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(11) | EP 0 187 609 A1 |
| (12) | DEMANDE DE BREVET EUROPEEN |
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| (54) | Dispositif d'alimentation rotative en fonte liquide d'une installation de coulée continue verticale d'un tuyau en fonte à graphite sphéroîdal |
| (57) Installation a creuset-réservoir 11-12 de fonte liquide F avec extraction pas-à-pas
du tuyau T engendré à partir du creuset-réservoir 11-12 à filière refroidie 11. Mise en rotation lente de la fonte liquide F dans le creuset-réservoir 11-12 par alimentation tangentielle en fonte liquide à faible débit par un orifice tangentiel 18. Obtention d'un tuyau en fonte d'épaisseur régulière sur tout le pourtour circulaire, malgré l'absence de noyau. |
[0001] La présente invention est relative à la coulée continue verticale ascendante d'un tuyau en fonte à graphite sphéroîdal, sans utilisation d'un noyau pour former la cavité du tuyau.
[0002] L'invention concerne plus particulièrement un dispositif d'alimentation en fonte liquide d'une filière tubulaire donnant la forme extérieure du tuyau, soit à partir d'un bloc-siphon (alimentation en source), soit à partir d'une poche de coulée sous basse pression d'un gaz.
[0003] L'alimentation rotative d'un dispositif de coulée de métal liquide, par exemple de fonte, est connue depuis longtemps par exemple par le brevet FR-493 449, en vue de centrifuger le métal liquide et d'obtenir un corps creux, et, un peu plus récemment, par le brevet Fk-11 22 833, en vue d'homogénéiser, c'est-à-dire de répartir uniformément le métal liquide à l'intérieur du moule ou de la lingotière de coulée continue. Mais cette alimentation rotative n'entraîne pas le bain en rotation, notamment du fait que la fonte tombe verticalement, sans composante horizontale de vitesse de rotation.
[0004] Plus récemment encore, dans le brevet FR-A-23 52 616, a été décrite une installation de mise en rotation de la fonte liquide à une vitesse de centrifugation en utilisant un champ magnétique rotatif autour d'un creuset contenant la fonte liquide, en vue d'obtenir un tube en fonte par coulée continue ascendante, sans utilisation de noyau.
[0005] Mais le problème est posé d'entraîner en rotation une masse de fonte liquide, à une vitesse inférieure à la vitesse de centrifugation, dans un but d'homogénéisation et de régularisation de l'alimentation, à l'intérieur d'une filière tubulaire refroidie et fixe, donnant la forme extérieure du tube à engendrer, sans utilisation d'un noyau. Le problème est d'entretenir un mouvement permanent de rotation de la fonte liquide dans la filière tubulaire fixe et refroidie en vue de régulariser l'épaisseur du tube de fonte obtenue sur chaque section circulaire de ce tube et d'obtenir ainsi des parois intérieure et extérieure tout-à-fait concentriques.
[0006] L'invention a pour objet un dispositif d'alimentation d'une filière tubulaire fixe, qui résoud ce problème.
[0007] Ce dispositif d'alimentation rotative de l'invention, du type comprenant une filière refroidie constituant un creuset réservoir pour la fonte liquide, creuset à partir duquel un tuyau en fonte à graphite sphéroîdal doit être engendré, est caractérisé en ce qu'il comporte au moins à la partie inférieure du creuset-réservoir des moyens d'impulsion ou de mise en rotation à composante horizontale de vitesse de rotation de la masse de fonte liquide contenue dans ledit creuset-réservoir.
[0008] Suivant un mode d'exécution du dispositif de l'invention, lesdits moyens d'impulsion ou de mise en rotation sont des moyens hydrauliques. Le dispositif de l'invention est alors caractérisé en ce qu'il comporte à la base du creuset-réservoir au moins un conduit d'arrivée tangentielle de fonte liquide qui débouche dans le creuset-réservoir de fonte liquide.
[0009] Cette alimentation tangentielle en fonte liquide peut être soumise à des pulsations rythmées qui favorisent une rotation lente de la fonte liquide.
[0010] Ces moyens de mise en rotation peuvent être également gazeux, avec emploi d'un fluide gazeux chimiquement inerte vis-à-vis de la fonte (argon, azote).
[0011] Suivant un autre mode d'exécution, lesdits moyens sont magnétiques. Dans ce cas, le dispositif d'alimentation de l'invention, est caractérisé en ce qu'il comporte des moyens magnétiques logés à l'intérieur d'un relief central creux ménageant avec la filière refroidie une chambre annulaire de fonte liquide, sur une hauteur supérieure à celle du volume annulaire de fonte liquide, afin de créer un champ magnétique tournant autour de l'axe de la filière et du relief central sur toute la hauteur de la masse annulaire de fonte liquide.
