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WO1998012007A1 - Installation et procede de fabrication de ruban ou de fibre metallique amorphe par hypertrempe - Google Patents

Installation et procede de fabrication de ruban ou de fibre metallique amorphe par hypertrempe Download PDF

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WO1998012007A1
WO1998012007A1 PCT/FR1996/001464 FR9601464W WO9812007A1 WO 1998012007 A1 WO1998012007 A1 WO 1998012007A1 FR 9601464 W FR9601464 W FR 9601464W WO 9812007 A1 WO9812007 A1 WO 9812007A1
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alloy
bath
crucible
enclosure
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Christophe Liebaut
Alain Remy
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    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D27/00—Stirring devices for molten material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • B22D1/002—Treatment with gases
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/005—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths of wire
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0611—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by a single casting wheel, e.g. for casting amorphous metal strips or wires
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    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0637—Accessories therefor
    • B22D11/0697—Accessories therefor for casting in a protected atmosphere

Definitions

  • the present invention relates to the manufacture of ribbon or amorphous metallic fiber by hyperemperation of a metal or a liquid alloy. It relates firstly to an installation of the type comprising a first bath of metal or liquid alloy in a crucible provided with at least one metal outlet orifice opening into an enclosure containing a receiving surface provided with means of rapid scrolling of this surface facing the outlet orifice, said enclosure being under vacuum with respect to the crucible so as to cause at least one jet of said metal or alloy coming from the outlet orifice and falling on the cooled surface in rapid movement.
  • this technique consists in sending a jet of molten metal onto a rapidly moving surface whose temperature is kept close to ambient temperature.
  • the liquid then spreads over the disc in a thick film of only a few microns.
  • the metal cools and solidifies very quickly, at a speed of the order of 10 " C / second.
  • the moving surface can belong to a disc, an endless band or a wheel. It can be provided with notches perpendicular to its running direction, in order to divide the fibers or ribbons produced into small segments.
  • the fibers or ribbons thus prepared have remarkable properties, both mechanically and magnetically.
  • the alloys have a very high tensile strength, and their ductility is characterized by excellent resistance to bending, making it possible to achieve curvatures around a radius of the order of the thickness of the strip; they also present properties of soft magnetism, that is to say that they are magnetized and demagnetized with a very weak field.
  • the crucible has a significantly shorter lifespan than the other parts or device of the installation, which necessitates changing it often.
  • the Applicant has found that the life of the crucible is reduced by impurities remaining in the metal blocking the outlet orifice, which means that a new crucible must be installed.
  • the invention aims to improve the technique of manufacturing ribbons or amorphous fibers by hyper quenching so as to increase the life of the crucible.
  • the subject of the invention is an installation of the aforementioned type which comprises a second bath of metal or liquid alloy in a melting furnace supplying directly or via at least one transport pocket and / or a buffer pocket, each pocket forming a metal bath, at least one bath being provided with a gas supply means forming a bottom-up stirring entraining the impurities on the surface of the bath to allow cleaning and to obtain a clean metal intended to allow the pouring of the metal through the hole (s).
  • the gas supply means cooperates with the melting furnace to stir the metal or the liquid alloy upstream of its movement;
  • the mixing gas supply means distributes a neutral gas, in particular argon;
  • the gas supply means is a hollow tube immersed in the metal bath which allows the tube to be changed without interrupting the bath;
