Brevet FR2235101A1 — publié le 19750124

La présente invention concerne un matériau de calorifugeage pour utilisation dans ltindustrie de la coulée des métaux. L'utilisation des revêtements réfractaires calorifuges dans les tetes de lingotière et dans les avents de coulée est connue depuis plusieurs années. Utilisés sous forme de tuiles, cales d'angle, masselottes d'une seule pièce, cylindres pour noyau, etc, ces revetements servent à retarder la solidification du métal fondu au sommet de la lingotière ou dans les évents de coulée et-réduisent ainsi les pertes de métal dues à lteffet de retrait et de ségrégation pendant le refroidissement et la solidification. En particulier, les revetements avec des compositions fortement améliorées, basées sur l'incorporation d'une proportion de matériau fibreux organique et/ou minéral dans le mélange réfractaire, sont devenus bien connus pendant les derniers dix ans. L'incorporation de ces fibres a servi aussi bien à améliorer les propriétés de calorifugea-ge des revêtements, qu'à améliorer leur résistance mécanique. Du fait que la plupart des fibres minérales sont coûteu-ses ou ne sont pas acceptées par les réglementations d'hygiène actuelles, leur utilisation dans de tels mélanges est limitée et le principal type de matériau fibreux utilisé en pratique est sous forme de pâte à papier ou de pâte à carton, toutes les deux étant efficaces et non couteuses. Bien que les revetements en de telles compositions soient efficaces pour retarder la solidification du métal dans la tete de la lingotière ou dans les évents et pour réduire ainsi le retrait et la segrégation du métal, ces avantages sont au moins en partie annulés par la pénétration de métal dans la surface du revetement. Cette pénétration se produit du fait que les compositions utilisées en pratique ont des propriétés qui constituent un compromis entre une densité et une capacité réfractaire suffisantes pour résister à la pénétration du métal fondu, un isolement thermique suffisant pour retarder la solidification du métal et un coût suffisamment bas pour rendre acceptable l'utilisation des revêtements. Normalement, la pénétration de métal dans la surface des revêtements se produit entre les particules de matériau réfractaire, par amollissement, combustion ou déplacement des fibres organiques et/ou des liants et a le désavantage que les particules de matériau réfractaire sont emprisonnées par le métal qui se solidifie. Ces particules réfractaires emprisonnées peuvent conduite à leur tour au rebut d'une partie d'un lingot laminé ou d'une pièce moulée dont les évents de coulée constituent une partie intégrante et cela en raison des défauts de surface, meme si le métal au-dessous de la surface est par ailleurs sain. Certains succès ont été obtenus en formulant des compositions pour empêcher la pénétration de métal dans les revêtements réfractaires calorifuges. On a utilisé, par exemple, des compositions combinées, dans lesquelles une couche du revêtement en contact avec le métal fondu est constituée d'une composition très réfractaire, -résistant à la pénétration, utilisant éventuellement uniquement des fibres minérales couteuses au lieu des fibres organiques, et,est combinée avec une couche de support constituée d'une composition plus calorifuge, moins coûteuse.Ces revetements ont le désavantage d'augmenter les frais en matériau, en raison de l'incorporation d'une proportion relativement élevée de fibres réfractaires coûteuses, ainsi que d'augmenter le prix de production, en raison des opérations supplémentaires exigées pour exécuter le revêtement combiné à deux couches. Bien entendu, un revetement n1 incorporant que des fibres réfractaires coûteuses, et n'incorporant pas de fibres organiques, pourrait etre exécuté avec une seule composition et en une simple opération, et pourrait etre a meme empêcher la pénétration, mais le coût de la grande quantité de fibres minérales nécessaires serait prohibitif. La présente invention a pour objet un revêtement calorifuge qui ne présente pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. Selon cet aspect de l'invention, un revetement calorifuge pour utilisation dans