[0012] Dans un autre mode d'exécution, les moyens d'impulsion ou d'entraînement en rotation sont mécaniques. Dans ce cas, le dispositif d'alimentation rotative de l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte intérieurement au relief central creux, dans l'axe et à travers la cavité de celui-ci, un arbre vertical rotatif portant à sa partie supérieure des bras verticaux en matériau réfractaire immergés dans la masse annulaire de fonte liquide en vue d'entraîner celle-ci en rotation.
[0013] D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre.
[0014] Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple,
la Fig. 1 est une vue schématique en coupe du dispositif d'alimentation suivant l'invention avec alimentation tangentielle en métal liquide, en complément d'une alimentation axiale,
la Fig. 2 est une vue-en coupe suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1,
la Fig. 3 est une vue schématique en perspective illustrant l'alimentation tangentielle en complément de l'alimentation axiale du dispositif de la Fig. 1,
les Fig. 4-5-6 sont des vues schématiques en coupe analogues à la Fig. 1, de variantes de dispositif de l'invention avec moyens respectivement magnétiques mécaniques et gazeux de mise en rotation de la fonte,
la Fig. 7 est une vue en coupe suivant la ligne 7-7 de la Fig. 6,
la Fig. 8 est une vue schématique en coupe analogue à la Fig. 1 d'une variante avec moyens gazeux de mise en rotation de la fonte,
la Fig. 9 est une vue schématique en coupe analogue à la Fig. 1, d'une autre variante avec moyens gazeux de mise en rotation de la fonte,
la Fig. 10 est une vue en coupe suivant la ligne 10-10 de la Fig. 9,
la Fig. 11 est une vue partielle agrandie d'un injecteur de fluide gazeux utilisé dans le dispositif des Fig. 9 et 10,
la Fig. 12 est une vue schématique en coupe analogue à la Fig. 1 d'une variante de dispositif suivant l'invention avec alimentation tangentielle en fonte liquide et moyens de pulsation rythmée de ladite alimentation,
la Fig. 13 est une vue en coupe suivant la ligne 13-13 de la Fig. 12,
La Fig. 14 est un diagramme des pulsations de niveau de la fonte liquide en fonction du temps,
[0015] Suivant l'exemple d'exécution de la fig. 1, l'invention est appliquée à la coulée continue ascendante d'un tuyau en fonte T, ledit tuyau étant mince du fait que le rapport épaisseur/diamètre est faible, inférieur à 10 %. L'épaisseur du fût, c'est-à-dire de la partie tubulaire adjacente à l'emboîtement ne dépasse pas 15 mm pour un diamètre de 1000 mm, 8 mm pour un diamètre de 300 mm et 5 mm pour un diamètre de 80 mm.
[0016] L'installation comporte :
- une alimentation en fonte liquide sous basse pression gazeuse,
- un bloc-siphon pour alimentation tangentielle d'un creuset-réservoir de fonte liquide qui constitue les moyens hydrauliques précités d'impulsion ou de mise en rotation de la fonte liquide, et d'entretien de cette rotation,
- un creuset-réservoir constitué par une filière tubulaire refroidie,
- un extracteur non représenté du tuyau T formé.
1°) Alimentation axiale en fonte liquide sous basse pression gazeuse. Une poche de coulée sous pression 1 de type théière à goulotte de remplissage 2, oblique, fermée par un couvercle 3 contient de la fonte liquide F. Un tube de coulée verticale 4 en matériau réfractaire traverse la paroi supérieure de la poche théière 1 fermée. Le tube 4 plonge presque jusqu'au fond de la poche 1 et s'élève bien au-dessus de la paroi supérieure de la poche 1 pour déboucher dans le creuset-réservoir de la filière refroidie, décrit plus loin, au dessous duquel est placée la poche 1. Le tube de coulée ascendante 4 est raccordé de manière étanche avec la paroi supérieure de la poche théière 1 par une buse tronconique 5 à bride, d'axe XX comme le tube 4. La buse tronconique 5 sert également au raccordement du tube de coulée ascendante 4 d'axe XX avec le bloc siphon décrit plus loin.
