Brevet FR2106444A1 — publié le 19720505

La présente invention concerne un appareil de transfert de métal en fusion et plus particulièrement un appareil de ce type comportant une pièce réfractaire en céramique ayant un passage pour permettre l'écoulement du métal à travers un bâti métallique 5 qui maintient ladite pièce réfractaire. Le tiroir coulissant que l'on utilise couramment comme mécanisme de commande pour les poches de coulée d'acier à soutirage par le bas est un exemple d'application de l'invention. Dans les poches classiques, le tiroir de commande est généralement formé de 10 plusieurs pièces réfractaires en céramique, dont certaines sont maçonnées les unes aux autres avec un mortier réfractaire pour former les parties supérieure et inférieure de la buse de coulée, la partie supérieure étant solidaire du bâti métallique fixe et la partie inférieure étant solidaire d'un logement métallique 15 coulissant. Les parties supérieure et inférieure de la buse de coulée comportent un orifice et peuxeit coulisser l'une par rapport à l'autre. Le brevet des E.U.A. na 3.454 201 décrit un type classique de mécanisme de tiroir de commande pour une telle poche de coulée. 20 Bien que le système du tiroir coulissant soit généra lement assez répandu dans l'industrie, il présente certains inconvénients dont le principal est l'immobilisation de la poche qu'impose le remplacement des parties de la buse réfractaire. Le remplacement dure généralement plusieurs heures et consiste à 25 enlever les pièces réfractaires hors d'usage et le mortier, à assembler entre elles les nouvelles pièces de la buse, à les aligner correctement dans leurs logements métalliques au moyen de gabarits, à maçonner les nouvelles pièces dans leurs logements, puis à laisser sécher le mortier. Ce remplacement s'effectue après 30 chaque utilisation de la poche de coulée ca^en général, les parties de la buse se fractuœnt après écoulement du laitier résiduel. On a découvert que dans la majorité des cas cette fracture était due au choc thermique résultant du rapide transfert de chaleur des éléments formant la buse aux logements métalliques dès que cesse 35 l'écoulement de métal en fusion dans la buse. La présente invention a donc pour objet un appareil de transfert de métal en fusion comprenant premièrement un bâti 71 32283 2 2106444 métallique qui maintient une forme réfractaire en céramique ayant une ouverture pour laisser passer par intermittence le métal fondu, et deuxièmement une isolation thermique préformée enveloppant partiellement la forme réfractaire, ladite isolation 5 étant interposée entre la forme réfractaire et le bâti métallique» Par "isolation thermique préformée" on désigne dans la présente description un corps monolithique généralement rigide formé extérieurement à sa position finale entre la forme réfractaire en céramique et le bâti métallique, l'isolation préformée 10 étant caractérisée en ce qu'elle n'adhère pas directement au bâti métallique et à la forme réfractaire, sa conductibilité thermique étant suffisamment basse pour empêcher que la forme réfractaire se brise sous l'effet du choc thermique. Il ressort de ce qui précède que l'isolation thermique 15 préformée'peut servir à positionner la forme réfractaire en céramique à l'intérieur du bâti métallique, c'est-à-dire à remplacer le mortier réfractaire que l'on emploie généralement à cet effet. Il est de plus évident que l'on peut réaliser l'isolation préformée à partir de matériaux ayant des caractéristiques d'iso-20 lation thermique meilleures que les mortiers à haute teneur en alumine (environ 80 à 90 %) qui sont couramment utilisés pour le positionnement et le maintien des formes réfractaires en céramique dans le bâti métallique. Selon une caractéristique essentielle de '' l'invention, l'isolation préformée est composée de matériaux dont 25 la conductibilité thermique est en tous cas inférieure à environ 0,9 W/m.2C et de préférence inférieure à 0,30 W/m.2C. On remarque que ces valeurs sont sensiblement inférieures aux conductibilités thermiques de l'ordre de 1,2 W/m.sC de la plupart des mortiers à haute teneur en alumine qui sont couramment utilisés. 30 Dans une forme préférée de l'invBntion appliquée à un tiroir de commande classique, on réalise une première isolation thermique préformée qui enveloppe partiellement la partie supérieure de la buse et qui est disposée entre cette dernière et le logement métallique fixe, et une seconde isolation thermique préformée qui 35 enveloppe partiellement la partie inférieure de la buse et qui est interposée entre cette dernière et le logement métallique coulissant. 