EP0084785B1 - Perfectionnements aux dispositifs de trempe rapide sur bande d'un métal ou d'un alliage métallique - Google Patents

Perfectionnements aux dispositifs de trempe rapide sur bande d'un métal ou d'un alliage métallique Download PDF

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EP0084785B1
EP0084785B1 EP83100113A EP83100113A EP0084785B1 EP 0084785 B1 EP0084785 B1 EP 0084785B1 EP 83100113 A EP83100113 A EP 83100113A EP 83100113 A EP83100113 A EP 83100113A EP 0084785 B1 EP0084785 B1 EP 0084785B1
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Pascal Fournier
Jean-Claude Peraud
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Pont a Mousson SA
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Pont a Mousson SA
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Classifications

    • 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
    • B22D11/0637—Accessories therefor
    • B22D11/064—Accessories therefor for supplying molten metal

Definitions

  • the present invention relates to the manufacture of rapidly dipped ribbons, termed hyper-dipped, by spraying a liquid jet of the product to be dipped - metal or alloy - onto a cooled strip traveling at high speed. It relates more particularly to the technique according to which the contacting of the jet with the strip is carried out in an atmosphere at reduced pressure.
  • a device comprising a vacuum box, crossed by the movable band, into which are inserted not only a crucible provided with an orifice for ejecting the liquid jet, but the winding for heating by high frequency induction of the product. contained in the crucible.
  • Such a structure presupposes the production and maintenance in state of vacuum tight seals at the points of penetration of said crucible and of said winding through the wall of the enclosure.
  • This structure also implies that the enclosure is all the more voluminous and complex as the crucible is of greater capacity, because it is then necessary to pay special attention to the sealing of the enclosure and the holding in place of the crucible (to balance the forces exerted on the joint by atmospheric pressure), as well as the means of insulation and cooling.
  • the invention aims to eliminate these constraints.
  • the subject of the present invention is, in a device for hyper-tempering a metal or alloy in the molten state by spraying a jet of the product to be hyper-tempered, from a crucible, in the direction of a cooled strip moving at high speed inside an enclosure under reduced pressure, the improvement consisting in that said crucible is disposed outside said enclosure, above the latter, the lower part of said crucible, provided with a pouring orifice, sealingly resting on the edge of an opening made for this purpose at the top or in the cover of said enclosure.
  • said rim has a base of a shape complementary to that of the bottom of the crucible.
  • a seal or a sealing washer, of suitable shape, is preferably interposed between said seat and said bottom.
  • this sealing washer is made of a material which is a poor conductor of heat.
  • Another embodiment consists in using, to constitute the seat, a piece of material which is a poor conductor of heat, and in running in the crucible in contact with said seat.
  • FIG. 1 on which a moving strip 1 is seen, driven at high speed by means not shown, above a shoe 2 comprising, over at least part of its length, a box 2a, 2b for gas cushion with Coanda effect and, below a vacuum enclosure 3, one or more vacuum sockets 4, connected to a vacuum pumping assembly, not shown.
  • the enclosure 3 comprises a tubular support 5, forming an integral part of its cover 6 and whose upper end forming a rim 5 ′ is machined so that the bottom of a crucible 7 can be applied to it with good seating, with interposition, preferably, of a washer 8 made of refractory fibers, ensuring sealing and thermal insulation.
  • the side walls of the vacuum enclosure 3 bear, at their lower part, on the upper face of the shoe 2, the inlet part 9 and the outlet part 10 comprising, in the lower part, a niche of dimensions and shape suitable (not shown), constituting, with the upper face of the shoe 2, a slot, respectively for the entry of the strip 1 and for the exit of this strip carrying the hyper-dipped tape 11.
  • the parts 9 and 10 have seals for tightness on the enclosure 3 and can be erased, for example by sliding upwards, in the event of an incident, for example in the event of the tape sticking to the strip.
  • An inductor 12, disposed around the lower end of the crucible 7, allows the high-frequency induction heating of the product to be soaked 13 contained in the crucible and evacuated from it by a pouring orifice 14, in the direction of the strip 1 , to form the ribbon 11.
  • Additional means for melting and supplying molten product to said crucible 7, means not shown in FIG. 1, are advantageously arranged above the crucible to facilitate continuous operation of the installation. They allow in particular a regulation of the level of the product contained in the crucible 7, as well as the control of the nature and the pressure of the atmosphere surmounting the product in said crucible.
  • the outlet part 10 may comprise a wing at right angles to the actual wall, wing forming a tunnel or awning above the strip in the direction of the point of impact (I) of the liquid jet with the movable band.
  • annular groove 21 for example of trapezoidal section, has been formed in the thickness of the upper part of the tubular support 5, preferably near the external lateral surface of the latter.
  • the groove 21 thus allows a homogeneous distribution of the gas introduced (nitrogen, hydrogen, argon or, preferably, helium) through a tube 22.
  • the material constituting the seal 8 being permeable to gas, it is thus possible to oppose the entry of air in the enclosure and control the atmosphere in which the product to be hyper-soaked is poured.
  • FIGS 3 and 4 show particular examples of vacuum chambers according to the invention.
  • an airlock 31 is provided upstream, in the direction of movement of the moving strip, of the casting chamber 32 proper.
  • observation windows 33 can be provided laterally in the enclosure, as shown in FIG. 4.
  • the device according to the invention has made it possible to manufacture ribbons of metallic glasses with excellent surface qualities, and very well toughened, while maintaining a reduced pressure in the pouring chamber, of the order of a tenth of an atmosphere.
  • a very low helium flow rate, for example of one liter per minute, is sufficient to avoid any entry of air at the joint 8.

