La présente invention est relative à un organe chauffant de transfert de métal liquide. Ledit organe est du type à section transversale fermée. L'invention concerne en premier lieu un procédé de fabrication d'un organe du type précité qui débouche à une extrémité par un orifice de coulée pour l'alimentation d'au moins un moule et du type comportant sur toute sa longueur au moins un moyen de chauffage constitué par un inducteur en forme de bobine dont les spires refroidies sont parcourues par un courant électrique alternatif.

Les organes chauffants de transfert de métal (voir le chenal ou goulotte de coulée décrit par le brevet français n° 2 532 866) sont particulièrement avantageux pour la transmission d'un métal à température de coulée élevée. Lesdits organes chauffants éliminent le risque de refroidissement et de solidification d'un alliage métallique à température de coulée au moins égale à 1400°C dans un chenal de coulée entre deux opérations de coulée successives. Dans la technique classique le chenal de coulée comprend un manchon suscepteur en graphite comportant une partie droite et une partie coudée.

Cette configuration est particulièrement intéressante lorsque les opérations de coulée présentant un caractère discontinu. En effet, dans ce cas, le métal liquide peut ne pas être présent pendant une durée plus ou moins longue dans le chenal. Il est alors intéressant de garder celui-ci constamment préchauffé pendant cette durée : c'est le rôle du graphite. Cependant, lorsque l'on travaille de manière continue, ce qui est le cas pour des procédés de production stabilisée de grande ou moyenne série, cet intérêt est moindre. Dans ce cas, la présence continue du métal liquide dans le chenal, associée avec un chauffage par induction, permet de maintenir le système en température. Le graphite n'est donc plus nécessaire, d'autant que le préchauffage initial du chenal, avant son remplissage par du métal liquide, peut être effectué par un moyen de chauffage

secondaire plus souple et moins onéreux, comme celui utilisant le gaz par exemple.

D'autre part, la configuration classique présente quelques inconvénients d'exploitation liés à la complexité de la fabrication du chenal : difficultés de façonnage, difficultés de découpe, difficultés de centrage. Ces inconvénients augmentent le coût de fabrication du chenal.

L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients. A cet effet, le procédé selon l'invention comporte les étapes suivantes : mise en place autour d'un tube de céramique réfractaire d'un ensemble formant un revêtement isolant thermique, l'ensemble formant revêtement isolant étant constitué d'une couche de béton réfractaire isolant et/ou d'au moins une nappe de matériau fibreux,

- mise en forme autour et au contact de l'ensemble, de 1' inducteur,

- centrage de 1 'ensemble entouré de 1 ' inducteur dans une enveloppe métallique,

- remplissage de l'espace situé entre l'inducteur et l'enveloppe métallique par une coulée sous vibrations d'un béton réfractaire,

- étuvage dudit organe chauffant de transfert de métal, après la prise du béton.

Suivant certaines caractéristiques, le procédé comprend une ou des étapes de découpe et/ou d'assemblage du tube réfractaire.

La couche de matière isolante (béton réfractaire et/ou matériau fibreux) présente l'avantage de fournir une bonne isolation thermique du tube et du métal lors de 1 'utilisation.

Les nappes fibreuses sont plus isolantes que des bétons réfractaires et renforcent l'isolation. En outre la couche isolante constitue une protection supplémentaire en cas d'usure et/ou de fissuration du tube en céramique au contact du métal liquide, limitant ainsi les

risques d'infiltration du métal liquide vers la bobine et renforçant la sécurité.

Le chauffage et le maintien du métal liquide contenu dans le conduit réfractaire est assuré par l'inducteur parcouru par un courant alternatif à moyenne ou haute fréquence. Ce mode de chauffage permet de transférer directement au métal liquide l'énergie électrique sous forme d'énergie thermique. Comme il n'utilise pas d'élément intermédiaire tel que le graphite, le transfert énergétique est direct et le rendement est meilleur. La fréquence parcourant l'inducteur est typiquement dans la gamme 1000- 15000 Hertz.

L'invention a également pour objet un organe chauffant de transmission de métal liquide. Cet organe du type à section transversale fermée remonte vers le haut et débouche sur sa face supérieure par un orifice de coulée pour l'alimentation d'au moins un moule et du type comportant sur toute sa longueur au moins un moyen de chauffage constitué par un inducteur en forme de bobine dont les spires refroidies sont parcourues par un courant électrique alternatif. Ledit organe peut être fabriqué par le procédé selon l'invention et il comprend un tube réfractaire entouré d'un ensemble formant un revêtement isolant, lui-même entouré d'un inducteur entouré d'un béton réfractaire contenu dans une enveloppe métallique, l'épaisseur isolante étant constituée d'une couche de béton réfractaire isolant.