  • the gas supply means is a porous plug placed at the bottom of the bath for the purpose to distribute very small gas bubbles;
  • the cooled surface is a rotating surface of a wheel.
  • the invention also relates to a process for manufacturing ribbons or amorphous metal fibers by hyperemperation of a metal or a liquid alloy with at least one jet of said metal or alloy on a rapidly moving cooled surface inside an enclosure under vacuum with respect to a crucible from which said liquid alloy originates, the crucible being linked to the enclosure, arranged outside the latter and provided with at least one outlet orifice for forming the jet, the enclosure comprising at least one opening cooperating with each pouring orifice.
  • the installation comprises a sealed enclosure 1 comprising a means for discharging solid fibers 2 made of amorphous alloy, this means consists of a mat rolling 3 contained in a tunnel 4.
  • the enclosure comprises a rotating wheel 5 under which is placed a brush 6.
  • a crucible 7 On the sealed enclosure 1 above the wheel 5 is arranged a crucible 7 forming a first bath 8 of alloy liquid 9.
  • the crucible 7 is provided with outlet orifices 10 opening into the enclosure 1 above the surface 11 of the wheel 5.
  • the first alloy bath is maintained at the casting temperature by an inductor 12.
  • the crucible 7 is supplied with liquid alloy 9 coming from a melting furnace 13 via a transport pocket 14 and a buffer pocket 15.
  • the melting furnace 13 and the buffer pocket 15 of an identical volume are each of a volume significantly greater than the volume of the crucible 7.
  • the oven 13, the transport pocket 14 and the buffer pocket 15 respectively form a second, third and fourth bath 16, 17, 18.
  • the buffer pocket 15 is equipped with a heating means.
  • the oven 13 closed by a cover 21 is provided with a dip tube 22 supplying the bottom of the bath 16 with argon 23 coming from a source of pressurized argon 24 by a conduit 25, putting the bath 16 in communication with the pressure source 24 carried out by a suitable device 26 outside the tube 22 and the melting furnace 13.
  • the melting furnace comprises an induction heating means 27.
  • the operation of the installation is as follows: the melting furnace 13 is loaded with an alloy, the heating of the furnace 13 melts the alloy which forms the bath 16. Argon 23 is injected into the bottom of the bath 16; the argon bubbles 23 rise, entraining the impurities 28 on the surface of the bath 16. The injection of argon 23 is stopped, the oven is brought back to temperature then the bath is cleaned by cleaning the impurities 28 which float on the surface . The de-cladged alloy 9 is removed and supplied to the buffer pocket 15 via the transport pocket 1. The metal bath 18 formed in the buffer pocket 15 constitutes a reserve of liquid alloy 9 which feeds the crucible 7. The sealed enclosure 1 being under vacuum, the pressure on the alloy 9 of the crucible bath 8 is greater than the pressure prevailing in the enclosure 1.
  • This pressure difference causes the alloy jets 29 from the outlet orifices 10 of the crucible to the surface 11 of the wheel 5.
  • the wheel 5 kept cooled and rotating rapidly causes the alloy to quench, which leads to the formation of amorphous metallic fibers 2 which fall to the bottom of the enclosure from which they are discharged by the conveyor belt 3.
  • the bath 8 of the crucible 7 is of a low level, it is produced by alloy coming from the buffer pocket 15, the latter being of a volume much greater than the crucible 7.
  • the lifespan of the crucible 7 is increased by the use of an alloy 9 cleaned of its impurities which would risk blocking the outlet orifices 10 causing the destruction of the crucible 7 and stopping the manufacturing cycle of the amorphous metallic fibers 2 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Continuous Casting (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

Abstract

L'installation comprend un premier bain (8) de métal ou alliage liquide (9) dans un creuset (7) muni d'au moins un orifice de sortie de métal (10) débouchant dans une enceinte (1) sur une surface de réception en défilement rapide (11); l'installation comprend au moins un deuxième bain de métal ou alliage liquide, au moins un des bains étant muni d'un moyen d'alimentation en gaz. Application à la fabrication de ruban ou fibres métalliques amorphes (2) par hypertrempe.

