Brevet FR2008109A1 — publié le 19700116

i 2008109 On connaît bien des chemises isolantes pour des.chapeaux de moules de lingotières, dans le "but d'éviter la formation indésirable de canaux dans la partie supérieure du métal coulé. Il est courant de fournir des chemises ou des bordages isolants 5 dans ce but, qui sont composés de matière réfractaire, d'une matière carbonée et d'un liant sous forme moulée pour être montés sur les parois d'un moule de lingotière. Ces types de bordages, après usage, sont détachés ou nettoyés des parois du moule et on applique de nouveaux bordages sur le^ moule de lingot 10 pour l'opération suivante de coulée de métal. On a proposé jusqu'à présent, un certain nombre de bordages isolants pour .chapeaux chauds ce qui tentait de fournir au bordage certaines propriétés combinées désirables. En général, toutefois, les bordages connus échouent habituellement en ne 15 réalisant pas de façon satisfaisante une ou plusieurs de -ces propriétés. En bref, l'une de ces propriétés est une combinaison de résistance mécanique et de souplesse dans le bordage du chapeau chaud. Lorsqu'on a augmenté jusqu'à présent l'épaisseur du bordage pour assurer la résistance, la souplesse a diminué. 20 Le manque de souplesse du chapeau chaud empêche une bonne conformation sur les parois d'un moule de lingot, ce qui permet le suintement entre eux du métal fondu, en provoquant souvent le déplacement du bordage depuis le moule de lingot, et le "flottement de ce bordage" sur le métal fondu. De même lorsque 25 le fondeur tente de conformer le bordage aux parois du moule à force, le bordage s'affaisse habituellement et doit être rejeté.,Associée à ce manque de souplesse dans les bordages connus, il y a aussi leur inaptitude à être traversés par les clous de montage ou dispositifs de fixation, sans craquelure. Ceci en-30 traîne le bris du bordage et il tombe des parois du moule. Un autre inconvénient, associé aux chapeaux chauds de bordages isolants ou chemises est leur inefficacité à résister à l'humidité atmosphérique. En conséquence, ces bordages tendent à absorber l'humidité de l'air et une quantité aussi faible que 35 5 % à 8 $ seulement d'humidité peut provoquer la mise au rebut du lingot en raison des problèmes dus à la formation de vapeur d'eau de l'ébullition du métal de "flottaison". En outre, en plus des inconvénients sus-mentionnés, bien que les chapeaux chauds connus se détériorent dans une certaine mesure, ils doi-4-0 vent être retirés du moule de lingot, ordinairement en détachant 69 14870 2 2008109 les gros morceaux résiduels avant de pouvoir ré-utiliser le moule. En conséquence, en vue de ce qui précède, il existe un besoin d'un chemisage isolant pour des lingotières de coulée qui, 5 outre qu'il fournit un bon isolement à coût minimal, présente les propriétés combinées de la pénétrabilité mécanique sans se craqueler, de souplesse, de résistance mécanique et de résistance à l'humidité atmosphérique. La présente invention remplit le besoin de fourniture d'un chemisage isolant qui présente non 10 seulement ces caractéristiques essentielles combinées, mais aussi la propriété de se désagréger en poudre en service. Dans l'un de ses aspects les plus larges, le chemisage isolant 3elon la présente invention est composé d'un mélange moulé comportant une proportion principale de matière réfrac-15 taire granulaire, le complément des composants comprenant une matière cellulosique fibreuse, un agent isolant de l'humidité, un liant minéral et une matière minérale thermiquement décompo-sable. La présente invention fournit également un procédé selon lequel on peut fabriquer ce chemisage isalant d'une façon sim-20 pie mais non évidente, par coulée sous vide de mélanges aqueux de composants, suivie de séchage. ; La Demanderesse a découvert que, lorsqu'on combine les composants selon la présente invention en un chemisage moulé, en certaines quantités en poids, on assure un certain nombre 25 dè propriétés combinées et avantageuses qui ne pouvaient être obtenues jusqu'à présent. On fournit des chapeaux chauds de bordage selon la présente invention en renforçant l'épaisseur d'en-viron 25 mm et plus, avec un degré de souplesse élevé, c'est-à-dire une flexion d'environ 16 mm dans chaque direction pour 30 un bordage de 30 cm. En outre, des bordages