Brevet FR2326260A1 — publié le 19770429

La présente invention concerne un procédé relativement bon marché pour réparer les lingotières et plaques de sol, procédé qui utilise le dépit d'une masse de métal par réaction aluminothermique (RAT) pour effectuer cette réparation. Un procédé pratique de réparation de lingotières et plaques de sol endommagées en fonctionnement a fait I'objet de nombreuses demandes de la part des aciéristesJ parce que la marche des moules et plaques de sol concerne directement le coat de la production de l'acier. Parmi les principales raisons de mise au rebut des moules et plaques de sol qui sont habituellement réalisés en fonte2 on trouve la felure des parois de moules et des sièges de plaques de sol, et l'érosion des fonds de moules et de plaques. Les procédés conventionnels de soudure dans la masse pour la réparation de moules et'plaques de sol sont motteux, longs et ne sont généralement pas satisfaisants quand les cordons de soudure se fissurent et tombent. Pour essayer de perfectionner le procédé de soudure et pour faire un verrouillage dans le cordon, on a usiné dans la surface des encoches ou gorges en V ou U ou rainures en queue d'aronde et les entailles ont été remplies de métal fondu. Ce procédé a été généralement rempli de succès, mais il reste très cher. Des essais pour remplir les fissures et les cratères de matériau céramique ont échoué. Des plaques d'acier clouées par place au-dessus des cratères et trous à l'extérieur des moules ont été utilisées pour contenir les fissures dans les moules et éviter leur propagation mais, là aussi, ce type de réparation n'est pas completement satisfaisant dans la mesure où le métal fondu peut encore pénétrer dans les fissures.et les trous, ce qui rend le retrait du lingot extremement difficile. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique nO 3:629.928 a décrit un procédé de réparation dans lequel on a commencé par creuser une rainure le long de la surface endommagée dans la paroi du moule. Un grand nombre de tettes de clous ou de boulons pénétraient dans la rainure. Celle-ci était remplie de métal fondu de façon à minimiser un échappement du métal fondu. Bien que rempli de succès, ce procédé était très coûteux. La demanderesse a inventé un procédé de réparation de grandes pièces moulées, telles que des lingotières et plaques de coulée, procédé qui emploie une réaction de réduction exothermique telle qu'une réaction de réduction aluminothermique (RAT) pour fournir le métal de remplissage et qui utilise la grande quantité d'énergie calorifique produite par la réaction pour assembler par soudure la phase métallique au matériau du moule. La réaction chimique peut etre représentée par où MeO représente l'oxyde du métal å déposer, tel que l'hématite (Fe203) > AI est l'aluminium combustible et AI203 l'oxyde d'aluminium qui est le constituant principal du machefer résultant.Une étape critique nouvelle dans le procédé de la demanderesse est la disposition particulière de la charge de RAT quand la réaction de RAT est amorcée. La charge RAT, constituée d'un mélange stoechiométrique d'aluminium et d'oxyde de fer, est placée sur la pièce défectueuse, au-dessus du défaut et elle est contenue par un périmètre réfractaire. Puisque la réaction se prodtlit et que le métal surchauffé est engendré en contact étroit avec la surface de la sous-couche plutôt que dans un creuset comme on le fait normalement, la chaleur de réaction est utilisée efficacement, ce qui intensifie la liaison entre le métal déposé et la sous-couche d'acier. Un premier objet de l'invention est de fournir un procédé de réparation de grandes pièces moulées telles que des lingotières ou plaques de sol, procédé qui ne nécessite pas de préparation de surface de la pièce moulée. Un autre objet de l'invention est de fournir un procédé de réparation de lingotières ou plaques de sol > qui soit rapide et économique. Un autre objet est également de procurer un procédé de réparation de lingotières et plaques de sol qui puisse etre mis en oeuvre sans équipement élaboré ou coûteux. Un autre objet est de fournir un procédé de réparation de lingotières qui puisse etre mis en oeuvre sans enlever les plaques de sol des cars à lingot sur lesquels elles sont montées. Un autre objet est de fournir un procédé pour réaliser une garniture en céramique à haut point de fusion et résistant à l'abrasion dans le fond d'une lingotière à masselotte à fond fermé. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une section droite transversale d'une plaque de moule érodée et l'appareil nécessaire pour mettre en oeuvre le procédé de l'invention; - la figure 2 représente une section droite transversale d'une plaque de moule réparée par le procédé de l'invention; - la figure 3 représente une section droite transversale partielle de la paroi perforée d'une lingotière à réparer selon le procédé de l'invention; - la figure 4 représente une section droite transversale partielle de la paroi réparée de la lingotière de la figure 3;; - la figure 5 représente une section droite transversale d'une lingotière à masselotte (LAM) à fond fermé avec un fond perforé; - la figure 6 représente une section droite transversale du moule réparé de la figure 5; - la figure 7 représente une section droite transversale