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La présente invention concerne un appareil de dosage dumétal fondu transféré dans un cylindre d'injection ou dans une cham-
bre de distribution en vue de sa coulée. Ce transfert est opéré
au moyen d'une pompe électromagnétique prélevant le métal fondu
dans un bassin de maintient, un four ou un creuset.
On connait déjà des installations de coulée sous pres-
sion comportant des appareils de dosagè du métal fondu introduit
dans un cylindre d'injection qui arrêtent le pompage du métal fon-
du dans le cylindre d'injection dès que le métal atteint un niveau
prédéterminé. Dans les installations les plus évoluées, le pom-
page du métal fondu, prélevé dans le bassin de maintien, est ef-
fectué au moyen d'une pompe électroma~nétique, partiellement im~
mergée dans le métal fondu. Pour assurer l'étanchéité de la jonc-
tion entre le conduit ascendant issu de la pompe et le cylindre
d'injection, cette jonction doit être maintenue rigide. Il en ré-
sulte que la pompe doit être fixe par rapport au cylindre d'injec-
tion. On est donc amené à fixer la pompe au bassin de maintien
alors que le niveau du métal fondu va nécessairement varier au sein
de ce bassin, et que par conséquent la hauteur de refoulement à
assurer sera variable. Dans les dispositifs actuellement connus la
constance du niveau dans le cylindre d'injection est assuré grâce
à un bassin de niveau alimenté par un conduit monté en dérivation
sur le conduit de pompage. Dans ce bassin, le niveau du métal fon-
du est assuré avec une grande précision par la hauteur du seuil
d'un déversoir. Il est important de noter que la tension appliquée
à la pompe doit être ajustée de telle sorte que lorsque le métal
fondu se trouve à son niveau le plus bas dans le bassin de main- -
tien,la hauteurde refoulement atteigne le seuil du déversoir et
le dépasse légèrement. On con~oit alors que lorsque le métal fon-
du se trouve au contraire à son niveau maximum dans le bassin du
maintien, la pompe continue à débiter lorsque le niveau prévu est
atteint dans le cylindre d'injection. Un débit important de métal -
~ . :
~ . ' . .
'' ' - . .
.
.' ' .' . : ' . :-' :
5~3~
fondu se déverse alors par le trop plein du déversoir, se mélange
à l'air, s'oxyde s'il s'agit d'un métal facilement oxydable comme
l'aluminium et forme à la surface du bain du métal fondu contenu
dans le bassin de maintien une mousse épaisse particuliè~ement nui-
sible. En outre, le métal fondu qui retombe s'est refroidi inuti-
lement et crée au sein du bassin de maintien un flux de métal plus
froid préjudiciable à l'homogénéité du métal injecté ultérieurement
dans le moule.
On a pensé à remplacer le bassin de niveau par un dis-
positif détecteur de présence. Un tel dispositi, actuellementconnu, comprend~:
- un tronçon de conduit réfractaire de très courte lon-
gueur,
- un circuit magnétique ermé comportant deux bras , le
premier bras entouré par une bobine parcourue par un courant alter- :
natif qui donne naissance à un champ magnétique alternatif dans le-
dit circuit magnétique ; un deuxième bras traversant ledit conduit
réfractaire dans une enveloppe de matière réfractaire.
Lorsque le métal fondu atteint le niveau du bras traversant le con-
duit, il se forme dans le métal fondu une spire en court circuit.
Un courant intense s'y crée et entra~ne une brusque varlatlon de
courant d'alimentation de la bobine, c'est cet appel de courant qui
est utilisé comme signal de détection de présence du métal fondu à -
ce niveau. Mais un tel signal sera entièrement inopé~ant si l'on
applique en permanence à la pompe, comme dans le cas du réglage par
un bassin de niveau, une tension égale à la tension nécessaire pour
faire monter le métal fondu, à la hauteur désirée, à partir de son
point le plus bas dans le four de maintien~ De sorte qu'il appara~t -
~à l'homme de l'art qu'un dispositif de détection de présence est in-
suffisant pour assurer la stabilité du dosage de la quantité de mé-
tal à injecter d'un niveau sans cesse changeant.
