Brevet FR2137853A1 — publié le 19721229

Cette invention concerne les améliorations des lingotières et les procédés de fabrication des lingotières, et concerne plus particulièrement un élément de support amélioré destiné à ces moules et des procédés de formage de cet élément de support 5 amélioré qui comporte une pièce encastrée réfractaire à sa surface supérieure. Tous les lingots de métal sont coulés dans ces moules appelés lingotières. Un type bien connu de lingotière est un moule à "gros bout inférieur", ces moules reposent sur des 10 supports ou soles appelés "châssis inférieurs". Les châssis inférieurs sont en fait tout simplement de grandes dalles plates généralement rectangulaires de métal, généralement de fonte, qui servent de support aux faces du moule et forment également naturellement la partie inférieure du moule. Les faces latérales 15 du moule s'élargissent généralement de bas en haut, autrement dit le diamètre augmente de bas en haut. Un autre type de lingotière est appelé moule "à gros bout supérieur", ces cavités réceptrices du métal fondu sont en forme de louche, dont la partie inférieure e«fc formée de pièces non amovibles formant un tout avec le 20 moule dans son ensemble. Divers problèmes se posent généralement lors de l'utilisation de ces lingotières et plus particulièrement en ce qui concerne la surface du châssis inférieur. Tout d'abord, il se produit une érosion rapide et des piqûres de la surface métallique non 25 protégée, en présence des métaux fondus qui dévalent sur leur surface. De larges sillons se produisent dans les portions formant le châssis inférieur par suite des températures élevées et; des forces qui se créent au moment de l'écoulement du métal fondu qui entre en contact avec la surface du châssis inférieur. 30 Etant donné que de nombreux moules ont généralement une hauteur voisine de 1,5 m à 3 m, on doit couler le métal depuis une hauteur au moins égale à cette distance et assez souvent on le coule depuis une hauteur même plus élevée, il se produit donc une pression considérable. Ainsi, le métal fondu chaud forme 35 facilement des creux béants dans les éléments formant le support ou châssis inférieur, sous l'action de cette force et à une température égale au moins à la température de liquéfaction du métal fondu. En outre, le problème de la création de piqûres ou de sillons dans les parties formant le support des moules, 40 provoqué par les facteurs mentionnés plus haut, est aggravé par 72 17099 2 2137853 suite du fait que le métal fondu, en particulier au voisinage de la partie inférieure de la lingotière, reste à l'état liquide chaud pendant un laps de temps considérable après la coulée et conserve donc pendant longtemps son caractère érosif. 5 Le métal fondu, par solidification en un lingot, présente ainsi une forme inférieure qui se conforme à la surface érodée indésirable du châssis inférieur ou support du moule ou lingotière. c'est pourquoi une quantité considérable du lingot, lorsqu'on le retire du moule et qu'on le traite ensuite en 10 dalles ou brames, se trouve perdu par suite de la mise au rebut des extrémités c!e forme irrégulière de la dalle, ceci est naturellement très indésirable, car ceci entraîne une perte inutile de métal utilisable et un accroissement des déchets, qu'on doit ensuite retraiter. 15 Un autre problème extrêmement sérieux et coûteux se pose après que le lingot dans la lingotière s'est solidifié à un degré suffisant pour qu'on puisse le retirer tant des faces latérales du moule que de la plate-forme de base ou châssis inférieur. Dans de nombreux cas, si la surface du châssis inférieur 20 n'est pas protégée ou est protégée d'une façon inadéquate, l'érosion se produit comme décrit plus haut et le lingot a encore plus tendance à rester exactement adhérent au châssis inférieur. Ainsi, après qu'on a détaché le lingot des faces latérales du moule, ce qu'on peut généralement réaliser de façon efficace 25grâce à une mince pellicule d'enduit choisi entre un grand nombre d cLe. revêtement, on doit détacher le lingot du châssis inférieur en exerçant une grande force, on y parvient normalement en soulevant