Brevet FR2019856A1 — publié le 19700710

Parmi les éléments de conduit utilisés jusqu 'à présent pour la production de lingots de fer et d'acier suivant un procédé de coulée en source, les éléments en chamotte se distinguent favorablement étant donné que cette matière présente une bonne résistance au feu, à la compression, et à l'écaillage Bien que les propriétés mentionnées ci-dessus des éléments en chamotte constituent autant d'avantages pour l'application mentionnée, les pouvoirs de calorirugeage et de retention de la chaleur de cette matière sont relativement médiocres.Lorsque le fer et l'acier en fusion passent par les éléments de conduit en chamotte et sont ensuite versés dans une lingotière., la température de la matière en fusion diminue puisque la perte de chaleur dans les conduits est relativement importante; la coulée du fer ou de l'acier dans la lingotière ne peut pas être effectuée de façon uniforme ou est même parfois interrompue totale- ment en raison de colmatages des conduits par l'écaillage de la matière0 La production de lingots de fer ou d'acier d'une grande pureté est également rendue difficile étant donné qu'un grand nombre de particules de chamotte sont versées dans la lingotière en même temps que la matière en fusion, ce qui se traduit par des impuretés non métalliques dans les lingots solidifiés. L'invention a pour objet des éléments de conduit n'ayant pas les inconvénients mentionnés ci-dessus, Selon une caractéristique essentielle de l'invention, un élément de conduit, sous forme d'un corps cylindrique creux, est formé par la jonction de segments moulés en une matière résistant à la chaleur et assurant un bon calorifugeage, la surface extérieure de ce corps est entièrement recouverte par une plaque en acier perforée, tandis que sa surface intérieure est entièrement enduite d'une substance ayant un point de fusion supérieure àla température de 19acxr segments moulés sont constitués à raison de 75 à 90% en poids par une matière réfractaire dont les particules ont une dimension inférieure à 1 mm, par 3 à 10% en poids, de préférence par 4 à 7% en poids d'une matière fibreuse, et par 4 à 15% en ppids d'un liant organique, de préférence une résine thermodurcissable. La section transversale du corps cylindrique creux peut store circulaire ou carrée, et le corps peut être formé par deux segments de section semi-circulaire ou semi-carrée. Les segments moulés résistant à la chaleur et assurant un bon calorifugeage peuvent être obtenus par le mélange de la matière réfractaire, de la matière fibreuse, et du liant organique mentionnes ci-dessus, suivis par le moulage de ce mélange et son séchage à chaud. Parmi les matières réfractaires appropriées et ayant des particules inférieures à 1 mm, on peut citer la silice, l'argile rêfractaire, l'alumine et la magnésie. Comme exemples pour la matière fibreuse, on peut citer les matières fibreuses organiques telles que la pulpe de papier, du papier broyé et cu coton, de même que des matières fibreuses inorganiques telles que l'amiante, la laine de roche, la laine de laitier et la laine de céramique. Comme exemples pour le liant organique, formé de préférence par une résine thermodurcissable, on peut citer les résines phénol-formaldéhyde, crésol-formaldéhyde, rés phénol-Surfural, résines d alcool Surfurylique, résines métaxzylène-formaldéhyde, urie-formalddhyde et mélamineformaldéhyde. Le corps cylindrique creux peut présenter d'un côté une partie saillie et de l'autre c8té une partie creuse. La partie en saillie d'un élément peut 8tre engagée dans la partie creuse d'un élément adjacent. I1 est préférable de recouvrir toute la surface-exté- rieure du corps par une plaque en acier perforée, mais il est également possible d'employer un treillis de fiv de fer. La surface intérieure du corps est entièrement enduite d'une substance ayant un point de fusion supérieur à la tempéra ture de l'acier en fusion, et la partie en saillie, de mme que la partie creuse du corps peuvent également être enduite de cette substance. Parmi les substances appropriées et ayant un point de fusion supérieur à la température de l'acier en fusion, on peut citer des métaux tels que le molybdène (point de