Brevet FR2096830A1 — publié le 19720303

La présente Invention concerne un dispositif destiné à améliorer et à maintenir automatiquement les caractéristiques de température et ue temps des têtes de lingots ainsi que des masselottes de lingots et de pièces coulées, ce dispositif étant réalisé en matériaux réfractaires isolants thermiques et contenant des mélanges exothermiques. Lorsque les étaux et alliages liquides se solidifient pour constituer des lingots ou des pièces moulées (ou de fonderie), on observe une contraction plus ou moins importante de la pièce coulée, qui est fonction des propriétés de ces matériaux. La solidification progressant essentiellement en partant des surfaces de contact avec le moule ou la lingotière, des cavités se forment à l'intérieur du métal en voie de solidification, ce qui rend les pièces coulées impropres à lXusage prévu. C'est pourquoi il est nécessaire de mettre en place des châssis à masselottes isolants sur les lingotières, sur les jets de coulée ou sur les évents, dans lesquels le métal reste liquide plus longtemps que dans le lingot ou cyans la pièce moulée proprement dits, de manière que le métal puisse venir remplir les cavités formées pendant la solioification et la contractiun du métal et que la contraction, c'est-à-dire la retassure, soit localisée dans cette massélotte. En dehors des garnissages isolants, on utilise également des garnissages exothermiques dont le mode n'action est basé sur leur inflammation spontanée dès que le métal pénètre dans les masselottes des lingotières ou des moules et dont la combustrion engendre une caler qui compense l'absorption de chaleur par les matériaux du moule ou de la linyotière. Le fait de rendre ies parois et leur garnissage très isolants ou exothermiques ne sufiit pas a lui seul pour maintenir à létal liquide le métal dans la masselotte du lingot ou du jet de coulée, il faut également recouvrir la surface du métal d'une masse isolante si l'on veut éviter que le métal ne se solidifie prématurément par ie haut et que le masselottage du lingot ou de la pièce nouée perde de scn efficacité.L'état de la technique révèle beaucoup oe troyens et de uisposiifs, essentiellement des poudres minérales, G base uf' minéraux ou organiques, simules ou constituées par des méianges, également des plaques, brioues, pates et produits ana logues, dont l'action est purement isolante, ou encore des substan ces qui sfenflarment spontanément lorsqu'on les répand sur la sur- face chaude du métal et. compensent, eu;meAme--titre-que.les garnissages exothermiques, la déperdition de chalur consécutve aux contacts refroidissants. Les plus efficaces à cet effet sont les poudres de soudage metellothe)ique qui, grâce aux réactions alumin-thermiques rapides, réalisent non seulement l'isolation thermique, mais développent des températures situées au-dessus -du point de fusion ou de 11 intervalle de fusion du métal traité ou de l'alliage Grâce à la différence de température réalisée ainsi entre le mélange pulvérulent en combustion ou ses produits de réaction et le métal, on produit une transmission de chaleur et une élévation de température qui permettent d'économiser un volume de masselotte important. La poudre de soudage métallothermique étant conteuse et les quantités élevées, ce mode de travail est essentiellement réservé aux métaux et alliages de valeurs Néanmoins, il est possible de réduire les quantités néces- saires de poudre de soudage en ne les mettant en place qu'après l'écoulement de la majeure partie du temps de solidification, ou peu avant la fin de l'Intervalle de solidification Cette période d'attente à ménager entre la fin de la coulée et la mise en place de la poudre de soudage metallothermique est variable en fonction de la dimension ou de la section de la pièce moulée, c'est-à-dire du temps de solidification total de la pièce.Toutefois, cette manière de procéder ne permet de réaliser qu'imparfaitement l'isclation de la surface supérieure de la tâte de lingot ou de la pièce coulée jusqu'au moment de l'addition, et ceci surtout parce que les produits isolants éventuellement placés sur-la surface en question gênent la transmission de la chaleur entre la poudre de soudage ajoutée après coup et la pièce coulée C'est pourquoi on réduit la forte déperdition de chaleur en répandant, jusqu l'addition de la poudre de soudage, des mélanges de poudres exothermiques sur la surface du métal. Tout en permettant déjà d'améliorer la méthode- de travail pratiquée j.u-squ-'à présent et d'exploiter de façon économique le métal de la tête de lingot ou de la masselotte, ce procédé présente néanmoins des inconvénients importants. La nécessité de prendre en considération et d'observer strictement ladite période attente dans les acieries et fonderies est un facteur.