L'inventeur a su cependant surmonter cette difficulté
., .~ ,
.. .
~OES~23~
en faisant croftre la tension appliquée à la pompe à partir d'une
valeur Uo inférleure à la tension à appliquer Ul, au moyen d'un gé-
nérateur de tension progressive, un générateur de tension à éche-
lons par exemple.
L'objet de l'invention est donc un appareil de dosage
du métal fondu transféré dans un cylindre d'injection et d'une cham-
bre de distribution au moyen d'un conduit d'alimentation branché à
la sortie d'une pompe électromagnétique immergée au moins partiel-
lement dans un bassin de maintien, un four ou un creuset, compor-
tant :
- un conduit de commande ascendant, amovible, branché sur le conduit
d'alimentation,
- au moins un détecteur électromagnétique de présence, -
- un générateur de tension progressive monté en série sur le circuit
électrique de la pompe électromagnétique et doté d'un circuit de
mise en route et d'un circuit d'arrêt, caractérisé en ce que le
détecteur électromagnétique de présence est inséré dans le conduit
de commande au niveau de la hauteur de remplissage du cylindre
d'injection et de la chambre de distribution et en ce que ledit
détecteur de présence est relié au circuit d'arrêt du générateur
de tension progressive.
De sorte, l'appareil selon l'invention résuIte de la
combinaison de l'emploi d'un détecteur de présence électromagnétique
et d'une installation particulière d'un générateur de tension pro-
gressive.
Dans la plupart des cas, l'appareil de dosage comprend
en outre un deuxième détecteur électromagné-tique de présence inséré
dans le conduit de commande ~ la hauteur de l'entrée du cylindre d'in-
jection et de la chambre de distribution ledit deuxième détecteur de
présence est relié au circuit de mise en route du générateur de ten-
sion progressive directement ou à travers un relais temporisateur. -
Le conduit de commande comprend en outre un conduit de
.:
--3--
3L~ 0
trop plein de sécurité renvoyant l'excès de métal fondu dans le creu-
set mais ce conduit est placé bien au-dessus du détecteur supérieur
de présence et ne sert que comme système de sécurité de sorte qu'en
service normal, il ne se forme ni bouillonnement ni mousse à la sur-
face du métal fondu contenu dans le creuset.
Le fonctionnement de l'équipement de coulée est désor-
mais entièrement commandé par des signaux électriques, il peut donc
être directement automatisé.
L'intérêt de l'appareil de dosage du métal fondu appa-
ra~t d'une manière plus complète en se reportant à la description
qui va suivre présentée ~ titre d'exemple de réalisation nullement -
limitative, en référence aux dessins joints dans lesquels :
La figure 1 représente le diagramme classique H(Q) d'une
pompe électromagnétique donnant pour diverses valeurs de la tension
U appliquée à la pompe, la hauteur de refoulement H en fonction du
débit Q de la pompe.
La figure ~ représente schématiquement l'installation
d'un appareil de dosage du métal fondu introduit dans un cylindre
d'injection,
~ La figure 3 fait apparaitre le diagramme de la montée
en tension au moyen d'un générateur de tension à échelons,
La figure 4 représente un diagramme de la variation des
tensions en fonction du temps dans une installation de dosage du
métal fondu dans un cyllndre d'injection horizontal ou dans une
chambre de distribution.
La figure 1 représente un diagramme donnant la hauteur
de refoulement H d'une pompé électromagnétique dans un conduit as-
cendant en fonction du débi-t Q.
Si l'on considère un point m de ce diagramme, i- cor-
respond à la hauteur de refoulement h dand le conduit ascendant et
un débit q de la pompe électromagnétique.
Si l'on maintient constante la tension appliquée, le
Q
point m va décrire la courbe U = constante et la hauteur de refou-
lement h dans le conduit va augmenter et tendre vers la valeur maxi-
male ho tandis que le débit va décroître constamment jusqu'à zéro.
