Brevet FR2276154A1 — publié le 19760123

- - présente invention concerne la fabrication de réfractaires coulés par fusion présentant des cavités ou parties creuses formées par des noyaux disposés dans des moules employés dans le procédé de coulée par fusion. En particulier, elle concerne un perfectionnement au noyautage de produits coulés par fusion au moyen de noyaux creux formés de grains de réfractaire liés. On trouve, à titre d'exemple, une description générale de la fabrication de réfractaires coulés par fusion, dans le brevet des E.U.A. nO 1 615 750 et dans le livre intitulé '5Refractories" par F.H. Norton, 4ème édition, publié en 1968 par McGraw-Hill 3ook Co., New York, pages 186 à 189. Antérieurement, la plupart des efforts visant à former des cavités ou parties creuses dans des produits coulés par fusion consistaient à utiliser des noyaux maintenus en place jusqu'à ce que la coulée solidifiée se soit refroidie en passant par le stade de recuit. Ces noyaux fixes étaient couramment formés de divers grains réfractaires façonnés et cuits. On pourra se reporter à ce suet aux brevets des B.Ù.Q. nO 1 903 944, 2 023 044 et 2 071 542. Ces noyaux étaient censés etre conçus pour surmonter l'inconvénient de la fissuration des pièces coulées par suite de la contraction due au refroidissement, autour des noyaux et sur les noyaux, qui étaient généralement rigides. l'expérience ultérieure a donné des résultats qui varient selon les variations de compositions et de caractéristiques associées de la matière fondue coulée, de la dimension des noyaux et/ou des coulées, etc. On obtient dans certains cas des résultats satisfaisants lorsque les noyaux à grains liés sont creux et lorsque leur épaisseur et leurs caractéristiques de liaison sont telles qu'elles permettent aux noyaux de se comprimer et de s'écraser sous la force de compression de la matière réfractaire qui se solidifie autour de ces noyaux, pendant que cette matière subit une contraction au refroidissement. Dans ces cas particuliers, il se trouve que ces noyaux sont aussi capables de garder leur forme et leur intégrité sous l'effet des hautes températures et des hautes pressions hydrauliques de la matière réfractaire fondue coulée en contact avec les noyaux. Ces deux propriétés ne sont pas toujours possibles, spécialement dans les conditions où le volume de la matière fondue coulée est très appréciable et où les températures sont supérieures à zooooa. les noyaux creux plus épais et/ou plus fermement liés, nécessaires pour résister aux pressions hydrauliques et aux températures des matières fondues coulées, ne sont pas susceptibles d'être comprimés convenablement ni de s'écraser sous les forces de contraction au refroidissement, ce qui cause communément une fissuration des produits coulés par fusion avec ces noyaux.Par contre, des noyaux creux plus minces et/ou moins fermement liés, qui ont une compressibilité et une aptitude à 11 écrasement suffisantes pour éviter la fissuration, sont incapables de résister aux effets du réfractaire fondu coulé au contact de ce noyau, de sorte qu'il se produit un enfoncement du noyau et en meme temps un coulage de matière réfractaire fondue à la place du noyau, souvent par "percée" à travers une partie nouvellement solidifiée et insuffisamment épaisse de la matière, adjacente au noyau. Del était donc le dilemme en face duauel se trouvait l'inventeur immédiatement avant de faire la présente invention. On a maintenant découvert que le dilemme ci-dessus et les inconvénients liés aux techniques antérieures de coulée par fusion avec noyautage de matières réfractaires peuvent & re éliminés par un nouveau système de noyautage composite utilisant un noyau creux en grains de réfractaire liés, qui est compressible et peut s'écraser sous les forces de compression exercées dessus par la contraction au refroidissement de la matière réfractaire solidifiée autour du noyau.Ce système comprend une chemise de soutien disposée à l'intérieur de la cavité du noyau et plus petite que celle-ci de manière à ménager entre elles un espacement réglé, à emp8cher pratiquement l'enfoncement du noyau vers l'intérieur après son contact avec la matière réfractaire fondue coulée dans le moule et à permettre la compression et l'écrasement du noyau sous la force de compression mentionnée sans engendrer corrélativement, dans la matière réfractaire solidifiée autour du noyau, une force de traction qui causerait une fissuration de cette