l'industrie de la coulée des métaux, et en particulier pour revetir les sommets des lingotières et les évents de coulée comprend un substrat contenant un matériau réfractaire et un matériau en fibres organiques et/ou minérales, ledit substrat ayant au moins une de ses surfaces revetue d'une feuille de matériau fibreux. Normalement, seulement la surface, ou les surfaces qui, à l'utilisation du revêtement, viennent en contact avec le métal fondu seront revêtues d'une feuille de matériau fibreux. Selon un autres aspect de l'invention, un procédé pour réaliser un revetement calorifuge pour utilisation dans l'industrie de la coulée des métaux consiste à former un substrat contenant un matériau réfractaire et un matériau fibreux organique et/ou minéral, et à fixer une feuille préformée de matériau fibreux sur au moins l'une des sur faces du substrat. La feuille ou les feuilles de revêtement en matériau fibreux peut être fixee sur le substrat sec à l'aide d'un adhésif, par exemple un ciment réfractaire. Cepen dant > il s'est avéré avantageux d'incorporer le matériau fibreux en feuille comme partie intégrante du revêtement lors de l'exécution du substrat par un processus de moulage Cela peut etre fait en préparant, avec les matériaux à incorporer dans le substrat, un mélange de substrat sous la forme d'une pâte ou d'une suspension, à pré-couper dans le matériaù fi breux -une feuille ayant la configuration de la surface ou des surfaces du substrat à revêtir, à placer le mélange de substrat dans la cavité d'un moule à configuration appropriée, le matériau en feuille pré-coupée étant interposé entre le mélange de substrat et une partie perforée de la surface de moulage du moule, et à presser- le liquide du mélange de substrat de manière qu'au moins une partie du liquide expulsé passe par le matériau fibreux en feuille avant de sortir de la cavité du moule par la surface perforée de moulage dudit moule de sorte que le-matériau fibreux en feuille reste incorporé dans le mélange de substrat pressé comme revêtement sur au moins une surface dudit substrat. Dans le procédé qui vient d'être décrit, la surface de moulage perforée du moule peut être constituée par une ou par plusieurs parois du moule perforées de trous de petit diamètre. Le nombre et la dimension de ces trous sera choisi suivant la plasticité du mélange de substrat et la pression de moulage. A cet égard, il est préférable d'utiliser un mélange de substrat relativement consistant, par exemple une composition telle que celle décrite dans la demande de brevet français nO 74 03924 du 6 février 1O74 auxnoms de Denis Arthur John PATTERSON et Thomas Albert WTLLlAMS. Dans le procédé qui vient d'être décrit, le matériau fibreux en feuille permet le passage du liquide et de l'air entralné du mélange, mais retient les ingrédients réfractaires et de calorifugeage, ensemble avec une fraction élevée de tout liant présent, la feuille frontale devient partie intégrante du revêtement formé et reste partie intégrante dudit revetement après séchage. D'autre part, une feuille frontale attachée au -substrat par- adhésif est plus susceptible d'être endommagée ou partiellement détachée du substrat pendant le transport et le maniement et peut par conséquent, cloquer et permettre la pénétration de métal lors du contact avec du métal fondu. La feuille frontale de matériau fibreux peut être en papier ou un tissu fait en matériau fibreux non réfractaire. En tant qutexemples préférés de matériau de feuille frontale, fibreux et non réfractaire, pour être incorporé dans elle revêtement lors du moulage du substrat, on citera des. feuilles de papier buvard ou d'autres types de papier absorbant, en particulier ceux ayant une épaisseur de 0,25 mm à 1 mm. Lorsqu'ils sont utilisés en combinaison avec des mélanges de substrat contenant de l'argile et une proportion élevée de particules réfractaires très fines, ces papierspeuvent être utilisés dans leur forme usuelle.Cependant, lorsqu'ils sont utilisés avec des mélanges de substrat à teneur insuffisante en argile ou en particules réfractaires fines, il s'est avéré utile d'imprégner le papier avec de l'argile, telle que le kaolin, argile