Brevet FR2031498A1 — publié le 19701120

: La présente invention concerne une plaque exothermique nourrice ou masselotte servant à isoler thermiquement celle-ci à sa surface supérieure dans le moulage d'un lingot d'acier particulièrement selon le procédé de coulée en source. 5 De façon plus précise, l'invention concerne une plaque formée de plusieurs couches, à savoir une cpuche de composition h fréaction exothermique et une couche de composition thermiquemient isolante servant à isoler la surface supérieure de la tête de ,coylée dans la production de lingots d'acier selon 10 le procédé de .cpulée en source j cette plaque^qui est posée avant la coulée du métal en fusion, sert à chemiser l'intérieur du moule, étant montée à l'extrémité supérieure soit d'un moule dans lequel une matière plastique exothermique ou adiabatique isole thermiquement la surface périphérique de la masselotte . 15 d'alimentation dans la coulée en source de l'acier à l'extrémité supérieure du moule ou de la surface intérieure de ce moule, soit d'un moule dans lequel on .n'utilise pas cette matière plastique pour isoler la surface périphérique de la masselotte. Suivant ùn prpcédé classique de fabrication de lingots 20 dràoier, en vue d'économiser le métal, de produire des lingots de bonne qualité et d'améliorer le rendement de coulée en chute ou du procédé de coulée en source, une composition plastique exothermique ou adiabatique est montée à l'extrémité supérieure du moule, de manière à entourer la surface périphérique de la 25 masselotte, cfe à l'extrémité supérieure de la surface intérieure de ce moule, on coule le métal en fusion, on déverse un agent pulvérulent servant à l'isolation thermique de la masselotte et consistant en une poudre exothermique et/pu une poudre adiabatique, et cet agent constitue la couverte de la surface libre de la 30 matière en fusion contenue dans le moule, tout de suite après achèvement de la couche de ee métal pour isoler thermiquement la surface périphérique et la surface supérieure de la masselotte. Toutefois, une quantité fixe de cet agent d'isolation à l'état pulvérulent doit être ajoutée à la surface supérieure 35 de la masselotte assez vite pour recouvrir la surface supérieure du métal en fusion tout de suite après achèvement de la coulée» Mais il n'est pas facile de Jeter cet agent pulvérulent en s'approchant de chacun des nombreux moules dans lesquels on a déversé 70 05672 2 2031498 le métal en fusion. Etant donné que cet agent est pulvérulent, il est difficile de le déverser de manière à constituer une couche d'épaisseur régulière recouvrant la surface supérieure du métal en fusion dans chaque moule, en raison de la distance 5 séparant le point d'où on le déverse et la surface supérieure du métal en fusion dans chaque moule. Lorsque l'on déverse cet agent pulvérulent, il se disperse autour du moule ou s'ajoute au métal en couverte irrégulière. Il faut donc corriger ce processus car l'isolation thermique de la surface supérieure de 10 masselote n'est pas satisfaisante. En particulier, au moment où l'on ajoute cette poudre et après addition, cette poudre, en commençant à réagir, se disperse fâcheusement, continue d'émettre des poussières et gene considérablement la fabrication du lingot. La plaque exothermique d'isolation thermique conforme 15 à. l'invention qui est constituée par une double couche montée au-dessus de la surface supérieurs de la masselotte de coulée en source de l'acier, remédie à tous ces inconvénients, améïore l'isolation thermique de la surface supérieure du métal en fusion et est très avantageuse du point de vue de sa facilité d'utilisation. 20 Plus précisément, la plaque conforme à l'invention est une -plaque à double couche, comprenant une couche de composé exothermique et une couche de composé adiabatique. Dans le cas où on dispose dans le moule une matière plastiqué exothermique ou adiabatique pour isoler thermiquement la surface périphérique 25 de masselote, si l'on dispose la plaque selon l'invention à l'extrémité supérieure, on achève l'opération de fabrication du lingot en versant?