Brevet FR2036867A1 — publié le 19701231

L'invention concerne des produits céramiques carbonés à usage notamment de matériaux réfractaires. On connait les produits réfractaires carbonés h base de silicates d'alumine ou d'oxydes réfractaires ; la présence de carbone confère à ces produits une exenl- lente résistance à la corrosion en présence d'acier liquide et de laitiers agressuifs. Ces produits sont utilisés pour la fabrication de briques ou pièces réfrac- taires employées dans la métallurgie de l'acier et de divers métaux. La présence du carbone confère à ces produits un coefficient de conductibilité calorifique plus élevé que celui des produits réfractaires non carbonés, ce qui est un inconvénient pour certaines applications : par exemple, pour les busettes de coulée, il en résulte un risque de figeage du métal au bec de busette. En outre, ces produits sont coûteux en raison meme du procédé employé jusqu'ici pour les fabriquer. Ce procédé comporte une opération de cuisson réalisée en disposant les produits à cuire dans des caissons à l'intérieur desquels tous les vides laissés tant à l'intérieur des produits eux-mêmes qu'entre les produits et les parois des caissons sont remplis de poussier de coke.La transmission de la chaleur au produit k cuire se fait mal à travers les parois des caissons et à travers le poussier de coke, ce qui présente de nombreux inconvénients par rapport à ce qui se passe lors de la cuisson à feu nu de produits réfractaires non carbonés - la durée de cuisson est plus longue, - la productivité du four est plus faible, - on est obligé de consentir une température plus élevée à la flamme pour une meme température de cuisson des produits, ce qui nécessite un four de cuisson plus comateux à la fois comme prix de construction et comme prix d'exploitation - les produits eux-memes obtenus de cette façon sont plus comateux. De plus, il est nécessaire de se livrer à des opérations conteuses de séchage du poussier de coke et des produits eux-m8mes préalablement à la cuisson, car les moindres traces dthumidité donnent naissance dans le four à de la vapeur d'eau qui provoque des décarburations inégalement réparties au sein et à la surface des produits. Rnfin, les opérations d'enfournement du poussier de coke dans l'atmosphère sèche et chaude qui règne dans les fours et à leur voisinage sont très pénibles pour le personnel les produits céramiques carbonés suivant l'invention sont des produits comportant des faces de travail destinées à être en contact avec les matières que doivent recevoir, contenir ou transférer ces produits, les autres faces étant dites non fonctionnelles, et dans lesquels la teneur en carbone sur les et au voisinage des faces de travail est comprise entre I et 50 , la teneur en carbone sur les et au voisinage des faces non fonctionnelles est inférieure à 0,5,45, et la composition de la matière céramique de base est uniforme au sein de la masse entière de chaque produit.Ces produits présentent les avantages suivants Les faces non fonctionnelles étant dépourvues de carbone sur une certaine profondeur, le coefficient de conductibilité calorifique du produit est plus faible au voisinage de ces faces que dans le reste du produit ; il en résulte une 'iminu+r^n de la transmission de chaleur par conductibilité vers la face non fonctionnelle, ce qui diminue les risques de figeage du métal fondu au contact de la face de travail. La déperdition calorifique se trouve d'ailleurs diminuée non seulement par l'abaissement ci-dessus mentionné du coefficient de transmission de chaleur par conductibilité, mais encore par le fait que la couleur de la face non fonctionnelle est. du fait de l'absence de carbone, très claire, presque blanche, et par conséquen une faible émission de chaleur par rayonnement. De plus, les produits suivant l'invention sont d'un prix de revient beaucoup moins élevé que les produits céramiques carbonés actuellement connus : les produits suivant l'invention sont en effet cuits à feu nu, dtoù il résulte une diminution de la durée de cuisson, l'amPlioration