2°) Alimentation tangentielle en fonte liquide par bloc-siphon. Un socle 6, en matériau réfractaire, par exemple de type silico-alumineux, comporte intérieurement la partie inférieure d'un conduit de coulée 7 en forme de L à jambage horizontal ou légèrement oblique et à orifice tangentiel 18 vertical pour une alimentation tangentielle en source du creuset-réservoir décrit plus loin. L'orifice tangentiel 18 a une section de passage inférieure à celle du tube de coulée ascendante 4. Le socle 6 sert de support au conduit de coulée verticale constitué par une cheminée verticale 9 d'axe YY parallèle à l'axe XX du tube de coulée verticale 4. La cheminée verticale 9 communique à sa partie inférieure avec le jambage horizontal du conduit de coulée 7 et se termine à sa partie supérieure par un entonnoir de coulée 10 d'axe YY. La hauteur de la cheminée 9 est égale à celle du creuset-réservoir ou de la filière dont il est question plus loin. La cheminée 9 et le creuset-réservoir forment vases communicants. Le conduit horizontal 7 de coulée a un diamètre inférieur à celui du tube 4. Cet ensemble d'alimentation 6-7-9-10 s'appelle bloc-siphon.
3°) Le creuset-réservoir constitué par la filière refroidie. Dans l'axe XX du tube de coulée ascendante axiale, le socle 6 du bloc-siphon porte un creuset constitué par une filière tubulaire 11 en graphite d'axe XX et par le socle 6 lui-même constituant un fond de cuve 12 non refroidi. La filière 11 est refroidie extérieurement par une chemise 13, par exemple en cuivre, à circulation d'eau de refroidissement qui entre par un conduit 14 et sort par un conduit 15. La chemise 13, en contact avec la filière 11, est disposée de manière à envelopper la filière 11 sur presque toute sa hauteur à l'exception cependant de sa partie inférieure qui reste non refroidie. A cet effet, une plaque annulaire de support 16 de la chemise 13, en matériau réfractaire par exemple de type silico-alumineux, donc thermiquement isolant, est interposée entre la chemise 13 et le socle 6, afin d'éviter le refroidissement du socle 6 par la chemise de refroidissement 13. Dans cet exemple, mais non obligatoirement, le volume du creuset-réservoir 11-6 constitué par la filière 11 et le socle 6 est sensiblement réduit et ramené à un volume annulaire par un relief central 17 d'axe XX, coaxial au tube de coulée ascendante 4, et traversé par celui-ci. L'emploi du relief central 17 est particulièrement avantageux pour la coulée d'un tube T de grand diamètre. Le relief central 17 fait partie intégrante du bloc-siphon 6-7-9-10 et du creuset-réservoir constitué par la combinaison du socle 6 et de la filière tubulaire refroidie 11. Le relief central tronconique 17 a une grande base, au-dessous du support constitué par le socle 6, de diamètre sensiblement inférieur au diamètre intérieur que l'on veut obtenir pour le tube T à former. A fortiori, la petite base supérieure du relief central tronconique 17 a un diamètre sensiblement inférieur à celui de la cavité du tuyau T à obtenir. Il est avantageux que le relief 17 soit plus haut que la filière 11 car cela permet de limiter le volume de fonte liquide à un espace annulaire sur toute la hauteur de la filière 11, alors que si le relief central 17 était nettement plus bas que la filière 11 on aurait de la fonte liquide au-dessus du sommet du relief 17 et par conséquent un excédent inutile de fonte liquide. Le relief central 17 est évidé de part en part, depuis sa face supérieure jusqu'à la face inférieure du socle 6 par une cavité cylindrique de passage du tube de coulée complémentaire de la buse tronconique 5 qui s'ajuste dans cet emboîtement. L'orifice tangentiel 18 du conduit de coulée 7 en L débouche à la partie inférieure, c'est-à-dire près du fond du volume annulaire du creuset-réservoir 6-11, de manière tangentielle. De préférence, alors que la section de passage de la fonte liquide à travers le tube de coulée verticale 4 est aussi importante que possible (alimentation axiale en fonte liquide sous pression gazeuse), la section de passage de la fonte liquide à travers le conduit horizontal de coulée 7 en L jusqu'à l'orifice tangentiel 18, qui est limité par la largeur de l'espace annulaire entre la filière refroidie 11 et le relief central 17, à la base du creuset-réservoir 6-11, est sensiblement inférieure à celle du tube axial de coulée ascendante 4.
4°) L'extracteur du tuyau en fonte en cours de formation n'est pas représenté. Il comporte un moyen de préhension du tuyau de fonte naissant, par exemple un mannequin tubulaire ou manchon d'acier tel que décrit dans la demande de brevet 84 00 382, ledit moyen de préhension ou mannequin M étant pris entre des galets ou rouleaux E de guidage et d'entraînement vers le haut. Pour l'accrochage ou la solidarisation du tube naissant T sur le mannequin M, ce dernier comporte une échancrure en queue d'aronde M1.
