; US4211269A; SE437776B; FR2392746A2; JPS53149124A

Abstract

L'invention concerne la coulée d'un métal dans un moule rotatif sous protection d'une atmosphère inertante constituée par un gaz liquéfié. Dans le moule on effectue des coulées successives de métaux différents tout en maintenant, pendant chacune de ces coulées et pendant sa solidification, un apport de gaz liquéfié, jusqu'à obtenir une pièce finale formée de plusieurs couches de métaux différents. L'invention s'applique en particulier à la fabrication de tubes centrifugés et de cylindres de laminoirs.

Description

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La présente invention concerne un procedé de coulée de métal dans un moule à coquille tournante, dans lequel on assure simultanément une protection de la sur~ace du bain de métal et du volume interne du moule, préalablement à la coulée, au moyen d'un jet contrôlé de gaz liquéfié inerte que l'on déverse d'une part sur la surface du bain et que l'on introduit d'autre part à
l'intérieur du moule entraîné en rotation.
Ce procédé est appliqué à la fabrication de tubes cen-trifugés. On introduit dans le moule, avant d'y introduire le -10 métal, des quantités de gaz liquéfié inerte suffisantes pour ob- -~
tenir une durée d'inertage laissant le temps nécessaire pour assurer le moulage proprement dit. Dans cette technique de fabri~
cation, qui suppose une coulée unique de métal, l'apport de gaz liquéfié se fait uniquement préalablement à la coulée.
La présente invention a pour but des perfectionnements au procédé sus-mentionné de façon à permettre la fabrication de pièces formées de plusieurs métaux, donc nécessitant plusieurs coulees successives dans le moule rotatif.
Il existe de nombreuses pièces métalliques de révolu-; 20 tion, donc obtenues par moulage dans un moule rotatif, qui doi-- vent, pour satlsfaire aux conditions d'utilisation qui leur sont i`mpo~ées, présenter certaines qualités à un degré très élevé.
C'est ainsi que les canalisations destinées au transport de li-quides corrosifs et les tubulures destinées à être immergées en mer doivent présenter une résistance élevée à la corrosion, ou que les cylindres de laminoir doivent présenter, sur leur surface périphérique, une très grande dureté. Or, les métaux ou alliages ;
présentant les qualités requises sont d'un prix très élevé ce qui conduit à ne les utiliser que pour constituer une partie de la 30 pl~ce finale à obtenir, le re~te de ladite pièce pouvant atre constitué par un métal ordinaire de prix moins élevé. Pour une canalisation destinée à transporter un liquide corrosi~ par exem- -. ~ ,.

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ple, seule la paroi interne, en contact direct avec ledit liqui-de, doit présenter, sous une épaisseur, qui peut être faible, u-ne haute résistance à la corrosion, le reste de la paroi, qui assure uniquement une résistance mécanique, pouvant être consti-tué par une fonte ou un acier ordinaire. De même pour un cylin-dre de laminoir, seule la table, c'est-à-dire la surface de tra-vail extérieure, doit être très dure, tandis que le coeur du cy-lindre n'a nul besoin de présenter une dureté élevée, et doit même, de préférence, posséder d'autres propriétés, par exemple u-ne certaine souplesse ce qui amène à le réaliser en un matériaurelativement malléable et peu coûteux tel qu'une fonte grise.
L'obtention de telles pièces oblige à couler successive-ment, dans le moule rotatif, plusieurs métaux de nature différen-te, deux en général, donc à procéder au moulage en plusieurs temps: une première coulée permet d'obtenir une première couche, une seconde coulée, effectuée après un temps nécessaire à la so-lidification de la première, permet d'obtenir une seconde couche tCe~
Cette façon de procéder présente de nombreux inconvé-nients. Le moule qui est entraîné en rotation et qui, le plus souvent, est préchauffé constitue une enceinte chaude, ouverte, qui aspire violemment l'air environnànt. Il en résulte que la coulée et la solidification des couches de métal se font dans une enceinte parcourue par un courant d'air très chaud et turbulent.
Lorsqu'une couche est solidifiée dans ces conditions elle présen-` te, sur sa face interne, une oxydation qui empêche la parfaite '~ adhérence de la couche de métal apportée par la coulée suivante.
La liaison entre les deux couches présente de graves défauts qui nuisent à la qualité de la pièce finale.
La présente invention a pour but d'éliminer ces incon-vénients et propose, pour atteindre ce but, un procédé qul consis-te en ce que l'on effectue une première coulée d'un premier métal ' - ~