71 32288 3 2106444 L'application de l'invention aux tiroirs de distribution pour poches de coulée permet de réduire considérablement le temps de remplacement des formes réfractaires. Ce résultat avarageux est obtenu de différentes manières. L'absence de mortier réfrac-5 taire entre les logements métalliques et les éléments de buse permet de réduire la main d'oeuvre nécessaire à la dépose des éléments de buse et à la préparation des logements pour la mise en place des nouveaux éléments réfractaires. De plus, les isolations préformées enveloppant partiellement les éléments de buse servent 10 de gabarit et réduisent ainsi le temps nécessaire à l'alignement des éléments. Enfin, dans la plupart des cas, les éléments de buse résistent à plus d'une coulée de la poche si l'isolation est suffisante pour réduire les transferts de chaleur des éléments de buse à leurs logements métalliques de façon à éliminer le choc thermique 15 qui est la principale cause de fracture des éléments réfractaires. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention rassortiront de la description détaillée qui suit et des dessins sur lesquels s La figure 1 représente en coupe schématique le fond d'une 20 poche de coulée qui est équipée d'un mécanisme de commande à tiroir réalisé selon les principes de l'invention. La figure 2 représente schématiquement une isolation thermique préformée qui est utilisée dans le mécanisme de la figure 1. La figure 3 est une vue éclatée de l'empilage des différentes 25 pièces réfractaires qui constituent le mécanisme de tiroir de la poche de la figure 1. Il va de soi que la description qui suit d'un mécanisme de tiroir pour poche de coulée n'est qu'illustrative des possibilités d'application de l'invention qui trouve son utilité dans tous les 30 cas où il est souhaitable d'envelopper partiellement une formé^ réfractaire dans une ieolation préformée pour la positionner mécaniquement dans un bâti métallique tout en limitant les transferts de chaleur de la forme réfractaire au bâti métallique. La figure 1 représente le fond d'une poche de coulée 35 classique 10 destinée à contenir un métal en fusion ; la poche comprenant un mécanisme de soutirage à tiroir coulissant désigné dans son ensemble par la référence 12. 71 32288 4 2106444 La poche 10 comprend une enveloppe métallique 14 qui est protégée par un garnissage réfractaire 16 en matière céramique. L'enveloppe métallique 14 et le garnissage céramique 16 comportent une ouverture dans laquelle se monte une buse réfractaire par 5 laquelle le métal en fusion peut sortir de la poche 10. La buse de coulée est formée d'un élément intérieur 18 et d'un élément extérieur 20 fixés l'un à l'autre par un mortier réfractaire 22. Directement en-dessous de la buse se trouve le mécanisme de commande 12 à tiroir coulissant. Le mécanisme 12 est rigidement 10 fixé à la poche 10, par exemple par des boulons (non représentés) par une pièce métallique supérieure 24 qui est rendue solidaire de l'enveloppe 14. La pièce 24 comporte une ouverture sensiblement plus large que l'élément intérieur 18 de la buse de la poche et# cette ouverture.reçoit et positionne latéralement un élément de 15 buse supérieur. L'élément de buse supérieur comprend une plaque 26 partiellement enveloppée dans une isolation thermique préformée 28 qui la sépare de la pièce métallique 24. La plaque 26 de forme ovale a une surface inférieure lisse et comporte un trou aligné avec l'orifice 20 de la buse de la poche. La plaque 26 est en une matière réfractaire céramique compatible avec la température du métal en fusion. L'étanchéité de la plaque 26 par rapport à la buse de la poche est de préférence assurée par un joint 30 en fibres de matière céramique, mais on peut également utiliser un mortier réfractaire. 25 L'isolation préformée 28 qui enveloppe partiellement la plaque réfractaire 26 sert également à positionner cette dernière dans la pièce métallique 24 tout en empêchant les transferts de chaleur entre ces deux éléments. Bien que la composition et le procédé de fabrication de l'isolation préformée 28 puissent faire 30 l'objet de nombreuses variantes, il est souhaitable d'utiliser une pièce formée s,ous vide de fibres de céramique et de préférence de fibres de kaolin. Le procédé de formage sous vide d'une pièce ayant la composition voulue sera décrit par la suite. Dgns le cas où l'isolation 28 est en fibres de céramique formées sous vide, son 35 épaisseur peut varier entre environ 3 et 13 mm, la valeur optimale étant 6 mm environ. 