Brevet FR2270970A1 — publié le 19751212

La présente invention se rapporte à un procédé pour produire un garnis sage dans une poche utilisée dans la métallurgie pour couler des métaux, etc. Le procédé classique pour produire le garnissage d'une poche de coulée oonsiste à appliquer une composition appropriée à base de naRière réfrac taire, telle que l'oxyde de magnésie et la chamotte, et à chauffer cette com position pour la sécher. Toutefois, une poche de coulée dont le garnissage a été produit par ce procédé traditionnel n'a que de médiocres propriétés d'iso- ration thermique et de conservation dé la chaleur, de sorte que la baisse de telle température du métal en fusion contenu dans cette poche brique, vers la fin de la coulée, elle est trop basse pour qu'il puisse être transvasé dans de bonnes conditions.En effet, quand on verse un métal en fusion, dont la tem pérature a ainsi diminué, dans un moule, i1 se produit ce qu'il est convenu d'appeler des "reprises". C'est la raison pour laquelle on stest vu obligé de gaspiller de la chaleur, ce qui se traduit évidemment par une baisse de ren dement.C'est ainsi, par exemple, que même lorsque l'on soutire du fer en a l4O0'C fusion/d'un cubilot pour le transvaser dans une poche, la température du mé tal contenu dans la poche descend à environ 1300"C vers la fin de Ia coulée, et, dans le cas de la production de petits articles, il était d'usage de ne pas utiliser la partie du métal dont la température s'était ainsi abaissée car, avec ce métal, il se serait produit des reprises dans les pièces moulées De plus, lorsque l'on verse,dans-des poches classiques, des métaux en fusion à haute température, par exemple des alliages de nickel et de fer et des alliages de cuivre, le laitier se colle facilement au garnissage, et ce lai tier adhérant est difficile à détacher, à quoi s'ajoute que cette couche de lai tier adhérente augmente d'épaisseur avec les opérations de coulée, abrégeant ainsi la durée effective de la poche, et, dans certains cas extrêmes, obli geant à refaire le garnissage de la poche quotidiennement. En conséquence, l'un des buts de la présente invention est de fournir un procédé pour appliquer un garnissage à une poche de fonderie, garnissage qui ne présente aucun des défauts de la technique traditionnelle et qui offre des avantages considérables en ce qui concerne la conservation de la chaleur, la résistance mécanique, la durabilité, les propriétés réfractaires, etc. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé extrêmement simple pour refaire le garnissage d'une poche de coulée. Le procédé de garnissage de la présente invention est caractérisé en ce qu'on couvre la coquille extérieure de la poche, directement ou indirectement, d'un garnissage réfractaire intermédiaire, en utilisant une composition comprenant une ou plusieurs matières réfractaires pulvérisées ou granulaires, par exemple des matières réfractaires à haute teneur en alumine, de la chamotte, des matières réfractaires à base de roseki, de silice, de magnésie, de chrome et contenant un ou plusieurs métaux ou alliages exothermiques pulvérisés ou granulaires, tels que l'aluminium, le ferrosilicium ou le calcium-silicium, un agent d'oxydation pour favoriser l'oxydation du métal ou de l'alliage exothermique et un liant inorganique ou organique, ou en utilisant une structure de garnissage faite de la composition ci-dessus et ayant la forme d'un manchon ou d'une tuile, ou d'une brique, cette composition ou structure de garnissage étant chauffée pour oxyder le métal ou l'alliage afin de produire de la chaleur, provoquant ainsi un frittage ou une agglomération de ladite composition ou de ladite structure. Une modification de la présente invention est caractérisée en ce qu une structure de garnissage ayant une forme appropriée, par exemple celle d'un manchon ou d'une brique, et qui est faite de la composition de garnissage spécifiée ci-dessus, est placée, pour couvrir la paroi intérieure de la coquille de la poche, soit directement, soit en interposant un garnissage réfractaire intermédiaire, après quoi, on chauffe la surface de cette structure à l'aide de la flamme d'un bruleur ou par d'autres moyens afin d'oxyder le métal ou alliage exothermique contenu dans ladite structure avec le concours de l'agent d'oxydation lui aussi contenu