Ledite revêtement isolant peut être constitué d'au moins une nappe de matériau fibreux.

Ledit organe est un élément complet, pouvant être interchangé sur un four de fonderie lorsque l'organe arrive en fin de durée de vie ou, ce qui est moins fréquent mais quand même possible, le four arrive en fin de durée de vie.

Dans le but de nettoyer l'organe et de réduire l'encombrement, il forme un chenal de coulée d'axe de rayon de courbure constant ou d'axe rectiligne.

Pour effectuer une jonction étanche au métal liquide en pouvant effectuer des changements d'organes compatibles

avec des exploitations industrielles, le personnel travaillant deux fois huit heures ou trois fois huit heures d'affilée . L'organe comprend au niveau de la jonction avec le four une collerette extérieure percée de trous débouchants sur laquelle s'ajuste une rondelle coopérant avec l'enveloppe métallique, les parties réfractaires dudit organe étant prolongées au niveau et vers le four par un joint, en béton réfractaire à prise chimique de la forme d'une rondelle, lui- même prolongé par un second joint en un matériau fibreux. La jonction est réalisée par le bridage de l'organe sur la paroi du four ce qui provoque 1'écrasement de deux joints en surépaisseur au niveau des zones réfractaires de l'organe et du four. Cette jonction peut être appliquée à des fours relativement chauds, huit heures de refroidissement suffisent.

Seules quelques petites réparations du réfractaire du four sont nécessaires lors du changement d'organe.

En variante l'organe suivant l'invention est prolongé à son extrémité destinée à 1' alimentation du moule par un manchon réfractaire de forme cylindrique creuse, la paroi externe du manchon coopérant avec la paroi interne cylindrique creuse d'une bague par l'intermédiaire d'un béton damé.

Des exemples de mises en oeuvre, d'applications et d'utilisations de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés sur lesquels :

- la Fig. 1 représente en coupe verticale, un organe chauffant selon 1' invention ;

- la Fig. 2 représente en coupe verticale une installation de coulée utilisant un organe chauffant selon 1 ' invention ;

- la Fig. 3 est un diagramme d'équilibre d'un alliage nickel cuivre pouvant être utilisé dans un organe selon 1' invention ; - la Fig. 4 représente la température de coulée en fonction de la tension en utilisant un organe chauffant selon l'invention.

Le dispositif présenté à la Fig. 1 est un organe chauffant 1 de transfert de métal liquide. Cet organe 1 du type à section transversale fermée est d'axe 8 rectiligne.

L'organe chauffant 1 est constitué de l'axe 8 vers sa surface externe d'un tube réfractaire 4, d'un ensemble 5 formant un revêtement isolant thermiquement constitué d'une couche de béton réfractaire isolant 5a entouré d'une nappe de matériau fibreux 5b, d'un inducteur 3, d'un béton réfractaire 7 et d'une enveloppe métallique externe 6. Tous ces éléments 3, 4, 5, 5a, 5b, 6 et 7 sont de forme sensiblement cylindrique creuse. L'extrémité de l'organe 1 est horizontale et présente un orifice 2. L'enveloppe métallique 6 présente une excroissance annulaire, horizontale 24 à sa partie supérieure de manière à recouvrir en partie le béton réfractaire 7. L'enveloppe 6 présente radialement au niveau de sa partie inférieure et débouchant vers le bas un perçage 26. La partie inférieure de l'enveloppe 6 se termine par une excroissance radiale externe formant une collerette annulaire verticale 11 présentant des perçages 12 dans lesquels passent des vis de fixation 18. L'inducteur 3 est constitué de spires hélicoïdales d'un tube métallique en cuivre entourant le revêtement isolant 5 et noyé dans le béton réfractaire 7. Chaque extrémité du tube métallique constituant la bobine est ramenée au niveau du perçage 26 et sort de l'organe chauffant 1 , de façon à effectuer les connexions électriques avec le générateur de courant à moyenne ou haute fréquence, la surface horizontale extrême de l'organe 1 est prolongée par une pièce intermédiaire d'usure 23 d'une forme cylindrique creuse, la paroi interne du cylindre étant d'un diamètre constant sur la hauteur. La paroi externe d'un manchon 21 coopère avec la paroi interne cylindrique creuse d'une bague 20 par l'intermédiaire d'un béton damé 22.

La hauteur du manchon 21 est identique à la hauteur de la bague 20. Des encoches d'axe vertical 25 sont prévues dans l'embase de la bague 20 pour permettre le passage de vis de

fixation sur l'extrémité horizontale de l'enveloppe 6, comme connu par la demande de brevet 90 10 798.

