Brevet FR2034618A1 — publié le 19701211

La présente invention concerne la coulée de métaux fondus pour former des lingots. Bien- que le procédé que l'on va décrire puisse servir avantageusement pour couler des métaux variés, son application principale concerne la coulée 5 de lingots d*acier, et c'est à ce mode d'utilisation que la description sera spécialement consacrée. Quand on coule de l'acier fondu dans une longo-tière» la surface du métal en fusion tend à s'oxyder au contact de l'air et une'peau d'oxyde se forme sur cette surface. De 10 plus, pendant la solidification, le lingot tend à se souder aux parois de la lingotière et le démoulage ultérieur, même s'il n'est pas rendu impossible, risque de provoquer un endommage-ment des parois de la lingotière et/ou l'apparition de défauts dans la surface du lingot. 15 Jusqu'à présent, les spécialistes avaient réduit ces inconvénients au minimum"en utilisant pour cela des additifs ou des revêtements que l'on applique sur les faces intérieures de la lingotières ou que l'on place dans la lingotière avant la coulée et qui, sous l'action de la chaleur du métal fondu, fondent 20 ou se décomposent pendant la coulée, avec pour résultat 'une action de dé soxydation ou action réductrice sur les interfaces entre le métal fondu et les parois de la lingotière et/ou entre le métal fondu et l'atmosphère. Cependant les produits que l'on utilise à cette fin ont fréquemment une certaine ten-25 dance à modifier la composition du métal coulé, particulièrement sur la surface et à proximité de la surface du lingot. Pour charger les lingotières avec du métal fondu, on peut couler le métal dans le haut de la lingotière ou remplir la lingotière à partir de sa base. La présente invention concerne 30 ce dernier mode opératoire, que l'on appelle normalement "coulée en source". L'invention a pour but d'apporter à la coulée en source des lingots un perfectionnement concernant la suppression des défauts dans le lingot, par exemple la suppression des 35 défauts appelés "reprises" et "peau de crapaud"« Selon la présente lavention, un procédé de production d'un lingot dans lequel la lingotière est chargée par le bas avec du métal fondu, est caractérisé en ce qu'on installe dans le lingotière, sur sa base ou à proximité immédiate de sa base8 40 un matelas comprenant une matière fibreuse réfractaire et un 70 07509 2 2034618 flux» Quand le métal fondu pénètre dans la lingotière, il fait fondre le flux qui se libère ainsi du matelas et exerce son action réductrice, le matelas conservant toute sa cohérence. Si la composition du matelas est judicieusement étudiée, ce 5 matelas peut remonter le long de la lingotière pour arriver sur la surface du métal en fusion. Comme on vient de le dire, le matelas contient des fibres réfractaires et un flux. Cependant, ce matelas peut avantageusement contenir d'autres constituants, par exemple lO line matière réfract aire non fibreuse et/ou une matière fibreuse-organique. Bien entendu, c'est la teneur en fibres qui permet au matelas de prendre sa forme. Eventuellement, on peut également incorporer un liant, par exemple une résine. La matière fibreuse réfractaire peut être de 15 l'amiante, mais pour éviter le risque d*asbestose chez les ouvriers, il est préférable d'utiliser des fibres de silicate de calcium ou de silicate d'aluminium (par exemple de la laine de scories ou de la laine minérale). On peut toutefois utiliser d!autres matières fibreuses possédant des propriétés 20 réfractaires appropriées, par exemple des fibres de verre ou des fibres métalliques. Le flux peut être l'un de ceux que l'on utilise couramment pour le traitement de désoxydation des métaux fondus. Quand le mtal à couler est l'acier, les meilleurs flux sont les 25 cendres volantes, le carbonate de sodium calciné et éventuellement le spath fluor ainsi que des scories de hauts-fourneaux pulvérisées. On préfère tout spécialement un mélange de cendres volantes et de carbonate de sodium calciné dans un rapport pondéral de 5:1 à 6:1. Avantageusement le flux peut 30 être sous forme particulaire et les particules sont enrobées, au moins partiellement, de carbone très finement divisé. Ces flux enrobés peuvent être préparés par un procédé qui corçLste à brasser le flux particulaire avec une certaine quantité de carbone finement divisé jusqu'à obtention des particules désirées qui 35 sont enrobées ou partiellement enrobées avec du carbone. On peut utiliser le carbone finement divisé sous différent^ formes, par exemple, à l'état finement pulvérisé, du coke, du graphite, du charbon de bois ou de la farine de liège brûlé ; et également du noir de lampe, du noir de carbone et du noir d'acétylène. 