-défavorable du fait que l'con doit faire appel au personnel de surveillance et de travail -rnme après avoir terminé la coulée0 La coulée des lingots et des pièces moulées comportant des têtes ou des masselottes de différentes dimensions en particulier, exige des périodes d'-attente de durée variable, dont les différences soulèvent une complication supplémentaire et aboutissent facilement à des confusions ou des erreurs. En outre, la grande quantité nécessaire de poudre de soudage s'oppose à une utilisation plus générale. L'invention vise la réalisation d'un dispositif qui supprime ces inconvénients et permet de mettre en place le mélange exothermique, qu'il soit à combustion lente ou, comme la poudre de soudage métallothermique, à combustion rapide, immédiatement après la coulée, tout en ne produisant llinflammation qu' un moment appro- prié dépendant de la taille et du genre du lingot ou de la pièce coulée, ceci sans qu'il soit nécessaire de prendre d'autres mesures au cours de la solidification et sans que l'on continue a faire appel au personnel utilisé pour la coulée. Selon l'invention, il est prévu que la paroi du dispositif, qui est en contact avec le métal liquide, soit réaliséede telle sorte que le mélange exothermique logé dans ce dispositif ne s'enflamme pas immédiatement, mais seulement, en fonction des propriétés de conductibilité thermique prédéterminées de cette paroi, après l'écoulement d'une période d'attente correspondant aux caractéristiques de solidification du lingot ou de la pièce coulée, le mélange ne brillant avec dégagement de chaleur qu'à partir de ce moment en améliorant ainsi la qualité du lingot ou de la pièce moulée. Le dispositif selon l'invention peut par exemple entre constitué d'une cassette plate en matériau réfractaire isolant thermique et adaptée à la section de la tête de lingot ou de la masselotte, un mélange exothermique se trouvant à l'intérieur de cette cassette. La réalisation du fond de la cassette constitue ici l'élément de nouveauté. L'épaisseur, le matériau et la forme de réalisation du fond de la cassette qui est disposée sur le métal liquide de la tête de lingot ou de la masselotte immédiatement après la coulée, sont réalisés et calculés, en tenant compte de la conductibilité thermique, de telle sorte que le mélange exothermique logé dans l'es- pace intérieur de la cassette ne s'enflamme sous l'effet de la chaleur du métal liquide et ne drôle en développant de la chaleur qu'après un laps de temps déterminé qui correspond àla période d'attente précitée résultant du temps de solidification.Les autres parois de la cassette, soit plus épaisses, soit réalisées en un matériau plus réfractaire et moins bon conducteur thermique que le fond, ne sont pas détruites lors de l'inflammation et de la combustion du mélange exothermique, protègent des projections d'étincelles et de la fumée au cours de la combustion du mélange exothermique, nagent sur le mélange éteint et s'opposent aux pertes par rayonnement. Pour la réalisation de tels fonds les lamifiés haute-pression de forte densité à base de fibres de bois, de lignine ou de cellulose, ou les lamifiés légers à base de fibres de papier, dont les propriétés réfractaires sont assurées par l'addition de matières hautement réfractaires telles que, par exemple, le sable de quartz, ont montré qu'ils convenaient à cet usage.Une imprégnation au silicate de soude permet d'augmenter la résistance au feuO Un progrès particulièrement important de la présente invention résida en outre dans le fait que ia chaleur qui s'échappe par rayonnement de la tête de lingot ou de la masselotte est absorbée et accumulée jusqu'à l'inflammation des substances exothermiques et rendue utilisable pour le traitement des tétas de lingots ou des mas selottes. Le préchauffage des mélanges exothermiques ainsi réalisé augmente leur action à tel point, qu'il est non seulement