Brevet FR2316025A1 — publié le 19770128

La présente invention se rapporte d'une façon générale à la technique de la coulée des métaux, par exemple en aciérie et en fonderie. Il est connu, lors de la coulée en continu de métaux en fusion, par exemple d'acier en fusion, d'utiliser entre la poche de coulée et le moule un réservoir intercalaire, dénommé tttundisH' dans lequel on verse le métal en fusion à partir de la poche de coulée, et qui renferme ainsi une réserve de métal en fusion, de sorte qu'une coulée en continu peut être réalisée à partir de ce réservoir intercalaire. Un tel réservoir ou "tundish" est soumis à l'effet du métal en fusion pendant un laps de temps notable et ses parois subissent en conséquence, sous l'effet des températures élevées rencontrées, une attaque intense. En outre, le métal à haute température tombant dans le "tundish" depuis la poche de coulée soumet le fond de ce tundish" à une très forte érosion. Ainsi, il a été de pratique courante de réaliser un tundish" à partir d' un garnissage en briques réfractaires placé par exemple à l'intérieur d'une enveloppe en tôle. Mais meme un tel garnissage doit être réparé ou refait après un laps de temps assez court., par exemple après un nombre relativement faible de coulées. On a déjà proposé, pour éviter les frais élevés de regarnissage des "tundishes", de placer a l'intérieur d'un garnissage en briques réfractaires un revêtement formé de plaques également de type réfractaire, les interstices demeurant nécessairement entre les plaques étant comblés par exemple à 1'aide d'un ciment réfractaire. Ceci exige la fabrication de plaques aux dimensions du réservoir, la pose desdites plaques, et la réalisation des joints, et si ceux-ci ne sont pas obturés d'une manière suffisamment résistante, le métal en fusion peut parvenir par écoulement ou infiltration derrière les plaques, avec les inconvénients résultants qui ne manqueront pas d'apparaitre aux techniciens. Des moyens particuliers doivent également, dans ce cas, être prévus pour lutter contre l'occlusion des trous de coulée des "tundishes1, sous l'effet du métal solidifié. Un problème de regarnissage analogue se pose, dans cette technique, en ce qui concerne en fait toutes les parois d'enceintes en contact avec le métal en fusion, par exemple pour les parois des poches de coulée. Il est déjà connu de garnir l'intéråeur de lingotières, dans leur partie superieure, o l'aide d'une composition N l'é- tat pulvérulent, granuleux ou pâteux, qui est damée dans l'espa- ce ménagé entre la paroi de la lingotière et un coffrage amovible et qui, sous l'effet du métal en fusion à haute température venant à son contact, subit une transformation physico-chimique. Un tel garniss-age a généralement pour but de fournir au métal de la lingotière une quantité de chaleur suffisante pour retarder la solidification du métal qui se trouve dans la partie supérieure de cette lingotière, afin de constituer une réserve de métal liquide capable de combler les retassures qui autrement apparaissent du fait du retrait du métal pendant la solidification. De telles compositions renferment généralement au moins un agent alumino-thermique, un ou plusieurs oxydants, au moins un liant et au moins un constituant réfractaire et (ou) isolant. Un tel garnissage est toutefois inapplicable, sous la forme connue, à un "tundish" ou autre enceinte recevant du métal en fusion, étant donné qu'il subit une désagrégation ou attaque mécanique et chimique par le métal, et qu'il serait incapable de résister à l'action du métal en fusion pendant toute une coulée de four, comme cela est exigé par exemple d'un "tundish" dans le cas de la coulée en continu de-métal. Le but de l'invention est de former un garnissage réfractaire résistant pour "tundish", poche de coulée ou enceinte analogue recevant du métal en fusion, ce garnissage étant à la fois simple à appliquer en place et capable de résister à l'action du métal en fusion pendant un laps de temps important. L'invention est matérialisée dans un procédé pour la formation d'un garnissage réfractaire sans joints, du type susmentionné pour "tundish", poche de coulée ou autre enceinte recevant du métal en fusion, caractérisé en ce qu'on utilise une masse à l'é- tat pâteux, pulvérulent ou analogue renfermant au moins un constituant exothermique, notamment alumino-thermique, au