Brevet FR2335472A1 — publié le 19770715

La présente invention concerne une composition d'isolation contenant des fibres réfractaires et qui convient particulièrement bien à la réalisation de récipients pour les métaux fondus et dans d'autres applications qui nécessitent une matière réfractaire et robuste. Dans un mode de réalisation de ltinvention, la composition contenant les fibres réfractaires forme un manchon évent destiné à la coulée de métaux fondus, plus précisément des métaux ferreux à température élevée de fusion. Lors de la coulée diun métal fondu, on utilise couramment un dispositif évent ou un réservoir communiquant avec une cavité de moulage. Lorsque le métal contenu par la cavité se refroidit, il se contracte aussi et le dispositif évent contient une réserve de métal fondu qui permet le maintien de la cavité de moulage toujours pleine de métal. Comme le métal du dispositif évent se solidifie aussi lors du refroidissement, un dispositif monté dans le dispositif évent doit maintenir le métal à l'état fondu pendant aussi longtemps que possible afin que le dispositif évent remplisse ron rtle de réserve et de réservoir de métal fondu. A cet effet, on revit couramment la face interne d'un trou évent soit d'une matière isolante, soit d'une matière exothermique. On appelle en général manchonséventsou masselotes chaudes de tels revetements. Un type d'isolement de manchon évent retient la chaleur du métal fondu dans le manchon et retarde ainsi le refroidissement et la solidification du métal.Un manchon évent de type exothermique contient une matière qui brille lorsqu'elle est au contact du métal fondu et qui constitue ainsi une source externe de chaleur qui maintient le métal à l'état fondu. Un inconvénient de ce dernier type de manchon est qu'il émet en général des fumées nocives à la suite de la combustion (par exemple des oxydes de fer). Les manchons évents réalisés avec la composition de l'invention sont de type isolant et ne posent donc pas le problème de pollution atmosphérique des émissions de fumées. Les manchons évents destinés à Qtre utilisés avec les métaux ferreux fondus doivent supporter des températures et des chocs thermiques plus importants que ceux qu'on utilise pour la coulpe des métaux non ferreux. En effet, la température de fusion des métaux ferreux est en général bien supérieure à celle de nombreux métaux non ferreux courants tels que l'aluminium, le cuivre, le plomb, le zinc et analogues, ainsi qu'à celles de plusieurs alliages courants tels que les bronzes et les laitons. Dans le présent mémoire, l'expression métaux ferreux" désigne les métaux qui contiennent essentiellement du fer, du nickel, du chrome, et des éléments associés, notamment les diverses fontes et les divers aciers. L'invention est particulièrement avantageuse pour la coulée de l'acier et de ses alliages. Comme la coulée du métal fondu est très ancienne et bien connue, un grand nombre de brevets concerne les compositions d'isolement des manchons évents, lss configuration de ceux-ci et leurs procédés de réalisation. De nombreuses compositions réfractaires isolantes contiennent des fibres réfractaires. Les objets formés avec ces composftions connues sont sujets à l'attaque par les matières à température élevée de fusion telles que les métaux ferreux, et parfois, la matière fondue traverse la paroi de l'objet (par exemple un manchon évent) et provoque la réduction de l'efficacité thermique. Cette réduction i l'efficacité indique que son rendement sous forme d'un réservoir de matière fondue à température élevée convenant à la transmission de matière fondue à un moule de coulée est réduite.Ainsi, les compositions isolantes connues contenant des fibres réfractaires ne conviennent pas en général aux matières à température élevée de fusion, et notamment aux métaux ferreux à température élevée de fusion. Certaines isolations contenant des fibres réfractaires, de type connu, présentent dtautres inconvénients, notamment celui de contenir des liants à base de résine phénolique faisant partie de la composition. De telles résines, par exemple les résines urée-formaldéhyde, brillent au contact de la matière fondue et dégagent des fumées nocives. Celles-ci posent un sérieux