matière solidifiée. Ce système composite de noyautage est caractérisé par sa facilité d'adaptation à une large varié de réfractaires coulés par fusion ayant des propriétés différentes (dimension, forme, composition et propriétés associées). La présente invention constitue un perfectionnement à un anpareil de moulage connu destiné à la coulée par fusion des réfractaires, dont elle incorpore les éléments fondamentaux et qui comprend un moule présentant une ou des surfaces qui définissent une cavité de moule de coulée et au moins un noyau creux du type décrit ci-dessus, pénétrant dans la cavité de moule en partant de cette surface ou de l'une de ces surfaces et conçu pour entrer en contact avec la partie de matière réfractaire qui se solidifie autour de lui. Le perfectionnement selon l'invention réside dans la chemise de soutien également décrite ci-dessus. L'invention constitue aussi un perfectionnement au procédé de coulée par fusion de matière réfractaire dans lequel on utilise les éléments fondamentaux d'un appareil de moulage connu comme ci-dessus, on coule de la matière réfractaire fondue dans la cavité de moule de celui-ci et ensuite on solidifie la matière coulée pour former un produit réfractaire coulé par fusion comprenant une partie solidifiée autour du noyau.Le perfectionnement consiste à prévoir un soutien à l'intérieur de la cavité du noyau pour empêcher pratiquement 11 enfoncement du noyau vers l'intérieur (et la "percée" associée de matière fondue), après son contact avec la matière fondue coulée, tout en permettant ensuite la compression et l'écrasement du noyau sous la force de compression de la partie de matière réfractaire solidifiée autour de lui pendant que cette partie subit une contraction au refroidissement et sans engendrer corrélativement, dans cette partie solidifiée, une force de traction causant la fissuration de celle-ci.En se basant sur la description ici donnée, l'homme de l'art pourra facilement déterminer des noyaux et chemises de soutien de forme et de dimension appropriées, grâce à des essais limités avec toute combinaison choisie ou désirée de réfractaire coulé par fusion et de noyau composites. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donnée à titre d'semple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure unique est une vue en coupe latérale de la partie principale d'une forme d'appareil classique de coulée par fusion comportant un mode d'exécution actuellement préféré de l'invention. L'appareil représenté comprend un moule 1C disposé sur une base de briques réfractaires isolantes 12, à l'intérieur d'une enveloppe 14, et une poudre isolante (non représentée) remplit ltespacement entre le moule 10 et l'enveloppe 14, le tout selon une pratique classicue. Le moule 10 constitue un ensemble comprenant : (a) des plaques latérales 20, une plaque inférieure 22 et une plaque supérieure 24 formant la partie de coulée du moule, et (b) des plaques latérales 26 et une plaque inférieure 28 formant la partie de rehausse du moule. La partie de rehausse communique avec la partie de coulée à travers au moins un registre défini par des orifices alignés axialement 25 et 29 prévus respectivement dans les plaques 24 et 28. Selon le mode d'exécution représenté de l'invention, un noyau creux ou tubulaire 30 formé de grains réfractaires liés ou cuits est disposé dans des ouvertures respectives 32 et 34 des plaques 22 et 240 La cavité du noyau 30 est une perforation centrale qui rétrécit de l'extrémité supérieure à l'extrémité inférieure du noyau 30. Une chemise solide rigide de soutien 36 est disposée à l'intérieur de la perforation du noyau 30 et a une longueur égale à celle du noyau. ainsi, les extrémités opposées de la chemise 36 pénètrent aussi respectivement dans les ouvertures 32 et 34. En outre, la chemise 36 présente une conicité longitudinale (d'une extrémité à l'autre) complémentaire de celle de la perforation du noyau 30.Le diamètre décroissant de la chemise 36 est calculé pour assurer un espacement réglé et approprié entre la chemise 36 et le noyau 30 pour empêcher l'enfoncement du noyau et pour permettre la compression et l'écrase- ment du noyau de la façon décrite plus haut. A titre d'exemple non limitatif de l'invention, on utilise l'appareil représenté pour fabriquer des corps réfractaires coulés par fusion de composition conforme au brevet des E.U.A. nO 3 19 & 643 et généralement coulés sous forme fondue à des températures d'environ 