Description

  • La présente invention concerne la fabrication de rubans trempés rapidement, dits hypertrem- pés, par projection d'un jet liquide du produit à hypertremper - métal ou alliage - sur une bande refroidie défilant à grande vitesse. Elle intéresse plus spécialement la technique selon laquelle la mise en contact du jet avec la bande est réalisée dans une atmosphère à pression réduite.
  • On connaît un dispositif comprenant une boîte à vide, traversée par la bande mobile, dans laquelle sont insérés non seulement un creuset muni d'un orifice d'éjection du jet liquide, mais l'enroulement pour le chauffage par induction à haute fréquence du produit contenu dans le creuset.
  • Une telle structure suppose la réalisation et le maintien en état de joints étanches au vide aux points de pénétration dudit creuset et dudit enroulement au travers de la paroi de l'enceinte. Cette structure implique en outre que l'enceinte soit d'autant plus volumineuse et complexe que le creuset est de plus grande capacité, car il faut alors soigner tout spécialement l'étanchéité de l'enceinte et le maintien en place du creuset (pour équilibrer les efforts exercés sur le joint par la pression atmosphérique), ainsi que les moyens d'isolation et de refroidissement.
  • L'invention vise à éliminer ces sujétions.
  • A cet effet, la présente invention a pour objet, dans un dispositif d'hypertrempe d'un métal ou alliage à l'état fondu par projection d'un jet du produit à hypertremper, à partir d'un creuset, en direction d'une bande refroidie se déplaçant à grande vitesse à l'intérieur d'une enceinte sous pression réduite, le perfectionnement consistant en ce que ledit creuset est disposé à l'extérieur de ladite enceinte, au-dessus de celle-ci, la partie inférieure dudit creuset, munie d'un orifice de coulée, reposant de façon étanche sur le rebord d'une ouverture ménagée dans ce but à la partie supérieure ou dans le couvercle de ladite enceinte.
  • Dans une forme avantageuse de réalisation, ledit rebord comporte une assise de forme complémentaire de celle du fond du creuset. Un joint ou une rondelle d'étanchéité, de forme adaptée, est de préférence interposé entre ladite assise et ledit fond. Avantageusement, cette rondelle d'étanchéité est constituée d'un matériau mauvais conducteur de la chaleur.
  • Une autre forme de réalisation consiste à utiliser pour constituer l'assise, une pièce en matériau mauvais conducteur de la chaleur, et à effectuer un rodage du creuset au contact de ladite assise. On peut d'ailleurs, avantageusement encore, choisir pour les surfaces ainsi rodées une géométrie plane.
  • Les dessins schématiques annexés, qui n'ont pas de caractère limitatif, illustrent la mise en oeuvre de l'invention. Sur ces dessins :
    • La figure 1 est une coupe partielle du dispositif d'hypertrempe conforme à l'invention ;
    • La figure 2 est une vue de détail, à plus grande échelle, d'une variante du dispositif selon l'invention ;
    • Les figures 3 et 4 sont des coupes de deux types d'enceintes à vide utilisables dans le dispositif conforme à l'invention.
  • On se référera d'abord à la figure 1, sur laquelle on voit une bande mobile 1, entraînée à grande vitesse par des moyens non représentés, au-dessus d'un sabot 2 comportant, sur au moins une partie de sa longueur, un caisson 2a, 2b pour coussin gazeux à effet Coanda et, au-dessous d'une enceinte à vide 3, une ou plusieurs prises de vide 4, reliées à un ensemble de pompage pour vide, non représenté.
  • L'enceinte 3 comporte un support tubulaire 5, faisant partie intégrante de son couvercle 6 et dont l'extrémité supérieure formant rebord 5' est usinée de manière que puisse s'y appliquer avec une bonne assise le fond d'un creuset 7, avec interposition, de préférence, d'une rondelle 8 en fibres réfractaires, assurant l'étanchéité et l'isolation thermique.
  • Les parois latérales de l'enceinte à vide 3 prennent appui, à leur partie inférieure, sur la face supérieure du sabot 2, la pièce d'entrée 9 et la pièce de sortie 10 comportant, en partie basse, un créneau de dimensions et forme appropriées (non représenté), constituant, avec la face supérieure du sabot 2, une fente, respectivement pour l'entrée de la bande 1 et pour la sortie de cette bande portant le ruban hypertrempé 11. Les pièces 9 et 10 comportent des joints pour étanchéité sur l'enceinte 3 et peuvent s'effacer, par exemple par coulissement vers le haut, en cas d'incident, par exemple en cas de collage du ruban sur la bande.