40 Les trois ingrédients mentionnés en dernier lieu sont préférés 70 07509 3 2034618 car ils ont, dès le départ, une granulométrie plus fine. Les proportions pondérales des divers ingrédients dans les compositions décrites sont de préférence les suivantes : 5 carbone 1 à 30 % flux 70 à 99 % quand le carbone est sous la forme pulvérisé de coke, de graphite, de charbon de bois ou de farine de liège brûlé ; et carbone 1 à 8 % 10 flux 92 à 99 % quand le carbone est sous la forme de noir de lampe, de noir de carbone ou de noir d'acétylène. Si une matière organique fibreuse est également présente, elle peut être par exemple de la pâte à papier ou de la 15 sciure de bois. La poussière de liège, qui n'est pas à proprement parler fibreuse, peut également être incorporée. Quand on incorpore une matière réfractaire par-ticulaire, cette dernière peut être, par exemple, du sable cru ou de la farine de silice, de l'alumine, de la magnésie, de la 20 chamotte, de la vermiculite ou de la perlite. Bien entendu, dans chacune des catégories d'ingrédients indiqués, il est toujours possible d'utiliser en mélange plusieurs éléments d'une catégorie. C'est ainsi que l'on peut utiliser un mélange d'amiante avec des fibres réfractaires 25 synthétiques (par exemple de la laine de scories ou de la laine minérale). Les matelas peuvent contenir, par exemple, les ingrédients suivants dans les proportions pondérales indiquées : parties 30 matière fibreuse réfractaire 10 à 60 flux 5 à 70 matière fibreuse organique 0 à 50 matière réfractaire particulaire 0 à 25 liant 0 à 15 35 Pour préparer les matelas utilisés dans la pré sente invention, on commence par former une suspension dans l'eau des ingrédients indiqués, puis on place la suspension dans un récipient dont une paroi forme tamis, on exprime le liquide de la suspension à travers cette paroi fornant tamis et on dépose 40 de cette façon un matelas des constituants solides de la suspen 70 07509 2034618 sion sur ce tamis, puis on sépare le matelas du tamis, on le sèche et (de façon facultative) on le traite à lfétuve. On peut exprimer le milieu aqueux de la suspension par 1*application de pression ou de vide, selon les préférences. 5 L?épaisseur optimale du matelas varie selon le mode d'utilisation projeté. Une épaisseur de 5 à 25 mm.est en général appropriée. Il est préférable de choisir les ingrédients et les conditions de fabrication de manière à obtenir un matelas ayant une masse volumique relativement faible, peu? 10 exemple de 0,4 à 0,6 g/cm . L'utilisation des produits selon l'invention, par comparaison avec les produits de la technique antérieure ayant la même destination, se traduit par la formation de lingots qui possèdent un meilleur fini superficiel, une surface moins 15 oxydée, des proportions plus faibles d*inclusions dans les surfaces et une réduction des contraintes internes par suite de la distribution inadéquate du métal de nourrice pendant la solidification. Les exemples suivants, dans lesquels les parties 20 sont en poids, servent à illustrer 1?invention. EXEMPLE COMPARATIF On coule des lingots d1acier pesant chacun 1,5 tonne dans des lingotières par la technique de coulée en source à la température de 1650°C. Avant la coulée, on traite chaque 25 lingotière en enduisant sa paroi d'un revêtement connu disponible dans le commerce. Après solidification, on démoule les lingots et on les examine. Le fini superficiel est acceptable, et on constate une certaine oxydation de surface. EXEMPLE 1 : 30 on procède comme dans l'exemple précédent, sauf qu'au lieu de traiter la lingotière de la manière indiquée, on recouvre la base de la lingotière, avant la coulée, avec un matelas fibreux ayant 18 mm d^épaisseur et réalisé par le procédé de préparation en suspension qui a été précédemment expliqué, 35 à partir des ingrédients suivants ; Cendres volantes 10 parties Laine de scories 50 *' Pâte de bois 30 » Silicate de sodium 4Q (liant) 5 parties de ma tières solides 70 07509 5 2034618 q La masse volumique du matelas est de 0,47 g/cm . Ce matelas coaser?e sa cohérence pendant 3 minutes à 1560°C. A 11examen des lingots solidifiés et