fusion 2 620 C) et le tungstène (point de fusion 3 370 C) des oxydes métalliques tels que l'oxyde de chrome (point de fusion 1 990 C), l'oxyde d'aluminium (point de fusion 2 015 C), l'oxyde de zirconium ( point de fusion 2 715 C), le dloxyde de silicium (point de fusion 2 23000) et l'oxyde de magnésium. (point de fusion 2 8G80C), de même que des carbures métalliques tels que le carbure de silicium (point de fusion 2 7000 C) et le carbure de titane (point de fusion 3 40000), ainsi que des silicates métalliques tels que le silicate de zirconium (point de fusion 2 430 C) et le silicate de magnésium (point de fusion 1 9000C). Pour l'application de la substance ayant un point de fusion supérieur à la température de l'acier en fusion sur la surface interne du cylindre creux, on peut utiliser un appareil de pulvérisation connu, par exemple un chalumeau pour la pulvérisation de métaux céramiques à l'état liquide, un chalumeau de pulvérisation analogue à celui utilisé pour le brasage et un jet de plasma. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description détaillée qui va suivre et des dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une coupe longitudinale d'un élément de conduit selon l'invention. La figure 2 est une coupe transversale d'un élément de conduit à section circulaire. La figure 3 est une coupe transversale dsun élément de conduit à section carrée. La figure 4 est une coupe longitudinale qui illustre la liaison de deux éléments de conduit selon l'invention. La figure 5 est une vue en perspective d'un élément de conduit à section circulaire. La figure 6 est une vue en perspective d'un élément de conduit à section carrée. La figure 1 montre un corps cylindrique creux à section cirez culaire formé par deux segments cylindriques semi-circulaire moulés, qui résistent à la chaleur et qui assurent un bon calorifugeage. La surface extérieure du corps est recouverte par deux plaques perforées en acier 2 et 2', tandis que la surface intérieure du corps est enduite d'une substance 3 ayant un point de fusion supérieur à la température de l'acier en fusion. 4 et 5 désignent une partie en saillie et une partie creuse qui sont également recouvertes en 6 et 7 par la substance d'enduction. La figure 2 montre de nouveau les segments sen circulaires 1 et l1S ainsi que les plaques perforées en acier 2 et 2' et la couche d'enduction 3. 8 et 8' désignent des écrous, 9 et 9' des boulons et 10 le joint entre les deux segments semi-circulaires l et l'. La figure 3 est une coupe transversale d'un élément de conduit à section carrée comprenant les segments l et 1', les treillis d'acier 2 et 2', la couche 3 formée par une substance ayant un point de fusion supérieur à la température de acier en fusion, ainsi que des parties de recouvrement pliées, 8,8' et 9,9' du treillis en acier. 10 désigne le joint entre les deux segments 1 et 1'. La figure 4 illustre la façon à laquelle deux éléments de conduit sont reliés l'un à l'autre. 1 et 1' désignent de nouveau les segments semi-circulaires, 2 et 2' sont les plaques perforées en acier, 3 est la couche d'enduction formée par une matière dont le point de fusion est supérieur à la température de l acier en fusion, tandis que 10' désigne le joint entre les deux segments semi-clrculaires 1 et 1' Les figures 5 et 6 sont des vues en perspective d'un élément de conduit à section circulaire et d'un mais A section carrée. Les segments portent références 1 et 1', les plaques perforées en a par 2 et 2', tandis que 3 est la couche d'endu 4 de la figure 5 désigne une partie en saillie entre les segments 1 et l'.Les deux plaques sont retenues ensemble par un boulon de serrage disposé dans les traus Il a référence 5 de la figure 6 désigne une partie creuse et le joint entre les deux segments semi-carrés 1 et 1' portent là encore la r 10. Exemple 1 (Elément à section transversale circ La composition des segments moulés résistant à la chaleur et assurant le calorifugeage est la suivante en poids Silice (dimensions des particules comprises entre 0,5 et 1 mm) 85,5 Pulpe de papier 4,0 An iant e 5,0 Résine phénol-formaldéhyde On mélange les matières mentionnées ci-dessus de manière homogène, on les moule, puis on les