71 32288 5 2106444 Le mécanisme 12 comprend en outre une seconde pièce métallique fixe 34 qui est suspendue à la pièce supérieure 24 par des boulons 32. La face supérieure de la pièce 34 esl plane et guide un cadre coulissant 36 solidaire d'une barre de position-5 nement 38, la cadre 36 servant de logement aux éléments mobiles de la buse dB coulée. Le positfannement horizontal du cadre 36 est assuré par un moyen d1actionnement (non représenté) qui est relié à la barre 38. La partie mobile de la buse comprend un élément conique 10 40, une seconde plaque 42 et une seconde isolation thermique préformée 44. L'élément conique 40 qui est percé d'un trou de coulée est en une matière réfractaire céramique compatible avec la température du métal en fusion. La plaque 42 est de forme ovale et sa face supérieure lisse est en contact avec la face inférieure 15 de la plaque réfractaire 26. La plaque 42 comporte à l'une de ses extrémités un trou de coulée dont les parois sont également en une matière réfractaire compatible avec la température du métal en fusion. Les éléments 40 et 42 sont assemblés en un corps unique avec leurs ouvertures alignées axialement. Les deux éléments peuvent 20 être fixés l'un,à l'autre au moyen d'un mortier réfractaire, mais il est préférable d'utiliser un joint 46 en fibres de céramique. En variante, il peut être préférable de réaliser les éléments 40 et 42 en un ensemble monobloc, de façon à éliminer le mortier réfractaire ou le joint. 25 L'ensemble formé par les éléments réfractaires 40 et 42 est partiellement enveloppé par l'isolation thermique préformée 44. L'isolation 44 sert à la fois à positionner les éléments 40 et 42 dans le cadre 36 et à empêcher les transferts de chaleux entre la matière réfractaire et le cadre 36. Bien que, comme pour l'isolation 30 28, la composition et le procédé de préformqge de l'isolation 44 puissent faire l'objet de nombreuses variantes, il est préférable d'utiliser une enveloppe en fibres céramique formées sous vide dont l'épaisseur peut être comprise entre environ 3 et 13 mm. Un procédé avantageux et la composition préférentielle sont décrits 35 par la suite. Les plaques 26 et 42 du mécanisme de tiroir sont appliquées l'une contre l'autre avec une pression suffisante pour 71 32283 6 2106444 assurer 11étanchéité au moyen des boulons de serrage 32. Cependant, bien qu'assurant 1'étanchéité, ces deux plaques peuvent coulisser l'une par rapport à l'autre. En service, le tiroir de commande est placé en position 5 ouverte ou fermée par le moyen d'actionnemept précité. Avant la coulée, le tiroir 12 est en position fermée, c'est-à-dire que les orifices des parties supérieure et inférieure de la buse sont décalés latéralement l'un par rapport à l'autre» de sorte qu'il ne peut y avoir écoulement du métal. Pour la coulée, il suffit de 10 déplacer le tiroir vers sa pdsition ouverte dans laquelle les orifices des parties supérieure et inférieure de la buse sont alignés permettant 1'écoulement du métal que contient la poche. On peut doser l'écoulement du métal en déplaçant le tiroir de manière que les orifices de coulée ne soient que partiellement 15 alignés. Le procédé de formage que l'on utilise pour réaliser les isolations préformées est bien connu et ne fera donc l'objet que d'une description brève. On commence par réaliser une bouillie de fibres céramiques de diverses qualités dispersées dans de l'eau. 20 On ajoute ensuite à la bouillie des liants organiques et minéraux qui provoquent une floculation avec les fibres et restent en suspension dans l'eau. On immerge dans cette bouillie la partie mâle ou la partie femelle d'un moulB en acier inoxydable perforé représentant la surface intérieure ou extérieure de la forme 25 désirée. Le moule est ensuite relié à une source de vide et la dépression fait entrer du liquide dans le moule laissant à sa surface une couche de fibres et de liants. Lorsque l'épaisseur de cette couche atteint la valeur désirée, on retire le moule du bain et on élimine l'excès d'eau. Lg forme est ensuite démontée du maie 30 et séchée au four. Ce procédé a l'avantage de permettre un choix étendu de compositions de fibres et de liants. Il est de plus bien connu qu'en contrôlant avec soin les paramètres de l'opération, on peut obtenir des densités variables correspondant à divers degrés