Brevet FR2012256A1 — publié le 19700313

L'invention concerne tin dispositif et -un procédé pour la coulée de blocs de forge lourds, en acier, et notamment de blocs dépassant 50 tonnes, à l'aide d'une ou plusieurs poches de coulée avec une sortie au fond, en coulée montante, en utilisant 5 pour la coulée montante une canalisation en matière réfractaire pour l'acier liquide de la poché à la lingotière, les surfaces de contact de la canalisation avec l'acier liquide étant constituées de cyanite. Il est connu de couler des blocs de forge lourds 10 dans des lingotières, avec une coulée en jets, la lingotière étant remplie par le haut d'acier liquide sortant de la poche de coulée. Ce type de coulée présente entre autres l'inconvénient que le jet de coulée sortant de la poche et tombant d'une hauteur de 3 à 7 mètres réagit avec l'atmosphère ambiante, l'oxygène, 15 l'hydrogène et l'azote. Pour éviter cette action du gaz, on peut utiliser des procédés de coulée sous vide ou sous atmophère protectrice telle que sous argon ou sous un autre gaz inerte, le jet de coulée frappe dans la lingotière le niveau d'acier montant et le fait 20 éclater, les projections frappant la paroi intérieure de la lingotière pour y rester accrochées et s'y solidifier, l'acier qui monte dans la lingotière n'arrive plus à fondre les projections,ce qui a pour conséquence que la surface superficielle du bloc s'en trouve détériorée. L'accrochage des projections peut être partiellement 25 évité en vernissant la lingotière. Ceci augmente cependant la teneur en hydrogène de l'acier, car la plupart des vernis de lingotières comportent des hydrocarbures. Les vernis ne contenant pas d'hydrocarbures,comme par exemple les vernis d'aluminium ou de mélasse soluble dans l'eau^ie libèrent certes pas d'hydrogène f 30 mais se comportent de façon défavorable pour éviter les détériorations de surfaces. Ces détériorations ne peuvent s'éviter complètement même avec un fort revêtement de vernis. Elles se retrouvent lorsqu'on réalise l'écorçage de la surface supérieu-35 re de forgeage. Il n'est possible d'éviter de façon sûre ces détériorations de surface que par un temps de travail plus longy ce qui est onéreux. La coulée par jets produit en plus de la mauvaise surface superficielle,un mauvais degré de pureté dans l'axe du bloc. 40 II existe avant tout de nombreuses grandes cavités dans la zone 69 22578 - 2 - 2012256 r du fond eb cela nécessite la suppression de cette parxie de bloc. Pour Lvilwi* cette erreur lors de la réalisation de pièces de forge lourdes, il est nécessaire de couper environ 20$ du bloc, au pied et de le mettra tonnoir, canal d'entonnoir, brique mère, et briques du canal) ainsi que pour le bouchon et les becs, il a été prévu de réaliser le revêtement des briques,pour la coulée d'acier en particulier pour de l'acier calme, à l'aide d'une matière réfractaire compor-10 tant plus de 60% d'argile. De telles matières sont entre autre de la bauxite, du corindon, de l'argile calcinée ou de la cyanite cuite. Oes matières sont mélangées à l'état finement moulu avec un liant approprié tel que du borax ou de l'argile et une quantité d'eau telle que l'on obtienne une masse visqueuse, épaisse,qu'il 15 scdb possible d'appliquer avec un pistolet de projection, un pinceau, ou sous forme de fines gouttelettes. Le revêtement doit rester fortement collé et réaliser la protection des. briques contre la chaleur sans toutefois pouvoir garantir qu'il n'y ait pas d'endommagements locaux ; ces endommagements ne présentent 20 toutefois pas de grands inconvénients lors de la coulée de quantités d'acier faibles pour la réalisation de pièces de forge moins lourdes, cependant les conséquences défavorables sont considérables lorsqu'il s'agit de réaliser des blocs de forge lourds, en acier, dont le poids dépasse 50 tonnes. 25 L'invention a essentiellement pour but de créer un dispositif du type mentionné ci-dessus, qui permette de réaliser des pièces de forge en acier, lourdes, d'un poids dépassant 50 tonnes, sans qu'il y ait d'enclaves non métalliques indésirables avec -une teneur minimale de de gaz dissous,même lorsqu'on coule 30 pendant une durée grande, et sans qu'il y ait de détérioration de surface, de façon à permettre une coulée très économique. se propose la réalisation d'un dispositif pour la coulée de blocs de forge lourds, en acier, en particulier pour la coulée de blocs 35 dépassant 50 tonnes, à l'aide d'une ou plusieurs poches de coulée avec une sortie au fond, à l'aide d'une coulée montante, en utilisant des canalisations connues pour l'acier liquide allant de la poche vers la lingotière, et réalisées en matière réfractaire, des surfaces.de contact de ce canal avec l'acier liquide étant 40 constituées de cyanite cuite, dispositif caractérisé en ce . 