démoulés, 5 on constate que le fini superficiel est bonE la proportion d'inclusions est beaucoup plus faible que dans 1?exemple comparatif et l'oxydation de surface n!est que très légère. EXEMPLE 2 : On procédé comme dans l'exemple 1 en utilisant 10 un tapis ayant 18 mm d'épaisseur dont la composition est la suivante : Laine de scories 25 parties Cendres volantes 63 n Pâte à papier 10 " 15 Résine urée-formaldéhyde 2 " q La masse volumique du matelas est de 0,47 g/cm et ce matelas reste cohérent pendant 7 minutes à 1560°C. Un examen des lingots solidifiés et démoulés indique un excellent fini de surface et pratiquement aucune 20 oxydation superficielle. La proportion d'inclusions dans lè métal coulé est très faible. 70 07509 6 2034618 REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'un lingot par la technique consistant à charger la lingotière par le bas avec du métal fondu, caractérisé en ce qu'on installe dans la lingotière, 5 sur sa base ou à proximité de cette dernière, un matelas comprenant une matière fibreuse réfractaire et un flux. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matelas contient en outre ■une matière réfractaire non fibreuse et/ou une matière organique fibreuse, 10 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, carac térisé en ce que le matelas contient un liant résineux. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la matière fibreuse réfractaire est choisie, dans le groupe comprenant des fibres de silicate de 15 calcium, et des fibres de silicate d'aluminium. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4» caractérisé en ce que le flux comprend un ingrédient choisi dans le groupe comprenant le carbonate de sodium calciné et les cendres volantes. 20 6.- Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le flux est un mélange de cendres volantes et de carbonate de sodium calciné dans un rapport pondéral de 5 : 1 à S î 1 * 7.- Procédé selon Ifune quelconque des revendications 25 1 à 6j caractérisé en ce que le flux est sous forme particulaire, les particules étant au moins partiellement enrobées du carbone très finement divisé. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le flux composite présente la composition pondarale 30 suivante : carbone 1 à 30 % flux 70 à 99 %t le carbone étant choisi dans le groupe comprenant, sous forme pulvérisée, le coke, le graphite, le charbon de bois et la farine 35 de liège brûlé. 9.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le flux composite présente la composition pondérale suivante : carbone 1 à 8 % 40 flux 92 à 99 % 70 07509 7 2034618 le carbone étant sous une forme choisie dans le groupe comprenant le noir de lampe, le noir de carbone et le noir d'acétylène. 10.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le matelas contient les 5 ingrédients suivants dont les proportions pondérales sont : matière fibreuse réfractaire 10 à 60 parties flux 5 à 70 " matière fibreuse organique 0 à 50 11 matière réfractaire particulaire 0 à 25 " 10 liant 0 à 15 " 11.- Procédé selon l'Une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'épaisseur du matelas est de 5 à 25 mm. 12.- Procédé selon l'une quelconque des revendica-15 tions 1 à 11, caractérisé en ce que la masse volumique du matelas q est de 0,4 à 0,6 g/cm . 13.- Matelas fibreux contenant du flux et convenant pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qufil contient les ingrédients suivants dont les 20 proportions pondérales sont : matière fibreuse réfractaire 10 à 60 parties flux 5 à 70 " matière fibreuse organique 0 à 50 " matière réfractaire particulaire 0 à 25 " 25 liant 0 à 15 " et dans lequel le flux est un produit composite comprenant un flux particulaire dont les particules sont au moins partiellement enrobées de carbone finement divisé. 14.- Matelas fibreux selon la revendication 13, 30 caractérisé en ce que la composition pondérale du flux composite est la suivante : carbone 1 à 30 % flux 70 à 99 % le carbone étant choisi dans le groupe comprenant, sous forme 35 pulvérisée, le coke, le graphite, le charbon de bois et la farine de liège brûlé. 15.- Matelas fibreux selon la revendication 13, caractérisé en ce que la composition pondérale du flux composite est la suivante : 70 07509 8 2034618 carbone flux le carbone étant scus une prenant le noir de lampe, d'acétylène. 1 à 8 % 92 à 99 %, forme choisie dans le groupe com-le noir de carbone et le noir