d'une lingotière à masselotte disposée selon le procédé de l'invention pour le dépit sur son fond d'une garniture en céramique monolithique résistant à l'abrasion; - la figure 8 représente une section droite transversale de la lingotière de la figure 7 après dépôt de la garniture de céramique sur le fond; - la figure 9 représente une section droite transversale d'une lingotière à masselotte renversée dont le fond a été perforé, et l'équipement associé pour la réparer selon l'invention;; - la figure 10 représente une section droite transversale partielle du moule de la figure 9 montrant une autre étape du procédé de réparation inversé; et - la figure 11 représente une section droite transversale partielle du moule réparé des figures 9 et 10. Comme indiqué sur la figure 1, une plaque de moule 10 a été brodée en fonctionnement, au point qu'il existe un cratère 12 dans la surface de la plaque. Cette plaque est réparée pendant qu'elle reste sur le car à lingot, en plaçant un entourage réfractaire 14 autour du cratère 12 pour former un joint abouté avec la plaque en déposant un matériau isolant particulaire grossier tel que du sable 16 autour du joint, en plaçant un mélange 18 à réaction exothermique à l'intérieur de l'entou- rage 14 et en mettant le feu au mélange. L'entourage 14 est réalisé avantageusement en graphite. Le mélange 18 est de préférence un mélange à réaction de réduction aluminothermique (RAT). Le mélange consiste en environ trois parts d'oxyde de fer en poudres qui est de préférence Fe203 pas plus fin que la maille de 0,074 mm et ayant de préférence une dimension au moins aussi fine que la maille de 0,50 mm, et une partie de poudre d'alu minium ayant de préférence une dimension comprise environ entre les mailles de 0,149 mm et 0,044 mm. Parmi les autres carburants qu'on peut utiliser b la place de l'aluminium, il existe le magnésium, le calcium, le silicium et l'alliage calcium-silicium ou des mélanges de ceux-ci. Le mélange RAT est allumé à l'aide d'une flamme, d'un procédé pyrotechnique ou d'un filament chaud. La réaction provoque la formation d'une fonte surchauffée comprenant une phase métallique 20 (figure 2) et une phase mâchefer non représentée. La phase métallique plus dense se sépare rapidement de la fonte et se sédimente sur le fond où elle se lie de façon métallurgique avec la plaque de sol. Tout déport d'oxyde qui a pu exister sur la surface de la plaque de sol est ou chimiquement réduit ou fondu avec le machefer et est ainsi retiré.de la surface, de sorte qu!il n'interfère pas avec la liaison. On suppose que ce procédé de dépôt de masse "in situ" utilise effectivement la chaleur de réaction pour fournir un mécanisme de nettoyage et de déca laminage des surfaces, ce qui favorise la formation d'un matériau de remplissage additionnel qui est fondu sur la plaque.Au cours du refroidissement, l'entourage 14 et le mâchefer sont retirés pour découvrir une plaque de sol réparée (figure 2) dans laquelle une phase métallique 20 a été reliée par soudure à la plaque 10. Les figures 3 et 4 montrent le procédé de l'invention appliqué å la réparation de fissures ou autres cassures qui peuvent savoir traversé la paroi du moule. Ce procédé peut etre utilisé pour remplir de larges fissures dans la paroi du moule ou pour placer une bande de métal déposée en travers d'une fissure pour éviter sa propagation ultérieure. Comme indiqué sur la figure 3, un moule 30 est placé sur son ctté et la surface extérieure (supérieure) du moule est munie d'un entourage réfractaire 32 soutenu par du sable 34. Si le défaut est grave au point que la fissure 36 traverse la paroi du moule, une piece additionnelle en matériau réfractaire 38 est mise en place sur la paroi intérieure pour rendre étanche l'ouverture de la fissure. Une charge RAT 40 est ensuite placée sur la surface du moule jusqu'à la profondeur désirée à l'intérieur de l'entourage réfractaire 32 et la réaction RAT est amorcée. Pendant le refroidissement, la phase machefer et l'entourage 32 sont enlevés. La fissure dans le moule a été remplie d'un matériau métallique 42 de remplissage qui est relié métallurgiquement aux côtés de la fissure 36.De plus, si on emploie suffisamment de matériau de charge, une bande de métal déposé 44 est liée au moule 30 sur les deux cotés de la fissure et au matériau de remplissage 42 pour renforcer la paroi du moule et pour rendre minimale la propagation ultérieure de la fissure. Cette bande 44, étant sur la partie extérieure du moule1 n'est pas sujette à l'érosion ou à un dommage provenant du métal chaud. Les figures 5 et 6 illustrent la méthode de l'invention appliquée à la réparation d'une lingotière LAM perforée ou sérieusement érodée. Dans certaines applications, le moule 50 est muni d'un entourage réfractaire 52. Dans d'autres applications, cet entourage n'est pas nécessaire puisque les parois du moule forment l'entourage, Le sable 54 est placé autour de l'entourage et autour du moule 50 pour contenir des produits deréaction. Un mélange RAT 56 est ensuite placé à l'intérieur de l'entourage et la réaction RAT est amorcée En cours de refroidissement, la couche de mtchefer est enlevée. Le moule réparé (figure 6) a un bouchon métallique 58 relié métallurgiquement aux côtés du trou 60. Les figures 7 et 8 illustrent le procédé