Brevet FR2012309A1 — publié le 19700320

La présente invention se rapporte d'une façon générale à la coulée de métaux fondus et elle concerne plus particulièrement des produits calorifuges destinés à être utilisés en fonderie pour la fabrication de pièces métalliques 5 coulées, et c'est à ce propos que l'invention sera décrite. Cependant, les produits calorifuges peuvent également servir pour la fabrication de lingots d'acier. Quand on coule un métal fondu dans un moule pour former une pièce coulée, il est important que le métal de tête, 10 c'est-à-dire le métal dans les nourrices, les rehausses et des parties similaires du moule, ne se solidifie pas trop rapidement car, s'il en était ainsi, l'alimentation en métal fondu, qui compense le retrait du corps principal du métal coulé lors de son refroidissement et de sa solidification, serait gênée 15 et la pièce coulée résultante pourrait contenir des défauts tels que des fissures et des retassures. En conséquence, la pratique courante consiste à revêtir les nourrices, les rehausses et les éléments analogues de moules de coulée avec une composition qui joue le rôle d'une barrière contre la perte de 20 chaleur par le métal de tête, par exemple une composition calorifuge ou une composition contenant des ingrédients qui réagissent par voie exothermique quand ils sont allumés par la chaleur du métal en fusion, de sorte que cette réaction exothermique fournit positivement de la chaleur au métal de 25 tête. Depuis quelques années, on utilise de plus en plus pour de tels revêtements des compositions qui comprennent une matière calorifuge réfractaire sous forme granulaire ou pulvérulente, une matière fibreuse organique et un liant. Alors 30 qu'on a utilisé des matières fibreuses organiques très variées, il s'est révélé extrêmement pratique du point de vue économique d'utiliser ou bien une matière fibreuse organique qui est en elle-même peu coûteuse comme la pâte à papier, ou bien des déchets de matière fibreuse synthétique. On a également proposé 35 d'incorporer dans de telles compositions une faible proportion de matière fibreuse réfractaire, telle que l'amiante, la laine de scories ou une laine minérale. Pour que les compositions de ce genre soient efficaces au maximum, elles doivent avoir un caractère sensiblement 40 homogène et, en conséquence, la technique couramment utilisée 69 22768 2 2012309 consiste à préparer une suspension aqueuse qui contient la matière réfractaire granulaire ou pulvérulente, la matière fibreuse organique, le cas échéant, une matière réfractaire fibreuse, et un liant et ensuite à exprimer le liquide de la 5 suspension afin d'obtenir des profilés appropriés, par exemple des manchons, formés des ingrédients solides qui, après séchage et de préférence après un traitement à l'étuve, deviennent des structures rigides, le liant servant à lier les autres ingrédients ensemble . C'est ainsi que l'on peut amener la suspen-10 sion contre une toile métallique et exprimer le liquide à travers cette toile de sorte qu'un corps d'ingrédients solides qui ne peuvent pas traverser la toile se forme sur la surface de cette toile. Le liant peut être une matière quelconque connue pour 15 des utilisations de ce genre, c'est-à-dire pour la fabrication de profilés en matière réfractaire dans le but indiqué, par exemple un liant minéral comme le silicate de sodium ou un liant organique tel qu'une gomme naturelle, par exemple la dextrine, ou une farine de céréales, par exemple la farine de blé, ou 20 encore une matière résineuse synthétique, de préférence une résine thermodurcissable telle qu'une résine urée-formaldéhyde, phénol-formaldéhyde ou furanne. Bien que les compositions préparées de la façon décrite soient couramment utilisées et offrent de nombreux 25 avantages, elles ne possèdent pas toujours un degré réfractaire suffisamment élevé pour en permettre l'utilisation comportant la manutention de métaux à points de fusion élevée. De plus, les propriétés calorifuges de ces compositions ne sont pas toujours aussi bonnes qu'on le voudrait. 30 La présente invention a donc pour but de réaliser des compositions nouvelles qui peuvent servir pour revêtir les nourrices, les rehausses et éléments analogues de moules de coulée de métaux, compositions qui possèdent de meilleures caractéristiques. 