dans cette structure afin de produire de la chaleur, provoquant ainsi un frittage ou une agglomération de la structure de garnissage. La composition de garnissage utilisée dans la présente invention contient, en tant que composant principal, une ou plusieurs matières réfractaires pulvérisées ou granulaires telles que l'alumine, la chamotte, le roseki, de la silice, de la magnésie, de la dolomie et du chrome. On mélange ces composants afin de conférer au garnissage des propriétés réfractaires, mais ils peuvent être choisis conformément à la nature des métaux en fusion. La proportion de ces matières réfractaires est comprise, en poids, entre 40 et 807o du total, de préférence entre 50 et 75 %. La composition de garnissage utilisée dans la présente invention contient, en plus des composants principaux ci-dessus, un métal ou un alliage exothermique, un agent d'oxydation pour oxyder ce métal ou cet alliage et un liant inorganique ou organique. Comme exemple typique de métaux ou d'alliages exothermiques, on peut citer l'aluminium, Ie ferro-silicium, et le calcosilicium, mais d'autres métaux et alliages réactifs peuvent aussi être utilisés. La proportion de ces métaux ou alliages est comprise, en poids, entre JO et 30 %, de préférence entre 15 et 25 %. Comme agent d'oxydation, on peut avantageusement utiliser l'oxyde de fer, par exemple les oxydes de laminoir ou l'oxyde de chrome, que I'on peut facilement se procurer à bas prix. Parmi les autres oxydants utilisables, il convient de mentionner le nitrate de sodium, le nitrate de potassium, le bioxyde de magnésium, etc. La quantité d'oxydant utilisé doit entre suffisante pour oxyder les métaux ou les alliages exothermiques contenus dans la composition de garnissage, ce qui représente généralement de 3 à 20 % en poids, et mieux de 5 à 15 %. Comme liant, on peut utiliser des substances inorganiques, telles que le silicate de sodium, ainsi que les agents organiques tels que les résines phénoliques, et ce dans une proportion de 5 à 10 % en poids. La composition de garnissage utilisée dans la présente invention peut avantageusement contenir certaines fibres inorganiques, telles que de l'amiante, de la laine de laitier, et/ou des substances fibreuses organiques telles que le papier et la pulpe de bois, dans des proportions inférieures à 10 % en poids, en plus des substances réfractaires pulvérisées ou granulaires, des métaux ou des alliages exothermiques, des agents d'oxydation et des liants, afin de produire un garnissage poreux, et pour améliorer encore davantage l'isolation thermique. En outre, certaines matières réfractaires poreuses légères, telles que la vermiculite et la perlite grilIée, peuvent être ajoutées à la composition, sous une forme pulvérisée ou granulaire, dans une proportion inférieure à 10 % en poids. L'Addition de ces substances pulvérisées ou granulaires permet d'alléger le garnissage et de le rendre plus poreux, améliorant ainsi l'isolation thermique. Pour la mise en oeuvre pratique de la présente invention, on mélange les matières réfractaires granula ires ou pulvérisées, la poudre de métal ou d'alliage exothermique, l'agent oxydant et le liant, et, le cas échéant, les subs tances fibreuses inorganiques ou organique s et/ou les matières réfractaires poreuses légères, de manière à produire une pâte. On applique la pâte ainsi obtenue soit directement sur la coquille de la poche, soit en interposant un garnissage intermédiaire, par exemple de briques réfractaires, puis on sèche le garnissage et on le durcit, avant de chauffer sa surface. Pendant cette étape de chauffage, les metaux ou alliages exothermiques contenus dans la composition de garnissage entrent en réaction, avec le concours de l'agent d'oxydation, par exemple de l'oxyde de fer, ce dont résulte une combustion produisant une grande quantité de chaleur.Cette combustion transforme les métaux ou alliages exothermiques de la composition de garnissage en oxydes, par exemple en substances réfractaires à point de fusion élevé, telles que l'alumine, dans le cas de l'aluminium, et cette substance réfractaire s'agglomère avec les autres substances réfractaires contenues dans la composition de garnissage, augmentant ainsi remarquablement la résistance mécanique et les propriétés réfractaires du garnissage, tout en le fixant solidement au revêtement intermédiaire ou à la coquille de la poche. Lorsque la composition de garnissage contient des fibres organiques, telles que du papier et de la pulpe de bois, ces fibres brûlent et disparaissent pendant la combustion de la composition de garnissage, de sorte que le garnissage résultant devient poreux, après l'agglomération. Cette porosité contribue à améliorer les propriétés de rétention de la chaleur et l'isolation thermique du garnissage. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, on donne préalablement à la composition de garnissage la forme d'un manchon ou d'une brique > d'une tuile ou d'un carreau, ou d'autres formes appropriées correspondant aux dimensions de la poche, afin d'obtenir une structure de garnissage exothermique. On fixe cette structure à la coquille de la poche en interposant un revêtement intermédiaire, puis on chauffe la structure ou on la brûle au moyen d'un brûleur, etc., pour terminer l'opération de garnissage. Cette procédure simplifie considérablement la production du garnissage. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence aux diverses figures du dessin annexé. - la Figure 1 montre une structure exothermique en forme de manchon 1 préparée conformément à la présente invention, et le disque 2 qui constitue le fond du manchon 1. Le disque 2 peut être constitué par la composition de garnis sage exothermique; - la Figure 2 montre, en coupe, une poche métallurgique dont le garnissage est constitué par un manchon 1 et un disque 2. On va décrire maintenant la manière dont ces structures peuvent être installées dans la poche, en se référant au mode de réalisation représenté sur le dessin. Dans ce mode de réalisation, on utiIise la matière normalement utilisée dans le procédé à injection de CO2 pour produire -un moule auto-durcissant, notamment un mélange de sable silicieux et de silicate de sodium, faisant fonction de liant, comme matière de garnissage intermédiaire 4, et on remplit avec cette matière 4 llintervaIle entre la coquille 1 de la poche et le manchon 1 et le disque 2 pIacés à l'intérieur de celle-ci. Ensuite, on insuffle du CO2 dans la matière de garnissage intermédiaire 4 afin de la durcir, et, de cette manière, on fixe Ie manchon 1 et le disque 2 à la coquille 3 de la poche, par l'intermédiaire du garnissage 4. Sur le dessin, la référence 5 désigne une matière réfractaire fermant le bec de coulée de la poche. Après que les éléments 1 et 2 ont été fixés dans la poche, comme il est expliqué ci-dessus, on les chauffe en projetant à leur surface la flamme d'un brûleur Ce chauffage provoque la combustion des métaux ou des alliages exothermiques contenus dans les éléments de garnissage 1 et 2 produisant ainsi un fort dégagement de chaleur grâce à la réaction exothermique qui se produit à l'aide de l'agent d'oxydation contenu dans ceux-ci. Cette combustion convertit les métaux ou alliages en oxydes, par exemple en oxydes à point de fusion élevé, comme l'alumine, dans le cas de l'aluminium, et ces oxydes s'agglomèrent avec les autres substances réfractaires contenues dans la structure de garnissage, en améliorant considérablement les propriétés réfractaires et la résistance mécanique de celui-ci. Pour le garnissage intermédiaire, on peut utiliser d'autres matières que le sable silicieux. De plus, la structure de garnissage pourrait être placée directement contre la coquille de la poche, sans revêtement intermédiaire. Dans ce cas on donne à la structure la forme d'un manchon dont le diamètre extérieur est suffisant pour lui assurer un emboitement étroit dans la poche. Le garnissage n'est pas limité à une structure unitaire, mais pourrait aussi présenter une structure divisée, ou bien avoir la forme d'une structure cylindrique, polygonale, ou de tuiles, provenant de cette dernière. La présente invention offre les avantages suivants (1) Une poche comportant un garnissage conforme à la présente invention a d'excellentes propriétés d'isolation thermique, ce qui réduit de façon remarquable la baisse de température du métal contenu dans celle-ci. cles4Binsi, par exemple, que dans le cas d'une petite poche d'une contenance d'environ 100 kilogs, la baisse de température peut être maintenue entre environ 30 et 50"C, alors qu'elle est d'environ 100"C dans une poche comportant un garnissage