Description

Installation et procédé de fabrication de ruban ou de fibre métallique amorphe par hypertrempe.
La présente invention est relative à la fabrication de ruban ou de fibre métallique amorphe par 1 'hypertrempe d'un métal ou d'un alliage liquide. Elle concerne en premier lieu une installation du type comprenant un premier bain de métal ou alliage liquide dans un creuset muni d'au moins un orifice de sortie de métal débouchant dans une enceinte contenant une surface de réception munie de moyens de mise en défilement rapide de cette surface en regard de l'orifice de sortie, ladite enceinte étant sous dépression par rapport au creuset de manière a provoquer au moins un jet dudit métal ou alliage provenant de l'orifice de sortie et tombant sur la surface refroidie en défilement rapide.
La technique de fabrication d'alliage métallique ou de métal par hypertrempe (voir par exemple le FR 2 700 282 au nom de la Demanderesse) est particulièrement avantageuse.
En effet, cette technique consiste à envoyer un jet de métal en fusion sur une surface en défilement rapide dont la température est maintenue proche de la température ambiante. Le liquide s'étale alors sur le disque en une pellicule épaisse de quelques microns seulement. Comme la pellicule est extrêmement mince et en contact étroit avec un puits de chaleur de volume beaucoup plus grand et que les métaux ont une conductivité thermique importante, le métal se refroidit et se solidifie très rapidement, à une vitesse de l'ordre de 10 "C/seconde. La surface en défilement peut appartenir à un disque, a une bande sans fin ou à une roue. Elle peut être munie d'entailles perpendiculaires à sa direction de défilement, afin de diviser en petits segments les fibres ou rubans réalisés.
Les fibres ou rubans ainsi préparés possèdent des propriétés remarquables , tant sur le plan mécanique que sur le plan magnétique. Ainsi, les alliages ont une résistance en traction très importante, et leur ductilité est caractérisée par une excellente résistance à la pliure, permettant d'atteindre des courbures autour d'un rayon de l'ordre de l'épaisseur du ruban ; ils présentent également des propriétés de magnétisme doux, c'est-à-dire qu'ils sont magnétisés et démagnétisés avec un champ très faible.
Toutefois, on a constaté dans ce dispositif que le creuset a une durée de vie nettement plus courte que les autres pièces ou dispositif de l'installation ce qui nécessite de le changer souvent.
Le changement de creuset nécessite d'arrêter la fabrication de fibres ou rubans, ce qui entraîne une baisse notable du nombre de fibres produites, rallonge les délais et oblige à installer un nouveau creuset. La Demanderesse a constaté que la durée de vie du creuset est diminuée par des impuretés restant dans le métal venant boucher l'orifice de sortie ce qui oblige à installer un nouveau creuset. L'invention a pour but de perfectionner la technique de fabrication de rubans ou fibres amorphes par hypertrempe de façon à augmenter la durée de vie du creuset.
A cet effet, l'invention a pour objet une installation du type précité qui comprend un deuxième bain de métal ou alliage liquide dans un four de fusion alimentant directement ou via au moins une poche de transport et/ou une poche tampon, chaque poche formant un bain de métal, au moins un bain étant muni d'un moyen d'alimentation en gaz formant un brassage de bas en haut entraînant les impuretés à la surface du bain pour permettre un décrassage et obtenir un métal propre destiné à permettre la coulée du métal à travers le ou les orifice (s) .
Suivant d'autres caractéristiques : " le moyen d'alimentation en gaz coopère avec le four de fusion pour brasser le métal ou l'alliage liquide en amont de son déplacement ; " le moyen d'alimentation en gaz de brassage distribue un gaz neutre, en particulier de 1 'argon ; " le moyen d'alimentation en gaz est un tube creux plongé dans le bain de métal ce qui permet de changer de tube sans interrompre le bain ; " le moyen d'alimentation en gaz est un bouchon poreux disposé au fond du bain dans le but de distribuer des bulles de gaz de taille très petite ; " la surface refroidie est une surface en rotation d ' une roue . L'invention a également pour objet un procédé de fabrication de rubans ou de fibres métalliques amorphes par 1 ' hypertrempe d'un métal ou d'un alliage liquide par au moins un jet dudit métal ou alliage sur une surface refroidie en déplacement rapide à l'intérieur d'une enceinte sous dépression par rapport à un creuset d'où provient ledit alliage liquide, le creuset étant lié à l'enceinte, disposé à l'extérieur de celle-ci et muni d'au moins un orifice de sortie pour former le jet, l'enceinte comportant au moins une ouverture coopérant avec chaque orifice de coulée.