de la productivité du four de cuisson, la possibilité de cuire les produits à une température déterminée avec une fIsse de te- rature moins élevée que dans le procédé de fabrication des produits classiques, la suppression des caissons utilisés dans le procédé classique pour contenir le poussier de coke, la diminution considérable voire la suppression de ltemploi de pous- sier de coke. En outre, la libre circulation des flammes et fumées au contact des preduita en cours de cuisson a pour effet dtentrainer au fur et à mesure de sa production 1 vapeur d'eau provenant de la vaporisation de l'humidité des produits, ce qui limite à un minimum l'oxydation du carbone contenu dans ceux-ci et a pour effet de fouz1n4r des produits plus homogènes dans la partie qui n'est pas décarburée. Enfin, les quantités de poussier de coke éventuellement utilisées sont rédui tes dans une telle proportion que cela améliore considérablement les conditions de travail des ouvriers. Les moyens mis en oeuvre pour parvenir à ce résultat consistent, après avoir fabriqué suivant les procédés connus des produits crus constitués par un mélange uniforme composé de 99 à 50 % de pate réfractaire à liant céramique avec 1 à 50 % de produits carbonés et, après avoir séché ces produits, à les cuire en exposant les faces non fonctionnelles des produits au feu nu des flammes de chauffage. lorsque la face de travail d'un produit est sa face interne, l'intérieur du produit est rempli de poussier de coke avant cuisson et la face externe du produit est laissée sans protection. Lorsque la face de travail d'un produit est sa face externe, cette face est recouverte avant enfournement d'un enduit protecteur, d'épaisseur 0,1 à 1 mm, cons titué par exemple d'un mélange de trois silicates : deux silicates de manganèse MnSiO4 et inSiO3 et d'un silicate double de manganèse et de fer (Fe, Mn) 2 SiO4 ou toute autre composition qui, en subissant un début de fusion ou grésage en cours de cuisson, constitue alors un revêtement étanche qui empêche toute décarburation de la face de travail. On voit que par les moyens que l'on vient de décrire, les faces non fonctionnelles des produits sont exposées sans aucune protection à l'action oxydante des flammes de chauffage et des fumées circulant dans le four ; il en résulte que le carbone contenu dans le produit sur les faces non fonctionnelles est brdlé au cours de la cuisson sur une profondeur comprise entre 0,1 et 15 mm suivant les conditions de cuisson. Pour fabriquer les produits suivant l'invention, on peut utiliser comme pâtes réfractaires des argiles à base de silicates d'alumine, avec ou sans agrégats réfractaires, tels que : chamotte (grains d'argile cuite broyée), sillannite, mul- lite, oxydes réfractaires tels que : chromite, magnésie, gibbsite calcinée, alumine frittée ou électrofondue, etc. Comme produits carbonés, on peut utiliser du graphite, du coke, de l'anthra- cite, du charbon maigre ou anthraciteux, du coke de'pétrole, du noir de fumée, d'une façon générale tout produit à très haute teneur en carbone ou tout au moins laissant à la cuisson un résidu de carbone sensiblement pur. Pour une meilleure compréhension de l'invention, on se reportera à la descrip- tion plus détaillée donnée ci-après, à titre non limitatif, d'un certain nombre d'exemples d'application et aux figures 1 et '2 représentant respectivement en coupe une busette de coulée et un tampon de poche d'aciérie. - Prier exemple : busettes pour poches de coulée, figure 1. le busette est un accessoire de coulée de l'acier intervenant dans la construction de la poche. C'est une pièce de révolution dont la surface de travail (1) constitue le canal d'écoulement du métal dans le sens de la partie évasée vers la partie cylindrique. Cette face de travail (1) est bien graphitée La zone voisine de la face non fonctionnelle (2) est décarburée sur quelques millimètres drépaisseur alors que l'intérieur de la pièce (3) est bien graphité. La face extérieure de la busette (4), face non fonctionnelle, est en contact sur une partie de sa