FONCTIONNEMENT
[0017] L'exposé du fonctionnement du dispositif de l'invention est limité ci-après à la mise en rotation de la fonte liquide à l'intérieur du creuset-réservoir 6-11, c'est-à-dire dans l'espace annulaire compris entre la filière 11 et le relief central 17, étant donné que, une fois la fonte liquide mise en rotation, l'entretien de cette rotation se poursuit de la même manière et que les processus de montée pas à pas et de solidification du fût de tuyau T en formation sont les mêmes que ceux déjà décrits dans la demande de brevet en France n° 84 00 382.
[0019] a) Alimentation principale non rotative, sous pression gazeuse, pour remplir de fonte F le creuset-réservoir à filière 11 et fond 12 : du fluide sous pression est introduit par le conduit 32 dans la poche théière 1. La fonte F monte au-dessus du relief central 17, se déverse dans l'espace annulaire entre le relief central 17 et la filière 11 et monte dans la cheminée verticale 9 où la fonte liquide s'introduit à partir de l'orifice 18 et du jambage horizontal de conduit de coulée 7.
[0020] L'introduction de fonte liquide F dans le volume annulaire du creuset-réservoir 11-12 et la cheminée verticale 9 est poursuivie jusqu'à ce que le niveau de la fonte liquide F soit en N à la partie supérieure de la filière 11, juste en-dessous de la tranche supérieure de la filière 11 et du sommet du relief central 17. En comparaison avec l'alimentation tangentielle suivante, l'alimentation axiale est à fort débit.
[0021] b) Alimentation auxiliaire tangentielle en fonte liquide, sous faible débit (moyen hydraulique d'impulsion en rotation) : cette alimentation pour le renouvellement et la mise en rotation de la fonte liquide ne s'effectue pas immédiatement après l'alimentation précédente à fort débit puisque le niveau supérieur N est atteint avant de commencer la coulée d'un tuyau T, mais à un moment indiqué plus loin. Cette alimentation tangentielle, de renouvellement, à faible débit, qui s'effectue suivant la flèche f par la cheminée verticale 9, et par l'orifice tangentiel 18 sera décrite plus loin. En comparaison avec l'alimentation axiale précédente, l'alimentation tangentielle est à faible débit mais à grande vitesse.
2°) Moulage du fût du tuyau en fonte, et extraction du tuyau au fur et à mesure de sa formation :
[0022] Le mannequin M est introduit dans la filière 11 par le haut. Alors que la filière 11 n'est pas refroidie à son extrémité inférieure, elle est au contraire refroidie sur la plus grande partie de sa hauteur, jusqu'à son extrémité supérieure, par l'enveloppe de refroidissement 13. La fonte se solidifie donc au contact de la filière 11, suivant une épaisseur croissant jusqu'au mannequin M au contact duquel elle se solidifie et sur lequel elle s'accroche par l'échancrure Ml. Le mannequin M est alors tiré vers le haut par des galets ou rouleaux E d'entraînement et de guidage. Les rouleaux E entraînés par un moteur pas à pas, font monter le mannequin M par à- coups. Le mannequin M entraîne la partie de fonte solidifiée vers le haut, pas à pas. Lorsque le mannequin M a tiré vers le haut une amorce de tuyaux de fonte T de hauteur suffisante pour être happé à son tour par les galets ou rouleaux E d'entraînement, le mannequin M devient inutile et peut être séparé à tout moment du tuyau T. Pendant la formation de cette amorce de tuyau T, il a fallu verser de la fonte liquide dans l'entonnoir 10 pour remplacer ou renouveler la quantité de fonte qui a servi à former ladite amorce de tuyau T. On veille ainsi à maintenir constant le niveau N de la fonte liquide pendant l'extraction, un peu au-dessous de la partie supérieure de la filière 11, à une hauteur où la fonte est encore refroidie par l'enveloppe 13.
[0023] Cette alimentation tangentielle s'effectue suivant le schéma de la Fig. 3. La fonte liquide entrant tangentiellement par l'orifice 18 au fond du volume annulaire compris entre la filière 11 et le relief central 17, a une vitesse horizontale suffisante pour mettre en rotation, progressivement, à vitesse lente, toute la masse annulaire de fonte liquide F et pour entretenir cette rotation de la fonte liquide. On veille ainsi à maintenir constant le niveau N de fonte liquide pendant l'extraction du tuyau T, un peu au-dessous de la partie supérieure de la chemise 11, à une hauteur où la fonte est encore refroidie par l'enveloppe de refroidissement 13, tout en faisant tourner lentement la fonte F autour de l'axe XX.
[0024] En faisant tourner ainsi lentement la fonte autour de l'axe XX, on homogénéise la température de la fonte liquide contenue dans le creuset-réservoir 11-12 et l'on régularise l'épaisseur du tuyau T sur la section circulaire du fût du tuyau T en formation. Ladite section circulaire a donc des parois intérieure et extérieure parfaitement concentriques.