de formation d'une couche d'alumine monolithique à haut point de fusion, résistant à l'abrasioa, sur le fond d'un moule 70 type LAN. Dans cette application, on a utilisé suffisamment de mélange 72 RAT pour assurer une couche continue de mâchefer d'alumine 74 recouvrant complètement le fond du moule. Le processus RAT est réalisé comme ci-dessus, sauf que, dans cette application, on n'essaye pas d'enlever la phase 74 d'A1203 de la phase métal 76. Parce qu'on n'a pas utilisé d'entourage réfractaire, la couche d'A1203 pénètre dans la paroi du moule aux points 78 et elle est ainsi sûrement verrouillée dans le moule.Un tel revetement en céramique augmente grandement la durée de vie de ce moule en meme temps qu'il rend minimal le soudage ou le collage d'un lingot au fond du moule. Les figures 9, 10 et 11 illustrent un autre procédé de réparation d'une LAM ayant un fond gravement perforé. Le moule 80 est renversé en laissant l'accès à l'extrémité ouverte. Un moyen de scellement 82 comportant un matériau particulier tel que du sable 84 est mis en place contre le fond du moule, comme indiqué sur la figure 10. Ceci peut etre accompli soit en plaçant le moule 80 sur l'élément 82, soit en déplaçant l'élément 82 vers le haut contre le fond du moule. Le sable 84 entre partiel- lement dans le trou 86 et évite ainsi la formation de cornes dans le fond du moule. Les cornes ont tendance à etre extraites et, avec elles, le matériau bouchon, quand un lingot coulé postérieurement est retiré du moule. Un entourage réfractaire 88 est placé sur le moule pour former un joint avec lui et du sable 90 d'obturation est déversé autour du joint. Un mélange 92 à réaction exothermique est placé dans l'entourage 88 et la réaction est amorcée. Quand le machefer, l'entourage et les dispositifs d'étanchéité sont retirés, le moule a un bouchon 92 lié métallurgiquement aux côtés du trou 86, comme indiqué sur la figure 11. On voit bien d'après ce qui précède que l'invention présente un procédé de réparation de grandes pièces moulées comme les lingotières et plaques de sol en fonte, procédé qui est rapide et économique, ne nécessite pas de préparation de surface, peut etre mis en oeuvre sans équipement élaboré et il peut etre appliqué sur des plaques de sol sans les retirer des cars à lingot sur lesquels ils sont montés. De plus, l'invention présente un procédé de formation d'une garniture résistant à l'abrasion sur le fond d'une lingotière à masselotte. Bien entendu, diverses modifications peuvent etre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'etre décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de réparation d'un défaut dans une grande pièce moulée métallique telle qu'une lingotière ou une plaque de sol en fonte, caractérisé en ce qu'il comprend : la mise en place d'un appareil réfractaire de retenue sur la piece moulée autour du défaut, l'appareil formant un joint avec la pièce moulée; la mise en place d'un matériau isolant réfractaire granuleux sur ladite pièce moulée autour dudit joint; le remplissage dudit appareil de retenue jusqu'à un niveau prédéterminé à l'aide d'un mélange à réaction exothermique; le déclenchement de la réaction pour former une fonte surchauffée comprenant une phase métallique plus lourde et une phase mâchefer plus légère; le maintien de ladite fonte en contact avec la pièce moulée pendant un temps suffisant pour permettre à cette fonte de se séparer en une phase métallique en contact avec ladite pièce moulée et en une phase mâchefer au-dessus de la précédente, et pour permettre å ladite phase métallique d'entrer dans le défaut et de le remplir; la solidification de ladite fonte pour former dans le défaut un cordon de soudure lié métallurgiquement; et l'enlèvement de l'appareil de retenue et du mâchefer solidifié en surface. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé an ce que le mélange å réaction exothermique comprend un mélange sensiblement stoechiométrique de poudres de Fe203 et d'aluminium. 3. Procédé de garnissage du fond d'un moule métallique fermé par le fond tel qu 'un moule en fonte, A l'aide d'un matériau céramique monolithique, caractérisé en ce qu'il comprend : la mise en place dans ledit moule d'une quantité appropriée d'un mélange à réaction exothermique comprenant une poudre combustible et un oxyde métallique, et la mise à feu dudit mélange pour former une fonte surchauffée comprenant une phase métallique et une phase machefer, ce qui permet à ladite fonte de pénétrer partiellement dans les parois dudit moule, une garniture de céramique formée après refroidissement de la fonte par ladite phase de machefer étant fixée sur le fond dudit moule. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite poudre combustible est de l'aluminium. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la poudre d'aluminium a une dimension comprise entre celle de la maille de 0,044 mm et celle de la malle de 0,149 mm. 6. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit oxyde métallique est Fe203. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit Fe203 est au moins aussi fin que la maille de 0,5 arum. 8. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit mélange à réaction exothermique comprend un mélange sensiblement stoechiométrique de poudres de Fe203 et d'aluminium.