5 Pour les revêtements de coulée (en- Selon sa caractéristique essentielle l'invention BAD ORIGINAL 69 22578 - 3 - 2012256 que,par l'utilisation de la coulée montante connue, l'entonnoir et le canal réfractaires sont constitués de briques dont les composants principaux sont l'argile et l'acide silicique, avec une teneur en argile de 40$ et plus. 5 II est particulièrement avantageux et économique que l'on utilise comme "brique une pierre artificielle à forte teneur en argile, résistant à la pression, blanche, qui est obtenue par la combustion de cyanite (silicate d'argile de formule AlgO^ SiOg très réfractaire). 10 Lors de la montée de la coulée dans le dispositif selon l'invention, il s'est avéré que^malgré un temps de coulée extrêmement long d'environ 2 heures, on réalise des blocs propres j il n'apparaît aucune érosion dans l'entonnoir ou le canal. On a de plus constaté que par l'utilisation de briques en argile et en 15 acide silicique, avec une teneur en argile de 40$ et plus, appliquées sur la paroi intérieure des briques du canal, il se forme de façon inattendue une peau d'acier qui est conservée jusqu'à la fin de la coulée et qui protège totalement la matière réfractaire d'un contact avec l'acier liquide. Les briques se caractérisent 20 aussi bien par une rigidité à haute température que par une résistance suffisante aux variations de température La protection de la matière réfractaire de l'entonnoir et du canal par les tubes d'acier créés intérieurement par le passage de la première quantité d'acier, reste conservée, 25 même pour des durées de coulée particulièrement longues pour les blocs de forge les plus lourds, de façon sûre lorsqu'on choisit des briques qui possèdent une conductibilité thermique supérieure à 0,9 Kcal/h.m.0 pour 1000°C. La conduction thermique de ces briques est suffisamment grande pour évacuer assez de chaleur de la 30 surface superficielle intérieur des briques, même pour des gradients de température faibleBjpour que la coulée de l'acier qui a réalisé au début une peau d'acier sur la matière réfractaire ne produise aucune fusion. Il est avantageux que la longueur' de l'évent ame-35 nant l'acier dans la direction verticale avant son entrée dans la lingotière sait un multiple notamment supérieur à 5, du diamètre du canal, ce qui présente l'avantage que l'érosion de la lingotière flui existait avant tout pour des durées de coulée longues pour les blocs de forge particulièrement lourds par la déviation insuf-40 fisante de l'acier lors de l'entrée dans la lingorière et qui 69 22578 - 4 - 2012256 existerait sur la paroi de la lingotière opposée au canal d'alimentation., est ainsi évitée de façon sûre. La protection d es parois de la lingotière est encore améliorée du fait que la partie verticale de l'évent compor-5 te un diamètre supérieur à l'entonnoir et au canal, ce qui réduit ainsi la vitesse d'introduction de l'acier dans la lingotière. On obtient des blocs de forge d'un degré de pureté très élevé par la coulée à des vitesses, c'est à dire comprises entre 1 et 4 tonnes par minute. 10 On peut ainsi obtenir une bonne séparation d es produits de désoxydation et d'autres enclaves non métalliques et on peut éviter l'oxydation de la surface superficielle du bloc par le fait que la surface superficielle du bloc est recouverte de poudre thermiquement isolante lors de la coulée. 15 II est recommandé que l'évent débouche dans une cavité de la plaque de base de la lingotière, et que le diamètre de la cavité s'élargis®à partir de l'entrée sur environ deux tiers de la longueur allant jusqu'à la lingotière, l'évent s1 élargissant de façon conique et se terminant par une coupelle conique qui 20. s'élargit jusqu'à avoir une surface quelque peu plus faible que celle du fond de la lingotière. Pour améliorer la pureté de la coulée, il est avantageux que l'entrée d'air vers le jet de coulée soit maintenue à un degré faible et que le bec de coulée de la poche se pro-25 longe vers le bas et qu'il pénètre dans l'entonnoir avec un intervalle réduit. On évite totalement l'entrée d'air dans le jet de coulée par le fait que l'on amène un gaz protecteur par un tuyau annulaire, muni d'orifices et d'un tablier protégeant la fente, 30 au niveau du passage de la poche dans le canal. L'unique figure du dessin représente schématique-ment,à titre non limitatif, un mode de réalisation de l'invention vu en coupe en élévation. On coule un bloc de forge 1 à partir d'une 'poche 35 de coulée 2,par l'intermédiaire d'un entonnoir 3 et