le lingot et le châssis adhérent, et en les jetant l'un et l'autre contre quelque autre objet plus grand, ce qui 30 permet de détacher le lingot sous l'effet du choc. Dans de nombreux cas, on jette tout simplement le châssis inférieur et le lingot sur le plancher d'une hauteur appropriée. Dans ce cas, le châssis inférieur est souvent cassé en deux ou plusieurs petits morceaux, et on ne peut plus le réutiliser ultérieurement pour couler 35 d'autres lingots. A nouveau, le prix de remplacement de ces châssis inférieurs est élevé, ce qui rend ce mode opératoire dans son ensemble assez peu intéressant. Le même problème se pose en ce qui concerne les moules à gros bout supérieur dans lesquels l'adhérence des lingots se produit plus particulièrement au 40 niveau du support. Les nouveaux moules de ce type sont 72 17099 3 2137853 particulièrement susceptibles d'adhérence par suite de leur surface lisse qui n'est pas protégée par une couche d'oxyde de métal, une liaison étroite métal-métal se produit alors entre la partie inférieure du moule et le lingot. 5 La fissure des moules et en particulier de leur support par suite de la manipulation brutale dont nous venons de parler et qui est due aux agents d'adhérence entre le support et les lingots se trouve également augmentée par les chocs thermiques au cours de la formation des lingots. Les surfaces inférieures 10 du moule non protégées ou protégées de façon inadéquate risquent plus particulièrement de subir ces chocs destructifs. On a proposé dans la technique antérieure de nombreuses solutions pour résoudre les problèmes dont nous venons de parler à propos de l'érosion des éléments inférieurs des lingotières. 15 On a suggéré un certain nombre de revêtements réfractaires, mais ces derniers ne se sont pas révélés entièrement satisfaisants. Une des solutions proposées antérieurement pour résoudre le problème d'érosion des châssis inférieurs des lingotières résidait dans la suggestion qu'on pourrait placer une pièce 20 encastrée réfractaire dans le fond du moule ot que cette pièce réfractaire tendrait à réduire au minimum l'érosion. Les pièces encastrées en céramique n'ont pas été couronnées de succès à l'échelle industrielle. Leur principal inconvénient est que, lors de leur utilisation, le métal fondu chemine dans 25 l'espace compris entre la pièce encastrée et le moule lui-même par suite d'une action capillaire et tend à pousser la pièce encastrée en céramique hors de sa cavité. Lorsque ce phénomène se produit, la pièce encastrée en céramique se trouve au-dessus de la surface supérieure du châssis inférieur et tend à être 30 entraînée dans le lingot. Cet entraînement produit des inclusions métalliques dans le lingot, ce qui nécessite une opération coûteuse, à savoir la mise au rebut des extrémités du lingot par suite de leurs défauts. S'il était possible de produire des supports améliorés de 35 moules de lingot ou s'il était possible de réparer les châssis inférieurs érodés et d'améliorer par là-même la durée de vie des lingotières, on réaliserait un progrès important dans la technique de fabrication des lingots. La présente invention fournit un support de lingotière 40 amélioré qui est formé d'une dalle rectangulaire de fonte creusée 72 17099 4 2137853 à sa surface supérieure d'une cavité, au moins deux éléments d'ancrage métalliques de forme irrégulière étant fixés à demeure à la surface de ladite cavité et ladite cavité étant complètement remplie d'une composition réfractaire thermorésistante et durcie. 5 La présente invention fournit également un procédé de montage de pièces encastrées réfractaires à la surface supérieure des éléments de support des lingotières; les éléments de support sont initialement creusés d'une cavité dans lesdites surfaces ou lesdites surfaces sont usées et érodées sous forme d'une 10 cavité; ledit procédé consiste à fixer à demeure au moins deux éléments d'ancrage métalliques de forme irrégulière dans la cavité, à remplir la cavité d'une composition réfractaire plastique thermorésistante et à durcir par la chaleur ladite composition réfractaire plastique. 