Partant du point ho, on peut augmenter lentement la ten- -
sion U appliquée à la pompe d'une valeur ~U, et amener la hauteur
de refoulement dans le conduit ascendant à la valeur Ho situé sur
la courbe :
Uo = U + ~U = cste
en ayant le débit sensiblement nul.
On peut également atteindre le point Ho de la façon
suivante : à partir du point m correspondant au débit q e-t à la
hauteur de refoulement h situé sur la courbe U = cs-te, on peut ap-
pliquer brusquement l'augmentation de tension ~U à la pompe. Le
point figuratif vient en m' sur la courbe Uo = cste. Gardant main-
tenant la tension constante, on va laisser décro~tre le débit vers
zéro et en m8me temps que la hauteur de refoulement tendra à aug-
menter jusqu'à la valeur ~Io.
On peut également appliquer l'augmentation de tension
~U en maintenant le débit constant et égal à q,le point figuratif
vient en m" et de là si la tension est maintenue égale à Uo, le
point figuratif tiendra également vers Ho. On voit donc que quelles ~;
que soient les valeurs q, et h et la tension U appliquée à la pom- ~ -
pe électromagnétique, il est toujours possible d'atteindre une hau-
teur de refoulement Ho fixe par rapport à la pompe en un point Ho
de débit nul situé sur~une courbe Uo = cste en faisant subir à la
tension actuelle appliquée à la pompe une variation ~U à condition
toutefois que la valeur Ho soit inférieure ou tout au plus égale
à la hauteur maximale de refoulement de la pompe. -
Dans le four du maintien, le niveau du métal fondu va
constamment varier par rapport à la position de la pompe puisque la
pompe~est fixe. De sorte qu'en appliquant à celle-ci une tension
U, on obtiendra une hauteur de refoulement h variable avec le niveau
.. . :
-5- ~
. : . . : : :.
~s~
du métal fondu dans le four de maintien. Mais on vient de voir
qu'à partir de ces données, il sera possible d'amener le point fi-
guratif m en un point Ho fixe par rapport à la pompe.
La figure 2 représente un appareil de dosage de métal
fondu conforme à l'invention installé dans un dispositif de coulée
sous pression connu dans lequel le métal fondu est introduit dans
un récipient cylindrique dit "cylindre d'injection" 6 d'où le métal
fondu est injecté à la manière connu dans le moule tnon représenté)
par un piston 31 à commande hydraulique (non représentés). L'ap-
pareil de dosage permet de déterminer avec précision la quantitéde métal introduite dans le cylindre d'injection, ce cylindre d'in-
jection 6 peut être horizontal ou vertical ou éventuellement obli-
que. Dans la figure 2, le cylindre a été représenté vertical uni-
quement pour des raisons de commodité de dessin.
On distingue en 1 le bassin auxiliaire d'un four de u-
sion. Ce bassin peut être remplacé par un bassin de maintien ou un
creuset sans nuire à la généralité de la description. La pompe é-
lectromagnétique 2 est partiellement immergée dans le métal fondu
3. Cette pompe électromagnétique est fixée par rapport au bassin
d'où l'on prélève le métal. Le conduit 4 de sortie de la pompe se
subdivise en un conduit ascendant d'alimentation 5 du cylindre d'in-
jection 6 et en un conduit de commande 7 vertical dans la présente
fi~ure mais qui peut être inclinée si les circonstances et l'ins-
tallation l'exigent.
Le conduit de commande 7 est amovible et comprend un
détecteur de présence électromagnétique inférieur 8 et un détecteur
de présence électromagnétiquesupérieur 9. Le conduit 7 se prolon-
ge vers le haut jusqu'à un niveau légèrement inférieur à la hauteur
de refoulement maximal à débit nul de la pompe pour former une cham-
bre 10 de sécurité munie d'une canalisation de sécurité 12 vers lebassin 1 aboutissant au-dessous du niveau 14 du métal fondu 3.
.
~5~3~
Un générateur de tension progressive alimente la pompe. :.
Cette tension vient s'ajouter à la tension appliquée Uo. Le géné-
rateur mis en oeuvre dans l'exemple présente est un générateur de
tension à échelons 22.