d'un canal 4 en briques, dans une lingotière 5» par le procédé de coulée montante. Les briques de l'entonnoir 3 et du canal 4 sont réalisées en une matière contenant plus de 40$ d'argile. Lors de la première coulée, il se forme sur la surface intérieure des organes 3 & 4 40 une enveloppe d'acier dur 8, qui ne fond pas pendant toute la 69 22578 "5 " 2012256 durée de la coulée et évite l'introduction d'impuretés oxydantes dans le bloc par les briques du canal. La longueur de l'évent 75qui scène l'acier dans une direction verticale avant son entrée dans la lingotière 5, est égale à cinq fois le diamètre d du canal 4. Le dia-5 mètre intérieur D de la partie verticale de l'évent 7 est plus grand que le diamètre intérieur d du reste du canal. De cette façon, l'aoier est amené verticalement et lentement dans la direction de la flèche 9 dans la lingotière?si bien qu'il n'y a pas d'érosion sur les parois. 10 De plus l'évent débouche dans la cavité 10 de la plaque de base 11 de la lingotière. Cette cavité ,qui possède une section de surface relativement grande par rapport à celle de l'évent, s'élargit en cône sur environ deux tiers de sa longueur jusqu'à la lingotière 15 pour se transformer en une coupelle conique 12 dont la surface est légèrement plus faible que la surface intérieure inférieure de la lingotière. La surface supérieure 13 du bloc 1 est recouverté lors de la coulée par une poudre 14 thermiquement isolante consti-20 tuée d'un mélange de cendres et de poussiers de charbon. Le bec de coulée 15 de la poche de coulée 2 est prolongé vers le bas et il pénètre,en laissant une mince fente 16 , dans le chapeau de l'entonnoir 17. C'est à l'aide du tuyau annulaire 18 et de l'enveloppe de tôle 19 qui l'entoure que l'on 25 amène de l'argon ou un autre gaz inerte vers la fente 16,si bien qu'une oxydation du jet de coulée est totalement exclue. On peut ainsi réaliser un bloc d'acier d'environ 200 tonnes, avec une vitesse de coulée de 2t/minute d'environ 200mn. Bien.entendu, l'invention n'est pas limitée à 30 l'exemple de réalisation ci-dessus décrit et représenté et à partir duquel on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisati'on, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 69 22578 - 6 - 2012256 REVENDICATIONS 1°/ Dispositif pour la coulée de blocs de forge lourds, en acier, en particulier pour la coulée de blocs dépassant 50 tonnes, à l'aide d'une ou plusieurs poches de coulée avec une 5 sortie au fond, à l'aide d'une coulée montante, en utilisant des canalisations connues pour l'acier liquide allant de la poche vers la lingotière, et réalisées en matière réfractaire, des surfaces de contact de ce canal avec l'acier liquide étant constituées de cyanite cuite, dispositif caractérisé en ce que}par l'utilisa-10 tion de la coulée montante connue, l'entonnoir et le canal réfractaire sont constitués de briques dont les composants principaux sont l'argile et l'acide silicique, avec une teneur en argile de 40$ et plus. 2°/ Dispositif selon la revendication 1, caracté-15 risé en ce que les briques réfractaires de l'entonnoir et du canal ont une conductibilité thermique supérieure à 0,9 kcal/m»h° pour 1000°C. 3°/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la longueur de l'évent amenant l'acier 20 dans la direction verticale avant son entrée dans la lingotière est un multiple^notamment supérieur à 5» du diamètre du canal. 4°/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la partie verticale de l'évent comporte un diamètre supérieur à l'entonnoir et au canal. 25 5°/ Dispositif selon l'une quelconque des revendi cations 1 à 4, caractérisé en ce que 1'évent débouche dans une cavité de la plaque de base de la lingotière, et le diamètre de la cavité s'élargit à partir de l'entrée sur environ deux tiers de la longueur allant jusqu'à la lingotière, l'évent s'élargissant 30 de façon conique et se terminant pal- une coupelle conique qui s'élargit jusqu'à avoir une surface quelque peu plus faible que celle du fond de la lingotière. 6°/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le bec verseur de la poche est 35 prolongé vers le bas et il pénètre dans l'entonnoir de coulée avec un intervalle faible. 7°/ Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le tuyau annulaire comporte des orifices et une enveloppe recouvrant la fente, pour amener 40 de l'argon ou un autre gaz inerte à l'éndroit du passage du bec de 69 22578 - 7 - 2012256 coulée de la poche dans le canal. 8°/ Procédé pour la coulée selon le dispositif de l'une quelconque des revendications de 1 à 7, caractérisé en ce qu'on utilise une vitesse de coulée comprise entre 1 et 4 tonne/mn.