problème de pollution car elles sont souvent toxiques. Ainsi, il est préférable d'utiliser un liant organique qui ne dégage pas de fumées nuisibles. L'invention concerne une composition contenant des fibres réfractaires et ne présentant pas les inconvénients des compositions connues, cette composition ayant de meilleures caractéristiques d'efficacité thermique que les compositions anciennes si bien qu'elle convient particulièrement bien dans le cas des métaux à température élevée de fusion et dans les autres applications qui nécessitent une matière robuste d'isolement. Plus précisément, l'invention concerne une composition isolante contenant des fibres réfractaires, qui comprend, en pourcentagesen poids, 30 à 50 0A de fibres réfractaires, 5 à 45 % d'un liant minéral, 2 à 10 % d'un liant organique, 5 à 35 % d'une charge réfractaire, et de plus 1 à 35 % de carbure de silicium granulaire, plus de la moitié des fibres réfractaires étant sous forme de fibres d'aluminosilicate. L'invention concerne aussi un objet cohérent, élastique, capable de conserver sa configuration et résistant à la chaleur et aux produits chimiques, formé de la composition isolante selon l'invention. Dans un mode de réalisation de l'invention, la composition réfractaire constitue des manchons évents destinés à contenir un métal ferreux fondu, ou elle est appliquée sous forme d'un revêtement conservant sa forme, à l'état "humide" ou semi-solide sur la face interne d'un trou évent. Comme indiqué par les pourcentages précédents, un ingrédient principal de la composition est formé par les fibres réfractaires. Celles-ci sont des matières fibreuses minérales formées par synthèse et non pas des matières minérales naturelles telles que l'amiante. Dans les compositions de l'invention, il faut que plus de la moitié du constituant fibreux soit formée de fibres synthétiques d'aluminosilicate. Ces fibres sont formées à partir d'alumine et de silice fondues ou essentiellement d'alumine et de silice contenant d'autres oxydes, par exemple de titane, de zirconium ou de chrome. Dans un mode de réalisation avantageux de ltin vention, l'ingrédient fibreux réfractaire est totalement formé de ces fibres synthétiques d'aluminosilicate.Cependant, pour des raironsde rentabilité, il est parfois souhaitable qu'une petite partie de fibres réfractaires autres que les fibres principales d'aluminisilicate soit incorporée, en quantité inférieureàla moitié des fibres réfractaires. Ces autres fibres réfractaires sont en général formées à partir de compositions fondues qui contiennent essentiellement des silicates de calcium, d'aluminium et des oxydes analogues de métaux bivalents ou trivalents, et elles peuvent comprendre des matières telles que les laines de roche, les laines minérales ou de laitier et diverses fibres céramiques. L'ingrédient fibreux réfractaire selon l'invention forme 30 à 50 % du poids de la composition et de préférence 35 à 45 % de ce poids. Un autre ingrédient de la composition de l'invention, celui qui donne à celle-cides caractéristiques particulièrement avantageuses en présence des métaux ferreux fondus, est le carbure de silicium granulaire. Celui-ci qui constitue déjà une charge est aussi responsable des propriétés de non-mouillage de la composition et de son opacité aux radiations. Ces propriétés supplémentaires de la composition selon l'invention permettent la réalisation d'un objet ayant une grande efficacité thermique et qui est moins sujet à l'attaque par le métal fondu que les compositions connues contenant des fibres réfractaires. L'augmentation de l'opacité aux radiations assure le maintien de la température de l'objet (par exemple un manchon évent) à une température réduite, cette réduction abaissant les possibilités d'attaque par le métal fondu. La propriété de non-mouillage réduit aussi les pertes possibles de rendement thermique par l'attaque de l'isolation par le métal, car le carbure de silicium compris dans la composition réduit la tendance du métal ferreux fondu à mouiller l'objet, par exemple l'intérieur d'un manchon évent. Le carbure de silicium utilisé est sous forme de particules broyées de SiC (carbure de silicium) formé par réaction du silicium et du carbone. Le carbure