possible d'en réduire la quantité nécessaire, mais que l'on peut encore obtenir la réaction exothermique à l'aide de groupes réactionnels plus économiques que l'on ne pouvait pas mettre en oeuvre jusqu'à présent en raison de leur faible réactivité, tels que le ferro-silicium par exemple0 Par ailleurs, dans le cas de la coulée de lingots et après mise en place de la cassette pendant le temps qui s1 écoule jusqu'au début d'inflammation, la température de la couverte subsistant éventuellement sur la tête de lingot s'élève suffisamment au contact du métal liquide pour quelle perde la plus grande partie de ses propriétés isolantes et qu'elle ne freine plus la transmission de la chaleur après l'inflammation du mélange exothermiqueO Les avantages du dispositif selon l'invention résident en outre dans le fait qu'il permet de se passer de recouvrir la surface du métal des poudres isolantes et exothermiques que llon devait ajouter, dans le cas de la méthode utilisant des poudres de soudage métallothermique, avant la mise en place de ces dernières.Du fait que la forme de la cassette est adaptée à la section à recouvrir de la tête de lingot ou de la masselotte, on peut an outre réduire les additions de produits isolants sur la surface de la tête de lingot ou de la masselotte, car il est seulement nécessaire d'isoler contre les pertes par rayonnement lo petite fente subsistant entre la ces sette et le garnissage du chassies de masselotte0 Selon une variante avantageuse de l'invention, le même prin cipe du retardement de l'inflammation aes mélanges exothermiques que celui qui a été décrit en relation avec la cassette recouvrant la surface du métal, peut également être appliqué au garnissage latéral de a tarot de la ;;.asselotte ou de la tête de linsotière, les substances exothermiques combustibles étant alors placées à l'intérieur du garnissage ou munies d'un revêtement d'isolation thermique qui empêche le contact direct et immédiat avec le étal liquide et, de ce fait, l'inflammation immédiate, Dans ce cas, c'est en fonction de la section des têtes de lingots ou des masselottes et du retardement de l'inflamnation, qui en découle, que I'cn donne au revêtement isolant une epaisseur telle et/ou qu'on le réalise de telle sorte en un métariau réfractaire approprié de conductibilité thermique déterminée, que ie déveloMpement de chaleur déclenché par la combustion du mélange exothermique et la transmission ae cette chaleur au métal de la tête de lingot ou de la masselotte n'intervienne qu'au moment assurant, conformément aux conditions de solidification, l'utilisation optimale décrite plus naut du métal de ia tête de lingot ou de la masselotte. L'invention sera mieux comprise a la lecture de la description détaillée qui suit et à ltexamen des dessins schématiques annexés qui représentent à titre d'exemple non limitatifs trois modes de réalisation de l'invention. La figure f montre, vu en coupe, un dispositif selon l'invention, en forme de cassette à fond plat. La figure 2 est une vue en plan du dispositif représenté sur la figure 1. La figure 3 montre, vu en coupe, un dispositif selon l'invention, en forme de cassette à deux fonds. La figure 4 représente, vu en coupe, un dispositif selon l'invention, en forme de cassette comportant un fond extérieur plat et un fond intérieur conique. Comme cella ressort de la figure 1, le mélange exothermique 11 est contenu dans una cassette 12 en matériau réfractaCre, qui, par son fond 13 présentant selon l'invention une conductibilité thermique prédéterminée, repose sur la surface 14 du métal liquide coulé 15 contenu dans le @ oule 16. Comme cela ressort de la figure 2, ces parois latérales 18 du dispositif selon l'invention peuvent en outre comporter des canaux 17 ouverts à leurs deux extrémités, qui assu rent un équilibre de sression immédiafi lors de l'inflammation du mélange exothermique 11 et préserve le dispositif d'une destruction consécutive à une surpression intérieure. Dans ia forme de réalisation de l'invention représentée sur la figure 2, la cassette 12 est équipée de deux plaques de fond 19 et 20, entre lesquelles est r;nagé un espace 2; dont l'air assure une isolatin supplémentaire Dans le cas du tode de réalisatj.cn de l'invention représenté sur la figure 3, la cassette 12 comporte également deux fonds dont le fond extérieur 22 est plan