Brevet FR2201938A1 — publié le 19740503

La présente invention se rapporte d'une façon générale aux techniques utilisées en aciérie et en fonderie. Il est bien connu, dans ces techniques, de former dans la partie supérieure d'une lingotière ou d'un moule, avant la coulée, une masselotte présentant des caractéristiques exothermiques et (ou) isolantes, afin de retarder, dans la partie correspondante, la solidification du métal coulé et de constituer ainsi une réserve de métal liquide capable de combler les retassures formées par le retrait du métal à la solidification et réduisant en conséquence la chute en tête du lingot ou permettant d'obtenir des moulages sains. Il est devenu usuel de réaliser de telles masselottes au moyen d'éléments tels que des plaques de garnissage. On a déjà proposé, pour former ces éléments de masselottage, de nombreuses compositions différentes, et un but de l'invention est de créer un nouvel élément de masselottage fournissant des résultats particulièrement satisfaisants pour le ralentissement de la solidification dans la partie considd- rée du lingot ou moulage. Un autre but de l'invention est de créer un nouvel élément de masselottage assurant une bonne isolation et qui soit d'un prix de revient relativement bas, ainsi que d'un faible poids. Il est déjà connu, pour améliorer les propriétés isolantes d'éléments ou plaques de masselottage, de ménager à l'intérieur de ces éléments des alvéoles ou cavités. Diverses solutions ont déjà été proposées pour parvenir à ce résultat. Ainsi, il est connu par exemple, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3.672.918, de ménager de telles cavités, dans un élément composite comportant une couche exothermique et une couche isolante, en incorporant à cette dernière une quantité au moins égale à 50 % en poids de cendres volantes. Dans l'élément résultant, l'interface entre les deux couches comporte des cavités discontinues formées in situ. Un autre but encore de l'invention est de créer, dans un élément isolant, des cavités améliorant le pouvoir isolant de cet élément, d'une manière nouvelle permettant en particulier d'obtenir une meilleure répartition de ces cavités dans la surface utile de l'élément. L'invention est matérialisée en conséquence dans un élément de masselottage utilisable en aciérie ou en fonderie, caractérisé en ce qutil est constitué par deux couches isolantes entre lesquelles est interposée une mince couche de matière carbonifère renfermant une proportion élevée de substances volatiles ou de matière au moins en partie volatilisable sous l'effet de la chaleur. La matière carbonifère ou la matière volatisable peut être d'une nature telle qu'elle subisse déjà au moins une volatilisation partielle lors du séchage de l'élément de masselottage à l'étuve, opération qui s'effectue généralement à des températures un peu supérieures à 200 C, ou bien, d'une façon préférentielle, elle peut être telle que cette volatilistation soit complétée ou assurée à une température plus élevée, telle que celle résultant du contact de l'élément de masselottage avec le métal liquide. La matière carbonifère à teneur élevée en substances volatiles peut être, par exemple, de la farine de coke, de la farine de brai, du coke de pétrole, du charbon de bois, de la cendre volante ou une matière équivalente. La matière volatilisable peut être, par exemple, du polystyrène ou une matière équivalente. L'expérience a montré que la présence de cette mince couche de matière carbonifère à forte teneur en substances volatiles ou de matière volatilisable fournit, dans le produit prêt à être utilisé ou au cours de cette-utilisation, des alvéoles de dimensions relativement grandes, ménagés entre les deux couches isolantes et assurant un effet d'i solation thermique remarquable. La matière est utilisée de préférence sous forme de poudre fine, et il semble que la finesse des particules intervienne dans la qualité du résultat obtenu. Suivant une caractéristique de l'invention, les deux couches isolantes peuvent être identiques ou différentes. La description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé, donné à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention. La fig. 1 est une vue en coupe d'une plaque de masselottage à l'état "vert", c'est-à-dire avant son étuvage. La fig. 2 est une vue en coupe analogue, montrant une plaque dans laquelle la matière carbonifère formant la couche médiane a été volatilisée. La fig. 3 est un graphique. La plaque de masselottage représentée sur les fig. 1 et 2 comprend, dans son état initial, trois parties principales, à savoir une première couche isolante 1, une seconde couche isolante 2 et une mince couche intermédiaire 3. Il va de soi que la forme de chacune de ces couches est adaptée à la forme d'ensemble de l'élément de masselottage, cette forme étant plane dans le cas présent. D'une façon en soi connue, lors de l'utilisation de l'élément de masselottage, une face de cet élément, correspondant dans le cas présent à la première couche isolante 1, est en contact avec la paroi de la lingotière, tandis que la face de la seconde couche