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qui vient s'appliquer, par centrifugation, contre la paroi du moule et se solidifie en formant une première couche externe du-dit premier métal tout en continuant à introduire dans le moule, pendant cette première coulée et pendant cette solidification, le gaz liquéfié inerte qui remplit ainsi la cavité interne à ladite première couche, on effectue, après solidification de cette pre- ~
mière couche, une seconde coulée d'un second métal qui vient s'ap- ~ -pliquer, par centrifugation, contre la paroi intérieure de la première couche précitée de façon à remplir, au moins en partie, l'espace interne à cette première couche et former une seconde couche interne à la première tout en maintenant, pendant cette -seconde coulée et pendant que le métal se solidifie, l'apport de gaz liquéfié qui remplit ainsi la cavité interne à ladite se-conde couche, au moins jusqu'à sa solidification, et ainsi de suite jusqu'à obtenir une pièce finale de révolution formée de deux ou plusieurs couches successives de métaux différents, et que le gaz liquéfié est introduit dans le moule au cours des :
opérations de coulées successives et au cours des phases de solidification en une quantité par minute qui correspond à un ~.
volume de gaz en phase gazeuse égal à 5 à lO fois le volume de la cavité à remplir de façon à y maintenir une atmosphère ayant une teneur en oxygène inférieure à 0.1%. ~-.

La protection contre l'action corrosive de l'air qui : -.
est assurée ainsi pendant la phase de coulée et de solidification ` permet d'obtenir des couches de métal solidifiées, totalement exemptes d'oxydation superficielle, ce qui permet d'obtenir une .
excellente liaison entre deux couches successives.
Selon une autre caractéristique de l'invention, on ef-fectue plusieurs couches tout en laissant subsister, à l'intéri-', 30 eur de la dernière couche, un espace creux, de façon à obtenir :
A une pièce finale tubulaire, le gaz liquéfié remplissant ledit es-61~

pace creux au cours de la solidification de la dernière couche.
On obtient ainsi des cana:Lisations ou tubulures dont la partie externe de la dernière couche coulée en dernier lieu, c'est-à-dire à l'intérieur de canalisations ou de la tubulure fi-nie est exempte de toute oxydation.
Selon une autre caractéristique de l'invention, on ef-fectue plusieurs coulées, la dernière coulée remplissant intégra-.

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lement l'espace interne de la couche formée par la coulée qui la précède de façon à obtenir une pièce finale pleine.
Ce mode de coulée est utilisé pour la fabrication de cylindres de laminoirs.
Toujours selon l'invention, le gaz liquéfié est intro-; duit dans le moule, au cours des opérations de coulées successi-ves et au cours des phases de solidification, en une quantité par minute qui correspond à un volume de gaz, en phase gazeuse, égal à 5 ou 10 fois le volume de la cavité à remplir de fac,on à y maintenir une atmosphère ayant une teneur en oxygène inférieure à 0,1%.
Une telle teneur en oxygène permet d'éliminer avec cer- ~ ;
titude tout risque d'oxydation.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre.
Dans les dessins donnés ici uniquement à titre d'exem-ple, - la figure 1 représente, de façon schématique, la fa-brication, par centrifugation, d'un tube selon le procédé confor-me à l'addition, - la figure 2 représente la fabrication d'un cylindre de laminoir, - la figure 3 représente, en coupe, un tube formé de deux couches successives et ayant subi un essai d'écrasement.
La fabrication de pièces de révolution formées de plu-sieurs métaux ou alliages doit être effectuée en plusieurs temps dans des moules rotatifs qui peuvent être soit à axe hori~ontal, soit à axe vertical, les premiers étant utilisés principalement pour la fabrication de pièces creuse~, les seconds pour la fabri-cation de pièces pleines.
Le moule 1 de la figure 1 est un moule en acier, de for-~: .
me tubulaire et d'axe horizontal, il est supporté par deux galsts ' , :

