Brevet FR2106489A1 — publié le 19720505

La présente invention concerne les masselottes.chaud.es et après usage plus précisément des panneaux composites à jeter/de masselotte chaude comprenant une couche exothermique et une couche isolante. Les métaux liquides, par exemple l'acier, se contractent au 5 cours de la solidification et provoquent la formation de cavités internes dues au retrait dans le produit solidifié, appelé de façon générale lingot ou moulage. Il est souvent souhaitable de régler l'emplacement exact de ces cavités qui se forment au centre du lingot ou du moulage, car c'est la dernière partie à se solidifier. 10 On réalise le réglage de la cavité pour la plupart des métaux en utilisant des masselottes chaudes placées à l'intérieur ou au-dessus de la partie supérieure du moulage, de manière à conserver le métal fondu aussi longtemps que possible, ce qui permet le remplissage continu de la cavité de retrait. Ainsi, la cavité se trouve dans 15 la partie la plus haute du lingot et on peut la retirer au cours d'un traitement ultérieur, sans perte excessive de produit. Les masselottes chaudes sont habituellement soit d'un type à réutiliser, soit d'un type à jeter. Dans le type à réutiliser, des briques réfractaires revêtent des mou!âges de métal autour de 20 la partie supérieure du moule. Les masselottes à jeter comprennent des panneaux qui se désintègrent finalement ou qu'on jette après une seule utilisation, ce qui nécessite donc de nouveaux panneaux pour chaque utilisation du moule. En général, on place ces panneaux dans le moule et on les fixe à la partie supérieure des parois in-25 ternes de manière à former la masselotte chaude. On peut aussi utiliser des panneaux à jeter au lieu de briques permanentes dans les moulages métalliques placés sur la partie supérieure du moule du lingot. En général, les masselottes à jeter sont soit des panneaux isolants en matière ayant une conductibilité thermique bien infé-30 rieure à celle des moules qui sont par exemple en fonte, soit des matières exothermiques, par exemple des compositions à base d'alumine qui réagissent pour fournir d'abord de la chaleur et la conserver ensuite, comme un panneau isolant. On a aussi utilisé des panneaux composites à jeter. Ils com-35 prennent une couche de matière exothermique associée par compression et une couche de matière isolante. La couche isolante se trouve contre la paroi du moule et la couche exothermique au contact du mé- 71 32618 -2- 2106489 tal fondu. Les panneaux composites de l'invention ont des propriétés isolantes améliorées pendant des périodes de temps très grandes. Grâce à ces propriétés, ces panneaux permettent d'augmenter le ren-"5 dement par rapport à ceux qu'on pouvait obtenir jusqu'à présent avec des produits comparables. De plus, on peut mettre en oeuvre l'invention de manière que les caractéristiquesessentiëlles^pourj" • l'obtention de propriétés isolantes amélioi-ées soient .le résultat de réactions in situ provoquées par le métal fondu. On peut donc fa-10 briquer les masselottes de l'invention de ma/ni ère analogue aux masselottes de type connu, tout en obtenant des résultats améliorés. L'invention concerne un panneau composite de masselotte chaude du type à jeter après usage, dans lequel il existe un espace important à l'interface des couches isolante et exothermique.Depréfé-15 rence, cet espace comprend des vides formés in situ dans des: conditions qu'on décrira plus loin. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor-tiront mieux de la description qui va suivre, donnée en référence aux dessins sur lesquels : 20 la figure 1 est une coupe d'un mode de réalisation du panneau composite de masselotte de l'invention ; la figure 2 est une photographie montrant la structure réelle du panneau après formation in situ des vides ; et la figure 3 est un diagramme permettant la comparaison des 25 propriétés isolantes d'un panneau selon l'invention représenté sur la figure 2 et de masselottes de la technique antérieure. On constate qu'un panneau composite de masselotte ayant une couche exothermique et une couche isolante, ainsi qu'un espace notable placé à l'interface entre ces deux couches7améliore sensible-30 ment les propriétés isolantes des panneaux, en comparaison de ceux qu'on a utilisés jusqu'à présent. On peut réaliser le panneau de l'invention avec un espace entre les deux couches. La figure 1 représente un tel panneau comprenant une couche isolante 10 associée par compression à une couche exother-35 mique 11 à l'aide d'un dispositif bien connu dans la technique. La couche 11 comporte une cavité 12 à sa face interne, si bien qu'un espace 13 important se forme entre les couches, à leur interface.