Brevet FR2068643A1 — publié le 19710827

iQ 42305 1 2068643 La présente invention concerne des isolants thermiques destinés à éviter la formation de retassures dans la coulée de métaux. Dans la coulée de métaux en fusion sous forme de 5 lingots ou de pièces moulées, il est habituel d'isoler thermi-quement les parties supérieures du métal en fusion, juste après la coulée. De cette façon, le métal continue à alimenter le corps du lingot ou de la pièce moulée, afin de compenser le retrait à la solidification. L'isolement thermique est 10 souvent partiellement réalisé par dépôt à la surface libre du métal en fusion d'une couche isolante. Etant donné qu'une telle couche réduit au minimum la formation de retassures, les matières utilisées sont désignées pour simplifier par l 'expression "produits isolants anti-retassure" et c'est oette expression 15 qui sera utilisée ici. Le produit isolant anti-retassure selon la présente invention comprend du graphite traité par les acides et une matière isolante réfractaire. Les deux matières et leurs proportions sont choisies de préférence de telle façon que, 20 après application à la surface d'un métal en fusion et expansion de la matière déposée, l'épaisseur de la couche obtenue ne représente pas plus de 15 fois , et de préférence pas plus de 10 à 12 fois, l'épaisseur initiale. Le graphite traité par les acides représente de préférence de 10 à 40^ en poids du produit 25 et plus particulièrement de 15 à 40$ en poids. La matière isolante réfractaire peut être par exemple une charge réfractaire telle que de la brique pilée, de la silice de diatomées, de l'alumine, de la bauxite, de la magnésie, des argiles telles que du silicate d'aluminium hydraté ou du 30 kaolin ou n'importe quel silicate réfractaire approprié. On peut également utiliser des charges de faible densité telles que de la vermiculite, de la perlite ou de la pierre ponce ainsi que des substances carbonées. Il est également possible d'utiliser une substance qui fournit par chauffage une matière réfractaire. 35 On peut ainsi utiliser par exemple de la chaux (hydroxyde de calcium) ou du carbonate de magnésium. La taille des particules de la matière réfractaire isolante est de préférence telle qu'elle ne se sépare pas du mélange et telle que le mélange puisse être mis sous forme de grains ou de pastilles. 40 L'expression "graphite traité par les acides" 70 42305 2 2068643 est tin terme général utilisé pour désigner des graphites dont les particules gonflent par chauffage pour donner une substance vermiculaire de faible masse spécifique qui possède un fort pouvoir d'isolation thermique. On peut 5 préparer ces graphites en traitant du graphite en paillettes avec des mélanges d'acide sulfurique et d'acide nitrique ou d'acide perehlorique, puis en séparant le graphite ainsi traité de l'acide. Le mélange d'acides peut contenir un oxydant minéral tel que l'anhydride chromique, le chlorate 10 de "potassium ou le permanganate de potassium. Par chauffage en général à des températures supérieures à 150°C du graphite ainsi traité augmente plusieurs fols de volume. Les produits anti-retassure définis ci-dessus peuvent être sous forme de poudre. Mais ils sont de préfé-15 renee sous forme de grains ou de pastilles. Pour faciliter la granulation on peut ajouter au produit une petite quantité d'argile ou d'un autre liant. Les produits selon la présente invention sont particulièrement intéressants pour la coulée de métaux en 20 fusion et surtout pour la coulée d'alliages ferreux. La présente invention fournit un procédé de coulée de métal en fusion sous forme de lingots ou de pièces moulées qui consiste à appliquer dans le trou de coulée, à la surface du métal en fusion qui a été versé dans un moule, un produit 25 isolant anti-retassure, tel que défini plus haut. On applique de préférence une quantité de produit suffisante pour former une couche de matière dilatée d'au moins 25 mm d'épaisseur au-dessus du métal en fusion. Quand on utilise comme produit anti-retassure 30 uniquement du graphite traité par les acides, les résultats obtenus ne sont pas satisfaisants. La concentration élevée en matière carbonée tend à modifier la teneur en carbone du métal que l'on a coulé et ceci présente des inconvénients, en particulier dans le cas d'alliages à base de fer. De plus 35 le carbone expansé qui a une masse spécifique apparente extrêmement faible a tendance à quitter la surface du métal, par exemple sous l'action de courants d'air, ce qui et pour effet de diminuer son efficacité comme couche isolante et de poser un problème de pollution de l'air. Sous forme finement 40 divisée le carbone au contact de l'air a tendance à s'oxyder et 70 42305 5 2068643 il est difficile d'appliquer de manière précise une petite quantité de graphite non expansé traité par les acides de façon à obtenir une couche expansée ayant exactement l'épaisseur souhaitée sur toute la surface du métal en fusion . En 5 pratique, le graphite traité par les acides donne par gonflement, quand il est utilisé seul, des épaisseurs qui correspondent à plus de 15 fois l'épaisseur initiale, et cela constitue un inconvénient sérieux étant donné que cela entraîne des débordements et des gaspillages. Si on applique 10 suffisamment de graphite traité par les acides de façon à recouvrir complètement la surface du métal en fusion, l'épaisseur de la couche, après gonflement,est trop grande. L'incorporation de la matière réfractaire permet ûe stimonter ces inconvénients. 