réalisés selon la présente invention présentent un degré élevé de pénétrabilité mécanique ce qui permet d'utiliser des agrafes et des clous de montage classiques pour moules, sans craquelures des bordages, ce qui élimine ainsi les inconvénients signalés associés aux 35 craquelures. La Demanderesse â découvert, ce qui est important, que le bordage selon la présente invention résiste à l'humidité atmosphérique dans une mesure telle qu'on peut l'entreposer pendant une longue période avant utilisation, sans attraction d'humidité décelable. En outre, et ce qui est important, en raison 40 de ses constituants spécifiques et de leurs proportions 69 14870 3 2008109 combinées, le chemisage selon la présente invention se désagrège en une poudre en cours de service. Cette caractéristique du bordage isolant élimine la nécessité de l'enlèvement subséquent du bordage utilisé venant en gros morceaux et élimine des opé-5 rations de nettoyage qu'on a rencontrées jusqu'à présent avec les chapeaux chauds de garniture. Selon une forme préférée, le chemisage isolant selon la présente invention consiste essentiellement en un mélange sec, moulé d'environ 60 à 80 ^ en poids de matière réfractaire telle 10 que le sable, d'environ 10 à 15 fi de matière cellulosique fibreuse tel que du papier de déchets déchiqueté, d'environ 0,5 à 3 fi en poids d'un agent imperméabilisant à l'humidité comme une résine acrylique, d'environ 1 à 4 fi en poids d'un liant minéral comme la bentonite, et d'environ 3 à 6 fi en poids d'une 15 matière minérale décomposable comme la castine. Généralement, selon une mise en pratique préférée, on mélange ces composants dans une base aqueuse pour former une boue ou une suspension uniforme que l'on coule dans un moule poreux présentant la forme désirée de chemisage et on applique un vide pour soutirer 20 l'excès d'eau. Ensuite, on sèche la forme coulée dans un four chauffé pendant une durée suffisante, par exemple à 120-260°C pendant 8 à 15 heures environ. Les matières réfractaires granulaires et la dimension de leurg grains, utilisées dans les compositions selon la présente 25 invention, peuvent varier dans une large gamme. Par exemple les dimensions de grains peuvent varier entre 0,42 et 0,062 mm ou plus fines, ou bien on peut utiliser des mélanges conformément aux.processus classiques en fonderie et des mélanges industriels. Des.matières réfractaires classiques ou résistantes à la cha-30 leur, utilisables conformément à la présente invention, comprennent la silice, le sable, des silicates métalliques comme le grenat, d'autres silicates et analogues. Ces matières réfractaires granulaires sont utilisées à raison d'environ 60 à 80 fi en poids du total des composants solides ou, en d'autres mots, 35 selon le complément de pourcentage en poids après que les autres composants essentiels aient été introduits selon leurs proportions en poids, destinées à obtenir les avantages de la présente invention. La matière fibreuse cellulosique utilisée conformément à 40 la présente invention peut provenir d'un certain nombre de 69 14870 4 2008109 sources telles que des déchets de papier de la pâte de bois, de la farine de scierie, de la pâte à papier, eiio... On préfèio le papier de déchet parce qu'il est aisément disponible et facile à mélanger. La matière fibreuse cellulosique contribue à 5 la mise en suspension de la matière réfractaire dans le chemisage, à la souplesse du chemisage et à sa nature isolante. Bien que le fait ne soit pas entièrement compris, on pense que cette matière cellulosique contribue de façon synergique à la possibilité de désagréger le chemisage. On utilise cette matière fi-10 breuse cellulosique en une quantité d'environ 10 à 15 fi du poids du total des composants solides, pour fournir une aptitude à .l'isolement suffisante. . L'agent d'imperméabilisation à l'humidité utilisé dans la composition selon la présente invention est une résine. On pré- 15 fère les résines acryliques du type liquide et soluble ou dis- persable dans l'eau, et qui durcissent par évaporation de 11 eau, en raison de leur aptitude à s'adapter aux techniques de la pré-de prod-uction. sente invention/en milieu aqueux, pour obtenir les propriétés désirées. La résine acrylique vendue sous la marque de fabrique 20 "CB-45" par B.F. Goodrich Chemical Company, est un exemple