sèche à chaud pour obtenir un moulage cylindrique semi-circulaire ayant un rayon intérieur de 50 mm et un rayon etérieur de 70 mm et une longueur de 300 mm, de même qu'une partie en saillie sur l'une des extrémités et une partie creuse sur l'autre extrémité.On assemble les deux moulages semi-circulaires pour obtenir un corps cylin- drique creux à section circulaire ayant un diamètre intérieur de 100 mm, un diamètre extérieur de 140 mm et une longueur de 300 mm. On recouvre ensuite toute la surface de ce corps cylindrique par des plaques perforées en acier ayant une épaisseur de 1,6 mm. On applique sur la surface intérieur du corps cylindrique creux une couche d'oxyde d'aluminium ayant une épaisseur de 0,3 mm en introduisant de l'oxyde d'aluminium ayant des particules de o;060 mm dans un appareil produisant une flamme à jet de plasma (puissance nominale 500 A, tension : 200 V) en utilisant un mélange gazeux de 95% d'argon et 5% d'hydrogène comme gaz de travail débit du gaz : 30 litres/minute).On relie les éléments de conduit à section transversale circulaire ainsi obtenus les uns aux autres pour former un canal de la longueur désirée Exemple 2 ( Elément de conduit à section transversale carrée) La composition des segments résistant à la chaleur et assurant un bon calorifugeage est la suivante en en Poids Alumine (dimension des particules comprises entre 0,2 et 5,0 mm) 90 Papier broyé 6 Résine phénol-formaldéhyde On mélange les matières mentionnées ciadessus de manière homogène, on moule lemélange, puis on le sèche à chaud pour obtenir un moulage cylindrique semi-carré ayant une longueur de 300 mm, de même qu'une partie en saillie à l'une des extrémités et une partie creuse à l'autre extrémité.Les deux moulages sont assem bulbs pour obtenir un corps cylindrique creux à section transversale carrée mesurant 50 mm de côté à l'intérieur, 80 mm de côté à l'extérieur, et 300 mm de long. On recouvre ce corps par un treillis métallique ayant des mailles carrées de 5 mm de côté. On applique une couche de molybdène d'une épaisseur de 0,3 mm sur la surface intérieure ainsi que sur les parties en saillie et creuse du corps en introduisant du molybdène métallique ayant des particules d'une dimension de 0,060 mm dans un appa eil produisant une flamme à jet de plasma en utilisant de 'argon comme gaz de travail On compare les éléments de conduit obtenus suivant les memples 1 et 2 avec des éléments classiques en chamotte pendant a production d'une tonne de lingot d'acier selon un procédé de culée en source sous les mêmes conditions. On obtient Le résultats indiqués dans le tableau indiqué ci-après Tableau Produit Eléments de Support Résultats de coulée conduit n0 d'acier en fusion (nombre) sans eirr montée montée irrégulière 1 tonne Selon 1 0 0 ae lingot l'invention d'acier à 2 0 0 section 1 carrée (6 lingots par sup- Chamotte 3 1 3 port) 4 O # 2 La perte de chaleur engendrée par les éléments de conduit selon 11 invention est inférieure à celle produite par des éléments en chamotte, et on ne constate pas non plus d'écaillages dans les éléments de l'invention, ce qui explique les résultats indiqués dans le tableau ci-dessus, La matière réfractaire utilisée pour la fabrication des éléments de conduit représente entre 75 et 90% en poids et ses particules doivent entre inférieures à 1 mm. Dans le cas contraire, c'est-à-dire lorsque les particules sont supérieures à 1 mm, l'élémnt de conduit n'est fréquemment pas en mesure de résister aux pressions statiques et dynamiques.Cette limitation des dimensions des partioules est également nécessaire pour obtenir une surface intérieure suffisamiient lissez L'emploi d'une quantité appropriée de matière fibreuse et de liant est indispensable pour obtenir des éléments de conduit ayant une bonne résistance à la chaleur et assurant un calorifugeage correct; la dimension des particules de la matière réfractaire joue également un rôle dans la combinaison avec les fibres et le liant. La matière fibreuse, qui peut être organique ou inorganique, doit être utilisée suivant une proportion de 3 à 10% en poids, de préférence de 4 à 7% en poids, afin d'obtenir la porosité désirée et afin d'accroRtre l'effet de calorifugeage. Lorsqu'on