réfractaire ou l'argile figuline, avant de la mouler dans le revêtement. On nta pas trouvé d'explication précise pour la possibilité inattendue du papier ou tissu mincie, non ré fractaire, d'améliorer la résistance à la pénétration de métal fondu des revetements calorifuges finis. Cependant, l'on croit qu'une explication possible serait que pendant le moulage de la couche humide de mélange de substrat, la feuille de matériau fibreux frontale permet le passage par l'expul- sion de l'air entraîné et du liquide, mais agit- encore comme une sorte de filtre pour retenir les particules plus fines de matériau réfractaire du mélange ensemble avec une propor tion plus élevée de n'importe quel liant et argile qui seraient autrement retenus dans la zone frontale du revêtement. De ce fait, derrière la feuille frontale, il se forme une couche réfractaire plus liée et plus lisse, sans grands interstices à l'intérieur, ladite couche résistant à la pénétration de métal fondu même si la feuille frontale ellemême est détruite. Une autre explication possible, lorsquton utilise comme matériau de contact une feuille de papier ou tissu fibreux organique, peut être que ledit matériau est transformé par le métal fondu en une couche mince de carbone très réfractaire qui est pressée par le métal fondu contre le substrat sous-jacent et forme un écran réfractaire efficace pour le substrat.Encore une autre explication, pour le cas d'un revêtement dans lequel le matériau de contact est imprégné d'argile, peut être que, pendant le processus de moulage ou comme une phase préliminaire au moulage, l'argile est cuite par le métal fondu avec lequel elle vient en contact et forme un écran réfractaire efficace similaire pour le substrat. Dans une autre réalisation du revêtement calorifuge selon l'invention, la feuille frontale peut contenir du matériau fibreux réfractaire Un tel matériau particulièrement approprié est un papier ou un tissu fait de fibres d'aluminosilicate. Un tel matériau fibreux en feuille d'épaisseur de 0,50 mm et de 1 mm est vendu sous la dénomination commerciale de "Triton Kaowool't. On peut utiliser cependant d'autres papiers ou tissus réfractaires d'épaisseur comprise entre 0,25 mm et 1 mm.L'utilisation d'une telle feuille mince de matériau fibreux réfractaire comme couché de contact dans un revêtement selon l'invention ne conduit pas à une augmentation prohibitive du coût du revêtement, puisqu'on utilise une fibre beaucoup moins réfractaire que dans le cas d'un revêtement combiné ayant une couche frontale plus épaisse incorporant des fibres réfractaires, et aussi puisque le coût de production supplémentaire pour pla cer -la feuille de matériau fibreux réfractaire dans le moule avant d'introduire le melange de substrat est négligeable en comparaison avec le cout d'exécution d'un revêtement combiné utilisant deux mélanges différents. La composition du mélange utilisé pour former le substrat peut être l'une quelconque des compositions utilisées pour confectionner des revêtements réfractaires calorifuges. Les mélanges décrits dans les exemples 1 et 2 de la demande de brevet français nO 74 03924 précitée sont particulièrement appropriés. Un revêtement selon la présente invention peut avoir la configuration des revêtements réfractaires calorifuges déjà connus. Par exemple, on peut donner au revêtement la forme de brique ou de plaque (telles qu'on les utilise pour revêtir les moules de coulée de métaux), de tuiles de cales d'angle ou de masselotte creuse d'une seule pièce (telles qu'on les utilise pour calorifuger les sommets des lingotières) ou de cylindre de noyau (tel qu'on l'utilise pour calorifuger les évents de coulée). L'invention sera maintenant illustrée par les exemples non limitatifs suivants, où les parties sont en poids. EXEMPLE 1 Dans un broyeur pour réduire en pâte les déchets de papier, avec utilisation d'eau, on prépare une pâte en ajoutant 10 parties de papier journal sec à 100 parties d'eau. Ce mélange est soumis à l'action de broyage rapide pendant 10 ms, constituant à la fin une pâte fibreuse. Cette pâte est transférée dans un malaxeur à lames en Z, où 85 parties de brique réfractaire broyée ayant une