15 La plupart des graphites traînés par- les aoiâes ont tendance, au cours de leur utilisation à libérez* ûe l'acide et des vapeurs désagréables. On peut s'opposer à cette tendance par incorporation dans le produit sn'ei-retassure d'une certaine quantité d'une substance basique* 20 par exemple de l'hydroxyde de calcium, du carbonate de sodium, de l'hydroxyde de magnésium et du carbonate ds magnésium. En général on peut ajouter cette substance basique en une quantité qui représente jusqu'à 10$ en poids du produit. Dans certains cas cependant la matière réfractaire 25 isolante peut elle-même être basique, c'est le cas par exemple quand on utilise de l'oxyde de magnésium. Comme on l'a indiqué ai-dessus le carbone finement divisé obtenu par gonflement du graphite traité par les acides peut avoir tendance à s'oxyder. Cfette oxydation qui entraîne 30 une réduction de l'épaisseur de la couche de produit anti-retassure et qui nuit aux propriétés d'isolation thermique peut être évitée par incorporation dans le produit anti-retassure d'une substance aisément oxydable sous forme finement divisée telle que par exemple de l'aluminium, du magnésium 35 ou du siliciurede calcium, substance qui est oxydée préférentielle-ment au graphite traité par les acides. On peut en général ajouter jusqu'à 20$ en poids d'une telle substance. Il peut être également intéressant d'incorporer dans le produit anti-retassure une matière fibreuse minérale 40 ou organique, à raison par exemple de 5 à en poids, qui 70 42305 11 2068643 contribue à maintenir la cohérence de la couche de produit anti-retassure après gonflement. Les matières fibreuses peuvent avoir de préférence line longueur de 3 à 10 mm. 5 Les produits selon la présente invention con viennent pour la fonte et l'acier. Il peuvent être utilisés pour un grand nombre de métaux ferreux ou non ferreux (par exemple le cuivre). Les exemples suivants illustrent la présente 10 invention. Dans ces exemples les pourcentages sont en poids. EXEMPLE 1 : On dispose sur une plaque carrée de 23 cm de coté maintenue à 1420°C, 400 g d'un mélange qui comprend : 25$ de graphite traité par les acides 25$ de silicate d'aluminium hydraté 50$ de brique pilée . Au bout de 14 mn la perte de chaleur est égale à celle que l'on obtient en utilisant de la même manière 1000 g d'un produit anti-retassure exothermique connu. 20 Au bout de 35 mn la perte totale de chaleur est la même dans les deux cas. On réalise, une pièce moulée formée par un cube de 20 cm de côté en utilisant tan système d'écoulement par le bas, le cube étant surmonté d'un manchon légèrement 25 exothermique de 15 cm de haut et de 15 cm de diamètre interne. La pièce moulée est réalisée en acier (contenant 0,2 à 0,4$ de carbone) que l'on coule à 1580°C. Immédiatement après la coulée on applique comme produit anti-retassure 260 g du mélange précédent. L'épaisseur initiale de la couche 30 est de 12 mm. Après gonflement au contact du métal en fusion elle est d'environ 50 mm. Aucune vapeur ne se dégage. Par sectionnement longitudinal de la pièce moulée, on constate que la retassure est dans la région correspondant au manchon.' L'analyse du métal coulé ne révèle pas de fixation notable 35 de carbone. EXEMPLE 2 : La composition suivante après granulation constitue un produit anti-retassure efficace : graphite traité par les acides 20$ 40 brique pilée 50$ 70 42305 5 2068643 silicate d1 aluminium hydraté 25$ hydroxyde de calcium 4$ dextrose 1$ EXEMPLE 3 : 5 ' On prépare un produit anti-retassure, sous forme de poudre, qui a la composition suivante s graphite traité par les acides 20$ brique pilée 40$ silicate d'aluminium hydraté 25$ 10 aluminium en poudre 10$ hydroxyde de calcium 5$ EXEMPLE 4 : On prépare un produit anti-retassure, sous forme de poudre, qui a la composition suivante : graphite traité par les acides 25$ silicate d'aluminium hydraté 55$ aluminium en poudre 5$ rayonne 10$ hydroxyde de calcium 5$ 20 EXEMPLE 5 : On prépare un produit anti-retassure sous forme de poudre, qui a la composition suivante : graphite traité par les acides yyfo vermiculite 25$ 25 brique pilée 39$ hydroxyde de calcium 6$ EXEMPLE 6 : On effectue une comparaison entre du graphite traité par les acides que l'on utilise seul et un produit anti-30 retassure selon la présente invention. On réalise deux pièces moulées formées de cubes.de 20 cm de côté en acier à faible teneur en carbone (valeur nominale 0,1$) que l'on coule à 1580°C environ. Chaque moule est surmonté d'un manchon isolant cylindrique de 15 cm de 35 diamètre interne et de 15 cm de haut. Les moules sont réalisés en sable aggloméré à l'aide de silicate de