utilise plus de 10% en poids d'une matière fibreuse organique, ltélément de conduit est fréquemment attaqué par le gaz produit lors du chauffage de l'élément par l'acier en fusion de sorte que sa résistance à la compression est fréquemment diminuée.Par contre, il est impossible d'obtenir une résistance à la chaleur suffisante lorsque la proportion de matière fibreuse est inférieure à 3% en poids Lorsqu'on utilise un matière fibreuse inorganique, suivant une proportion supé- rieure à 10% en poids, elle est souvent fondue sous l'effet des températures élevées, de sorte que son effet d'isolation thermique est considérablement diminuée Cet effet d'isolation ne peut pas être obtenu lorsque la quantité de matière fibreuse inorganique est inférieure à 3% en poids0 Il est préférable de limiter la quantité de liant organique, formée notamment par une résine thermodurcissable, à une valeur comprise entre 4 et 15% en poids. L'utilisation d'une proportion plus élevée entrain la formation d'importantes quantités de gaz et la diminution de l'effet d'isolation thermique.La résistance mécanique de l'élément de conduit devient au contraire trop faible lorsque la proportion de liant est inférieure à 4% en poids. I1 ressort de ce qui précède que les résultats obtenus avec les éléments de conduit selon l'invention sont nettement supérieurs à ceux obtenus avec les éléments classiques. I1 a été démontré que la montée ou la montée irrégulière d'acier en fusion lors de la production de lingots selon un procédé de coulée en source sont totalement supprimées. I1 en va de même pour les impuretés non métalliques que contiennent les lingots coulés en utilisant des éléments de conduit en chamotte L'invention ntest pas limitée aux formes de réalisation décrite et lthomme de l'art pourra y apporter diverses modifications sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. élément de conduit utilisé pour la production de lingots de fer et d'acier selon un procédé de coulée en source, caractérisé en ce que: - l'élément est formé par un corps cylindrique creux constitué par l'assemblage de segments moulés résistant à la chaleur et assurant un bon calorifugeage; - la surface extérieure de ce corps est entièrement recouverte d'une plaque perforée en acier, et la surface intérieure de ce corps est entièrement enduite d'une substance ayant un point de fusion supérieur à la température de l'acier en fusion;; - la matière résistant à la chaleur et assurant le calorifugeage contient entre 75 et 90 en poids d'une matière réfractaire dont les particules sont inférieures à 1 mm, 3 à 10ss de préférence 4 à 7% en poids d'une matière fibreuse, et 4 à 15% en poids d'un liant organique de préférence une résine thermodurcissable. 2, Elément de conduit selon la revendication 1, carafe térisé en ce que la section transversale du corps cylindrique creux est circulaire ou carrée. 3 Elément de conduit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'une des extrémités du corps cylindrique creux présente une partie en saillie, et en ce que l'autre extrémité présente une partie creuse. 4. Elément de conduit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque perforée en acier est remplacée par un treillis en acier. 5. Elêment de conduit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie en saillie et la partie creuse sont également enduites d'une matière ayant un point de fusion supérieur à la température de l'acier en fusion. 6. Elément de conduit selon la revendication l, caractérisé en ce que la matière réfractaire est du silice, du quartz, de l'argile réfractaire, de l'alumine ou de la magnésie. 7. Elément de conduit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière fibreuse est une matière organique telle que la pulpe de papier, du papier broyé et du coton, ou une matière inorganique telle que l'amiante, la laine de roche, la laine de laitier, et la laine céramique 8 ment de conduit selon la revendication 19 ceractérisé en ce que le liant organique est l'une des Afsi@es suivantes : phénol-formaldéhyde, orésol-fjormaldéhyde, résereinel-formaldéhyde, phénol-furfural, alcool furfurylique, @éthaxylène-formaldéhyde, urée-formaldéhyde et mélamineformaldéhyde.