de ce type de résine. D'autres résines analogues sont industriellement disponibles. Ces résines acryliques sont aussi caractérisées par leur nature relativement cationique et l'on pense que ceoi leur permet d'être préférentiellement attirées sur les fi-25 bres cellulosiques dans la composition aqueuse, ce qui rend les fibres résistantes à l'humidité après avoir été séchées.. Cette attirance préférentielle sur la cellulose est considérée comme la responsable principale de la résistance à l'humidité du chemisage selon la présente invention. Cependant, quelle qu'en soit 30 la théorie, ces résines en combinaison avec d'autres composants du chapeau chaud selon la présente invention, se sont avérées éviter l'absorption de l'humidité dans le bordage sec terminé» L'agent d'imperméabilisation à l'humidité est utilisé en une quantité suffisante pour conférer aux composants du chemisage 35 une résistance à l'humidité, et la Demanderesse a trouvé qu'une quantité d'environ 0,5 à 3 fi en poids environ de résine acrylique du type mentionné, calculé sur le total des composants, permet d'atteindre à ces résultats. Le liant utilisé selon la présente invention est minéral3 40 par exemple une argile colloïdale du type bentonite, qui présente 69 14870 5 2008109 la capacité de gonfler en présence d'eau et d'agir comme liant et agent de gélification pour les composants présents dans le mélange aqueux et dans le bordage sec. Les liants minéraux réfractaires de ce type sont également préférés,.parce que, con-5 trairement aux liants organiques, ils ne dégagent pas de fumées ou de gaz excessifs au cours de la coulée. Un liant minéral comme la bentonite en quantité d'environ 1 à 4 fi en poids s'est avéré fournir le degré requis de pouvoir liant lorsque les autres composants sont dans leurs proportions indiquées. 10 ^ La matière minérale thermiquement décomposable ,d©irlï on a dé couvert le comportement synergique avec les autres;composants de la composition de chemisage selon la présente invention, est un composé minéral contenant un carbonate, comme la castine, ou pierre à chaux, le carbonate de calcium, etc... La castine 15 ou le carbonate de calcium sont pratiquement ou entièrement insolubles dans la suspension aqueuse des composants, et l'on pense qu'ils se forment dans le.bordage, sous forme de carbonates décomposables, qui bien qu'ayant un caractère réfractaire, tendent à se décomposer sous l'action de la chaleur du métal fon-20 du. Lorsqu'on utilise ce composant thermiquement décomposable dans le mélange pour bordage en des quantités aussi faibles que 3 à 6 fi environ en poids, la Demanderesse a trouvé qu'il désagrège le bordage par action synergique■dans les conditions de production industrielle de lingots de métal coulé, de sorte 25 qu'il y a désagrégation complète en poudre lorsque la lingotiè-re egt soulevée pour la séparer du métal coulé. On met en pratique sous une forme préférée le procédé selon la présente invention en introduisant les composants soit avec soit sans mélange dans l'eau dans un batteur ou une mélan-30 geuse industriels. Il est préférable d'ajouter d'abord la matière fibreuse cellulosique telle que du papier de déchets dans la mélangeuse contenant de l'eau en une quantité, par exemple, de 30.fi du poids des ingrédients totaux de la composition, puis on bat le papier de déchet pendant une durée appropriée, pour 35 en faire de la charpie. On introduit ensuite dans la cuve la matière réfractaire granulaire, la solution aqueuse de résine acrylique, la solution aqueuse de bentonite et la castine ou pièrre à chaux. La solution de résine acrylique est fournie industriellement comme une solution de résine contenant environ 40 20 fi %n poids de résine sur base aqueuse. On effectue un pré 69 14870 6 2008109 mélange de la solution de bentonite par introduction de poudre de bentonite dans l'eau en une quantité correspondant aux proportions requises dans la formule de la composition. Le pré-mélange de la bentonite facilite un bon mélange lorsqu'on l'in-5 .troduit avec les autres composants dans la cuve. Après l'introduction, les composants sont soigneusement mélangés par battage à l'aide d'un batteur électrique, puis le mélange est coulé sous vide dans un moule poreux dont un fond comporte un tamis, pour soutirer l'excès d'humidité et pour façonner le chemisage. Le 10 moule peut présenter une dimension ou une forme prédéterminées .pour le façonnage selon le chemisage désiré. Le bordage humide est .alors retiré du moule et séché, par exemple dans un four à température appropriée d'environ 200 à 260°C pendant environ 8 à 11 heures. 