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2 qui 1'entraînent en rotation autour de son axe XX' et est ~ermé,à ses deux extrémités, par deux ~lasques 3a, 3b munis chacun d'u-ne ouverture 4a, 4b respectivement. Le métal en ~usion M, conte-nu dans une poche 5, s'écoule dans un panier de coulée 6 et est déversé, par une busette 6a qui traverse l'orifice 4b du flasque 3b, à l'intérieur du moule 1. Le métal dans la poche 5 et dans le panier 6 ainsi que le jet de métal tombant dans le panier sont protégés par un déversement continu d'un gaz liquéfié inertant au moyen de dispositi~s de type connu tels que les becs verseurs 7a et le tore 7b. Le gaz liquéfié, de l'azote, est introduit à l'in-térieur du moule 1 par une canne de déversement 8 qui traverse l'orifice 4a du flasque 3a.
On se propose de fabriquer, au moyen de ce moule, un tube formé de deux couches métalliques de nature différente (tube bimétal), le tube a une longueur de 4 m environ, un diamè~re ex-terne de 30 cm, un diamètre interne de! 25 cm, donc une épaisseur de 2,5 cm.
La coulée se fait de la fa~on suivante:
On ef~ectue tout d'abord une purge et un inerta~e préa-lables du moule qui est entra~né en rotation. L'azote liquéfiédéversé avec un débit constant de 2 l/mn, et ceci pendant 3 minu-tes, remplit rapidement le moule en s'appliquant de fa,con homogè- ~ -ne, grace à la rotation, sur la totalité de la longueur de sa pa-roi interne. Dès l'arrivée du gaz liquéfié, l'air contenu dans le moule est chassé violemment car l'expansion gazeuse consécutive à
la vaporisation est très importante puisqu'un litre d'azote li- ~ -I quide, à 15C, donne 680 litres de gaz environ~ On obtient ainsi ! ;
à l'lnterieur du moule une atmosphère d'azote contenant moins de 0,1% d'oxygène.
On procède ensuite à la coulée d'un premier métal ou alliage, par exemple un nickel-chrome, de ~a~on à obtenir une ; couche externe 9 d'une épaisseur de 5 mm environ. Pendant la coulée de ce premier m~tal, qui dure une minute environ, on conti-- :

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nue à déverser l'azote liquide avec le débit précité.
On attend pendant 3 minutes environ, que la première couche 9 se solidifie, le débit d'azote restant constant pendant cette solidification.
On procède ensuite à la coulée d'un second métal ou alliage différent du premier, par exemple une fonte de fa,con à
obtenir une seconde couche 10 d'une épaisseur de 20 mm environ.
On continue pendant cette seconde coulée, qui dure une minute en-viron, l'apport d'azote liquide avec le débit précité. On lais-se tourner le moule, et on continue l'introduction d'azote liqui-de pendant une minute environ de façon à obtenir une seconde couche 10 suffisamment solidifiée.
.. .
La rotation du moule est ensuite ralentie, puis stoppée et on procède à l'extraction du tube fini.
La durée totale de l'opération est de 9 minutes envi-ron, et la quantité d'azote liquéfié est de 18 litres environ.
Le tube final obtenu présente donc une couche externe mince 9 ayant par exemple une haute résistance à la corrosion et Ime couche interne 10 beaucoup plus épaisse et faite par exemple d'un métal beaucoup moins couteux que la couche externe.
Le fait d'avoir réalisé une purge préalable du moule, puis d'avoir entretenu une atmosphère exempte d'oxygène pendant Ia première coulée de métal et pendant sa solidification ainsi que pendant la seconde coulée de métal également jusqu'à solidi-fication de cette dernière, permet d'éviter toute pollution de la face interne de la première couche et assure par conséquent une : adhérence parfaite entre la première couche et la seconde couche.
Cette absence de pollution est due non seulement à l'absence d'oxygène mais également à l'absence de vapeur d'eau toujours pré-sente dans l'air atmosphérique.
Le moule 12 de la figure 2 est un moule en acier, de forme cylindrique et d'axe vertical, ayant un diamètre de 0,35 m " ". "' ~ 6 -3~