à l'aide d'une poche de fonderie, le métal en fusion dans le moule par un conduit de déversement et un canal en brique réfractaire. On supprime ainsi l'opération appliquée, selon les 30 procédés antérieurs qui consistent, tout de suite après avoir coulé le métal en fusion dans le moule, à déverser l'agent pulvérulent d'isolation thermique en s'approchant de la surface supérieure du métal en fusion dans chaque moule. Le procédé selon 1*invention facilite donc considéra-35 blement la fabrication des lingots. En particulier, par opposition aux procédés connus, qui consistent à verser un agent pulvérulent isolant à la surface supérieure du métal en fusion, la plaque selon l'invention est un moulage et est montée à l'extrémité supé- rieùrë "dtfèunonoule avant que l'on ne commence à couler le métal #n Éusiori. De la sorte, il ne se produit plus de dispersion de-poussières, il n'y a plus de pertes et rien ne gêne plus la-fabrication des lingots» Il y a lieu de Remarquer éga-5 lement#jqû|eïL contrasté avec les procédés classiques, la surfaces supérieure du métal en fusion est isolée thermiqueipent ' de la^îa^êm Ja plus avantageuse à l'aide d'une couche épais-seur t5f.eniefEstante ; par suite l'isolation thermique obtenue est très,b,©iige» De plus, depuis le moment où l'on coule le 1G métal en..fusion dans le moule jusqu'à l'achèvement de la coulée la partiç supérieure du moule demeure protégée par la plaque selon IL'inxeiition et, par conséquent, la surface supérieure du ; méJpaïU e®? fusion dé-versé dans le moule ne vient pas directement au, cpiia&t l'air ambiant,et l'on évite la formation de cala-3-5 43uçface supérieure au moment où l'on verse le métal dan&. jioHle, î de la sortes le lingot ne contient ni inclusions non,améitallriqjxes, ni scories, et l'on obtient un lingot à surface r ligse ^an&;%clusion de sable, ni croûtes» En conséquence, le - >>t^aAtepent|;àj; fairei subir à la surface de l'acier est moins im-20 pprtanjt qtie, idans les procédés classiques, et le rendement est mellle^ur^c . ? . iLa,-plaque double selon l'invention comprend d'une part, une QQue.h,ç-..extérieure qui n'est pas au contact de la surface supérieure du-métal en fusion dans \in moule, et . qui est réalisée ■25 à partiçid'janq eomposition homogène adiabatique ayant des propriétés .d'isolation thermique, formée de 20 à 60 % en poids d'un .min«iral;ïayast une granulométrie de 1 à. 5 mm, telle par exemple , - la ;yesfflicîil-ite> 1- obsidienne, -la perlite ou la quartzite, ayant la.pr^pçiété; de: se dilater sous l'effet de la chaleur, de 1 à 8 30 en p.e>iâs.;iàVune substance fibreuse organique comme par- exemple des fenji-ljLe§ ou pulpes de papier9 de 5 à. 20 $ en poids d'un produit;r#f^actaire poreux constitué par du schiste argileux expansé* de la lazilite, de la perlite quartzite, de la perlite obsidienne,-ou de la perlite et de béton cellulaire, ayant une 35,tj^ranulpmé^i'ie de 1 à 3 mm, de 20. à 50 % en poids d'un produit réfpae^irg^nqn poreux consistant en silice, quartz, alumine, poudre.-de^brique d'alumine ou corindon ayant une granulométrie , A? et de "3 à 12 % en poids d'un liant organique ther- 70 05672 4 2031498 modurcissable, comme la résine phénol formaldéhyde ou la résine formaldéhyde d'urée, et, d'autre part, une couche intérieure destinée à venir au contact ou à proximité de la surface supérieure du métal en fusion dans le moule, cette 5 couche intérieure consistant en une composition homogène exothermique dont les principaux agents sont de 6 à 20 % en poids d'une poudre métallique facilement oxydable comme, par exemple, la poudre d'aluminium ou une poudre d'alliage aluminium-magnésium, de 10 à 45 % en poids d'une poudre métallo llque oxydée comme, par exemple, de l'oxyde de fer ou de 1'oxyde de manganèse, de 30 à 50 % en poids d'une matière réfractaire non poreuse consistant en silice, en quartz, en poudre de brique à forte teneur en alumine ou en corindon, d'une granu-lométrie de 1 à 3 mm, de 1 à 8 % en poids