isolante 2 est en contact avec l'acier. Suivant un mode de mise en oeuvre paraissant avanta geux, la première couche isolante ou couche extérieure 1 est d'une nature telle qu'elle présente une faible porosité, afin de s'opposer au passage des gaz résultant de la combustion ou de la volatilisation de la couche de matière intermédiaire 3 et de favoriser ainsi la création des alvéoles sur l'interface entre les deux couches. Cette première couche isolante peut présenter, par exemple, la composition ci-après, les pourcentages étant calculés en poids. Wollastonite 40 - 60 % et de préférence 55 % Cendre volante 30 - 50 % et de préférence 35 X Chamotte 10 - 30 % et de préférence 10 % 100 % Il est déjà connu d'utiliser pour diverses applications la matière dénommée wollastonite, qui est un minéral formé par du silicate de calcium naturel théoriquement presque pur, présentant une uniformité chimique et physique remarquable. On produit également maintenant de la wollastonite synthétique ayant des propriétés voisines. Les recherches qui ont abouti à l'invention ont montré que l'incorporation de wollastonite à la charge utilisée pour la fabrication de l'une au moins des deux couches isolantes de l'élément de masselottage permet d'obtenir une isolation thermique très satisfaisante, tout en réduisant le poids de l'élément. Du fait de la stabilité thermique de la wollastonite, dont le point de fusion est supérieur à 1.5CO C, l'élément de masselottage conserve en outre sa forme initiale au moins au début du contact avec l'acier, tout en subissant ensuite une désagrégation qui permet un enlèvement aisé des résidus. Cn donnera ci-après une analyse chimique, avec chaque fois une plage de pourcentages des constituants et une composition préférentielle, correspondant à la première couche isolante 1, dans le cas de l'utilisation des constituants indiqués ci-avant : SiO2 40 - 60 % et de préférence 50,80 % CaO 20 - 30 % et de préférence 25,85 % Al203 10 - 25 % et de préférence 15,05 % Fe203 O - 5 % et de préférence 2,80 % Autres constituants 5,50 % 100.00 % La seconde couche isolante 2, qui est en contact avec l'acier, doit avoir des caractéristiques neutres vis-à-vis de celui-ci, c'est-à-dire qu'elle ne doit pas affecter l'acier. En outre, elle doit présenter un état de surface tel, sur sa surface dirigée vers l'acier, qu'elle ne soit pas pénétrée par celui-ci. Par ailleurs, malgré son caractère isolant, elle doit de préférence assurer une conduction de chaleur suffisante pour que la chaleur dégagée par l'acier parvienne jusqu'à la couche intermédiaire de matière carbonifère et provoque la combustion de celle-ci et la volatilisation de ses constituants pour former les alvéoles. Suivant un mode de mise en oeuvre paraissant avantageux, cette seconde couche isolante 2, en contact avec l'acier, peut être formée principalement par du sable et un liant judicieusement basique. Ce liant peut être, si désiré, une argile éventuellement à forte teneur en alumine. De préférence également, cette seconde couche isolante peut renfermer une petite proportion d'oxyde de fer, tel que de l'oxyde de fer rouge. On donnera ci-après, à titre d'exemple, une composition possible pour former cette seconde couche isolante : Sable siliceux 75 % Argile à forte teneur en alumine 20 % Oxyde de fer rouge 5 % 100 % La couche intercalaire peut être formée comme indiqué précédemment, dans la condition initiale de la plaque, par une mince couche de matière carbonifère 3 à forte teneur en substances volatiles, de préférence par une couche de farine de brai, de coke ou de charbon de bois. Cette couche peut être formée également, comme indiqué, par une mince couche de matière volatilisable, par exemple par du polystyrène, sous forme de poudre ou sous une forme physique analogue, comportant de fines particules. L'épaisseur de cette couche intercalaire est faible par rapport à celle des deux autres couches. Sa position dans l'épaisseur de la plaque peut etre choisie à volonté, en fonction des conditions chaque fois rencontrées. Par exemple, on peut disposer la couche intercalaire et par suite les alvéoles dans la partie médiane de la plaque, ou bien les déporter vers l'une ou l'autre face. Il est toutefois nécessaire de ne pas rapprocher cette couche intercalaire de la face de la plaque en contact avec l'acier à un degré tel qu'il en résulte dans cette face la formation de cavités ou creux permettant un accrochage de l'acier, ou bien une possibilité de pénétration de l'acier à travers cette face. Cette faculté de choisir la position des alvéoles dans la plaque représente un avantage important de l'invention. On produit avantageusement la plaque suivant l'invention par moulage, en versant d'abord dans un moule une quantité dosée d'un premier mélange isolant et en nivelant sa surface au moyen d'un calibre, puis en déposant, sur la surface supérieure de cette couche de premier mélange isolant, une quantité également dosée de matière carbonifère ou volatilisable pour former la mince couche intercalaire, et enfin en versant sur l'ensemble une quantité appropriée de second mélange isolant dont