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RÉSUMÉ
La soudure aluminothermique constitue la dernière étape permettant de réaliser une voie continue à partir des LRS (longues barres soudées) électriquement. Le procédé est simple de mise en oeuvre, exige peu de personnel, mais du personnel qualifié. Il permet une remise en service provisoire ne ralentissant les circulations que peu de temps après son exécution, ceci étant particulièrement apprécié dans le cas de soudage de coupons de réparation. Le procédé consiste à fabriquer de l'acier liquide, formé par la réaction chimique entre de l'aluminium et des grains d'oxydes de fer, coulé entre des abouts de rails distants de 25 millimètres et des moules latéraux étanches, en matière réfractaire. Le lingot, après solidification, a refondu les deux extrémités des rails et les a rendus solidaires.
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Raymond DEROCHE : Ingénieur des mines de Nancy - Ex chef de produit rail à Sacilor-Unimetal
INTRODUCTION
La soudure aluminothermique constitue la dernière étape permettant de faire une voie continue à partir des LRS, longues barres soudées électriquement.
Le procédé est simple de mise en œuvre, exige peu de personnel, mais du personnel qualifié.
Il permet une remise en service provisoire de la voie, ne ralentissant les circulations que peu de temps après son exécution ; cela est particulièrement apprécié dans le cas de soudage de coupons de réparation.
Le procédé consiste à couler de l'acier liquide, formé par la réaction chimique entre de l'aluminium et des grains d'oxydes de fer, entre des abouts de rails distants de 25 mm et des moules latéraux étanches, en matière réfractaire. Le lingot, après solidification, a refondu les deux extrémités des rails et les a rendus solidaires.
Cette soudure, pratique et souple, est d'une bonne qualité quoique encore sensiblement inférieure à celle de la soudure électrique, et nécessite un minimum de surveillance en voie.
Sa facilité de mise en œuvre lui a valu un succès mondial depuis des décennies.
Il convient de préciser qu'avec le développement de la soudure électrique et son application aux barres longues, le champ d'application de la soudure aluminothermique se développe sur les voies utilisant des rails courts (25 m comme aux États-Unis, Canada, Chine, Australie), en général des voies minières nécessitant également de plus nombreux coupons de rails de réparation pour éliminer des défauts non tolérables.
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MOTS-CLÉS
rails de chemins de fer creuset moule surchauffe abouts basalte
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Bilan thermique
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2. Matières premières
Les oxydes sont des rebuts de calamine de laminage à chaud, sous forme de films d'oxyde grossier formés dans le four de réchauffage des blooms ou brames et récupérés après la cage décalamineuse ; ces oxydes sont grossiers (taille de grains 2 mm), sales, irréguliers et comportent surtout du FeO ; il convient donc de les concasser et de les dégraisser avant de les passer dans un four de réoxydation chez le fabricant de charges.
Les oxydes se trouvent également sous forme de lamelles à grande surface spécifique, riches en Fe3O4 , provenant de la calamine de surface des produits finis en cours de refroidissement (ronds, rails, tubes, etc.) ; leur granulométrie est plus fine et leur surface réactive plus grande.
En pratique, un mélange moitié-moitié donne un taux d'oxygène TO acceptable :
Où XO2 est la teneur moyenne du mélange en oxygène, en général comprise entre 0,25000 et 0,26000 avec une valeur moyenne de 0,25500.
on choisit de travailler avec un TO de 0,930 afin d'assurer une bonne réaction :
C'est ce rapport que le concepteur de charge adoptera pour définir sa charge.
Les particules d'aluminium proviennent de coulées d'usines diverses ; il est souhaitable, comme pour les oxydes, qu'elles aient une grande surface spécifique avec une granulométrie n'excédant pas 1 mm ; beaucoup sont en forme de virgules très réactives.
Il est impératif, pour obtenir une réaction correcte, d'éviter des oxydes et des grains d'aluminium sphériques dont la réaction est lente et incomplète.
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Matières premières
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - BENARD (J.) - Oxydation des métaux. - Tome 1 (1962).
-
(2) - LEVENSPIEL (O.) - Chemical reaction engineering. - Illinois Institute of Technology, Dpt. of Chemical Engineering (1965).
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(3) - STEFANESCU (D.M.) - Behaviour of insoluble particles at the solid/liquid interface. - Metal Handbook, 9th Edition, vol. 15.
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(4) - POPPMEIER (W.) - Contribution to the problem of columnar crystallisation during solidification of steel. - Kapfenberg works (1966-1967).
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(5) - HURTUK (D.J.), TSAVARAS (A.A.) - The effect superheat and chemistry on steel solidification structure. - Republic Steel, USA.
-
(6) - CAMPBELL (J.) - Solidification technology in the foundry and casthouse. - Metal Society (1980).
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