de silicium granulaire du commerce contient environ 80 '6 ou plus de SiC, le reste étant formé de carbone et de silicium qui n'ont pas réagi. Les articules ont une dimension inférieure à 0,246 mm et de préférence comprise entre 43 et 246 microns, avantageusement entre 43 et 74 microns. Le carbure de silicium granulaire constitue 1 à 35 % et de préférence 3 à 15 ,4 du poids de la composition. La composition selon l'invention contient aussi un liant minéral qui peut & re choisi dans divers liants réfractaires tels que l'argile, les liants à base d'un silicate alcalin tel. que le silicate de sodium ou de potassium, le borax, l'acide phosphorique et des phosphates ou tels classés tels que les phosphates draluminium, le mica collovdal, la silice colloidale, l'alumine colloïdale et analogues. Dans de nombreux cas, il est souhaitable que deux ou plusieurs charges minérales de ces types soient combinées et constituent l'ingrédient liant. Le liant minéral forme 5 à 45 96 et de préférence 20 à 40 5' du poids de la composition. La "résistance à l'état vert" et de bonnes propriétés de manipulation sont assurées par incorporation drun liant organique tel que des résines, de l'amidon, des glus, de la dextrine et analogues, l'amidon colloldal étant notamment avantageux. il est avantageux que le liant choisi ne dégage pas de fumée toxique afin qu'il ne posent pas des problèmes de pollution par les émissions de la combustion du liant organique. On constate qu'un liant particulièrement adapté à la composition selon l'invention et qui ne dégage pas de fumées-nuisibles est l'amidon. Le liant organique forme 2 à 10 46 du poids de la composition. Une charge réfractaire minérale est aussi incorporée à la composition,en général sous forme dune matière granulaire. Des charges qui conviennent sont les déchets ou matières de récupération d'objets utilisés ou non, par exemple des manchons évents formés de la composition selon l'invention, des chamottes réfractaires classées, et des particules d'une composition d'aluminosilicate, de cyanite, de mullite, de kaolin calciné, d'alumine et de silice. On peut aussi utiliser des mélanges de ces matières. Ces charges accroissent le poids spécifique de la composition et accrois sent son caractère réfractaire. il faut évidemment que les charges elles-memes soient suffisamment réfractaires pour qu'elles ne nuisent pas aux caractéristiques de la composition lorsqu'on les utilise sous forme d'une matière réfractaire.Pour cette raison, de nombreuses charges courantes, aussi bien organiques que minérales ne conviennent pas selon l'invention étant donné leurs propriétes réfractaires insuffisantes. Les spécialistes savent quelles charges ils peuvent utiliser avantageusement. Des charges particulièrement avantageuses sont celles qui contiennent essentiellement des aluminosilicates, par exemple de la cyanite, de la mullite ou de la bauxite broyée. La charge forme 5 à 35 '6 et de préférence 15 à 35 '6 du poids de la composition. Un manchon évent (ou chambre de retenue formant réservoir, ou masselotte chaude) destiné à contenir du métal ferreux fondu est formé à l'aide de la composition de l'invention, à l'aide des procédés classiques de mise en forme et par intégration d'un mélange de fibres, de liant et de matière particulaire, constituant un élément qui conserve sa configuration. Ces divers procédés comprennent notamment des techniques de coulée, de moulage, de fusion et analogues. Dans un mode de réalisation avantageux qui donne une bonne uniformité et une bonne consistance, les matières sont intégrées et consolidées sous la forme d'un corps ayant la configuration voulue par moulage par filtration d'une barbotine comprenant les ingrédients de la composition dispersés dans une matière aqueuse ou analogue de maintien en suspension.Par exemple, on forme de façon commode et rapide un manchon évent ayant un exemple de configuration par moulage avec filtration sous vide à l'aide de moules males ou femelles comportant des perforations ou des toiles métalliques qui en délimitent la configuration Les ingrédients solides sont filtrés de la barbotine et forment un aggrégat lorsque le liquide travers le moule perforé alors que les matières solides sont