Le détecteur de présence inférieure 8 comprend un cir-
cuit magné1-ique fermé 15 dont un bras 16 traverse le conduit de com-
made 7 dans une gaine en matière réfractaire 17, le bras 18 est
entouré d'une bobine 19. La bobine 19 est alimentée en courant al-
ternatif et elle est reliée en outre au circuit de mise en marche
21 du générateur de tension à échelons 22 éventuellement à travers
un élément temporisateur 20.
Le détecteur de présence supérieur comprend également
un circuit magnétique fermé 25 dont un bras 26 traverse le conduit
de commande 7 dans une gaine en matière réfractaire 27. Le bras
2S est entouré d'une bobine 29 alimentée en courant alternatif et
reliée par ailleurs au circuit d'arrêt 23 du générateur de tension
écheIon 22.
Le fonctionnement du présent appareil s'explique en se
reportant à la figure 2 et au diagramme de la figure 3.
Nous supposons d'abord que le conduit de commande 7 est
rempli jusqu'au niveau Ho, fixe par rapport ~ la pompe. Le débit
est donc nul, le point Ho se trouve sur l'axe OH et correspond à ~-~
une tension Uo. Le piston 31 du cylindre dlinjection 6 est en po- ~ .
sition basse comme il est représenté sur la figure 2. Pour remplir
le cylindre d'injection on doit faire monter le niveau du métal à
la hauteur Hl. Le générateur de tension 22 est mis en marche par ~ .
exemple par le détecteur de présence inférieur 8. Il gen~re une
suite d'accroissements de tension ~U conduisant le point figuratif ~-.
au point M (figure 3) situé sur la courbe Ul = cste~ Au moment où .:
le signal d'arrêt est produit par le détecteur de présence supérieur .
9, le générateur de tension 22 cesse de produire une ten~ion crois- :~
sante et celle-ci se stabilise à la valeur Ul de sorte que le point :
.. :,.,: .:
--7--
. : : , ,:, . . :~
3(~
figuratif vient le long de la courbe Ul = cste en H2 légèrement au-
dessus de Hl. Le niveau du métal fondu se stabilise en H2. On in-
jecte donc la hauteur de métal définie avec une grande précision
par la différence de cotes H2 - Ho puisque ces deux cotes sont fixés
par rapport à la pompe. Il serait certes possible d'utiliser le
signal du détecteur supérieur pour mettre immédiatement le piston
31 en marche dès que le niveau Hl est atteint.
Mais l'expérience actuelle montre que le niveau atteint
à ce moment dans le cylindre d'injection n'est pas parfaitement dé-
fini du moins lorsque la cadence de fonctionnement de l'appareil estassez rapide et il est préférable de prendre pour repère le niveau
stabilisé H2.
Il est même avantayeux de disposer de la possibilité
d'ajouter à Ul un échelon de tension ~U si nécessaire par commande
d'un bouton de règlage du générateur ce qui permet, de rallonger
très légèrement la longueur du queuzot.
Nous avons décrit le dispositif dans le cas où la ten-
sion superposée à la tension Uo est une tension produite par un
générateur de tension par échelons U d'amplitude et de fréquence ré-
glable. Cette tension peut également être obtenue dans le cadre de
l'invention au moyen d'un potentiom~tre tournant dont on arrête la ',
rotation par l'impulsion du signal provenant du détecteur de pré-
sence supérieur 9.
Dans la'figure 2, nous avons supposé que le cylindre ~ '~
était vertical. Il est souvent très avantageux de mettre en oeuvre '
un cylindre d'injection horizontal car dans ce cas, le moule se trou- '
ve encore plus éloigné du four de maintien. ''-
~ 'installation reste la même et le fonctionnement est "E
également le même. Dans ce cas, il est encore plus avantageux de
laisser l'équilibre des niveaux se réaliser complètement entre le
conduit de commande et le cylindre d'injection.
Enfin, il peut arriver que le cylindre d'injection soit
--8--
:. ' ' ' ' ' " . , ~ ' '' . ' '~ ' '
remplacé par une chambre de distribution destinée à alimenter un
moule par plusieurs ouvertures, dans le cas de la coulée basse pres-
slon .