hauteur avec la brique de siège (5) montée dans la maçonnerie du fond de la poche.La zone (2) décarburée, dans le bas de la busette, diminue la conductibilité moyenne de la pièce et contribue ainsi à éviter que le jet de métal ne gèle par refroidissement trop intense. La cuisson de ces busettes se fait en les enfournant verticalement,tete contre tête, sur la plateforme d'un wagonnet de four tunnel et en deux lits de pièces par exemple. Sur la queue de la busette Supérieure est placé un manchon servant d'entonnoir. Du poussier de coke 0/5 mn est versé par le manchon dans le canal ainsi formé. les busettes ainsi placées sont cuites en four tunnel à feu nu à la tempé rature de 14000 C par exemple.La composition utilisée pour la fabrication de ces busettes est du type - chamotte argileuse 40 à 50 do en poias, - feldspath sodique 5 à 15 ss en poids, - argile réfractaire 30 à 40 ss en poids, - graphite en paillettes 10 à 15 , en poids. - Deuxième exemple : tampons de quenouille pour poches due coulée, figure 2. Le tampon est une pièce de révolution fixée a' à l'extrémité de la tige de quenouille par vissage par exemple. La partie sphérique basse vient obturer la busette décrite ci-dessus. L'intérieur de la pièce (6) est bien graphité. La face non fonctionnelle est décarburée sur quelques millimètres (7). Cette face non fonctionnelle est en contact avec la tige de quenouille métallique. La partie décarburée (7) diminuant la conductibilité moyenne de la pièce protège la tige métallique contre un échauffement qui la mettrait en péril. La face de travail (8) en contact avec le métal fondu est bien graphitée. Pour fabriquer les tampons tels que décrits ci-dessus, on pulvdrise sur la face externe (8) l'enduit protecteur défini ci-dessus, l'épaisseur de la couche déposée ne dépassant pas 1 mm. Les tampons sont placés couchés à la partie supérieure d'un empilage normal de wagonnet de four tunnel qui est cuit à la température de 14000 C à feu nu pour une composition identique à celle décrite ci-dessus. - Autres exemples : les produits céramiques carbonés suivant l'invention peuvent également etre utilisés à la fabrication de busettes-tiroirs, viroles de-poches d'aciérie, creusets, couvercles de creusets, rehausses de creusets, supports de creusets. REVENDICATIONS 1 - Produits céramiques carbonés caractérisés en ce que la teneur en carbone sur les et au voisinage des faces de travail est comprise entre 1 et 50 % en poids, la te neur en carbone sur les et au voisinage des faces non fonctionnelles est inférieure à 0,5 % en poids, et la composition de la matière céramique de base est uniforme au sein de la masse entière de chaque produit. 2 - Produits céramiques carbonés suivant revendication 1 caractérisés en ce que la couche sous la face non fonctionnelle, dans laquelle la teneur en carbone est infé rieure à 0,5 %, a une épaisseur comprise entre 0,1 et 15 mm. 3 - Procédé de fabrication de produits céramiques carbonés suivant revendications 1, 2, caractérisé en-ce que les faces non fonctionnelles des produits sont exposées à feu nu lors de-^la- 4 - Procédé de fabrication de produits céramiques carbonés suivant revendications 1,' 2, dans lesquels les faces de travail sont les faces internes des produits, carsote risé en ce que les dites faces de travail internes sont protégées de la décarbura tion pendant la cuisson par un remplissage de matières réductrices telles que du poussier de coke. 5 - Procédé de fabrication de produits céramiques carbonés suivant revendications 1, 2, dans lesquels les faces de travail sont les faces externes des produits, caracté risé en chaque les dites faces de travail externes sont protégées de la décarbura- -tion penda t la cuisson par un revêtement d'un enduit protecteur constitué par un produit grésant à la température de-cuisson. - 6 - Articles constitués par des produits céramiques carbonés suivant l'une des re--- vendications-pree'dentes, :caractérisés en ce qu'ils sont destinés à recevoir, conte= nir ou transférer, habituellement ou accidentellement, des métaux en fusion.