35 Selon la présente invention, une composition convenant pour la production de revêtements du type précité est caractérisée en ce qu'elle comprend, en poids, de 15 $ à 50 % d'une matière fibreuse, de 40 % à 80 % d'une charge réfractaire et de 0,5 i> à 10 % d'un liant, ladite matière fibreuse étant ou bien une 40 matière fibreuse entièrement minérale, ou bien une matière 69 22768 3 2012309 contenant jusqu'à 40 % de son poids d'une matière fibreuse organique, et ladite charge réfractaire consistant en totalité ou en partie en une matière de charge légère qui est la terre d'infusoires, de l'alumine expansée, des microsphères creuses 5 en silice, des balles de grains de riz calcinées ou de la pouzzolane (alumino-silicate expansé). De préférence, la teneur en matières fibreuses est de 20 à 30 % du poids de la composition. Egalement selon l'invention un procédé de production 10 d'éléments profilés pour l'usage indiqué est caractérisé en ce qu'il consiste à former une suspension aqueuse des ingrédients d'une composition telle que spécifiée ci-dessus, et à exprimer le liquide de cette suspension, afin de déposer un corps d'ingrédients solides ayant la forme requise. 15 Egalement selon l'invention, un procédé de revêtement d'une nourrice, d'une rehausse ou d'un élément analogue d'un moule de coulée de métaux est caractérisé en ce qu'il consiste à préparer un tel revêtement à partir d'un ou plusieurs éléments profilés formés d'une composition du type décrit, et de préférence 20 d'une composition préparée par le procédé spécifié dans le paragraphe précédent. Dans le cadre général des compositions selon la présente invention, on peut préparer des compositions qui sont suffisamment réfractaires pour pouvoir être utilisés avec 25 l'acier fondu, qui sont de fabrication économique (en raison de leur légèreté et du fait qu'une proportion notable de matières fibreuses minérales relativement coûteuses peut être remplacée par des matières fibreuses organiques relativement bon marché) et qui possèdent une capacité de ealorifugeage 30 élevée. On étudie maintenant les ingrédients individuels de cette composition : La charge réfractaire consiste en une ou plusieurs des charges légères indiquées ci-dessus, qu'on utilise isolément 35 ou en association avec d'autres charges réfractaires non carbonées granulaires ou pulvérulentes, par exemple la farine de silice, l'olivine, la chamotte, l'alumine ou un silicate réfractaire quelconque. La grosseur des grains de la charge réfractaire peut varier entre de larges limites, mais on préfère 40 tout particulièrement une matière qui passe entièrement à travers 69 22768 4 2012309 un tarais à ouverture de maille de 43 microns. La matière fibreuse incorporée dans les compositions selon l'invention comprend au moins 60 ^ de son propre poids • de fibres minérales telles que des fibres de silicate de calcium, 5 de silicate d'aluminium ou (de préférence) d'alumino-silicate, d'amiante, de laine de scories, de laine de roche, d'une laine minérale et/ou d'un métal. La matière fibreuse organique, si utilisée, peut être par exemple de la pâte de bois (pâte de papier) ou de la 10 farine de bois, mais on peut-également utiliser si l'ori désire des matières formées de fibres plus longues, par exemple des déchets de coton, des débris de tapis ou des déchets de fibres synthétiques discontinues, par exemple de nylon, de polyester ou d'acrylonitrile. On conçoit que les fibres plus 15 longues sont probablement plus efficaces pour augmenter la résistance mécanique de la composition finale. Le liant peut être l'une des matières connues qu'on utilise pour la fabrication d'éléments profilés ayant l'usage indiqué, par exemple le silicate de sodium, les gommes, les 20 farines de céréales, ou des résines thermodurcissables. On préfère les résines thermodurcissables et en particulier des combinaisons d'une résine phénol-formaldéhyde et d'une résine urée-formaldéhyde. Eventuellement, on peut munir les profilés préparés 25 avec les compositions selon l'invention d'une couche superficielle en un matériau céramique réfractaire compact, par exemple d'une couche déposée à partir d'une solution de revêtement contenant de la farine de zircon, en vue de renforcer la résistance des éléments à 1'encontre de la pénétration par le 30 métal. Les exemples suivants montreront bien comment l'invention peut être mise en oeuvre. EXEMPLE 1 : On prépare une suspension aqueuse à partir de 90 parties 35 en poids d'eau et 10 parties en poids d'une composition comprenant : ' % en poids Terre d'infusoires (granulométrie inférieure à 43 microns) 50 Fibres de papier 10 40 Laine minérale 30 69 22768 5 2012309 % en poids Résine phénol-formaldéhyde 8 Résine urée-formaldéhyde 2. On exprime l'eau de cette suspension en l'appliquant contre une toile métallique afin de déposer les ingrédients 5 solides sous forme d'une plaque compacte, puis on sèche cette plaque et on la traite à l'étuve à 180°C pendant 3 à 4 heures. On constate que les plaques ainsi préparées possèdent une perméabilité de 13*0 unités APS, une résistance mécanique dans o le sens travers de 4,57 kg/cm et une masse volumique de 10 0,31 g/cnr5. On utilise les plaques ainsi préparées pour revêtir la nourrice d'un moule en sable servant à la coulée de l'acier à 1575°C et on constate que le calorifugeage est excellent et que l'acier fondu ne forme pas de boursouflures. 