environ et u,e hauteur de 0,70 m environ. Ce moule 12 est prolon-gé, à sa partie inférieure, par un moule 13 également de forme cylindrique, mais de dimension sensiblement inférieures, ce se-cond moule ayant un diamètre de 0,15 m environ et une hauteur de 0,20 m environ. L'ensemble des moules 12 et 13 est entraîné en rotation autour de leur axe vertical YY' à environ 800 tours/mn par des moyens non représentés. Le moule 12 est fermé, à sa par-tie supérieure, par un couvercle 14 muni d'une ouverture 15 tra-versée par une busette de coulée de métal 16 reliée à un panier de coulée (non représenté) et entourée d'une chemise 17. Le gaz liquéfié inerte est introduit par une canne calorifugée 18 re-; liée à une source (non représentée). Le gaz liquéfié pénètre ainsi dans le moule par l'ouverture 15 parallèlement à la coulée de métal venant dans la busette 6.
On se propose de fabriquer, dans ce moule, un cylindre pour laminoir formé d'une couche externe à haute résistance mé-canique et d'un noyau interne fait en un métal moins résistant mais plus malléable.
Les séquences opératoires sont tout à fait comparables à celles relatives à la fabrication du tube centrifugé.
On procède tout d'abord à la purge et à l'inertage du -moule entraîné en rotation en y introduisant le gaz liquéfié, dans ce cas, de l'azote, sous un débit de 2 litres par minute, ceci pendant 1 minute 30 environ.
On procède ensuite à la coulée du premier métal, par exemple une fonte au nickel, de façon à obtenir une première cou- ~-che externe 19, ou table, ayant une épaisseur de 1 cm environ. -On continue pendant cette coulée, d'une durée de 30 secondes en-viron, à alimenter le moule en azote liquide. -On attend, toujours en alimentant le moule en azote li-quide, la solidification de cette table pendant 6 minutes environ.

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3~

On procède ensuite à la coulée d'un second métal, par exemple une fonte grise, qui remplit l'intérieur du moule 1~ en donnant le coeur 20, et l'intérieur du moule 13 en donnant le tourillon 21. Pendant la coulée de ce second métal, qui dure en-viron une minute, on continue l'alimentation en azote liquéfié
jusqu'à la fin de la coulée.
On ralentit ensuite le moule et on l'arrête, et on pro-cède à l'extraction du cylindre.
La durée totale de l'opération est de 9 minutes envi-ron et la consommation d'azote liquéfié est de 18 litres environ.
On obtient ainsi un cylindre de laminoir ayant un poidsd'environ 500 kg, un diamètre de 0,35 environ, et formé d'une ta-ble externe à haute dureté et haute résistance à l'abrasion et d'un coeur interne présentant une pl,us grande résilience et une plus grande capacité de flexion.
Comme dans le cas précédent, l'inter~ace entre les deux couches est exempt de toute pollution ou oxydation de sorte que la cohésion entre ces deux couches est parfaite.
L'examen des pièces obtenues par ce procédé montre que zo l'adhérence des deux couches reste excellente, même après des es-sais d'écrasement. La figure 3 représente, en coupe, un tube ob-tenu par le procédé de moulage selon la figure 1 et montre que lorsqu'on écrase ce tube après l'avoir fendu longitudinalement il n'existe, même dans la région A de déformation maximale, aucune tendance au décollement entre les couches 9 et 10 On pourrait bien entendu apporter de nombreuses varian- ;~
, tes aux deux modes de réalisation décrits et représentés ci-des-sus. C'est ainsi que l'on pourrait avoir des pièces qui, au lieu de deux couches, pourraient atre form~es de trois coucheq ou da-' 30 vantage. Dans ce cas, le moule serait alimenté en gaz liquéfié
pendant la coulée de chaque couche et pendant sa solidiEication. ~ `