d'une substance fi-15 breuse organique comme la pulpe ou feuille de papier, de 3 à 12 % en poids d'un liant organique constituant la partie solide et formé d'une résine synthétique thermodurcissable ou, avantageusement, d'une résine phénol formaldéhyde soluble dans l'eau, et de 3 à 12 % en poids d'un liant inorganique comme, 20' par êxemple, le silicate de potassium ou de soudQ, La plaque à double couche selon l'invention a une épaisseur comprise entre 10 et 150 mm, l'épaisseur de la couche intérieure étant comprise entre 1/2 et 1/5 de l'épaisseur totale. Cette plaque a un contour d'une forme qui lui permet de pro-25 téger l'intérieur du moule à l'extrémité supérieure $ si nécessaire, un ou plusieurs trous sont ménagés dans cette plaque à double couche» . La plaque à double couche^selon l'invention, est une plaque présentant des propriétés exothermiques d'isolation 30 thermique pour la surface supérieure du métal dans le cas du procédé de coulée en source, cette plaque étant montée préalablement sur l'extrémité supérieurè du moule 1 avant que l'on coule le métal en fusion, de sorte que cette couche intérieure ' peut se trouver au-dessous» 55 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et du dessin annexé, sur lequel 1 la figure 1 est une coupe verticale montrant la partie supérieure d'un moule dans lequel une matière plastique 70 05672 5 2031498 exothermique ou adiabatique^ servant à isoler thermiquement la surface périphérique de masselote, est disposée sur l'extrémité supérieure d'un moule destiné à la coulée en source d'acier, et une plaque à double couche selon l'invention, percée d'un 5 trou à sa partie centrale, cette plaque étant montée avant que l'on coule le métal en fusion à l'extrémité supérieure de cette matière plastique % la figure 2 est une coupe verticale de la partie supérieure d'un moule dans lequel une matière plastique exothermique ou 10 adiabatique isole thermiquement la surface périphérique de la massëlotte à l'extrémité supérieure de la surface iEfcérieure dû moule de coulée en source, et une plaque à double couche exothermique,.selon l'invention, est montée préalablement à la coulée de métal en fusion à l'extrémité supérieure de cette ma-15 tière plastique ; la figure 3 est une coupe v-ertioale montrant la partie supérieure d'un moule dans lequel une plaque exothermique selon l'invention est disposée sur son extrémité supérieure en vue de la réalisation d'un lingot d'.aeier„ ' 20 Sur la figure 1, la plaque à double couche selon l'in vention est constituée par line couche intérieure 3 en composition exothermique, et une couche extérieure 4 en composition adiabatique, cette plaque étant destinée à être montée sur l'extrémité supérieure d'une matière plastique exothermique 25 ou adiabatique 2 servant à isoler thermiquement la surface périphérique d'une masselotte constituée sur l'extrémité supérieure d'un moule 1. Cette plaque est montée sur l'extrémité supérieure du moule avant que l'on coule le métal en fusion. Sur la figure 2, la plaque à double couche selon l'in-. 30 vention se compose d'une couche intérieure 3 et d'une couche extérieure 4, cette plaque étant disposée sur l'extrémité supérieure d'un moule 1, dans lequel à l'extrémité supérieure de la surface intérieure est disposée une matière plastique 2, adiabatique ou exothermique, servant à isoler thermiquement la surface périphé-35 rique d'une masselotte. Dans le cas de la figure 3* la plaque à double couche selon l'invention est disposée sur l'extrémité supérieure d'un moule 1. 