moins un constituant oxydant, au moins un liant et au moins un agent susceptible de prendre une condition réfractaire par cuisson, on applique cette masse à l'intérieur de l'enceinte pour former un garnissage, notamment à l'aide d'un coffrage, puis on la soumet à un durcissement, et on assure son allumage en provoquant, par effet exothermique, une forte élévation de température transformant certains constituants de cette masse pour les amener à une condition réfractaire, de sorte qu'il se forme dans l'enceinte un garnissage réfractaire sans joints de nature résistante. Ainsi, le garnissage formé suivant l'invention se différencie de ceux déjà connus, constitués par exemple par des plaques réunies par jointage, du fait que l'absence totale de joints évite tout défaut localisé capable de permettre une infiltration du métal en fusion entre le garnissage et la paroi meme de l'en- ceinte, avec les résultats désastreux qui peuvent en découler et qui peuvent aboutir dans certains cas à la mise au rebut de la coulée. Par ailleurs, la formation de ce garnissage dans l'enceinte est aisée, étant donné ou'on peut introduire dans celle-ci par exemple une masse pateuse ou autre qui est placée et damée dans l'espace ménagé entre la paroi de l'enceinte considérée, par exemple du "tundish" ou de la poche de coulée, et un coffrage, lequel peut être rétractable ou fixe. De tels coffrages sont déjà connus dans cette technique et l'un d'eux a été décrit par exemple dans le brevet français N" 1.216.513 et dans son additif NO 76.112. Cette application de la masse pâteuse ou autre destinée à constituer le garnissage à l'intérieur de l'enceinte de coulée est une opération qui peut être réalisée rapidement par une main d'oeuvre non spécialisée, donc d'un prix de revient réduit. Compte tenu des conditions de travail et du matériel pouvant être employé, un calibrage de la masse destinéeà former le garnissage est aisé, aussi bien au fond du "tundish", par exemple, que sur les parois de celui-ci. Après cette application de la masse pâteuse en place, cette masse est durcie. On peut parvenir au résultat désiré en utilisant comme liant, dans la masse de départ, un constituant tel que le silicate de soude, qui provoque le durcissement de la masse sous l'effet d'une insufflation de gaz carbonique. Le coffrage utilisé peut alors être muni, d'une façon également connue en soi, d'embouts ou d'orifices d'injection de gaz carbonique. Une fois le garnissage durci, et après dégagement du coffrage, ce garnissage peut être soumis à une conversion, afin de prendre une condition réfractaire avant tout contact avec le métal en fusion. A cet effet, on provoque l'allumage des constituants exothermiques, notamment alumino-thermiques de la composition, ce qui provoque une forte augmentation de la température au sein du garnissage et la conversion par cuisson des consti tuants appropriés de celui-ci, qui prennent alors une condition réfractaire. Ainsi, l'enceinte considérée, telle qu'un "tundish" ou une poche de coulée, est munie d'un garnissage réfractaire sans joints, capable de résister à l'action du métal en fusion. Suivant un mode de mise en oeuvre paraissant judicieux, on part d'une masse pâteuse renfermant de l'aluminium ou un composé d'aluminium capable de fournir l'élévation dr température requise par effet alumino-thermique, un ou plusieurs oxydes de fer à titre d'agents oxydants, du silicate de soude à titre de liant et de l'argile alumineux et (ou) de la bauxite calcine et (ou) de la diatomite à titre de matières prenant une condition réfractaire après cuisson. Une composition dont l'utilisation paraît avantageuse est indiquée ci-après : Aluminium - sous forme de grenaille de 0,1 à 1 mm de diamètre ................................. 20 à 25 Oxyde de fer rouge calciné Fe203 ..................... 5 à 20% Battitures de fer Fe304 .............................. 15 à 60% Argile alumineux 35 - 45% A1203 + SiO2 ............ 20 à 40% Bauxite calcinée et diatomite ..................... 10 à 20%. Le liant, constitué par du silicate de soude à 450B, est ajouté à cette composition dans une proportion de 10 à 20%. Selon une composition préférentielle, la masse initiale renferme Aluminium - grenaille de 0,1 à 1 mm de diamètre ,.,... 22% Oxyde de fer rouge calciné Fe203 ..................... 