Le gaz liqué~ié pourrait être constitué par tout autre gaz que ; ~-~.
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l'azote par exemple de l'argon.
Le procéde est applicable également à tous les métaux proprement dits, combinés métalliques ou alliages.
L'épaisseur des couches peut également être quelconque, cette épaisseur étant fonction uniquement des qualités exigées de la pièce finale obtenue.

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Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Procédé de coulée de métal dans un moule à coquille tournante, dans lequel on assure simultanément une protection de la surface du bain de métal et du volume interne du moule préala-blement à la coulée au moyen d'un jet contrôlé de gaz liquéfié
inerte que l'on déverse d'une part à la surface du bain et d'autre part à l'intérieur du moule entraîné en rotation, caractérisé en ce que:
- on effectue une première coulée d'un premier métal qui vient s'appliquer, par centrifugation, contre la paroi du moule et se solidifie en formant une première couche, externe, dudit premier métal, tout en continuant à introduire dans le moule, pendant cette première coulée et pendant cette solidification, le gaz liquéfié inerte qui remplit ainsi la cavité interne à ladite première couche, - on effectue, après solidification de cette première couche, une seconde coulée d'un second métal qui vient s'appliquer, par centrifugation, contre la paroi intérieure de la première couche précitée de façon à remplir, au moins en partie, l'espace interne à cette première couche et former une seconde couche interne à la première tout en maintenant, pendant cette seconde coulée, l'apport de gaz liquéfié qui remplit ainsi la cavité
interne à ladite seconde couche au moins jusqu'à sa solidifica-tion, et ainsi de suite jusqu'à obtenir une pièce finale de révolution formée de deux ou plusieurs couches successives de métaux différents, et le gaz liquéfié est introduit dans le moule au cours des opérations de coulées successives et au cours des phases de solidification en une quantité par minute qui correspond à un volume de gaz en phase gazeuse égal à 5 à
10 fois le volume de la cavité à remplir de façon à y maintenir une atmosphère ayant une teneur en oxygène inférieure à 0.1%.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue plusieurs coulées tout en laissant subsister, à l'intérieur de la dernière couche, un espace creux et obtenir une pièce tubulaire, le gaz liquéfié remplissant ledit espace creux au cours de la solidification de la dernière couche.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on effectue plusieurs coulées, la dernière coulée remplis-sant intégralement l'espace interne de la couche formée par la coulée qui la précède de façon à obtenir une pièce finale pleine.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz liquéfié est introduit à l'intérieur du moule et à
l'intérieur de chacune des couches successives formées parallè-lement à l'axe de la busette.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les métaux précités sont constitués de métaux proprement dits,de composés métalliques ou des alliages.

6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les métaux précités sont constitués des métaux proprement dits choisis dans le groupe constitué par le fer, le cuivre et le chrome.

7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les métaux précités sont des composés métalliques choisis parmi les fontes, les aciers.

8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les métaux précités sont des alliages choisis parmi les nickel chrome, les fontes au nickel.