70 05672 6 2031498 La composition de la plaque selon l'invention varie entre les limites indiquées ci-dessus, de manière à satisfaire aux conditions de fabrication des lingots, comme par exemple le poids du lingot, la qualité de l'acier et la température 5 de moulage. Les tableaux annexés donnent des exemples de compositions et de formes. La plaque selon l'invention est obtenue par les opérations suivantes s 10 On ajoute à la composition de la couche extérieure, de l'eau, de manière à obtenir une boue homogène i on dispose cette boue dans une matrice, on la déshydrate j on coule un mélange pétri homogène de la composition de couche inférieure^ indiquée ci-dessus, dans la couche supérieure de cette matrice \ 15 on déshydrate de nouveau et on sèche à l'air chaud. Conformément à l'invention, on fabrique des lingots en utilisant successivement les trois types de plaques selon l'invention ; (a) on utilise la - plaque du type n° 1 indiquée ci-dessus, avec tin moule pour lingot circulaire"d'une tonne,, ce 20 moule comportant un revêtement de matière plastique servant à isoler thermiquement la surface périphérique de la masselotte, la plaque selon l'invention étant montée à l'extrémité supérieure du moule ; (b) on utilise la plaque n° 2 avec un moule servant à fabriquer des lingots carrés de deux tonnes, ce moule 25 comportant une matière plastique adiabatique servant à isoler thermiquement la surface périphérique de la masselotte, la plaque étant montée à 1'extrémité supérieure de la surface intérieure du moule j (c) on utilise la plaque n° J sur un moule Servant à fabriquer des lingots carrés de trois tonnes, ce moule n'uti-30 lisant pas de matière plastique pour isoler thermiquement la surface périphérique de la masselotte. Si l'on compare les résultats obtenus avec ceux du procédé classique qui consiste à déverser uh agent pulvérulent servant à isoler thermiquement la surface supérieure de la 35 masselotte, sur la surface libre de métal en fusion, on constate que l'on obtient les avantages suivants s 1. 11 n'est plus nécessaire de déverser l'agent pulvérulent sur la surface supérieure du métal fondu de chaque moule, im *0 05672 »y » 7 2031498 médiat-ement après avoir aGhëvé la coulée de ce métal dans le moule s ^ * 2. r . 1'opérateur n'est pratiquement plus soumis aux radiations ^émis» g par. le métal fondu 5 3. . des poussières ne sont plus produites au cours de la fabrication du lingot j ■ 4-, - l'isolation thermique de la surface supérieure de la masselotte est bien meilleure j 5, -- la pénétration d'un oxyde métallique et d'inclusions 10 non métalliques diminue considérablement et on obtient un lingot présentant: uiie surface extérieure satisfaisante i èt 6. . - , le•traitement superficiel du lingot ,se trouve de la sorte fortement simplifié. Les?matériaux naturels utilisés pour confectionner la 15 couehe extérieure de la plaque selon l'invention doivent avoir une granulométrie de 1 à 5 mm et doivent être utilisés dans la proportion-' de 20 à 60 # en poids. Si cette proportion est inférieure: à 20 % l'isolation thermique obtenue est médiocre. Si. cette proportion est supérieure à.60 il se produit, en 20 raison de la réaction exothermique de la couche intérieure, des'fissures importantes dans la couche extérieure, et l'isolation thermique adiabatique diminue. De plus, il est très avantageux d'utiliser la substance fibreuse organique dans la proportion de^ï à 8 % en poids. Lorsque cette proportion est in-25 férieure à JL #, l'isolation adiabatique est médiocre. Si elle, est supérieure à 8 %, le volume de la couche extérieure diminue et, par suite., l'isolation thermique est réduite. La matière . réfractaire.poreuse d'une granulométrie de 1 à 3 mm doit être: utilisée, dans une proportion comprise entre 5 et 20 % en poids. 30 si la granulométrie est inférieure à 1 mm, la porosité de la couche extérieure diminue et il en est de même de l'isolation thermique j: si la granulométrie est -supérieure à 3 mm, il se forme des pores et l'isolation thermique diminue. De plus, lorsque l'on utilise moins de 5 %3 l'isolation thermique adiabatique 35 est médiocre. Lorsque l'on utilise plus de 20 % en poids, la résistance de la plaque selon 1'invention est réduite. La substance réfractaire non poreuse, d'une granulométrie de 1 à 3 mm, doit être^utilisée dans une proportion comprise entre 20 et 50 % 70 05672 8 2031498 en poids, afin de contenir d'autres éléments capables de maintenir la résistance et l'isolation thermique adiabatique. Il est avantageux que le liant