12% Battitures de fer Fe3O4 .............................. 16% Argile alumineux et (ou) bauxite calcine et (ou diatomite ........................................ 50oh, la quantité de liant étant la même que celle indiquée précédemment. Pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, on mélange les constituants précités afin d'obtenir de préférence une masse pâteuse, on place dans le "tundish", par exemple, un coffrage qui peut être avantageusement du type indiqué ci-avant, on réalise de préférence une première couche de fond dans le "tundish" à l'aide de la composition précitée, en calibrant pour obtenir au fond du "tundish" l'épaisseur de garnissage désirée, cette couche de fond étant réalisée de façon à ménager les trous de coulée, puis après calibrage on-introduit la masse pateuse entre les parois du tundish" et le coffrage, pour garnir les parois latérales du "tundish" ; on injecte alors du gaz carbonique dans le garnissage à l'état pateux ainsi formé, pour provoquer son durcissement, puison extrait le coffrage du tundish, et on allume le garnissage à l'état "vert" alors obtenu pour provoquer, par effet alumino-thermique, un fort dégagement de chaleur qui assure la cuisson des constituants du garnissage et amène celui-ci dans une condition réfractaite. Pour l'allumage de la masse durcie formant le garnissage, on peut utiliser des moyens divers, par exemple une poudre d'allumage à base de Al-Fe304-KClO3, ou bien un dispositif d'allumage électrique ou autre, par exemple une résistance électrique noyée en partie dans le garnissage. Au cours de la cuisson, la température élevée engendrée au sein de la masse du garnissage par effet alumino-thermique provoque comme indiqué la conversion de certains constituants de ladite masse. Ainsi, l'argile, par exemple, se transforme en chamotte amorphe à haute teneur en A1203. De même, l'aluminium se transforme également en A1203. Ainsi, la masse subissant la cuisson prend comme indiqué une condition réfractaire, et les recherches qui ont abouti à l'invention ont montré que le garnissage ainsi réalisé est capBiede résister à un certain nombre de coulées malgré les conditions de service très sévères rencontrées. Un garnissage de ce type, utilisable dans un "tundish1,, une poche de coulée ou une enceinte analogue, se différencie donc des garnissages connus, appliqués par exemple dans la partie supérieure des lingotières en vue de ménager une réserve de métal liquide, par le fait qu'il se trouve dejà, lors de la venue en contact du métal en fusion, dans une condition réfractaire qui lui permet de résister parfaitement à l'action intense de ce métal. On sait que, dans un "tundish" par exemple, une fois la coulée terminée, les trous et conduits de coulée sont obturés au moins en partie, et que leur dégagement est nécessaire. Dans le cas d'un garnissage de "tundish" formé de plaques par exemple, des moyens mécaniques particuliers doivent être prévus pour ce dégagement. Les recherches effectuées ont montré qu'un garnissage réalisé suivant l'invention permet, du fait de sa condition réfractai re et de sa résistance, d'assurer ce dégagement des trous et conduits de coulée au moyen d'une quantité appropriée d'un simple mélange thermogène qui peut renfermer, par exemple, 22% d'aluminium, 67% de battitures de fer et 11% de poudre de verre. Ce mélange thermogène provoque alors une refusion du métal, ce qui dégage ainsi les trous de coulée.- L'allumage de ce mélange, s'il ne se produit pas spontanément lors de son emploi, peut être provoqué avec une poudre d'allumage classique aluminium - battitures - chlorate de potasse ou autre oxydant. On a constaté que la condition réfractaire préalable du garnissage lui permet de résister parfaitement aux températures atteintes sous l'effet de ce mélange thermogène. Celui-ci peut également, si désiré, être utilisé d'ailleurs pour réchauffer le bain d'acier dans le"tundish,, sans dommage pour le garnissage, et pour assurer le dégagement des trous de coulée même pendant la coulée. L'invention concerne également les garnissages pour "tundish", poche de coulée ou enceinte analogue recevant un métal en fusion, notamment de l'acier en fusion, formés par le procédé décrit ci-avant. Le dessin annexé, donné à titre non limitatif, montre un mode d'application possible de l'invention. La Fig. 1 est une vue en perspective d'un"tundish" muni d'un