- 71 32618 -3- 2106489 Evidemment, la cavité peut.se trouvèr dans la couche isolante ou dans les deux couches, et ce qui est important est qu'un espace notable existe à l'interface entre les deux couches. De préférence, on réalise in situ l'espace de l'interface 5 sous forme de plusieurs vides. La figure 2 représente un morceau réel de panneau composite 20 de l'invention après utilisation. Plusieurs vides 21 se 3ont formés in situ à l'interface entre les couches exothermique 22 et isolante 23. On prépare les panneaux en associant à la presse une couche plane isolante 23 et une couche 10 plane exothermique 22. On réalise les vides 21 in situ au cours de l'utilisation réelle dans un moule de lingot dans lequel on verse de l'acier fondu. La composition réelle des couches 22 et 23 du panneau composite 20 de la figure 2 apparaît dans le tableau I qui suit. 15 TABLEAU I Composition du pa.nneau* Couche exothermique Couche isolants Additif contenant Argile cuite de l'aluminium 59,0 pulvérisée 32 % 20 25 Chlorate de sodium 3,3 i<> Perlite 5,5 % Perlite 2,8 % Cendre volante 62,5 % Magnétite 10,5 Hématite 5*4 ?° Cryolithe 2,8 fo Sable (0,85 mm) 16,2 % * Les pourcentages concernent les ingrédients secs, sans le liant qui est un gel de silice. On pense actuellement que la cendre volante qui fond à environ 1040°C se décompose en formant un gaz de gonflement à l'interface, en créant ainsi les vides. Apparemment, la température qui 30 provoque ce gonflement n'est suffisante qu'au voisinage immédiat de l'interface, comme le montre clairement la figure 2 sur laquelle la couche isolante 23 reste intacte sur tout le reste de son _épais-seur. Cette température à l'interface doit être par endroits supérieure à 1380°C, étant donné la présence de métal fondu flâna le mou-35 le du lingot et le caractère exothermique de la couche 22. Il est souhaitable que la teneur en cendre volante soit au moins égale à 50 fo (en ingrédients secs) dans la couche isolante pour assurer 71 32618 -4- 2106489 la formation de vides suffisants pour rendre optimales les propriétés isolantes. On peut faire varier entre des limites relativement éloignées les compositions du tableau I du panneau particulier de la figure 2, 5 le fait important résidant dans l'utilisation d'une matière telle qu'une cendre volante en quantités suffisantes, par exemple en quantités minimales de l'ordre de 50 comme décrit précédemment, de manière qu'elle se décompose lors de l'utilisation en créant des vides à l'interface. Le tableau II suivant donne une plage de com-10 positions qu'on peut utiliser. TABLEAU II Composition du panneau* Couche exothermique Couche isolante Additif contenant de l'aluminium 40-70 1» Argile cuite pulvérisée 20-40 # Sable 10-30 1° Perlite 2-12 fo Additifs contenant de l'oxyde de fer 5-30 1o Cendre volante 50-80 % Argile cuite pulvérisée 0-15 1° Magnésie 0-10 % Cryolithe o L o "ïa Perlite 0-10 fo Chlorate de sodium o o * Le pourcentages concernent les ingrédients secs et il n'y a pas 25 de liant. Les courbes de la figure 3 montrent l'amélioration notable des propriétés isolantes du panneau composite comportant des vides formés in situ. La courbe 1 donne les propriétés isolantes d'un panneau exothermique classique fabriqué actuellement et dont la compo-30 sition est à peu près analogue à celle du tableau I pour la couche exothermique. La composition réelle du panneau qui donne la courbe 1 de la figure 3 diffère de celle du tableau I car elle contient moins d'additifs contenant de l'aluminium, la quantité manquante étant remplacée par de l'argile cuite pulvérisée,de la magnésie et 35 du sable de silice à grains de 0,15 mm. La quantité supplémentaire d'additifs contenant de l'aluminium de la couche exothermique des panneaux de l'invention assure une élévation suffisante de température pour provoquer le boursouflement et la formation de vides. 