15 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention deviendront évidents d'après la description suivante avec référence aux dessins annexés : La Figure i est une vue latérale en coupe transversale et horizontale d'un moule érodé qu'on a réparé grâce au procédé 20 de l'invention. La Figure n est une vue supérieure d'un élément de support érodé d'une lingotière. La Figura m est une vue horizontale d'une cavité dans laquelle on voit deux barreaux d'ancrage métalliques en forme 25 de z qui sont montés dans cette cavité. Reportons-nous maintenant plus spécialement aux dessins dans lesquels les pièces identiques ont des numéros de repère identiques on y voit tan élément de support d'une lingotière 10 de forme sensiblement rectangulaire, cet élément de support ou châssis 30 inférieur a normalement de grandes dimensions et est en fonte. Ces châssis inférieurs ont typiquement une épaisseur de 30 cm ou plus et une longueur de 1,2 à 1,8 m. Les châssis inférieurs qui ont subi une érosion importante peuvent être creusés d'une cavité dont le diamètre peut atteindre 0,9 m et la hauteur peut 35 atteindre 25 cm. Lorsque cette érosion se produit, ces châssis inférieurs sont normalement mis au rebut, car ils ne sont plus adaptés au service. Comme le montrent particulièrement bien les Figures I et II, le châssis inférieur 10 présente une cavité 12 qui est fornée à 40 la partie supérieure 14 du châssis inférieur. 72 17099 5 2137853 Les dessins représentent deux ou plusieurs éléments ou barreaux d'ancrage le de forme irrégulière qui sont fixés aux parois latérales 16 de la cavité 12; ces éléments d'ancrage sont représentés sur le dessin en forme de z, c'est-à-dire leur 5 mode de réalisation préférée. Les barres en forme de z représentées sur le dessin sont ancrées sur les parois latérales de la cavité 12 au moyen de goujons filetés 20, qui sont représentés plus en détail sur la Figure m. un procédé approprié d'ancrage de barres en forme de z ou de forme irrégulière consiste à utiliser 10 un outil vibreur à cartouche destiné à enfoncer des clous et qui permet l'ancrage rapide des barres en z dans la cavité. Bien que les barres d'ancrage métalliques soient représentées sous forme d'un z, il est bien entendu qu'on peut utiliser d'autres éléments de forme irrégulière, à aspect généralement 15 torsadé. Ainsi, on peut utiliser des éléments en forme de tire-bouchon, en forme de L, en forme de v, etc... Lors de l'ancrage des barres d'ancrage de forme irrégulière, on préfère que la partie inférieure de ces barres d'ancrage qui est en contact avec la cavité du châssis inférieur soit dans le 2Q môme plan que la surface et non pas dans un pl^n perpendiculaire. En d'autres termes, des goujons filetés dans lesquels une extrémité en pointe est fixée dans un élément de support ne sont pas désirables car l'extrémité du goujon forme un centre de transmission de chaleur qui provoqua la formation d'un point chaud ou 25 un effet de grillage lorsque la partie supérieure de ce goujon est en contact avec le métal fondu. Comme le montrent les dessins, la partie inférieure de la barre en Z est en contact avec la paroi de la cavité, ce qui assure une plus grande surface de transfert de chaleur et réduit par là-même la présence de points 30 chauds localisés dans le moule. Après avoir positionné les barres d'ancrage la métalliques de forme irrégulière dans la cavité du moule, on remplit alors la cavité d'une céramique qui est repérée par le numéro 22. Cette matière plastique réfiactaire doit être thermorésistante 35 et dureissable de façon à fournir une surface dense qui puisse recevoir le métal fondu coulé comme par exemple l'acier liquide. Comme indiqué, les barres d'ancrage métalliques 18 de forme irrégulière ont de préférence la forme d'ion Z. On peut les monter à l'intérieur de la cavité 12 de façon à ce qu'elles 40 occupent un grand nombre de positions. Leur nombre doit être 72 17099 6 2137853 suffisant pour assurer un bon ancrage entre les surfaces de la cavité 12 et la composition plastique réfractaire 22. Les compositions plastiques réfractaires qui ont donné des résultats remarquables dans la mise en oeuvre de l'invention 5 