garnissage formé suivant l'invention. La Fig. 2 est une vue en coupe transversale par la ligne II-II en Fig. 1. La référence 1 désigne, sur le dessin, l'enveloppe en tôle d'un "tundish", à l'intérieur de laquelle est prévu un premier garnissage en maçonnerie en soi classique, indiqué en 2. Le trou de coulée du "tundish" est indiqué en 3 sur la Fig. 2. Pour la mise en oeuvre de l'invention, on place à l'intérieur du garnissage en maçonnerie 2 du 1,tundish" un coffrage qui est représenté schématiquement en 4 sur la Fig. 2, et on garnit d'abord le fond du "tundish", puis après calibrage les côtés, avec une masse pateuse dont la composition peut être celle indiquée précédemment. Cette mise en place de la masse pâteuse est réalisée de façon à respecter bien entendu le trou de coulée 3. Le garnissage intérieur ainsi réalisé est indiqué en 5 sur la Fig. 2. Après cette mise en place, on injecte du gaz carbonique par les embouts 6 prévus dans le coffrage 4, ce qui durcit la masse pateuse. Après extraction du coffrage, on provoque l'allumage de la masse par des moyens non représentés. La cuisson ainsi réalisée confère au garnissage la condition réfractaire requise. Sur la Fig. 2, on a indiqué en outre en 7 des pièces de retenue évitant la chute du garnissage si le tundish est retourné. Des modifications peuvent être apportées aux modes de mise en oeuvre décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la formation d'un garnissage réfractaire sans joints pour "tundish", poche de coulée ou autre enceinte recevant du métal en fusion, caractérisé en ce qu'on utilise une masse à l'état pâteux, pulvérulent ou analogue renfermant au moins un constituant exothermique, notamment alumino-thermique, au moins un constituant oxydant, au moins un liant et au moins un agent susceptible de prendre une condition réfractaire par cuisson, on applique cette masse à l'intérieur de l'enceinte pour former un garnissage, notamment à l'aide d'un coffrage, puis on la soumet à un durcissement, et on assure son allumage en provoquant, par effet exothermique, une forte élévation de température transformant certains constituants de cette masse pour les amener à une condition réfractaire, de sorte qu'il se forme dans l'enceinte un garnissage réfractaire sans joints de nature résistante. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la masse de départ renferme de l'aluminium ou un composé d'aluminium capable de fournir l'élévation de température requise par effet alumino-thermique, un ou plusieurs oxydes de fer à titre d'agents oxydants, du silicate de soude à titre de liant et de l'argile alumineux et (ou) de la bauxite calcinée et (ou) de la diatomite à titre de matière prenant une condition réfractaire après cuisson. 3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la composition ou masse de départ renferme les constituants ci-après Aluminium - sous forme de grenaille de 0,1 à 1 mm de diamètre ................................. 20 à 25% Oxyde de fer rouge calciné Fe203 .* 5 à 20% Battitures de fer Fe3O4 .............................. 15 à 60% Argile alumineux 35 - 45% Al203 + SiO2 ................20 à 40% Bauxite calcinée et diatomite ........................ 10 à 204h. ainsi que du silicate de soude dans une proportion de 10 à 20%. 4,- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la masse de départ renferme les constituants ci-après : Aluminium - grenaille de 0,1 à 1 mm de diamètre ............ 22% Oxyde de fer rouge calciné Fe2O3 ........................... 12X Battitures de fer Fe3O4 ................................ 16X Argile alumineux et (ou) bauxite calcinée et (ou) diatomite ........................................ 50X, ainsi que du silicate de soude dans une proportion de 10 à 20%. 5.- Procédé suivant la revendication 2, 3 ou 4, caractérisé en ce qu'on provoque le durcissement de la masse du garnissage introduite en place d'une façon en soi connue par injection de gaz carbonique. 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé en ce qu'on provoque l'allumage de la masse durcie du garnissage au moyen d'une poudre d'allumage ou d'un dispositif d'allumage. 7.- Garnissage réfractaire sans joints pour "tundish", poche de coulée ou autre enceinte recevant un métal en fusion, caractérisé en ce qu'il est formé par le procédé suivant l'une quelconque- des revendications précédentes.