15 Ce procédé montre une tedhnique relativement simple mais non évidente d'introduction d'un système de composants requis dans le produit final, de façon à obtenir ses caractéristiques avantageuses. Ce procédé permet l'association préférentielle ou la combinaison d'un agent d'imperméabilisation ;à l'humidité pour 20 des fibres,cellulosiques et peut être de la bentonite, de sorte que, lorsqu'on élimine l'eau par succion et séchage, il se forme un bordage qui ne contient plus d'humidité décelable, selon les techniques de résistance électrique acceptables. Ceci s'accomplit alors que l'on obtient l'introduction homogène com-25 l?inée des autres composants essentiels de façon efficace pour se comporter dans le bordage sec. conformément à la présente invention. De même, ce procédé permet de régler l'épaisseur du bordage au cours de sa formation de telle sorte que, lorsqu'il est sec, il soit conforme à.des limites prédéterminées. 30 La présente invention sera encore mieux comprise en réfé rence aux exemples spécifiques qui montrent en plus amples détails les formes de mise en oeuvre et composants utilisés conformément axu; principes présentés ci-dessus. - EXEMPLE 1 - 35 On introduit les composants suivants dans une cuve de bat teur industriel appropriée,les pourcentages approximatifs en poids de chacun des composants étant basés sur les poids totaux à sec en l'absence d'eau. La solution de résine acrylique est fournie industriellement sous forme d'une solution aqueuse con-40 tenant environ 20 fi en poids de résine, et est vendue sous la 69 14870 7 2008109 marque de fabrique "CB-45" par B.P. Goodrich Chemical Company. La solution de bentonite est préalablement mélangée par addition de bentonite à l'eau pour obtenir la concentration de 1,1 fi. Quantité Composant fi en poids 5 150 kg Sable (0,14-9 mm environ) 61 fi 50 kg Grenat (0,149 111111 environ) 20 fi 30 kg Papier de déchets 12,3 fi 30 kg Solution aqueuse de résine acrylique 2,4 fi 10 25 kg Solution aqueuse de bentonite 1,1 fi 8 kg Castine ou pierre à chaux 3.2 fi 100,0 fi On ajoute d!abord le papier de déchet dans la cuve contenant de l'eau. L'eau est présente dans la cuve en une quantité 15 appropriée représentant environ 30 fi du poids total des composants de la formule. On bat ensuite le papier dans la cuve de telle sorte qu'il devienne de la charpie. Ensuite, on ajoute dans la cuve et mélange les autres composants selon les pourcentages ci-dessus en poids. La suspension des composants est 20 alors coulée dans un moule ouvert, rectangulaire de 60 x 45 cm environ, poreux, présentant un fond en tamis. On applique alors un vide au fond du moule pour aspirer l'eau et former le bordage humide. Un appareil à vide industriel tirant jusqu'à 584 mm de vide est approprié. On règle l'épaisseur du bordage par le ré-25 glage de l'addition de la suspension. On retire alors le bordage humide du moule et on le 'sèche, par exemple dans un four à température d'environ 20Ô-260°C pendant environ 8 à 11 heures. On fixe le bordage isolant, préparé selon la technique ci-dessus sur la partie interne d'une lingotière de production, 30 çar l'introduction de clous appropriés à travers le bordage dans les parois du moule et en y insérant des crochets d'angles. On .a trouvé que le bordage présentait dans ces conditions un degré élevé de pénétrabilité et ne se craquelait pas. Des essais démontrent que pour un bordage présentant une épaisseur de 22-35 32 mm environ, on obtient une flexion d'environ 15,8mm pour un bordage de 30 cm. Cette propriété le rend approprié pour se conformer aux parois d'une lingotière. Des essais conduits avec un appareil de résistance électrique acceptable ont également montré que le bordage fabriqué conformément au présent exemple 40 présente de la résistance à l'humidité et ne contient pas 69 14870 8 2008109 d'humidité décelable même' après ehtreposition pendant des semaines dans les conditions atmosphériques ambiantes. En outre, des, bordages de ce type ont été utilisés dans des techniques de coulée et on