organique intervienne dans une proportion de 3 à 12 % en poids. Lorsque la proportion 5 est inférieure à 3 %, la résistance de la plaque selon l'invention est si faible que cette plaque risque d'être brisée ou de s'affaisser, il est inutile d'utiliser plus de 12 % en poids. Il est préférable, pour-assurer l'isolation thermique exothermique selon l'invention, d'utiliser les poudres métallo liques facilement oxydables, comme de la poudre d'aluminium ou -d'alliage d'aluminium, pour la couche intérieure , dans une proportion comprise entre 6 et 20 % en poids. Lorsque cette proportion est inférieure à 6 l'effet exothermique est si faible que l'on n'obtient aucune isolation thermique de la. mas -15 selotte. Il n'est pas nécessaire d'utiliser plus de 2Q % en poids. La poudre métallique oxydée utilisée comme agent oxydant pour la poudre métallique facilement oxydable doit intervenir dans une proportion comprise entre 10 et 45 % en poids au maximum pour assurer le meilleur effet exothermique. 20 La substance réfractaire non poreuse d'une granulométrie comprise entre 1 et 3 nm doit être présente dans une proportion comprise entre 30 et 50 % en poids ; lorsque cette proportion. „ est inférieure à 30 $ , la résistance à chaud de la plaque est faible au cours des manipulations. Lorsque la proportion est 25 supérieure à 50 %, la proportion des composants efficaces pour assurer l'effét d'isolation par réaction exothermique diminue, ce qui n'est pas avantageux. La granulométrie est comprise entre 1 et 3 mm, de manière à conserver la résistance et la porosité de la plaque selon l'invention. 30 La substance fibreuse organique doit intervenir dans une proportion comprise entre 1 et 8 % en poids. Lorsque cette, proportion est inférieure à 1 %, l'isolation thermique est médiocre j lorsqu'elle dépasse 8 %} le gaz produit lorsque cette substance brûle est nuisible au métal en fusion, de sorte que 35 la valeur de 8 % est une limite supérieure. La plaque selon l'invention est caractérisée également par le fait que dans sa composition entre un liant composé d'une résine synthétique thermodurcissable,dans une.proportion de. 3 70 05672 9 2031498 à 12 % (ou de préférence une résine thermodurcissable soluble dans l'eau), et un produit inorganique, dans la proportion de 3 à 12 Si l'on n'utilise que le liant organique, comme par exemple la résine synthétique, lorsque cette résine arrive 5 au voisinage du métal fondu à très haute température, elle brûle et se carbonise, ce qui diminue la résistance de la couche intérieure et, par suite, constitue un inconvénient. Par contre, si l'on utilise seulement un liant inorganique, par éxemple du silieate de potasse ou de soude, l'eau de cristallisation 10 de ce silicaté demeure dans la couche intérieure et, lorsque cette couche 'arrive au voisinage du métal en fusion, il prend,... naissance un gaz de décomposition qui nuit â ce métal. On diminue la production d'un tel gaz en utilisant les deux liants. Chacun d'eux doit être utilisé dans la proportion de 3 à 12 % en poids. 15 Si l'on utilise moins de 3 % de chaque liant, la résistance de la couche intérieure est faible, mais il n'est pas nécessaire d'utiliser plus de 12 %. Dans la plaque selon l'invention, la couche extérieure assure un effet d'isolation thermique adiabatique, et la couche 20 intérieure assure un effet d'isolation exothermique. Il est particulièrement avantageux,pour l'isolation thermique de la surface supérieure de la tête d'alimentation du moule, que la plaque ait une épaisseur comprise entre 10 et 150 mm. Lorsque son épaisseur est inférieure à 10 mm, l'iso-25 latién thermique est médiocre, mais il n'est pas nécessaire que l'épaisseur dépasse 150 mm. Il est préférablé que la couche intérieure,qui assure un "effet d'isolation exothermique, ait une épaisseur comprise eribre la moitié et le cinquième de l'épaisseur totale de la 30 plaque. Lorsque l'épaisseur de cette couche intérieure est inférieure au cinquième de l'épaisseur totale, l'isolation par réaction exothermique,est insuffisante,, mais