2400 à 25000C, Le moule 10 est formé de plaques de graphite de manière à donner un produit coulé rectangulaire mesurant 38 x 45 x 45 cm. Le noyau 30 est formé de grains de 0,5 à 2 mm de matière réfractaire fondue dont la composition correspond à celle qu'on a indiquée plus haut pour les corps coulés par fusion.Le noyau 30 est fabriqué de manière à former une perforation d'environ 19 cm de diamètre traversant le produit coulé et faisant un angle d'environ 150 avec la verticale. Pour obtenir ce résultat, on donne au noyau 30 un diamètre extérieur qui diminue d'environ 146 mm à l'extrémité inférieure à environ 127 mm à l'e:ftrémité supérieure. Le noyau 30 présente aussi une perforation centrale dont le diamètre (intérieur) diminue d'environ 89 mm au sommet à environ 68 mm en bas du noyau.On peut utiliser dans la fabrication du noyau tout liant classique ou approprié (soit organique comme les huiles ou résines à noyaux, soit minéral comme les argiles et silicates), mais dans le cas présent, on utilise de préférence le mélange classique suivant lié à l'argile et au silicate : Grains fondus 90,5 % en poids Argile 2,71 % 'I Poudre de silicate de sodium 4,53 * 'I Eau 2,26 % " On pilonne le mélange à la forme et à la grandeur du noyau désiré, puis on le soumet à un traitement de contact et de consolidation par l'anhydride carbonique à la température ambiant et ensuite on le sèche par cuisson au four à environ 12100 pendant 2 heures.Le noyau obtenu a une résistance à Irécrasement d'environ 3,2 à 3,5 kg/cm2. La chemise de noyau 36 est fabriquée en graphite solide de manière à avoir un diamètre qui diminue d'environ 83 mm au sommet à environ 65 mm en bas. Après avoir complètement assemblé le moule, le noyau, l'enveloppe et la poudre isolante, on coule la matière réfractaire fondue dans le moule en passant par la partie de rehausse. Après le stade usuel de recuit, on retire du moule le bloc coulé par fusion et on trouve qu'il est exempt de fissures du type causé par des noyaux de flexibilité insuffisante. En outre, on trouve que le noyau 90 est dans un état comprimé et un peu écrasé, lorsqu'on retire la chemise 36. Après avoir retiré de la perforation du bloc coulé par fusion toutes les parties du noyau SO, on trouve que la perforation a un diamètre généralement uniforme sans indication de "percéew ni d'enfoncement du noyau. Parmi les types de produits coulés par fusion présentant des perforations et que lton peut fabriquer selon l'in- vention, figurent des blocs de trou de coulée ou de busette de coulée, des blocs de tuyère, etc. pour fours de fabrication de métal fondu. Il va de soi que le mode de réalisation décrit n'est qu'un exemple et qu'il serait possible de le modifier, notamment par substitution dtéquivalents techniques, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. - -- -- - - --REVEDIôAft0NS i. Appareil de moulage destiné à la coulée par fusion de matière réfractaire fondue, du type comprenant un moule qui présente une ou des surfaces définissant une cavité de coulée, au moins un noyau creux formé de grains de réfractaire liés qui pénètre dans la cavité en partant de la surface ou de l'une des surfaces mentionnées et qui est conçu pour entrer en contact avec la partie de matière réfractaire qui se solidifie autour de lui, ledit noyau pouvant se comprimer et s'écraser sous une force de compression exercée dessus par la contraction au refroidissement de la partie solidifiée, ledit appareil étant caractérisé en ce qu'il comporte une chemise de soutien disposée à l'intérieur de la cavité du noyau et plus petite que celle-ci, de manière à ménager entre elles un espacement réglé, à empocher pratiquement l'enfoncement du noyau vers l'intérieur après son contact -avec la matière réfractaire fondue coulée dans le moule et à permettre la compression et l'écrasement du noyau sous la force de compression mentionnée sans engendrer corrélativement dans cette partie une force de traction causant une fissuration. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les extrémités opposées du noyau s'étendent respectivement dans la ou les surfaces de part et d'autre de la cavité de moule; en ce que la cavité du noyau est une perforation centrale qui rétrécit d'une extrémité à l'extrémité opposée; en ce que les extrémités opposées de la chemise de soutien pénètrent respectivement dane les ouvertures; et en ce que la chemise présente une conicité complémentaire de celle de la perforation.