[0025] L'extraction vers le haut du tuyau T solidifié est effectuée de manière discontinue, pas à pas, comme cela est décrit dans la demande de brevet 84 00 382. L'amorce de fût du tuyau T s'allonge à chaque course de montée imprimée par les galets ou rouleaux E suivant une épaisseur constante sur toute la section circulaire du fût, grâce à la rotation lente due à l'alimentation tangentielle en fonte liquide par la cheminée verticale 9 et l'orifice tangentiel 18.
[0026] On rappelle que l'homogénéisation de température du bain est dans une certaine mesure liée à la régularisation d'épaisseur du fût formé avec rotation lente de la fonte liquide en raison du processus de solidification de la fonte liquide : la fonte est un liquide eutectique dont la solidification est très différente de celle des aciers : lors de la solidification, la fonte ne subit pas le phénomène de ségrégation et ne comporte pas de mélange solide et liquide. La fonte est un liquide eutectique qui passe brutalement de la phase liquide à la phase solide, sans mélange des deux phases et sans dendrite. La Demanderesse a constaté que des épaisseurs plus faibles étaient obtenues là où le bain était plus chaud et des épaisseurs plus élevées en homogénéisant et régularisant par rotation de la fonte liquide la température du bain. Par cette rotation elle obtient aussi une épaisseur plus régulière sur une section circulaire.
[0027] Lorsque l'on a obtenu ainsi une longueur de fût suffisante pour le tuyau T, on cesse de verser de la fonte liquide dans l'entonnoir 10 et l'on procède à la vidange rapide de l'espace annulaire entre la filière 11 et le relief central 17, par exemple par un orifice inférieur non représenté dont on retire l'obturateur. Il suffit ensuite de soulever complètement le tuyau T formé au-dessus de la filière 11.
[0028] Pour faire tourner lentement la fonte liquide en vue d'homogé- néîser la température du bain et de régulariser l'épaisseur du tuyau T sur sa section circulaire, on peut utiliser d'autres moyens "dits hydrauliques" que ceux de la Fig. 1 à 3.
Variante de la Fig. 4.
[0029] Dans un exemple d'exécution analogue à celui de la Fig. 1 mais comportant certaines différences, les moyens dits "hydrauliques" de mise en rotation lente de la fonte liquide sont remplacés par des moyens magnétiques.
[0030] En raison de la place occupée par ces moyens magnétiques, comme on va le voir ci-dessous, la double alimentation précitée en fonte liquide est remplacée par une seule alimentation, par cheminée verticale 9, après suppression de l'alimentation par poche théière sous pression gazeuse.
[0031] Un relief central 34 borgne à sa partie supérieure remplace le relief central 17 de la Fig. 1. Il comporte une cavité 35 de logement d'électro-aimants ou aimants 36 portés par un arbre rotatif 37 d'axe XX vertical qui est celui du relief central 34 et du creuset et réservoir 11-12. A l'intérieur de la cavité 35, les aimants 36 et l'arbre 37 sont à l'abri de tout contact avec la fonte fiquide. Les aimants 36 s'étendent sur toute la hauteur de la masse de fonte liquide F. L'arbre rotatif 37 est entraîné en rotation par un groupe moto-réducteur 38. La mise en rotation s'effectue à vitesse lente comme dans le cas précédent, c'est-à-dire à une vitesse de l'ordre de quelques tours par minute alors que la vitesse de centrifugation est beaucoup plus élevée (par exemple de 10 fois plus élevée pour les grands diamètres à 100 fois plus élevée pour les diamètres les plus faibles). L'alimentation en fonte liquide s'effectue par bloc-siphon à cheminée verticale 9, conduit horizontal 7, débouchant à la partie inférieure du volume annulaire de fonte liquide compris entre le relief central 34 et la filière 11, éventuellement par un orifice tangentiel 18 comme à la Fig. 1. Mais, dans ce cas, en raison de l'utilisation de moyens magnétiques tels que les électro-aimants ou aimants rotatifs 36, l'orifice tangentiel 18 est facultatif. Le conduit d'amenée de fonte liquide peut tout simplement déboucher au fond 12 du creuset-réservoir 11-12.
[0032] La formation du fût du tuyau T s'effectue de la même manière que dans l'exemple précédent des Fig. 1 à 3 à la seule différence que la fonte liquide, dès le départ ne provient que du bloc-siphon à cheminée verticale 9 et que la mise en rotation lente de la fonte liquide s'effectue soit uniquement par la rotation des électro-aimants 36 soit par l'action conjuguée d'entraînement en rotation des électro-aimants 36 et de l'arrivée tangentielle de la fonte liquide par un orifice tangentiel 18 si l'on en prévoit un, comme à la Fig. 4.