la surface libre est nivelée. D'une manière en soi connue, on provoque ensuite la prise des constituants de la plaque, le processus employé étant fonction de la nature des liants présents dans les mélanges formant les couches isolantes et étant bien connu dans cette technique, de sorte qu'il ne semble pas utile de s'y référer ici en détail. Suivant un mode de mise en oeuvre paraissant avantageux, on dépose la matière formant la couche intercalaire sur la première couche en opérant par soufflage, au moyen d'un pis tolet. Il est judicieux, par ailleurs, de mélanger avec cette matière un liant qui peut être celui utilisé dans les deux autres couches et qui se présente également sous forme de fines particules, ceci afin d'obtenir une bonne liaison entre les couches. La plaque obtenue est ensuite séchée à l'étuve, selon une opération qui est également bien connue. Au cours de cet étuvage, qui est effectué à une température de 220 à240 C par exemple, la farine de coke ou le charbon de bois constituant la couche intercalaire subit un début de combustion. Cette combustion et la volatilisation des substances volatiles de cette couche sont ensuite complètées très rapidement au moment du contact de la plaque avec l'acier liquide, sous l'effet de la température élevée alors atteinte, et des alvéoles 4 se forment dans l'ensemble de la surface utile de la plaque (Fig. 2) au niveau de l'interface entre les deux couches isolantes, en fournissant un effet d'isolation thermique particulièrement satisfaisant. On a représenté sur la fig. 3 des courbes de refroidissement obtenues avec un élément formé par un isolant classique du commerce, connu pour fournir de bons résultats, et deux éléments de masselottage suivant l'invention. La courbe correspondant à l'isolant classique est désignée par la référence 5 et celles correspondant à l'invention par les références 6 et 7. La courbe 6 correspond à un élément dont la couche intermédiaire est formée par du coke de pétrole, tandis que la couche 7 correspond à un élément dans lequel la couche intermédiaire est de la cendre volante. On voit que, dans chaque cas, on obtient un palier de température, puis un refroidissement lent, tandis qu'un élément formé simplement par de l'isolant correspond à une déperdition thermique beaucoup plus rapide. L'avantage qui résulte en pratique des refroidissements obtenus apparait de façon évidente. On notera en outre que l'élément de masselottage suivant l'invention présente des avantages physiques supplémentaires du fait de l'incorporation de wollastonite, qui permet d'obtenir des éléments plus légers. Des modifications peuvent être apportées aux modes de mise en oeuvre decrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Elément de masselottage utilisable en aciérie ou en fonderie, en particulier dans des lingotières et pour des applications analogues, caractérisé en ce qu'il est constitué par deux couches isolantes entre lesquelles est interposée une mince couche de matière carbonifère renfermant une proportion élevée de substances volatiles ou de matière au moins en partie volatilisable sous l'effet de la chaleur. 2.- Elément de masselottage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière carbonifère ou volatilisable est d'une nature telle qu'elle subisse déjà au moins une volatilisation partielle lors du séchage de l'élément de masselottage à l'étuve. 3.- Elément de masselottage suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière carbonifère ou volatilisable est d'une nature telle que la volatilisation des substances volatiles soit complètée ou assurée lors du contact de l'élément de masselottage avec le métal liquide. 4.- Elément de masselottage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la matière carbonifère est de la farine de coke, de la farine de brai, du charbon de bois ou de la cendre volante, ou renferme une forte proportion de l'une de ces substances. 5.- Elément de masselottage suivant la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la matière volatilisable est du polystyrène, de préférence sous forme de poudre. 6.- Element de masselottage suivant la revendication 1 ou 5, caractérisé en ce que l'une au moins des couches isolantes renferme de la wollastonite. 7.- Elément de masselottage suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la couche isolante dirigée vers la lingotière renferme de la wolastonite, de la cendre volante et de la chamotte. 8.- Elément de masselottage suivant la revendication 7, caractérisé en ce que cette couche présente la composition suivante wollastonite 40 - 60 % et de préférence 55 S cendre volante 30 - 50 X et de préférence 35 % chamotte 10 - 30 b et de préférence 10 % 100 % 9.- Elément de masselottage suivant la revendication 1, 5 ou 6, caractérisé en ce que la couche isolante dirigée vers le métal présente une surface extérieure qui n'est pas pénétrée par le métal et est inerte vis-à-vis de celui-ci. 10.- Elément de masselottage suivant la revendication 9, caractérisé en ce que cette couche isolante renferme du sable, un liant tel que de l'argile et éventuellement de l'oxyde de fer.