  • Un inducteur 12, disposé autour de l'extrémité inférieure du creuset 7, permet le chauffage par induction haute fréquence du produit à hypertremper 13 contenu dans le creuset et évacué de celui-ci par un orifice de coulée 14, en direction de la bande 1, pour y former le ruban 11. Des moyens complémentaires de fusion et d'alimentation en produit fondu dudit creuset 7, moyens non représentés sur la figure 1, sont avantageusement disposés au-dessus du creuset pour faciliter un fonctionnement continu de l'installation. Ils permettent notamment une régulation du niveau du produit contenu dans le creuset 7, ainsi que la maîtrise de la nature et de la pression de l'atmosphère surmontant le produit dans ledit creuset.
  • La pièce de sortie 10 peut comporter une aile en équerre par rapport à la paroi proprement dite, aile formant tunnel ou auvent au-dessus du ruban en direction du point d'impact (I) du jet liquide avec la bande mobile.
  • En l'absence d'une aile en équerre, on peut utiliser une pièce de sortie 10 plane, susceptible d'être montée sur charnière et de fonctionner, ainsi, comme un volet de sécurité s'ouvrant en cas de bourrage, puis reprenant sa position de lui-même après l'incident, et étant plaqué sur son joint d'étanchéité sous l'effet du vide réalisé dans l'enceinte. Ce même effet assure, de la même façon, l'étanchéité entre divers autres éléments de la paroi de l'enceinte - pièce d'entrée 9, éventuels hublots d'observation (non représentés) - et également entre le fond du creuset 7 et le support tubulaire 5.
  • On remarquera que la structure du dispositif perfectionné selon l'invention apporte notamment les avantages suivants concernant le creuset:
    • a) facilité d'alimentation en continu du creuset,
    • b) facilité de remplacement du creuset (même éventuellement par un creuset de diamètre différent, en ne changeant que l'inducteur),
    • c) moindres exigences quant aux performances des matériaux utilisés et à la précision de la fabrication du creuset, celui-ci pouvant d'ailleurs avoir des formes très variées,
    • d) réduction des contraintes mécaniques, éventuellement d'origine thermique, du fait du report du joint d'étanchéité de sa partie cylindrique à sa base, et de l'homogénéité de température de l'ensemble du creuset.
  • En ce qui concerne l'enceinte sous vide, il n'est plus nécessaire de la refroidir énergiquement, et elle peut être fabriquée très facilement, ainsi qu'on le montrera ci-après en référence aux figures.
  • Au niveau du joint situé entre le fond du creuset 7 et le rebord 5' du support tubulaire 5, par lequel peut se produire sous l'effet de la dépression, éventuellement, compte tenu des différences de température entre pièces en contact, une entrée de gaz vers l'enceinte à vide, un balayage par un gaz choisi, notamment, pour ses propriétés contre l'oxydation, peut être avantageusement prévu. A cet effet, on peut notamment utiliser la variante de support tubulaire représentée sur la figure 2, où les organes déjà décrits conservent les mêmes références.
  • Dans cette variante, une rainure annulaire 21, par exemple de section trapézoïdale, a été ménagée dans l'épaisseur de la partie supérieure du support tubulaire 5, de préférence à proximité de la surface latérale extérieure de celui-ci. La rainure 21 permet ainsi une répartition homogène du gaz introduit (azote, hydrogène, argon ou, de préférence, hélium) par un tube 22. Le matériau constituant le joint 8 étant perméable au gaz, on peut ainsi s'opposer à l'entrée d'air dans l'enceinte et contrôler l'atmosphère dans laquelle s'effectue la coulée de produit à hypertremper.
  • Les figures 3 et 4 représentent des exemples particuliers d'enceintes à, vide conformes à l'invention.
  • Dans ces deux variantes, un sas 31 est prévu en amont, dans le sens de déplacement de la bande mobile, de la chambre de coulée 32 proprement dite.
  • Malgré les dimensions très réduites de l'enceinte, des hublots d'observation 33 peuvent être prévus latéralement dans l'enceinte, comme représenté sur la figure 4.
  • On notera que les pièces d'entrée et de sortie, repérées 9 et 10 sur la figure 1, n'ont pas été représentées sur les figures 3 et 4, mais que la face destinée à prendre contact sur le sabot support est entaillée, à l'entrée et à la sortie, d'un créneau, respectivement 34 et 35, qui est masqué, en fonctionnement, par la pièce complémentaire, respectivement 9 à l'entrée et 10 à la sortie, précédemment décrite.
  • Le dispositif selon l'invention a permis de fabriquer des rubans de verres métalliques d'excellentes qualités de surface, et très bien trempés, en maintenant dans l'enceinte de coulée une pression réduite, de l'ordre du dixième d'atmosphère. Un débit d'hélium très faible, par exemple d'un litre par minute, suffit pour éviter toute entrée d'air au niveau du joint 8.