a trouvé qulils se désagrégeaient en une poudre en 5 service, de sorte que lorsqu'on retire la lingotière, le borâags a été transformé en une poudre. - EXEMPLE 2 - On mélange les composants suivants dans une cuve selon le processus décrit à l'exemple 1, et on trouve que le bordage siE= 10 si fabriqué présente des propriétés similaires à celles décrites pour le bordage fabriqué selon le processus de l'exemple 1„ Quantité Composant fi en poids 150 kg Sable (0,149 mm) 76,2 fi 30 kg Papier de dé.chets 15 >2 fi 15 30 kg •Solution aqueuse de résine acrylique par exemple "03-45" -3>0 fi 25 kg Solution aqueuse de bentonite 1,5 fi 8 kg Castine ou pierre à chaux 4.1 fi 100,0 fi 20 - EXEMPLE 3 » On mélange les composants suivants dans une cuve selon les processus décrits à l'exemple 1,-et on trouve que le bordage ainsi fabriqué présente des propriétés similaires à celles décrites pour le bordage fabriqué selon les processus de l'exem-25 pie 1= Quantité Composant fi en poids 150 kg Sable (0,149 mm) 71 fi 50 kg Grenat (0,062 mm) 10 fi 30 kg Papier de déchets ; 12,3 fi 30 30 kg Solution aqueuse de résine acrylique 2,4 fi 25 kg Solution aqueuse de bentonite 1,1 fi 8-kg Castine ou pierre à chaux 3,2 fi Il est bien entendu qu'il peut y avoir de nombreuses va-35 riantes ou modifications apportées aux exemples ci-dessus, conformément à la description précédente, par le spécialiste sans pour autant s'écarter de l'esprit et du cadre de la présente invention. - •' 40. 69 14870 9 2008109 HEVENDIGATIPUS • 1°) - Chemise isolante pour moules, caractérisée en ce qu'elle comporte essentiellement un mélange moulé comprenant en pourcentage en poids, de 3 à 6 $ environ d'une matière mi-5 nérale décomposable à chaud, de 10 à 15 environ d'une matière fibreuse cellulosique, de 0,5 à 3 % environ d'agent imperméabilisant à l'humidité, de l à 4 $ enviro(n d'un liant minéral et le complément du mélange étant une matière réfractaire granulaire. 10 2°) - Chemise selon la revendication 1, caractérisée en ce .que la matière thermiquement décomposable est un composé minéral contenant un carbonate. 3°) - Chemise selon la revendication 2, caractérisée en ce que le composé minéral est réfractaire. 15 , 4°) - Chemise selon la revendication 3, caractérisée en ce que le réfractaire est la castine ou pierre à chaux. 5°) - Chemise selon la revendication 4, caractérisée en ce que l'agent conférant de la résistance à l'humidité est une résine acrylique et que la matière cellulosique est du papier 20 déchiqueté. 6°) - Chemise selon la revendication 5, caractérisée en ce que le liant minéral est la bentonite. • , 7°) - Chemise isolante selon la revendication lf 8°) - Chemise isolante pour lingotières, présentant les propriétés combinées de souplesse, de pénétrabilité mécanique, 30 de résistance à l'humidité et de désagrégation en poudre en service, caractérisée en ce qu'elle consiste essentiellement en un mélange moulé ayant des pourcentages en poids de 1 à 4 $ de castine ou pierre à chaux, de 10 à 15 environ de papier déchiqueté, de 0,5 à 3 $ environ d'agent d'imperméabilisation à l'humi-35 dité sous forme de résine acrylique, de 1 à 4 # environ de liant bentonite et le complément comportant une matière réfractaire granulaire. •. 9°) - Bordage isolant selon la revendication &r. caractérisée en ce que la matière réfractaire est le sable. 40 10°) - Procédé de fabrication .d'une chemise isolante pour" 69 14870 10 2008109 lingotières, caractérisé en ce qu'il comporte le mélange dans l'eau pour fournir une suspension, des composants consistant essentiellement, en pourcentages en poids, en 3 à 6 # environ d'une matière minérale thermiquement décomposable, 10 à 15 56 5 environ d'une matière fibreuse cellulosique, 0,5 à 3 ?5 environ d'un agent d'imperméabilisation, 1 à A $ environ d'un liant minéral et le complément du mélange comportant une matière réfractaire granulaire ; on coule sous vide la suspension dans un moule poreux pour façonner la chemise humide et on sèche la 10 chemise sous l'influence de la chaleur. 11°) - Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la matière thermiquement décomposable est la castine ou pierre à chaux, que la matière cellulosique est du papier déchiqueté, que l'agent d'imperméabilisation est une résine acry-15 lique et que le liant minéral est la bentonite.