[0033] D'autres moyens de mise en rotation lente de la fonte liquide peuvent encore être employés :
Variante de la Fig. 5 : Dans cet exemple, un relief central 39 d'axe XX, tubulaire, remplace les reliefs 17 et 34 précédents. Le relief 39 est traversé de part en part par une cavité cylindrique 40 d'axe XX, elle-même traversée avec jeu par un arbre rotatif 41 d'axe XX entraîné en rotation par un groupe moto-réducteur 42. L'arbre rotatif 41 porte à sa partie supérieure soit un plateau horizontal 43, soit des bras horizontaux 43 au bord périphérique duquel où aux extrémités périphériques desquelles sont suspendues des barres verticales en graphite 44, par exemple au nombre de deux, de trois ou de quatre ou davantage suivant les dimensions du plateau ou des bras 43 et dont la hauteur est suffisante pour que leur extrémité inférieure soit immergée dans la fonte liquide du creuset-réservoir 11-12 à proximité du fond 12 du creuset-réservoir 11-12. L'alimentation en fonte liquide s'effectue uniquement par bloc-siphon comme dans l'exemple de la Fig. 4, facultativement avec orifice tangentiel 18 au fond 12 du creuset-réservoir 11-12. A l'intérieur de la cavité 40, l'arbre 41 est à l'abri de tout contact avec la fonte liquide.
[0034] La formation d'un tuyau T dont on voit à la Fig. 5 une amorce solidifiée, accrochée au mannequin Ms'effectue comme dans les deux exemples précédents, à la seule différence que l'entraînement en rotation lente de la fonte liquide s'effectue par la rotation lente des barres d'entraînement 44 qui font tourner le bain autour de l'axe XX.
[0035] Dans tous les exemples précédents, on remarque que le fût du tuyau (Fig. 5) est obtenu sans noyau, d'où l'utilité de la mise en rotation lente de la fonte afin de régulariser l'épaisseur du fût sur n'importe quelle section circulaire dudit fût.
[0036] Des moyens fluidiques gazeux d'entraînement en rotation de la fonte liquide à vitesse lente peuvent également être utilisés suivant différents exemples d'exécution illustrés aux Fig. 6 à 11 :
Variante des Fig. 6 et 7 :
[0037] L'alimentation en fonte liquide s'effectue par bloc-siphon 7-9-10. Le conduit 7 débouche au fond 12 du volume annulaire compris entre le relief central 17 et la filière 11 par un orifice 8 non tangentiel.
[0038] Dans cet exemple, un fluide gazeux inerte tel que par exemple l'azote ou l'argon est amené tangentiellement près du fond du volume annulaire de fonte liquide compris entre la filière 11 et le relief central 17.
[0039] Le fluide gazeux de mise en rotation de la fonte liquide est amené par exemple par deux tuyères horizontales 45 montées tangentiellement à la cavité cylindrique du creuset-réservoir et à la cavité cylindrique 46 de la filière 11, dans le prolongement de la paroi interne cylindrique de la filière 11, dans la masse du socle 6 et au voisinage du fond 12. Chacune des deux tuyères 45 comporte un bouchon ou une buse poreuse 47 tronconique montée au fond d'un orifice également tronconique qui débouche tangentiellement dans la cavité 46, la buse poreuse 47 étant en matériau réfractaire, par exemple silico-alumineux, (sorte de pisé de forte granulométrie pour avoir une porosité convenable), un manchon cylindrique 48 de même diamètre que la grand base de la buse poreuse 47, le manchon 48 étant en matériau réfractaire et traversant l'épaisseur de paroi du socle 6, coaxialement à la buse 47, et, dans l'axe du manchon cylindrique 48, un conduit 49 d'amenée de fluide gazeux jusqu'à la buse poreuse 47, le conduit 49 étant relié à une source de fluide gazeux sous pression non représenté. Une plaque de fermeture 50 s'applique sur la tranche d'extrémité extérieure du manchon cylindrique 48 et sur un bossage 51 venant de corps avec le socle 6 ou bien rapporté sur celui-ci. La plaque de fermeture 50 est traversée par le conduit 49. Il y a donc dans cet exemple deux tuyères 45, deux bossages 51, deux conduits 49.
[0040] Pour l'entraînement en rotation à vitesse lente de la fonte liquide amenée uniquement par le tube de coulée ascendante 4, sous pression gazeuse introduite dans la poche théière 1, l'insufflation de fluide gazeux inerte tel que l'azote ou l'argon par les deux tuyères tangentielles 45 pousse progressivement la fonte liquide contenue dans le creuset-réservoir dans un mouvement de rotation lente suivant les flèches f2 (Fig. 7). Par simple variation de pression du fluide gazeux, on règle la vitesse de rotation de la fonte liquide. Cette insufflation de gaz inerte est réalisée sous forme de fines bulles réparties dans la fonte liquide grâce aux buses poreuses 47 interposées entre les conduits 49 et la fonte liquide.