Dans ce procédé, successivement on charge un four en métal ou alliage, on fond le métal ou alliage dans le four, on injecte un gaz neutre, en particulier de l'argon dans le métal fondu formant bains, on ramène le métal ou alliage en température de coulée, on décrasse les impuretés remontées à la surface par le gaz et l'on transfère directement ou indirectement le métal ou alliage décrassé dans le creuset d'où il est projeté par l'orifice de sortie sur la surface refroidie en déplacement rapide. Des exemples de mise en oeuvre de l'invention vont maintenant être décrits en regard du dessin annexé, dont la figure unique représente schématiquement une installation de fabrication de fibres métalliques amorphes selon 1 'invention . L'installation comprend une enceinte étanche 1 comportant un moyen d'évacuation de fibres solides 2 en alliage amorphe, ce moyen est constitué d'un tapis roulant 3 contenu dans un tunnel 4. L'enceinte comprend une roue tournante 5 sous laquelle est disposée une brosse 6. Sur l'enceinte étanche 1 au-dessus de la roue 5 est disposé un creuset 7 formant un premier bain 8 d'alliage liquide 9. Le creuset 7 est muni d'orifices de sortie 10 débouchant dans l'enceinte 1 au-dessus de la surface 11 de la roue 5. Le premier bain d'alliage est maintenu en température de coulée par un inducteur 12.
Le creuset 7 est alimenté en alliage liquide 9 provenant d'un four de fusion 13 via une poche de transport 14 et une poche tampon 15. Le four de fusion 13 et la poche tampon 15 d'un volume identique sont chacun d'un volume nettement supérieur au volume du creuset 7. Le four 13, la poche de transport 14 et la poche tampon 15 forment respectivement un deuxième, troisième et quatrième bain 16, 17, 18. La poche tampon 15 est équipée d'un moyen de chauffage. Le four 13 fermé par un couvercle 21 est muni d'un tube plongeant 22 alimentant le fond du bain 16 en argon 23 provenant d'une source d'argon sous pression 24 par un conduit 25, la mise en communication du bain 16 avec la source de pression 24 s 'effectuant par un dispositif approprié 26 extérieur au tube 22 et au four de fusion 13. Le four de fusion comprend un moyen de chauffage par induction 27. Le fonctionnement de l'installation est le suivant : le four de fusion 13 est chargé en alliage, la mise en température du four 13 fond l'alliage ce qui forme le bain 16. De l'argon 23 est injecté au fond du bain 16 ; les bulles d'argon 23 remontent en entraînant les impuretés 28 à la surface du bain 16. L'injection d'argon 23 est arrêtée, le four est recalé en température puis le bain est décrassé par nettoyage des impuretés 28 qui flottent à la surface. L'alliage 9 décrassé est prélevé et fourni à la poche tampon 15 via la poche de transport 1 . Le bain de métal 18 formé dans la poche tampon 15 constitue une réserve d'alliage liquide 9 qui alimente le creuset 7. L'enceinte étanche 1 étant sous dépression, la pression sur l'alliage 9 du bain 8 du creuset est plus important que la pression régnant dans l'enceinte 1. Cette différence de pression provoque des jets d'alliage 29 depuis les orifices de sortie 10 du creuset jusqu'à la surface 11 de la roue 5. La roue 5 maintenue refroidie et en rotation rapide provoque 1 'hypertrempe de l'alliage qui entraîne la formation de fibres métalliques amorphes 2 qui tombent au fond de l'enceinte d'où elles sont évacuées par le tapis roulant 3. Lorsque le bain 8 du creuset 7 est d'un niveau bas, il est réali enté par de l'alliage provenant de la poche tampon 15 celle-ci étant d'un volume très supérieur au creuset 7.
Lorsque le bain 16 du four 13 est vidé, l'installation fonctionne avec l'alliage conservé dans la poche tampon et un nouveau cycle de fusion d'alliage 9 recommence .
La durée de vie du creuset 7 est augmentée par l'utilisation d'un alliage 9 nettoyé de ses impuretés qui risqueraient de boucher les orifices de sortie 10 entraînant la destruction du creuset 7 et l'arrêt du cycle de fabrication des fibres métalliques amorphes 2.