9. Procédé de coulée de métal dans un moule à coquille tournante comprenant les étapes suivantes:
on fait tourner le moule de façon continue, on introduit un gaz liquéfié inerte dans le moule à
coquille tournante de façon à ce que le liquide se répande sur la surface interne dudit moule;
on injecte un premier métal en fusion dans le moule à coquille tournante, ledit premier métal s'appliquant par centrifugation contre la paroi interne dudit moule où il se solidifie en formant une première couche métallique;
on continue l'introduction de gaz liquéfié inerte dans le moule à coquille tournante pendant que le premier métal en fusion y est injecté et durant la solidification dudit premier métal, le gaz remplissant la cavité formée par ladite première couche; ledit gaz liquéfié inerte étant intro-duit dans ledit moule durant l'injection dudit premier métal en fusion à un taux qui correspond à un volume de gaz en phase gazeuse égal à au moins 5 à 10 fois le volume de la cavité à
remplir de façon à y maintenir une atmosphère ayant une teneur en oxygène inférieure à 0,1%; et on injecte un second métal en fusion dans le moule à
coquille tournante après solidification du premier métal tout en continuant l'apport de gaz liquéfié, le second métal venant s'appliquer par centrifugation contre la paroi intérieure de la cavité formée par la première couche et s'y solidifiant pour former une seconde couche métallique.

10. Procédé de coulée de métal dans un moule à coquille tournante comprenant les étapes suivantes:
on fait tourner le moule de façon continue;
on introduit un gaz liquéfié inerte dans le moule à
coquille tournante de façon à ce que le liquide se répande sur la surface interne dudit moule;

on injecte un premier métal en fusion dans le moule à coquille tournante, ledit premier métal s'appliquant par centrifugation contre la paroi interne dudit moule où il se solidifie en formant une première couche métallique;
on continue l'introduction de gaz liquéfié inerte dans le moule à coquille tournante pendant que le premier métal en fusion y est injecté et durant la solidification dudit premier métal, le gaz remplissant la cavité formée par ladite première couche;
on injecte un second métal en fusion dans le moule à
coquille tournante après solidification du premier métal, le second métal s'appliquant par centrifugation contre la paroi interne de la cavité formée par ladite première couche et s'y solidifiant pour former une seconde couche métallique; et on continue l'introduction de gaz liquiéfié inerte dans le moule à coquille tournante pendant l'injection du second métal en fusion;
ledit gaz liquéfié inerte étant introduit dans ledit moule pendant l'injection d'au moins un desdits métaux en fusion dans le moule à un taux qui correspond à un volume de gaz en phase gazeuse égal à au moins cinq fois le volume de la cavité à remplir, de façon à y maintenir une atmosphère ayant une teneur en oxygène inférieure à 0.1%.

11. Procédé de coulée de métal dans un moule à coquille tournante comprenant les étapes suivantes:
on fait tourner le moule de façon continue;
on introduit un gaz liquéfié inerte dans le moule à
coquille tournante de façon à ce que le liquide se répande sur la surface interne dudit moule;
on injecte un premier métal en fusion dans le moule à coquille tournante, ledit premier métal s'appliquant par centrifugation contre la paroi interne dudit moule où il se solidifie en formant une première couche métallique;
on continue l'introduction de gaz liquéfié inerte dans le moule à coquille tournante pendant que le premier métal en fusion y est injecté et durant la solidification dudit premier métal, le gaz remplissant la cavité formée par ladite première couche;
on injecte un second métal en fusion dans le moule à
coquille tournante après solidification du premier métal, le second métal s'appliquant par centrifugation contre la paroi interne de la cavité formée par ladite première couche et s'y solidifiant pour former une seconde couche métallique; et on continue l'introduction de gaz liquéfié inerte dans le moule à coquille tournante pendant l'injection du second métal en fusion et durant la solidification du second métal;
ledit gaz liquéfié inerte étant introduit dans ledit moule pendant l'injection d'au moins un desdits métaux en fusion dans le moule à un taux qui correspond à un volume de gaz en phase gazeuse égal à au moins cinq fois le volume de la cavité à remplir, de façon à y maintenir une atmosphère ayant une teneur en oxygène inférieure à 0.1%.