de 35 résistance à la traction, à la déformation et à la compression. Le tableau ci-après donne la composition chimique et les propriétés physiques mesurées sur un échantillon de 13 mm d'épaisseur 71 32288 7 2106444 d'une composition de fibres de kaolin formées sous vide. On voit sans mal que ces propriétés conviennent bien à la réalisation des enveloppes isolantes 28 et 44 du dispositif précédemment 4écrit. TABLEAU 5 Composition chimique Pourcentaae A1203 41,3 Si02 51,2 Fe.O 1,2 Ii02 1,6 10 CaO 0,09 MgO traces Alcalis 0,02 B203 0,07 peftes au feu 4,0 - 6,0 15 Propriétés physiques Valeur moyenne Masse volumique apparente après séchage au four et avant utilisation (kg/dm3) 0,221 Résistance à la compression 20 après séchage au four et avant utilisation pour une déformation de 5,0 % (kg/cm2) 0,40 pour une déformation de 10,0 % (kg/cm2) 1,43 Pertes au feu (% en poids) 5,4 25 Module de rupture (kg/cm2) après séchage au four et avant utilisation 17,8 5 heures à 8702 C 6,65 9802 C 9,1 30 1 090® C 9,1 1 2002 c 10,1 1 2602 c 10,5 1 3202 c 11,2 Retrait linéaire (%) 35 5 heures à 8702 C 0,5% 9802 c 2,0 1 0902 C 2,3 1 2002 c 3,7 71 32288 8 2106444 1260e C . . 4,6% 1320e C 4,9 Retrait volumique (en %) 5 heures à 8702 C 5,4 % 5 980e C 7,4 1090e C 9,1 12002 C 16,9 12602 c 22,7 13202 C 22,9 10 Température moyenne "k" W/m.s C 1 50e C 0,0590 2002 c 0,0634 3202 C 0,0735 430e C 0,0855 15 5402 c 0,102 650e C 0,120 7602 c 0,140 870e C 0,161 71 32288 9 2106444 Revendications 1. Appareil pour transporter du métal en fusion du type comprenant un bâti métallique supportant une forme réfractaire en céramique dont une ouverture permet de laisser passer par 5 intermittence le métal en fusion, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre une isolation thermique préformée qui enveloppe partiellement la forme réfractaire et la sépare du bâti métallique, ladite isolation servant à la fois à positionner la forme réfractaire dans le bâti métallique et à 10 empêcher les transferts dechaleur entre la forme réfractaire et le bâti métallique. 2. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'isolation thermique préformée est une enveloppe en fibres de matière céramique formées sous vide. 15 3. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'isolation thermique préformée est un enveloppe en fibres de kaolin formées sous vide. 4. Mécanisme de tiroir de commande de l'écoulement d'un métal en fusion contenu dans une poche de coulée, ledit tiroir 20 comprenant deux éléments de buse en matière réfractaire céramique, les deux éléments comportant un trou de coulée et étant montés de façon à pouvoir coulisser l'un par rapport à l'autre, la première partie de la buseétant maintenue dans un premier logement métallique, les parties de la buse étant déplaçables entre une position 25 fermée dans laquelle leurs orifices de coulée respectifs sont décalés latéralement l'un de l'autre, de façon à empêcher le passage du métal en fusion, et une position ouverte dans laquelle leurs orifices de coulée sont alignés de façon à permettre l'écoulement du métal en fusion, ledit mécanisme étant caractérisé 30 en ce qu'une isolation thermique préformée enveloppe partiellement la première partie de la buse et la sépare du premier bâti métallique, ladite isolation assurant le positionnement de la première partiB de la buse par rapport au premier bâti métallique et empêchant les transferts de chaleur de ladite partie de la buse au 35 bâti métallique. 5. Mécanisme selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'isolation thermique préformée est une enveloppe en fibres de 71 32288 10 2106444 matière céramique formées sous vide* 6» Mécanisme selon la revendication 4 caractérisé en ce que l'isolation thermique est une enveloppe en fibres de. kaolin formées sous vide. 5 7. Mécanisme selon la revendication 4 caractérisé en ce que la seconde partie de la buse est maintenue dans un second logement métallique et en ce qu'une seconde isolation thermique préformée enveloppe partiellement la seconde partie de la buse et la sépare de son logement métallique, la seconde isolation 10 thermique préformée servant à la fois à positionner la seconde partie de la buse dans son logement métallique et à empêcher les transferts de chaleur entre ladite seconde partie de la buse et son logement métallique. 8. Mécanisme selon la revendication 7 caractérisé en ce 15 que les deux isolations thermiques préformées sont des enveloppes en fibres de kaolin formées sous vide.