Claims

REVENDICATIONS
1.- Installation pour la fabrication de ruban ou de fibre métallique amorphe (2) par l 'hypertrempe d'un métal ou d'un alliage liquide (9) , du type comprenant un premier bain (8) de métal ou d'alliage liquide dans un creuset (7) muni d'au moins un orifice de sortie de métal débouchant dans une enceinte (1) contenant une surface de réception (11) munie de moyens de mise en défilement rapide de cette surface (11) en regard de l'orifice de sortie, ladite enceinte (1) étant sous dépression par rapport au creuset (7) de manière à provoquer au moins un jet dudit métal ou alliage provenant de l'orifice de sortie et tombant sur la surface refroidie en défilement rapide, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un deuxième bain (16) de métal ou alliage liquide dans un four de fusion (13) alimentant directement ou via au moins une poche de transport (14) et/ou une poche tampon (15), chaque poche formant un bain de métal (17, 18) , au moins un bain étant muni d'un moyen d'alimentation en gaz formant un brassage de bas en haut entraînant les impuretés (20) à la surface du bain pour permettre un décrassage et obtenir un métal propre destiné à permettre la coulée du métal à travers le ou les orifice (s).
2. - Installation selon la revendication 1 dans laquelle, le moyen d'alimentation en gaz coopère avec le four de fusion (13) pour brasser le métal ou l'alliage liquide (9) en amont de son déplacement.
3.- Installation selon la revendication 1 ou 2 , dans laquelle le moyen d'alimentation en gaz de brassage distribue un gaz neutre, en particulier de l'argon (23).
4.- Installation selon la revendication précédente, dans laquelle le moyen d'alimentation en gaz est un tube (22) plongé dans le bain de métal.
5.- Installation selon la revendication 3, dans laquelle le moyen d'alimentation en gaz est un bouchon poreux disposé au fond du bain.
6.- Installation selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la surface refroidie est une surface en rotation (11) d'une roue (5).
7.- Procédé de fabrication de ruban ou de fibre métallique amorphe (2) par 1 'hypertrempe d'un métal ou d'un alliage liquide (9) par au moins un et (29) dudit métal ou alliage sur une surface (11) refroidie en déplacement rapide à l'intérieur d'une enceinte (1) sous dépression par rapport à un creuset (7) d'où provient ledit alliage liquide (9), le creuset étant lié à l'enceinte (1), disposé à l'extérieur de celle-ci et muni d'au moins un orifice de sortie (10) pour former le jet, l'enceinte comportant au moins une ouverture coopérant avec chaque orifice de coulée, caractérisée en ce que successivement on charge un four (13) en métal ou alliage, on fond le métal ou alliage dans le four (13) , on injecte un gaz neutre, en particulier de l'argon (23) dans le métal fondu formant bains, on ramène le métal ou alliage (9) à la température de coulée, on décrasse les impuretés (28) remontées à la surface par le gaz et l'on transfère directement ou indirectement le métal décrassé dans le creuset (7) d'où il est projeté par l'orifice de sortie sur la surface refroidie (11) en déplacement rapide .
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PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 5, no. 49 (C - 49)<721> 8 April 1981 (1981-04-08) *
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