dimension de particules qui ne dépasse pas 1,7 mm et 5 parties de résine phénolformaldéhyde novolaque comme liant sont mélangées. Après un nouveau malaxage de 20 mn, le mélange a une consistance plastique. Le mélange a été utilisé pour former le substrat d'une tuile de calorifugeage dans un moule ouvert pour former des tuiles, construit comme montré sur la figure 1 du dessin annexé qui est une vue latérale en coupe du moule. Le moule montré sur la figure i est de forme parallélépipédique, ayant un fond plat 1 et quatre parois latérales planes 2, le fond et les parois latérales étant tranpercés par plusieurs trous fins. Une plaque 4 de pression de moulage peut se déplacer verticalement dans la cavité 5 du moule définie par le fond 1 et les parois latérales 2, les interstices étroits 6 existant entre les bords de la plaque~4 et les parois latérales adjacentes 2. Une feuille 8 de papier buvard ayant une épaisseur de 0,50 mm est découpée suivant la forme du fond du moule 1, immergée dans une suspension d'argile figuline et ensuite déposée sur le fond du moule 1. Une quantité mesurée du mélange de substrat 9 est introduite dans le moule à l'aide d'une écope et est étendue sommairement dans la cavité 5 du moule sur la feuille 8. La plaque 4 est ensuite introduite dans le moule au-dessus du mélange 9, et on applique une pression d'environ 3,6 kg/cm2 pour expulser la plus grande partie de l'eau et pour tasser le mélange afin de lui donner la forme désirée, l'eau étant expulsée par les trous fins 3 pratiqués dans les parois latérales et le fond du moule, et également par les interstices étroits 6.La composition comprimée est ensuite enlevée de la cavité du moule et placée dans une étuve de séchage où elle est séchée pendant 3,5 heures à une température de 150 C pour éliminer le reste de l'eau, durcir la résine, et produire une tuile finie. La figure 2 du dessin annexé est une vue en perspective de la tuile finie, qui comprend un substrat 10 avec la feuille frontale 8 solidement moulée sur ledit substrat. La tuile finie présente des propriétés calorifuges, réfractaires et mécaniques satisfaisantes lorsqu'elle est utilisée comme partie du revêtement calorifuge pour le sommet d'une lingotière, et la précisionde ses dimensions ainsi que le fini superficiel sont excellents. Lorsque des tuiles selon le présent exemple sont utilisées comme parties du revêtement calorifuge dans une lingotière pour le moulage de lingots d'acier de 4 tonnes, on n1 observe pas d'inclusions importantes de particules réfractaires dans le lingot laminé ce qui indique qu'aucune pénétration de métal fondu ne s'est produite dans la face du revêtement.Cela se compare très favorablement aux lingots similaires, produits dans la même lingotière, en utilisant des revêtements de masselottage classiques, qui présentent invariablement la preuve d'inclusions de particules réfractaires. EXEMPLE 2 Le procédé de l'exemple 1 est répété à cela près, qu'au lieu d'utiliser du papier buvard en tant que feuille frontale, ladite feuille consiste en une feuille de papier "Triton Kaowool" ayant uneépaisseur de 0,5 mm. Cette feuille frontale n'est pas immergée dans une suspension d'argile figuline, mais est déposée à sec sur le fond du moule. La tuile finie a les mêmes propriétés excellentes que la tuile de 1V exemple 1 lorsqu'elle est utilisée comme partie du revêtement calorifuge dans une lingotière. De plus, dans un essai dans lequel de l'acier fondu est coulé sur des tuiles selon le présent exemple, et également sur des tuiles non revêtues classiques, l'acier fondu s'écoule sur les tuiles revêtues et ne pénètre pas dans lesdites tuiles, tandis que les tuiles non revêtues sont pénétrées par l'acier fondu. EXEMPLE 3 Un mélange consistant en 5 parties de papier déchiqueté sec, 65 parties de brique réfractaire broyée cl=1,7 mm), 25 parties d'alumine calcinée, 2 parties d'argile figuline, 3 parties de dextrine et 60 parties d'eau, est placé dans un malaxeur rotatif a"' action basculante et est malaxé pendant 2,5 heures, après quoi ledit mélange présente la consistance plastique d'une pâte serrée dans laquelle les fibres de papier sont dispersées de manière