sont principalement constituées d'alumine et peuvent contenir d'autres ingrédients tels que les phosphates minéraux, de faibles quantités d'eau, de l'argile, etc... Ces mélanges dits "pisés réfractaires" sont étudiés et décrits dans le Brevet E.U.A. H° 3.547.664 dans lequel on trouve un, certain nombre des références 10 citées ici. un pisé réfractaire préféré du type décrit dans ce brevet a la composition suivante i Pourcentage pondéral Alumine lamellaire (3,36 mm) 60 Alumine calcinée ( particulôs 1S Kyanite (295 microns) 5 Kaolin 3 Acide phosphorique (à 85 %) Fibre de céramique 0,12 20 Eau 4 On tasse les compositions du type ci-dessus par des moyens pneumatiques, etc..., dans la cavité du moule dans laquelle on a préalablement monté les barres d'ancrage métalliques de forme irrégulière. Outre 1'utilxsateMJR de céramiques du type iJkdjécrit, l'invention prévoit l'utilisation d'autres céramiques cfaomt t# assure où elles résistent thermiquement lorsqu'elles sont en contact avec le métal fondu. Après avoir rempli la cavité 12, on traite thermiquement la composition plastique réfractaire 22 de façon à ce que la 30 matière réfractaire soit liée et soit d'un seul tenant. On a mis en service les moules ainsi traités et ces derniers ont présenté une durée de vie utile qui dans de nombreux cas dépasse de beaucoup la durée de vie obtenue lorsqu'on utilise les châssis inférieurs en fonte de la technique antérieure. 35 Xl est évident que les techniques ainsi décrites qui permettent de réparer des châssis inférieurs qui ont subi une érosion peuvent s'adapter à la préparation de nouveaux châssis inférieurs. Lorsqu'on désire produire de nouveaux châssis inférieurs, on produit un châssis en fonte dont la partie 72 17099 7 2137853 supérieure est creusée d'une cavité appropriée telle que la cavité 12 précitée. Dans la cavité se trouvent montées des barres d'ancrage métalliques 18 de forme irrégulière, et on place dans la cavité la composition plastique réfractaire 22. 5 Si des installations de coulée appropriées sont disponibles, on peut y incorporer dans la cavité préformée les barres d'ancrage métalliques de forme irrégulière grâce au procédé de coulée initial et non pas en utilisant une technique d'ancrage ultérieure. 72 17099 8 2137853 REVEKDICATIQHS 1. Embase améliorée de lingotière, caractérisée en ce qu'elle est constituée d'une dalle rectangulaire de fonte dont la face supérieure est creusée d'une cavité, au moins deux éléments d'ancrage métalliques de forme irrégulière étant fixés 5 à demeure sur la face de ladite cavité et ladite cavité étant complètement remplie d'une composition réfractaire thermorésistante durcie. 2. Embase améliorée selon la revendication 1, caractérisée en ce que les éléments d'ancrage métalliques sont en forme de z, 10 la partie inférieure desdits éléments en forme de z s'engageant dans la face de la lingotière. 3. Embase améliorée selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les éléments d'ancrage métalliques sont coulés d'une seule pièce avec ladite dalle de fonte,'dans 15 sa cavité. 4. Embase améliorée selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisée en ce que la composition réfractaire thermorésistante est un pisé réfractaire contenant de l'alumine et durci. 5. Procédé de montage de pièces encastrées réfractaires dans la 20 face supérieure des embases de lingotières, dans lequel ladite face des embases est soit creusée . d'une cavité initiale soit usée au point de former une cavité, procédé caractérisé en ce qu'il consiste : à fixer à demeure dans la cavité au moins deux éléments d'ancrage métalliques de forme irrégulière, 25 à remplir la cavité d'une composition réfractaire plastique thermorésistante, et à durcir par la chaleur ladite composition réfractaire plastique. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments d'ancrage métalliques de forme irrégulière sont 30 en forme de z et que la partie inférieure desdits éléments en forme de z s'engage dans la face de la lingotière. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la composition réfractaire plastique est vin pisé réfractaire contenant de 1'alumine.