[0041] Variante de la Fig. 8 : le dispositif de mise en rotation de la fonte liquide F par une paire de tuyères tangentielles 45 d'insufflation d'un fluide gazeux inerte, est le même qu'aux Fig. 6 et 7. Seul diffère le mode d'alimentation en fonte liquide qui s'effectue par poche théière 1 sous pression gazeuse et tube de coulée 4 vertical dans l'axe XX, comme à la Fig. 1. Il n'y a pas de bloc-siphon. Il n'y a pas non plus de relief central 17, de sorte que le volume de fonte liquide F contenue dans le creuset-réservoir 11-12 n'est plus annulaire mais cylindrique, le fond 12 n'étant plus annulaire lui-même. La buse tronconique 5 et la tranche supérieure du tube de coulée ascendante 4 débouchent donc au fond de la cuve 12 du creuset-réservoir 11-12. La suppression du relief central 17 se justifie lorqu'il s'agit de couler un tube T de petit diamètre.
[0042] Dans les exemples des Fig. 1 à 3 le relief central 17 peut également être supprimé pour couler un tube T de petit diamètre. Par contre, dans l'exemple de la Fig. 4, le relief central 34 est indispensable pour servir de logement à un électro-aimant 36 ou plusieurs électro-aimants 36 servant à créer un champ magnétique tournant dans le volume annulaire de fonte liquide contenue dans le creuset-réservoir 11-12, sur toute la hauteur dudit creuset-réservoir. Le relief central 39 est également nécessaire dans l'exemple de la Fig. 5 pour le passage de l'arbre 31 d'entraînement en rotation des barres réfractaires 44 d'entraînement en rotation de la fonte.
[0043] Il faut noter qu'en l'absence de relief central 17, l'énergie de mise en rotation lente d'une masse de fonte liquide plus importante que lorsque le volume de fonte est annulaire, est plus importante également, ce qui se traduit par une augmentation de pression et de débit de fluide gazeux inerte par les tuyères 45.
[0044] Il existe encore un autre moyen d'entraîner la fonte en rotation lente par fluide gazeux amené tangentiellement :
Variante des Fig. 9, 10 et 11 : au lieu d'introduire le fluide gazeux par tuyères tangentielles 45 à bouchon poreux 47, on utilise des tuyères d'injection tangentielles soufflant directement le fluide gazeux inerte dans la fonte liquide contenue dans le creuset-réservoir 11-12. Chaque tuyère d'injection est constituée par une buse tronconique en matériau réfractaire et est traversée par un conduit 53 et débouchant tangentiellement dans une embouchure 54 qui affleure le fond 12 de la cuve du creuset-réservoir 11-12 dépourvu de relief central. Les tuyères tangentielles d'injection 52 sont dans cet exemple, au nombre de huit. Chaque conduit 53 d'alimentation d'une tuyère d'injection 52 débouche dans une gorge circulaire 55 servant de distributeur de gaz inerte sous pression. Un conduit unique extérieur 56 contrôlé par robinet 57 amène le fluide inerte gazeux sous pression à la gorge circulaire 55. La gorge circulaire de distribution et de répartition de fluide gazeux inerte 55 est prévue dans 1e socle 6, à la partie inférieure de celui-ci. L'alimentation en fonte liquide s'effectue comme dans l'exemple de la Fig. 8 par poche théière et tube de coulée ascendante 4 débouchant au fond 12 du creuset-réservoir 11-12 dans l'axe XX dudit creuset-réservoir.
[0045] A la différence des tuyères 45 à bouchon poreux 47 qui insufflent de nombreuses petites bulles gazeuses, les tuyères d'injection 52 insufflent de grosses bulles gazeuses dans la fonte liquide. Mais comme les tuyères 52 débouchent au fond 12 du creuset-réservoir 11-12, au lieu de déboucher sur la paroi cylindrique du creuset-réservoir 11-12, elles diminuent le frottement de la fonte liquide en rotation sur le fond 12. De plus, si l'on injecte les bulles gazeuses à grande vitesse, l'énergie cinétique de mise en rotation de la fonte liquide est plus élevée.