classique. (2) Une poche comportant un garnissage conforme à la présente invention présente des propriétés réfractaires poussées. C'est ainsi, par exemple, que la petite poche mentionnée ci-dessus peut être réutilisée de 150 à 200 fois. Ainsi, les travaux de réfection que nécessite une poche comportant un garnissage produit par un procédé classique peuvent être éliminés. A cela s'ajoute qu'une poche dont le garnissage a été réalisé selon la présente invention présente d'excellentes propriétés de conservation de la chaleur, de sorte que les laitiers contenus dans le métal en fusion peuvent facilement s'élever à la surface, où ils peuvent être enlevés sans difficulté, éliminant ainsi le risque que les laitiers se collent au garnissage de la poche. ( 3 ) Lorsqu'on utilise la structure exothermique de la présente invention, le garnissage de la poche peut être confectionné très facilement et très rapidement, sans aucune connaissance spéciale. Une poche comportant un garnissage conforme à la présente invention est extrêmement utile pour le moulage de petits articles en fonte ordinaire, en fer doux et en fer fondu malléable, mais l'invention s'applique aussi aux grandes poches pour la coulée de l'acier et des lingots d'acier. Dans ce domaine, la présente invention offre des avantages remarquables en ce qui concerne les travaux de garnissage, l'isolation thermique, les propriétés de conservation de la chaleur et la durabilité. Les exemples qui suivent, qui n'ont bien entendu aucun caractère limitatif, feront mieux comprendre les particularités de l'invention. Exemple 1 On applique un revêtement intermédiaire composé de sable de moulage, de pisé réfractaire et d'argile réfractaire en le damant, de façon à produire une couche d'environ 20 mm d'épaisseur à la coquille d'une poche de coulée de fonte de 500 kilogs de capacité, et on le sèche, puis on applique une pâte préparée en ajoutant de l'eau à une composition de garnissage comprenant 35 % de poudre alumine, 25 % de poudre de chamotte, 24% de poudre d'aluminium, 5 % d'oxyde de laminoir, 8 % de résine phénolique et 3 % d'amiante, de façon à produire un garnissage de 70 mm d'épaisseur à la surface du revêtement intermédiaire, et on le sèche.Ensuite, on chauffe toute la surface de ce garnissage au moyen d'un brûleur, allumant ainsi ledit garnissage, lequel brûle, par suite de la réaction exothermique,entre l'aluminium et l'oxyde de laminoir contenus dans le garnissage, ce dernier étant complètement aggloméré par la forte chaleur ainsi dégagée, ce qui termine le travail de garnissage. De la fonte en fusion pour produire du fer doux, soutirétà une température de 1420"C, a été reçue dans cette poche. Quatre minutes après le com mencement du remplissage du moule avec ce fer en fusion, la température a été de 1390 C, ce qui représente une baisse de température de 30"C seulement. La pièce produite nt présenté aucune reprise > et la poche a pu être réutilisée 205 fois. Exemple 2 On garnit une poche pour la oe ulée du fer ayant une capacité de 100 kilogs, en utilisant un manchon ayant un diamètre intérieur de 300 mm, une épaisseur de 80 mm et une hauteur de 300 mm et dont la base est fermée par un disque de 460 mm de diamètre et de 80 mm d'épaisseur. Le manchon et le disque ont été moulés avec La composition suivante -- Poudre de chamotte 45 % - Poudre réfractaire roseki 10 % - Poudre d'aluminium 20 % - Amiante 2% - Papier 5% - Oxyde de laminage 7 % - Vermiculite calcinée 5 % - Résine phénolique 6 % On place d'abord, en tant que matière de garnissage intermédiaire, un mélange de sable de silice et de silicate de sodium, faisant fonction de liant, sur le fond de la poche ci-dessus, faite d'une coquille nue, puis on place le manchon ci-dessus, dont le fond est fermé par le disque, sur ce mélange, au centre de la poche, puis on remplit avec le mélange destiné à produire le garnissage intermédiaire l'espace compris entre la paroi de la coquille de la poche et le manchon, après quoi, on injecte du C02 dans ce mélange pour le durcir.De cette manière, le manchon est fixé étroitement et solidement dans la poche. Ensuite, on chauffe la surface du disque, ainsi que la surface intérieure du manchon au moyen d'un brûleur, allumant ainsi le manchon et le disque, ce qui produit un fort dégagement de chaleur par suite de la réaction