sodium. Sur la pièce moulée A on utilise un produit anti-retassure ayant la composition suivante : 70 42305 6 2068643 graphite traité par les acides 25$ silicate d'aluminium hydraté hydroxyde de calcium 5$ Sur la pièce B on utilise seulement du graphite 5 traité par les acides. On applique les deux produits à la surface du métal p dans le manchon à raison de 0,32 g/cm immédiatement après la fin de la coulée. Sur la pièce moulée A, le produit anti-retassure gonfle en donnant une couche d'environ 20 mm au voisinage du man-10 chon. Sur la pièce moulée B le graphite traité par les acides gonfle en donnant me couche d'environ J>6 mm de haut au voisinage du manchon. Cela dépasse la hauteur laissée pour le produit anti-retassure (25 mm) qui est celle utilisée en pratique quand on coule des pièces moulées de cette taille, et l'expansion entraîne des 15 débordements et un gaspillage de matière. Environ 5 minutes après la coulée, on observe un affaissement important sur la pièce moulée B par suite de la combustion du graphite traité par les acides. Cela se poursuit jusqu'à ce que la surface du métal soit visible (environ 10 minutes) quand 20 il apparaît qu'en plus de la combustion il se produit une dissolution rapide àe graphite gonflé dans le métal en fusion. Ceci se poursuit jusqu'à ce que la matière soit complètement dissoute (16 minutes). Au cours de ces phénomènes des quantités importantes de vapeurs sont émises. 25 Par contre, le produit anti-retassure déposé sur la pièce moulée A reste intact tout au long de l'essai, mis à part un affaissement dû au retrait du métal. Après démoulage, les deux pièces moulées sont sectionnées longitudinalement. On prend des échantillons en diffé-30 rents points de la section verticalement en dessous de la retassure et vers la base du cube, ainsi que loin de l'axe v de la retassure. Les sections transversales des pièces moulées A et B, ainsi que la position des échantillons prélevés sont représentées sur les figures annexées. 35 On détermine la teneur en carbone de chaque échan tillon. Avec le produit selon la présente invention, la fixation de carbone est négligeable : on obtient des teneurs en carbone de 0,08, 0,078, 0,07, 0,077 et 0,065$. Avec le graphite traité par les acides on observe une fixation impor- 70 42305 7 2068643 tante de carbone à la partie supérieure et dans la pièce moulée elle-même : on obtient des teneurs en carbone de 0,2 à 0,16, 0,143, 0,085, 0,08 et 0,09^ aux points correspondants. 5 Les produits selon la présente invention ont un grand nombre d'avantages : ils sont propres et ne donnent pas de poussières : ils ne libèrent pas de vapeurs nocives ou indésirables : ils sont d'une fabrication et d'une utilisation relativement économiques et ils peuvent être mis 10 aisément sous forme de pastilles ou de granulés que l'on peut facilement manipuler. Enfin la fixation de carbone par le métal en fusion est faible. 70 42305 8 2068643 REVENDICATIONS 1Isolant thermique destiné à éviter la formation de retassuresdans la coulée de métaux, qui comprend du graphite 5 traité par les acides et une matière réfractaire isolante» 2.- Produit selon la revendication 1 caractérisé en ce que les deux matières et leurs proportions sont choisies de telle façon que, après application à la surface d'un métal en fusion et expension de la matière déposée, 10 l'épaisseur de la couche obtenue ne représente pas plus de 15 fois l'épaisseur initiale. 3.- Produit selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce qu'il contient de 10 à 4-0 % de graphite traité par les acides. 15 4-.- Produit selon la revendication 1 ou la revendica tion 2 caractérisé en ce qu'il contient de 15 à 40 % de graphite traité par les acides. 5«- Produit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la matière isolante réfractaire 20 est de la brique pilée, du sable, de la silice de diatomées, de l'alumine, de la magnésie, une argile ou un silicate réfractaire. 6.- Produit selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il contient jusqu'à 10 % en poids 25 d'une substance basique. 7*- Produit selon la revendication 6 caractérisé en ce que la substance basique est de l'hydroxyde de calcium. 8.- Produit selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il contient jusqu'à 20# en poids d'une 30 matière oxydable sous forme finement divisée. 9-- Produit selon la revendication 8 caractérisé en ce que la matière oxydable est l'aluminium. 10.- Produit selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce qu'il contient de 5 à 15 % en poids 35 de matière fibreuse. 11.- Procédé de coulée de métal en fusion sous forme de lingots ou de pièces moulées, caractérisé en ce que l'on applique dans le trou de coulée, à la surface du métal en fusion qui a été versé dans un moule, un produit selon l'une 40 quelconque des revendications 1 à 10. 70 42305 9 2068643 12.- Procédé selon la revendication 11 caractérisé, en ce que l'on applique une quantité de produit anti-retassure suffisante pour former une couche de matière isolante expansée d'au moins 25 mm d'épaisseur.