retenues sur celui-ci. Lorsque ltépaisseur voulue de matières solides a été obtenue, le moule et les matières solides fixées sont retirés. Le corps résultant est séparé du mou le puis séché. il faut noter que la composition de l'invention donne une configuration cohérente juste après retrait du moule si bien que l'objet sec peut être manipulé et conserve sa configuration avant le séchage. Les objets qui peuvent wetre manipulés et qui conservent leur configuration peuvent aussi wetre préparés par d'autres procédés tels que la coulée en cuves ou le moulage par compression de suspensions plus concentrées, puis par retrait de l'eau et retrait de l'objet du moule.Sous forme humide, la composition peut être moulée sous forme de feuilles plates et enfermée dans des récipients de matière plastique qui conservent l'hu- midité présente (la composition n'étant pas soumise à un séchage à ce stade).Le récipient fermé forme un paquet humide dont l'utilisateur retire ensuite la composition humide (mais conservant sa forme) et la moule à la configuration voulue. Les caractéristiques de l'isolation obtenue ne sont pas affectées par ce procédé de moulage qui s'applique particulièrement à la formation des revêtements des paniers de coulée, des revêtements des poches et des revttements des masselottes chaudes utilisés pour la coulée de l'acier. Un manchon évent formé de la composition selon ltinvention est par exemple un manchon cylindrique ayant une longueur d'environ 30,48 cm et un diamètre interne compris entre 2,54 et 60,96 cm. Le travail courant de fonderie nécessite souvent un assortiment de diamètres de manchon, allant en général de 2,54 à 60,96 cm et variant de 1,27 cm d'une dimension à la suivante. L'épaisseur de paroi est couramment de l'ordre de 0,96 à 2,54 cm, et un manchon séché a un poids spécifique approximatif à sec d'en 3 viron 0,16 à 0,48 g/cm On forme un manchon évent d'essai avec la composition selon l'invention, et on le compare à deux manchons courants du commerce.Le manchon d'essai (ayant une épaisseur de paroi de 1,59 cm) est préparé à partir de la composition suivante dans laquelle les pourcentages sont indiqués en poids - fibres d'aluminosilicate ("Cerafiber" de Johns Manville) 40 % - carbure de silicium granulaire (granulés recueil lis avec un filtre à sac, ayant une dimension de 43 à 74 microns, de marque "Carbolon" DCF de Wxolon Corp) 75' - liant minéral (mélange de 10 parties en poids de silice colloïdale "Nalcoag" 1115 de Nalco Chemi cal Co avec 18 parties en poids d'argile plasti que "6-S Clay" de Old Hickory Clay Co) 28 % - liant cationique d'amidon ("Supercharg" TPG de Stein Hall Co) 55' - charge granulaire de silicate d'aluminium (bau xite broyée "Mulcoa 70" de C.E. Mineras, de granulométrie comprise entre 43 et 74 microns) 20 % On compare ce manchon d'essai à un manchon évent isolant A du commerce ayant 1,27 cm d'épaisseur et à un manchon évent B du commerce de type légèrement exothermique et ayant 2,54 cm d'épaisseur.Dans cet exemple, on prépare un moule de sable destiné à former trois éléments moulés d'essai comportant une grille inférieure et ayant 30,48 x 30,48 cm et 12,70 cm de hauteur. Chaque élément coulé est équidistant des autres et il coopère avec l'un des'trois manchons évents. Chaque manchon a un diamètre interne de 20,32 cm et une hauteur de 30,48 cm. Les éléments coulés et les manchons sont remplis simultanément à partir du fond par de l'acier au carbone fondu à une température de 16430C jusqu'à ce que le niveau de l'acier atteigne le haut des manchons. On coule à la partie supérieure de chaque manchon 600 g d'une composition de masselotte chaude.Des thermocouples, placés à la face externe de chaque manchon à 15,24 cm du bord supérieur et reliés à un enregistreur multiple de température, contrtlent l'augmentation de température et mesurent ainsi la perte de chaleur à travers la paroi du manchon. Après 75 mn, la face externe du manchon A du commerce atteint une valeur maximale de 727 C. Après 90 mn, la température externe du manchon B du commerce atteint une valeur maximale de 682 C. Après 90 mn, la température de la surface externe du manchon d'essai formé de -la composition selon l'invention atteint une température maximale