exothermique entre l'aluminium et l'oxyde de laminoir contenus dans ceux-ci. Cette combustion se traduit par une agglomération ou un frittage du manchon et du disque qui donne un garnissage ayant d'excellentes propriétés d'isolation thermique, de conservation de la chaleur et de résistance mécanique. A l'intérieur de la poche ainsi garnie, on introduit du fer de gueuse en fusion pour la production de fontes malléables, à une température de soutirage de 1560"C. Cinq minutes après le commencement du remplissage du moule, la température du fer était de 15200C, indiquant une baisse de température de 40"C seulement. La pièce produite n'a présenté aucune reprise, et on n a observé aucun dommage au garnissage après 170 coulées, de même qu'on n'a observé aucune adhérence de laitier. I1 ressort des exemples ci-dessus que, grâce au procédé de la présente invention, il est possible de pourvoir une poche de coulée d'un garnissage ayant d'excellentes propriétés d'isolation thermique, de conservation de la chaleur, de résistance mécanique et de durabilité. REVENDICATIONS I - Procédé de garnissage d'une poche de coulée qui consiste:à appliquer une composition comprenant une ou plusieurs substances réfractaires pulvérisées ou granulaires, par exemple une matière réfractaire à haute teneur en alumine, de la chamotte, du roseki > de la silice, de la magnésie, de la dolomie et du chrome, et un ou plusieurs métaux ou alliages exothermiques pulvérisés ou granulaires, tels que l'aluminium, le ferro-silicium, le calcicosilicium, un agent d'oxydation pour promouvoir l'oxydation du métal ou de l'aIliage, et un liant inorganique ou organique, à l'intérieur de la coquille de la poche, soit directement, soit indirectement en interposant un garnissage réfractaire intermédiaire, à chauffer toute la surface de la composition de garnissage ainsi appliquée afin d'oxyder le métal ou l'alliage exothermique contenu dans celle-ci avec l'aide de l'agent d'oxydation, en agglomérant ou en frittant ainsi ladite composition de garnissage grâce à la forte chaleur dégagée par la réaction d'oxydation. 2 - Procédé de garnissage d'une poche de coulée qui consiste : à placer à l'intérieur de la coquille de celle-ci, soit directement, soit indirectement en interposant un revêtement réfractaire, une structure de garnissage ayant la forme d'un manchon, d'une tuile, d'un carreau ou d'une brique, ou une autre forme appropriée, faite d'une-composition de garnissage comprenant une ou plusieurs matières réfractaires pulvérisées ou granulaires, telles qu'une substance réfractaire à haute teneur d'alumine, de la chamotte, du roseki, delta silice, de la magnésie, de la dolomie et du chrome, un ou plusieurs métaux ou alliages exothermiques pulvérisés ou granulaires, tels que I'aluminium, le ferro-siliaum, le calcico-silicium, un agent d'oxydation pour promouvoir l'oxydation du métal ou de l'alliage et un liant inorganique ou organique, à chauffer la surface de ladite structure de garnissage au moyen d'un brûleur, par exemple, afin d'oxyder le métal ou I'alliage exothermique contenu dans ladite structure avec le concours de l'agent d'oxydation contenu dans celle-ci, agglomérant ainsi ladite structure grâce à la forte chaleur dégagée par l'oxydation. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que b composition de garnissage contient aussi une matière réfractaire pulvé risée ou granulaire légère, par exemple de la vermiculite ou de la perlite calcinée. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la composition de garnissage comprend en outre des fibres inorganiques, par exemple des fibres d'amiante, de la laine de laitier, des fibres de verre et/ou des fibres organiques, telles que du papier et de la pulpe de bois. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la composition de garnissage contient, en poids, de 40 à 80 % de matière réfractaire, de 10 à 30 % de métaux et d'alliages exothermiques, de 3 à 20 % d'oxydant, et de 5 à 10 % de liant. 6 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la composition de garnissage ne contint, en outre, pas plus de 10 % en poids de substances fibreuses organiques ou inorganiques. 7 - Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la composition de garnissage ne contient, en outre, pas plus de 10 % en poids de matières réfractaires légères.