71 32618 -5- 2106489 La courbe 2 de la figure 3 est un exemple de courbe de panneau isolant classique. Bien qu'on utilise de nombreuses compositions pour réaliser des panneaux isolants, la courbe 2 est représentative, de façon générale}des résultats qu'on obtient avec de tels panneaux. 5 La courbe 3 représente la courbe d'un panneau composite com prenant une couche exothermique et une couche isolante ayant les mêmes compositions que les panneaux des courbes 1 et 2 respectivement. La courbe 4 concerne le panneau composite de l'invention, ayant la composition du tableau I. On voit que la température du métal fon-10 du (représenté^èn ordonnées sur le graphique) reste supérieure pendant un temps plus long lorsqu'on utilise le panneau de l'invention, en comparaison des temps obtenus avec les trois autres types de panneaux» isolantes Comme on peut le prévoir à partir de ces propriétés/améliorées, 15 les rendements obtenus avec les lingots coulés dans des moules comprenant les panneaux de l'invention,sont accrus. Un essai expérimental d'acier à faible teneur en carbone totalement calmé par de l'aluminium,donne un lingot dont on peut récupérer 89 %* alors qu'on ne récupère que 83 i° de la même qualité d'acier avec la même dimen-20 sion de moule et avec les panneaux de masselotte chaude de types classiques. On peut disposer les panneaux de l'invention dans des lingo-tières comme on le fait avec les panneaux à jeter existants. On place la couche isolante contre la paroi du moule, de manière à exposer 25 la couche exothermique au métal fondu lors de la coulée. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les re-30 vendications annexées. 71 32618 -6- 2106489 RËVEM3ICATIONS 1. Panneau composite de masselotte chaude, possédant des propriétés isolantes améliorées pendant de très longues périodes, caractérisé en ce qu'il comprend une couche exothermique as- .5 sociée à une couche isolante, les deux couches étant séparées par un espace important sur une partie notable de leur interface. 2. Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'espace compris entre les deux couches comporte plusieurs-vides - répartis au hasard à l'interface. 10 3. Panneau selon la revendication 2, caractérisé en ce.que les vides de l'interface se forment in situ. 4. Panneau selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche isolante comprend au moins 50 $ en poids de cendre volante. 5. Panneau selon la revendication 4, caractérisé en ce que, . 15 en plus de la cendre volante, il comprend de l'argile cuite pulvérisée, de la perlite et un liant en gel de silice. 6. Panneau selon la revendication 5» caractérisé en ce que la couche isolante comprend, en pourcentage en poids, 50 à 80 % de cendre volante, 2 à 12 % de perlite et 20 à 40 i» d'argile cuite, 20 ainsi qu'un liant. 7. Panneau selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche isolante comprend environ 62,5 ^ de cendre volante, 32 % d'argile cuite pulvérisée, 5,5 i° de perlite et un liant de gel de silice. 25 8. Panneau composite de masselotte chaude, possédant des pro-. priétés isolantes améliorées pendant de longues périodes, caractérisé en ce qu'il comprend une couche isolante associée à une couche exothermique et en ce qu'il forme plusieurs vides in situ à l'interface des couches lorsqu'il est exposé à du métal fondu. 30 9. Panneau selon la revendication 8, caractérisé en ce que la couche isolante comprend au moins 50 fo en poids de cendre volante. 10. Panneau composite de masselotte chaude, possédant des propriétés isolantes améliorées pendant de très longues périodes, caractérisé en ce qu'il comprend une couche exothermique et une couche 35 isolante, la couche exothermique comprenant, en pourcentage en poids, 40 à 70 ^ d'additif ^contenant de l'aluminium, 10 à 30% d'additifs contenant du sable, 5 à 30 $ d'additifs-contenant de l'oxyde de fer, 0 à 15 i° d'argile cuite pulvérisée, 0 à" 10 ^ de 1 32618 -7- 2106489 magnésie, O à 10 % de cryolithe, O à 10 $ de perlite et 0 à 10 % de chlorate de sodium, la couche isolante contenant en pourcentage en poids 20 à 40 fo d'argile cuite pulvérisée, 2 à 12 % de perlite et 50 à 80 fo de cendre volante, le panneau formant in situ plusieurs vides dispersés au hasard à l'interface des couches.