15 EXEMPLE 2 : On procède comme dans l'exemple 1 sauf qu'on remplace la terre d'infusoires par le même poids de balles de riz calcinées. La perméabilité de la plaque est très élevée, o sa résistance dans le sens travers est de 5*27 kg/cm et sa 20 masse volumique est de 0,37 g/crn^. Le comportement de la nourrice est similaire à celui de la nourrice préparée dans l'exemple 1 . EXEMPLE 3 : On procède comme dans l'exemple 1 sauf qu'on remplace 25 la terre d'infusoires par le même poids de pouzzolane calcinée, La perméabilité de la plaque est très élevée, sa résistance dans le sens travers est de 4,9 kg/cm et sa masse volumique est de 0,35 g/crn^. Le comportement de la nourrice est similaire à celui 30 de la nourrice préparée dans l'exemple 1. Bien que l'invention ait été décrite particulièrement à propos de son utilisation avec des moules de coulée de métaux, il va de soi que les compositions peuvent également servir pour revêtir la tête d'une lingotière ou pour revêtir 35 une rehausse montée sur une lingotière. On observe que la présence dans des manchons et profilés analogues pour rehausses d'une charge de carbonne ou d'une autre matière carbonée (par exemple de la poudre de coke) n'est pas souhaitable quand on coule de l'acier ; en effet, le carbone tend 40 à influer sur la composition finale et sur les propriétés du métal coulé. 69 22768 6 2012309 REVENDICATIONS 1.- Composition convenant pour la production de revêtements de têtes chaudes et d'éléments similaires, caractérisée en ce qu'elle comprend, en poids de 15 % à 50 % d'une 5 matière fibreuse, de 40 % à 80 % d'une charge réfractaire et de 0,5 % à 10 % d'un liant, ladite matière fibreuse étant ou bien une matière fibreuse entièrement minérale, ou bien une matière contenant jusqu'à 40 % de son poids d'une matière fibreuse organique, et ladite charge réfractaire consistant en 10 totalité ou en partie en une matière de charge légère qui est la terre d'infusoires, de l'alumine expansée, des microsphères creuses en silice, des balles de grains de riz calcinées ou de la pouzzolane (alumino-Sllicate expansé). 2.- Composition selon la revendication 1, caractérisée 15 en ce que la matière fibreuse contient, au moins 60 % de son propre poids de fibres minérales qui sont des fibres de silicate de calcium, de silicate d'aluminium, d'alumino-silicate, d'amiante, de laine de scories, de laine de roche, de laine minérale ou d'un métal. 20 3.- Composition selon l'une ou l'autre des reven dications 1 et 2, caractérisée en ce que la matière fibreuse constitue de 20 à 30 % du poids de la composition. 4.- Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'une partie de la charge 25 réfractaire est constituée d'une charge réfractaire granulaire ou pulvérulente qui est la farine de silice, l'olivine, la chamotte, l'alumine ou un silicate réfractaire. 5.- Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le liant est le silicate 30 de sodium, une gomme, une farine de céréales ou une résiné thermodurcissable. 6.- Composition selon la revendication 5, caractérisée en ce que le liant est un mélange de résines phénol-formaldéhyde et urée-formaldéhyde. 35 J.- Procédé de fabrication d'éléments profilés pour former des revêtements de têtes chaudes ou de parties analogues d'un moule, caractérisé en ce qu'il consiste à former une suspension aqueuse des ingrédients selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, et à exprimer le liquide de cette suspension 22768 7 2012309 de manière à déposer un corps d'ingrédients solides ayant la forme désirée. 8.- Procédé de revêtement d'une nourrice, d'une rehausse ou d'une partie analogue d'un moule de coulée de métaux, caractérisé en ce qu'il consiste à former le revêtement à partir d'un ou plusieurs éléments profilés dont la composition est telle que spécifiée dans l'une quelconque des revendications 1 à 6.