Claims (11)

1. Dispositif pour l'hypertrempe d'un métal ou d'un alliage à l'état fondu par projection d'un jet du produit à hypertremper (13), à partir d'un creuset (7), sur une bande refroidie (1) se déplaçant à grande vitesse à l'intérieur d'une enceinte (3) sous pression réduite, ce dispositif étant caractérisé en ce que ledit creuset (7) est disposé à l'extérieur de ladite enceinte (3), au-dessus de celle-ci, la partie inférieure dudit creuset (7), munie d'un orifice de coulée (14), reposant sur le rebord (5') d'une ouverture ménagée dans ce but à la partie supérieure ou dans le couvercle (6) de ladite enceinte (3).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite ouverture est ménagée à l'extrémité d'un support tubulaire (5) faisant saillie à la partie supérieure ou sur le couvercle de ladite enceinte (3).
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit rebord (5') de ladite ouverture forme une assise pour le fond du creuset (7), dont il épouse la forme.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, entre ledit rebord (5') de ladite ouverture et la partie inférieure dudit creuset (7), est interposé un joint ou une rondelle d'étanchéité (8), de forme appropriée.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit joint ou ladite rondelle (8) est en un matériau mauvais conducteur de la chaleur tel que des fibres réfractaires.
6. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel ladite enceinte (3) comporte des pièces (9 et 10) escamotables, respectivement pour l'entrée et la sortie de la bande (1), caractérisé en ce que ladite pièce de sortie (10) présente une aile en équerre par rapport à la paroi de sortie proprement dite, cette aile en équerre formant tunnel ou auvent en direction du point d'impact (I) sur la bande (1) du jet de produit liquide à hypertremper.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel ladite enceinte (3) comporte des pièces (9, 10) escamotables pour l'entrée et la sortie de la bande (1), caractérisé en ce que ladite pièce de sortie (10) est une pièce plane, montée pivotante à la manière d'un volet de sécurité.
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite enceinte à vide comprend une chambre de coulée (32), en amont de laquelle est disposé un sas (31).
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite enceinte à vide comprend des hublots d'observation.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour effectuer un balayage par un gaz choisi de la zone située entre le creuset (7) et le rebord (5') lui servant de surface d'assise.
11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits moyens aptes à effectuer un balayage de gaz choisi comprennent une rainure annulaire (21), ménagée dans le rebord (5'), de préférence au voisinage de la périphérie de la surface d'assise et connectée à une source de gaz choisi.
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