et le fond intérieur 23 conique, Le mélange exothermique 11 connu est ainsi principalement situé dans la zone périphérique de l'espace intérieur de la cassette et, de ce fait, la majeure partie de la chaleur émise par rayonnement pendant et après l'inflammation est dirigée sur les parties de métal solide formant jusqu'à l'inflammation un entonnoir sur les bords du châssis de masselotte de la lingotière ou du garnissage de la masselotte du moule. Par ailleurs, on peut obturer légèrement par des tampons réfractaires les canaux 17 prévus dans les parois latérales 18 de la cassette 12, et ceci de telle sorte que les tampons soient expulsés par la pression intérieure engendrée lors de l'inflammation du mélange exothermique0 Lors de l'utilisation de poudres de soudage métallothermique, les produits cie la réaction, constitués de fer liquide et de laitier, sortent par les canaux 17 et agissent en premier lieu sur les parties de métal solidifiées sur la paroi du ch s- sis de masselotte de la lingotiére ou sur le garnissage de la masselotte du moule, Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 4 et au même titre que dans celle de la figure 3, le coussin d'air 24 enfermé entre les deux fonds 22 et 23 a un effet isolant complémentaire. La disposition selon laquelle le mélange exothermique 11 à enflammer est essentiellement placé à proximité des parois latérales 18 de la cassette 12 peut également être réalisée par d'autres agencements de l'espace intérieur ou du fond, soit, par exemple, par la mise en place d'un corps ou d'un anneau cylindrique, soit en utilisant un fond de forme correspondante. Bien entendu, no l'invention test nullement limitée aux exemples décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans quton-slecarte pour cela de l'esprit de l'invention0 REVENDICATIONS 1 0 Dispositif destiné à améliorer et à maintenir les caractéristiques de température et de temps des têtes de lingots ainsi que oes masselottes de lingots et des pièces coulées, réalisé en matériaux réfractaires et isolants thermiques, ce dispositif qui contient des mélanges exothermiques, étant caractérisé par le fait que la paroi du dispositif, qui est en contact avec le métal liquide, est réalisée de telle sorte que le mélange exothermique logé dans ce dispositif ne s'enflamme pas immédiatement, mais seulement, en fonction des propriétés de conductibilité thermique prédéterminées de cette paroi, après l'écoulement d'une période d'attente correspondant aux caractéristiques de solidification du lingot ou de la pièce coulée, le mélange ne brûlant avec dégagement de chaleur qu'à partir de ce moment en améliorant ainsi la qualité du lingot ou de la pièce ovulée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qulil a la forme drune cassette constituée de matériaux réfractaires et isolants thermiques, le fond de cette cassette étant réalisé de telle façon que la période d'attente propre au lingot ou à la pièce coulée soit assurée jusqu'à l'inflammation du mélange exothermique contenu dans cette cassette. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les propriétés d'isolation thermique de la couche de contact sous forme de doubles fonds, entre lesquels sont compris une couche d'air-ou d'autres matériaux isolants thermiques, peuvent être adaptées à la période d'attente désirée par une modification de la distance entre les plaques constituant les fonds. 4. Dispositif selon l'une des revendications i à 3, caractérisé par le fait que l'espace intérieur du dispositif est divisé et agencé de telle façon que le méLange exothermique soit principalament situé près des parois extérieures de l'espace intérieur et qu'en brûlant il agisse sur des parties déterminées du métal situé dans le châssis de masselotte de la lingotière ou dans la masselotte du moule et plus particulièrement sur les éLéments des bords, 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les garnissages exothermiques es têtes de lingots et des masselottes sont revêtue de matériaux isolants thermiques qui empêchent le contact direct du métal liquide avec le mélange axother- tique et ne provoquent l'inflammation de ce dernier que lorsque la période d'attente, convenant aux différentes sections de têtes de lingots ou de masselottes et permettant d'obtenir l'effet calorifique améliorant la qualité des pièces, s'est écoulée,