de 5990C. Ainsi, la composition selon l'invention retient mieux la chaleur que les autres compositions essayées, et le manchon évent conserve du métal fondu pendant plus longtemps que les autres manchons, si bien que l'élément coulé formé est alimenté très efficacement. On laisse le moule de sable refroidir pendant 24 h et on retire du moule les éléments moulés et les manchons évents. Le jet de coulée entouré par le manchon selon l'invention a la surface la plus lisse et présente la plus faible combustion près de l'élément coulé, indiquant ainsi un moindre affaissement du mathon et une moindre attaque par l'acier fondu. On retire alors la grille et on coupe longitudinalement chaque manchon et chaque élément coulé. La profondeur du tube formé dans le jet isolé par le manchon selon l'invention est plus grande que celle des tubes formés dans les deux autres jets de coulée isolés par les manchons A et B du commerce. Les données de profondeur de tube confirment les données de perte de chaleur, et indiquent que le manchon d'essai formé de la composition de l'invention est le plus efficace pour l'alimentation de l'élément coulé au-dessous du jet de coulée. La composition contenant des fibres réfractaires selon l'invention est utile non seulement pour la réalisation de manchons évents du type décrit mais pour la réalisation de tout élément ayant une configuration quelconque (par exemple plane, conique, hémisphérique) destiné à contenir des métaux fondus. Comme indiqué précédemment, d'autres applications sont les revetements des paniers de coulée continue, les revzetements des poches, etc. En outre, la composition de l'invention contenant des fibres réfractaires n'est pas limitée aux métaux fondus. Elle convient aussi particulièrement bien lorsqu'une matière doit avoir une résistance thermique élevée et d'excellentes propriétés mécaniques, par exemple une bonne résistance à la compression, à la rupture, etc. Un exemple d'application de ce type est celui des panneaux isolarts contenant des fibres réfractaires et destinés aux machines de photocopie. il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre, qui est défini dans les revendications annexées. REVENDICATIONS -1. Composition d'isolation, du type qui comprend, en pourcentage en poids, 30 à 50 % de fibres réfractaires, 5 à 45 '6 de-liant minéral, 2 à 10 '6 de liant organique et 5 à 35 '6 de charge réfractaire, ladite composition étant caractérisée en ce qu'elle contient de plus 1 à 35 '6 de carbure de silicium granulaire, plus de la moitié des fibres réfractaires incorporées étant des fibres d'aluminosilicate. 2. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fibres réfractaires sont essentiellement formées de fibres d'aluminosilicate. 3. Composition selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le carbure de silicium granulaire contient au moins 80 % de particules de carbure de silicium dont la dimension particulaire est comprise entre 43 et 246 microns. 4. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le liant organique comprend un mélange de silice colloïdale et d'argile. 5. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la charge réfractaire comprend un aluminosilicate granulaire. 6. Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le liant organique est l'amidon. 7. Objet cohérent, élastique, capable de conserver sa configuration et résistant thermiquement et chimiquement, caractérisé en ce qu'il est formé de la composition isolante contenant des fibres réfractaires selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. 8. Objet selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il constitue un récipient de m-étal fondu, par exemple d'un métal ferreux fondu. 9. Objet selon la revendication 8, formant un récipient, caractérisé en ce que le récipient est sous forme dlun cylindre creux destiné à constituer un manchon évent. 10. Objet selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il constitue un panneau isolant. Revêtement de panier de coulée, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs panneaux isolants de 2,5 à 5 cm d'épaisseur, formés par les objets selon la revendication 10 et alignés afin qu'ils soient bout à bout ou qu'ils se recouvrent.