Sur la collerette extérieure 11 s'ajuste une rondelle 13 coopérant avec l'enveloppe métallique 6, les parties réfractaires 4, 5, 7 dudit organe 1 étant prolongées au niveau et vers le four 9 par un joint 14, en béton réfractaire à prise chimique de la forme d'une rondelle, lui- même prolongé par un second joint 15 en un matériau fibreux. L'organe 1 est destiné à être fixé sur la carcasse 17 du four 9 qui présente des trous borgnes taraudés 19 permettant la fixation et le serrage de l'organe 1 au moyen de vis 12 ce qui permet la compression des joints 14, 15 et de la rondelle 13, ce qui assure l'étanchéité de l'ensemble. La carcasse 17 est tapissée vers l'intérieur du four 9 d'un revêtement réfractaire 16. Le four 9 présente un canal débouchant vers 1 ' extérieur et entouré du revêtement réfractaire.

L'organe 1 vient se fixer dans le prolongement dudit canal pour former le dispositif représenté à la Fig. 2 qui représente une installation de coulée. L'organe chauffant 1 diffère de celui représenté à la Fig. 1 en ce qu'il forme un chenal de coulée d'axe 8 de rayon de courbure R constant. Sur la Fig. 2 les références numériques correspondent aux éléments référencés à la Fig. 1. Dans cet exemple le four 9 est étanche et fermé pour former un ensemble de coulée en vase clos lorsque le moule 27 est en position de travail à l'extrémité supérieure de l'organe 1. Le four 9 contient du métal liquide 28 qui sous l'effet d'une pression Pr dans la partie supérieure du four 9 remonte à un niveau 29 vers l'extrémité supérieure de l'organe 1 en direction du moule 27.

Le niveau 29 est supérieur à la surface du métal liquide 28 dans le moule 9. Cette pression Pr de gaz s' exerçant sur le métal 28 est obtenue par une conduite 30 débouchant à l'intérieur du four 9 dans sa partie supérieure. La conduite 30 amène de l'air ou un gaz au dessus du niveau du bain de métal 28 contenu dans le four 9. La

8 une fréquence élevée s'avère être plus favorable pour limiter les mouvements de turbulence à l'intérieur du chenal, pouvant être à l'origine de variations dans la santé des pièces (soufflures, inclusions ...). Le choix de la fréquence dans l'inducteur 3 est donc un compromis entre ces différents paramètres.

Ainsi le type de chauffage selon l'invention permet d'obtenir une excellente précision de température dans l'organe de chauffage en fixant les paramètres électriques ; ce qui permet par utilisation de l'organe chauffant 1 de couler le métal 28 à haut point de fusion, au dessus de 1400°C et/ou fortement oxydable, à une température pouvant être régulée précisément. Cette faculté de pouvoir réguler la température avec précision permet d'ajuster celle-ci, dans des domaines très précis. Ainsi la température Te de coulée dans le chenal peut être très proche du liquidus, sans risque de solidification du métal.

Le diagramme de la Fig. 3 représente un diagramme d'équilibre d'un alliage cuivre-nickel. La courbe supérieure L est appelée liquidus, la courbe inférieure S solidus.

L'ordonnée indique la température en degré Celsius, l'abscisse le pourcentage de cuivre et de nickel en partant d'un métal à 100 % de cuivre à l'origine, le diagramme se termine par un métal constitué de 100 % de nickel. L'alliage métallique à une température supérieure au liquidus L est liquide. S'il est à une température inférieure au solidus S, il s'agit d'une solution solide.

Le chauffage par induction permet d'avoir une bonne précision de la température par les paramètres électriques. La régulation précise permet de travailler à des températures relativement basses (par exemple à 50°C au dessus du liquidus) .

L'exemple représenté à la Fig. 3 montre que l'on peut couler un alliage de 80 % de nickel et 20 % de cuivre à 1450°C à la température TC située à 50°C au-dessus de la température TL du liquidus L. Une telle température TC

puits de coulée du moule 27 et évite que le métal 28 fige à la partie supérieure de l'organe 1 lors de la coulée, ceci est particulièrement accentué lorsque les cycles de coulée sont longs.

La Fig. 4 illustre sur un schéma le réglage de la température par des variations de tension aux bornes de l'inducteur 3.

L'abscisse indique la tension en kilo-Volt. L'ordonnée, la température du métal.

La ligne horizontale pointillée représente la température de liquidus mesurée au refroidissement de l'alliage utilisé lors de l'expérience. Les essais ont montr que la température Te du métal dans l'organe était linéaire et proportionnelle à la tension appliquée aux bornes de 1' inducteur.

Le tableau ci-dessous correspondant à la courbe de la Fig. 4 montre les données relevées. Les abréviations suivantes sont utilisées :