appropriée. Un morceau de papier buvard sec, d'épaisseur de 0,5 mm, est découpé suivant la forme du fond du moule montré sur la figure 1, ensuite placé sur le fond du moule, et une quantité mesurée du mélange est introduite dans la cavité 5 du moule sur la feuille de papier buvard. Le m-élange est étendu sommairement à l'intérieur de la cavité du moule. Deux pièces métalliques préformées, de configuration appropriée, sont ensuite legèrement pressées à la main dans le mélange, avant d'introduire dans le moule la plaque de pression. Le mélange est ensuite soumis à la pression et séché à l'étuve dans les mêmes conditions que celles spécifiées dans l'exemple 1. La tuile obtenue a les mêmes propriétés excellentes que celles décrites dans l'exemple 1. Les pièces métalliques préformées constituent une partie intégrante de la tuile et servent comme douilles auxquelles on peut attacher des crochets de suspension métalliques pour fournir un moyen simple-mais efficace de suspendre la tuile au sommet d'une lingotière. REVENDICATIONS 1. Revêtement calorifuge pour utilisation dans l'industrie de la coulée de métaux, comprenant un substrat contenant du matériau réfractaire et du matériau fibreux organique et/ou minéral et, éventuellement, un liant, caractérisé en ce qu'au moins une surface du substrat est revêtue d'une feuille de matériau fibreux. 2. Revêtement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille frontale a la forme d'un papier ou d'un tissu ayant une épaisseur de 0,25 à 1,0 mm. 3. Revêtement selon la revendication I ou 2, caractérisé en ce que la feuille frontale consiste en un papier absorbant. 4. Revêtement selon la revendication 3, caractérisé en ce que la feuille frontale consiste en du papier buvard. 5. Revêtement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la feuille frontale contient du matériau fibreux réfractaire. 6. Revêtement selon la revendication 5, caractérisé en ce que la feuille frontale contient des fibres d1alumino-silicate. 7. Revêtement selon l'une quelconque des revendications i à 6, caractérisé en ce que la feuille frontale est fixée au substrat au moyen d'un adhésif. 8. Revêtement selon la revendication 7, carac térisé en ce que l'adhésif utilisé est un ciment réfractaire. 9. Revêtement selon l'une quelconque des revendications i à 6, caractérisé en ce que la feuille frontale est moulée intégralement avec le substrat. 10. Procédé pour confectionner un revêtement calorifuge pour utilisation dans l'industrie de la coulée des métaux, qui consiste à former un substrat contenant du matériau réfractaire et du matériau fibreux organique et/ou minéral et, éventuellement, un liant, caractérisé en ce qu'il consiste à fixer une feuille préformée de matériau fibreux sur au moins une surface du substrat. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la feuille préformée de matériau fibreux est fixée par adhésif sur le substrat. 12. Procédé selon la revendication 10, carac térisé en ce que la feuille préformée de matériau fibreux est incorporée comme partie intégrante du revêtement lors de la confection du substrat par un processus de moulage. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il consiste à préparer un mélange de substrat sous la forme d'une pâte ou d'une suspension des matériaux à introduire dans le substrat, à conformer une feuille de matériau fibreux à la forme de la surface ou aux surfaces de substrat à revêtir, à placer le mélange de substrat dans la cavité d'un moule de forme appropriée, le matériau en feuille étant interposé entre le mélange de substrat et une partie perforée de la surface de moulage du moule, et à éjecter le liquide du mélange de substrat de sorte qu'au moins une partie du liquide éjecté passe par le matériau fibreux en feuille avant de sortir de la cavité du moule à travers la surface perforée de moulage dudit moule, de sorte que le matériau fibreux en feuille s1 incorpore dans le mélange de substrat tassé comme revêtement sur au moins une surface dudit substrat. 14. Procédé selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce qu'avant l'incorporation dans le revetement, la feuille de matériau fibreux est imprégnée d'argile.