La figure 4 représente un diagramme de la variation de
la tension appliquée à la pompe durant un cycle des opérations en
fonction du temps. En regard on a présenté un équipement d'injec-
tion doté d'un cylindre horizontal 6', avec les mêmes références
qu'à la figure 2.
Au temps t = o, la tension appliquée à la pompe est une
valeur "talon" U correspondant à un niveau h variant avec la posi-
tion du niveau 14 du métal fondu contenu dans le four de maintien
1 (figure 2) au temps tl, le dispositif recoit un ordre de prérem-
plissage. Une tension progressive se superpose à la tension talon
U, la tension suit donc un trajet dépendant de la nature de la sour-
ce de tension progressive telle que 22 mais qui correspond dans tous
les cas à une rampe ascendante 41. Le détecteur de présence 8 stop-
pe la croissance de la tension. MQUS avons supposé que cette mon-
tée était lente de sorte que lorsque la tension U atteint la valeur
Uo, le niveau de métal s'établit à Ho, ce temps peut également sui-
vre immédiatement l'instant où le niveau du métal s'établit à Ho.
Au-temps t2, le dispositif reçoit l'ordre de remplissa-
ge. Nous supposons que le remplissage se fait progressivement sui-
vant la rampe 43. Lorsque le métal atteint le niveau Hl, la crois-
~sance de la tension est stoppée par le détecteur de présence 9.
Si le point figuratif M de la figure 3 est au voisinage de l'axe
OH, le niveau de remplissage devient très sensiblement Hl. Il sera ;~
possible d'ajouter un petit échelon de -tension réglable ~U pour ob-
tenir si nécessaire un niveau légèrement plus élevée destiné à un
réglage complémentaire.
Si maintenant au temps t~, au lieu d'appliquer une ten- ~ ;
sion progressive, on applique d'abord une tension V qui se superpo-
se à la tension Uo, on augmente le débit, le point figuratif suit
_g_
,' '' . '- ' ':' ..................... ~ . . . ,: .
:- ''." ~' ' :
le pointillé 46 du diagramme de la figure 4, et le remplissage se
fait plus vite. Il est cependant nécessaire de finir le remplissage
sur rampe progressive telle que 47 afin de conserver un dosage pré-
cis. Au moment où le niveau du métal fondu a atteint la cote Hl, la
tension est stabilisée mais le niveau du métal continue à monter
jusqu'à la valeur H2 car le point figuratif continu à suivre la cour-
be H (Q) a tension cons-tante Ul.
Au temps t3 o~ le piston 31 avance et obture l'orifice
32 de remplissage du cylindre d'injection tandis que la tension de
la pompe est ramenée ~ la valeur U. Puis le piston chasse le métal
fondu contenu dans le cylindre d'injection vers le moule (non repré-
senté).
Pour assurer une température constante au métal en fu-
sion, le conduit de commande 7 et le canal d'alimentation 5 sont
chauffés par une résistance 33 insérée dans la paroi de ces deux
conduits. Cette paroi est réalisée en un produit réfractaire moulé
avec ses logements ~our les détecteurs de présence moulées dès l'ori-
gine.
Le dispositif qui vient d'atre décrit est présenté dans
son application au dosage du contenu d'un cylindre d'injection de
coulée sous pressionO Le même dispositif est susceptible d'alimen- -
ter dans des conditions analogues une chambre utilisée pour la cou-
lée basse pression par ouvertures multiples de distribution.
~ Enfin, le dispositif peut être utilisé avec un généra-
teur de tension progressive qui vient se superposer à une tension U
préexistante et sur la pompe électromagnétique. Cette~dernière peut
être assez voisine de la tension de départ Uo ainsi que le fait ap-
paraitre l'exemple de cycle de fontionnement décrit en référence ~
'~s
la ~ gure 4. -
Le dispositif de dosage décrit ci-dessus dans les ex- -
emples de réalisation en référence aux figures 3 et 4 trouve son
plein emploi dans la coulée de l~aluminium mais il trouve également
sont emploi dans la coulée de tous métaux.
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:, ' `, . ' ~ . -'