[0046] Enfin, un autre moyen que l'on peut qualifier d'hydraulique et de pulsatoire a été imaginé pour entraîner la fonte liquide en rotation lente dans le creuset-réservoir 11-12 :
Variante des Fig. 12 à 14 : cette variante utilise comme la Fig. 1 un moyen d'alimentation tangentielle. Dans cet exemple, le relief central 17 créant un volume de fonte liquide annulaire dans le creuset-réservoir 11-12 a disparu mais il pourrait tout aussi bien exister. L'existence ou l'absence du relief central 17 dépend du diamètre du tuyau T à former. Dans cet exemple d'exécution, l'alimentation tangentielle en fonte liquide près du fond 12 du creuset-réservoir 11-12 est réalisée par un dispositif particulier de bloc-siphon à poche 58 sous pression gazeuse. La poche 58 de fonte liquide F est de type à écumoire, comprenant une cloison verticale 59, une chambre 60 à voûte fermée, recevant à sa partie supérieure la pression gazeuse par un conduit 32 contrôlé par robinet 33 d'un puits 61 ouvert à sa partie supérieure par un entonnoir 62 pour le remplissage en fonte liquide suivant une flèche f. La chambre 60 et le puits 61 de remplissage communiquent par un orifice 63 ménagé à la partie inférieure de la cloison 59. La poche à écumoire 58 comporte à la partie inférieure de la chambre 60 une goulotte de coulée horizontale ou à peu près horizontale 64 dont le conduit de coulée est raccordé au socle 6 et débouche tangentiellement dans la cavité cylindrique 46 du creuset-réservoir 11-12, près du fond 12 dudit creuset-réservoir par un orifice tangentiel 65.
[0047] Le niveau de fonte liquide dans le creuset-réservoir 11-12 peut varier entre un niveau supérieur N situé à la partie supérieure de la filière 11 et un niveau inférieur N1 situé au-dessous du niveau N, non loin du haut de la filière 11 ; à ces niveaux supérieur N et inférieur Nl dans la filière 11 correspondent les mêmes niveaux supérieur N et inférieur Nl dans le puits 61 de la poche à écumoire 58, par effet de vases communicants à travers l'orifice 63 et la goulotte de coulée 64. Par contre, à ces niveaux supérieur N et inférieur N1 dans la filière 11 correspondent un niveau inférieur N2 dans la chambre 60 et un niveau supérieur N 3 qui sont différents de N et N1. Pour obtenir le niveau supérieur N correspondant au niveau inférieur N2 dans la chambre 60 sous pression gazeuse, il faut une pression gazeuse P1 maximale tandis que pour obtenir le niveau inférieur N1 dans la filière 11, correspondant au niveau supérieur N3 dans la chambre 60 de la poche 58, il faut une pression gazeuse minimale P2.
[0048] Pour fabriquer un tuyau, on procède comme décrit dans le premier exemple,en utilisant au début un mannequin M non représenté : on admet une pression gazeuse maximale P1 dans la chambre 60 de la poche écumoire 58, sans pulsation de cette pression, pour faire monter la fonte au contact du mannequin M en vue d'un bon accrochage, ce qui entraîne une baisse de niveau de fonte liquide de N à N2.
[0049] Puis, pour remplacer par de la fonte liquide celle qui a été solidifiée au contact du mannequin M, on fait remonter le niveau de N2 à N dans le creuset réservoir 11-12, en introduisant de la fonte liquide suivant la flèche f dans le puits 61 de la poche écumoire 58. Puis l'on fait varier périodiquement et régulièrement la pression gazeuse dans la chambre 60, par le conduit 32, entre la valeur maximale Pl et une valeur minimale P2 tout en continuant le renouvellement de la fonte liquide dans le puits 61 pendant l'extraction pas à pas. Une pulsation de pression gazeuse s'effectue suivant la courbe sinusoîdale de la Fig. 14 qui est un diagramme de variation de pression gazeuse P admise par le conduit 32 dans la chambre 60 en fonction du temps t. A la pression maximale P1 correspondent respectivement les niveaux N dans la filière et N2 dans la chambre 60, et à la pression minimale P2 correspondent respectivement les niveaux N3 dans la chambre 60 et N1 dans la filière 11. Cette pulsation de pression gazeuse qui s'accompagne d'une pulsation de niveau de fonte liquide dans le creuset-réservoir 11-12 crée un système de pompage de fonte liquide arrivant tangentiellement par l'orifice 65. Ce système de pompage ou de pulsation ou de variation périodique de pression gazeuse pour l'alimentation tangentielle de la fonte liquide crée une rotation lente de la fonte liquide suivant la flèche f2 dans le creuset-réservoir 11-12. En réglant la fréquence de pulsation et l'amplitude de pulsation c'est-à-dire les valeurs des pressions P1 et P2 (Fig. 14), donc les niveaux N, N2 et N1, N3, on régle avec précision la vitesse de rotation de la fonte liquide et l'on obtient une épaisseur bien régulière de tube formé.