il n'est pas nécessaire que l'épaisseur de cette couche intéri-eure soit supérieure à la moitié de l'épaisseur totale. De plus, on peut avantageu-35 sement ménager un trou à travers les deux couches constituant la plaque^ selon l'invention, afin de permettre l'échappement de gaz nuisibles du moule. Toutefois, il est. bon que ce trou soit aussi petit que possible, afin de réduire la dissipation 70 05672 10 2031498 de chaleur du métal en fusion pendant la coulée dans le moule -et d1 empêcher la formation de-'calamine sur la surface libre de ce métal fondu. Il est avantageux également que le contour de la 5 plaque selon l'invention soit tel que, lorsqu'on monte cette plaque sur l'extrémité supérieure du moule, l'intérieur de ce dernier soit parfaitement protégé de l'air ambiant et qu'il ne se forme pas àe poche d'air. Bien entendu diverses modifications peuvent être ap-10 portées par le spécialiste aux dispositifs qui viennent d'être décrits, uniquement à titre d'exemple non limitatif^ sans sortir du cadre de l'invention. J®.#5672 ii 2031498 - . . .. REVENDICATION Plaque double à réaction exothermique et d'isolation thermique de la surface supérieure d'un métal en fusioii coulé dans un moule utilisant le procédé de coulée en source, cette 5 plaque étant caractérisée par le fait qu'elle comprend, d'une part, une couche extérieure qui n'est pas au contact de la surface* supérieure du métal en fusion dans un moule et qui est réalisée à partir d'une composition homogène adiabatique ayant, des propriétés d'isolation thermique, formée de 20 à 60 % 10 en poids d?un minerai ayant une granulométrie de. 1 à 5 mm, telle par exemple la vermiculite, l'obsidienne, la perlite ou.la quart-zite, ayant la propriété de se dilater sous l'effet de la chaleur, de, 1 à 8 % en poids d'une substance fibreuse organique commf. par exemple des feuilles ou pulpes de papier, de 5 à 20 % 15 en poids d'un produit réfractaire poreux constitué par du schiste argileux expansé, de la lazilite, de la perlite quartzite, de la perlite obsidienne, ou de la perlite et de béton cellulaire, ayant une granulométrie de 1 à 3 mm, de 20 à 50 % en poids d'un produit réfractaire non poreux consistant en silice, quartz, 20 alumine, poudre de brique d'alumine ou corindon ayant une granulométrie de 1 à 3 nun, et de 3 à 12 % en poids d'un liant organique thermodurcissable, comme la résine phénol formaldéhyde ou la résine formaldéhyde d'urée, et, d'autre part, line couche intérieure destinée à venir au contact ou à proximité de la sur-25 face supérieure du métal en fusion dans le moule, cette couche intérieure consistant en une composition homogène exothermique dont les principaux agents sont de. 6 à 20 % en poids d'une poudre métallique facilement oxydable comme, par exemple, la poudre d'aluminium ou une poudre d'alliage aluminium-magnésium, de 10 30 à 45 % en poids d'une poudre métallique oxydée comme, par exemple^ de l'oxyde de fer ou de l'oxyde de manganèse, de 30 à 50 % en poids d'une matière réfractaire non poreuse consistant en silice, en quartz, en poudre de brique à forte teneur en alumine ou en corindon, d'une granulométrie de 1 à 3 mm, de 1 à 8 # en poids 35 d'une substance fibreuse organique comme la pulpe ou feuille de papier, de 3 à 12 % en poids d'un liant organique constituant la partie solide 'et formé d'une résine synthétique thermodurcissable ou, avantageusement, d'une résine phénol formaldéhyde 70 05672 12 2031498 soluble dans l'eau, et de 3 à 12 % en poids d'un liant inorganique comme, par exemple, le silicate de potassium ou de soude, l'épaisseur de cette plaque étant comprise entre 10 et 150 mm et la couche intérieure ayant une épaisseur comprise 5 entre la moitié et le cinquième de l'épaisseur totale, le contour de cette plaque étant tel qu'il protège le moule lorsque la plaque est montée.à son extrémité supérieure, ladite plaque, qui comporte éventuellement un ou plusieurs trous, étant montée à l'avance sur l'extrémité supérieure du moule avant que l'on 10 ne coule le métal en fusion»