Brevet FR2333599A1 — publié le 19770701

La présente invention concerne un dispositif pour la coulée des métaux fondus, ce dispositif comprenant un élément tubulaire destiné à titre disposé entre un récipient de transvasement de métal en fusion et un second récipient. Le dispositif visé par l'invention est destiné à relier en particulier, une poche de coulée à une lingotière, ou une poche de coulée à un répartiteur de coulée ou encore un répartiteur de coulée à une lingotière de coulée continue ou non. On connatt des dispositifs de coulée comprenant des tubes de coulée fixés soit sur une lingotière discontinue, soit sur un répartiteur de coulée. On connatt également des entonnoirs de coulée fixés à une poche de coulée et plongeant dans un répartiteur de coulée ou fixés à un répartiteur de coulée et plongeant dans le métal en fusion déversé dans une lingotière de coulée continue. Ces entonnoirs de coulée sont en ttle d'acier, en carton ignifugé, en matière réfractaire très noble telle que la silice électrofondue connue sous la marque "Glas-Rock" ou encore à base de graphite comprimé sous vide. Ces entonnoirs ou tubes de coulée permettent d'éviter les projections ou éclaboussures de métal provenant du jet du métal. Ltutilisation d'entonnoirs ou de tubes de coulée en acier présente l'inconvénient d'exiger un préchauffage important pour éviter le refroidissement du jet de métal en fusion passant dans ces entonnoirs ou tubes, et pour dégazer ces derniers afin d'éviter la pollution du métal fondu. Les tubes en silice électrofondue (Glas-Rock} ou en autre matière réfractaire noble sont extrtmement motteux, difficiles å transporter et fragiles. Par ailleurs, les entonnoirs en carton ignifugés sont peu résistants, apportent une isolation thermique insuffisante et retiennent l'humidité qu'il est impossible d'éliminer suffisamment par chauffage. La présente invention vise à remédier aux inconvénients des réalisations précités en créant un dispositif de coulée comprenant un élément tubulaire à la fois peu onéreux, solide, facile à manipuler et apportant une isolation thermique efficace à l'égard du métal en fusion passant à l'intérieur de cet élément tubulaire. Le dispositif de coulée visé par l'invention, du genre défini plus haut, est tel que l'une des extrémités de l'élément tubulaire entoure l'orifice de coulée du récipient de transvasement et l'autre extrémité plonge dans le métal en fusion contenu dans le second récipient et provenant du récipient de transvasement. Suivant l'invention, ce dispositif de coulée est ca ractérisé en ce que l'élément tubulaire comprend une armature métallique à laquelle est fixé un revêtement isolant thermique à base de particules inorganiques réfractaires noyées dans un liant organique et/ou inorganique, la nature et la composition des particules inorganiques précitées étant telles, qu'on obtient au moins une vitrification superficielle du rev & ement lors du passage du métal en fusion à l'intérieur de l'élément tubulaire. La rigidité de l'élément tubulaire est assurée grâce à l'armature a' laquelle est fixé le rev8tement isolant thermique. Avant passage du métal en fusion, la cohésion du revête- ment est assurée par le liant qui enrobe les particules inorganiques réfractaires. Lors du passage du métal en fusion, et sous l'influence de la chaleur dégagée par ce dernier, il se forme à la surface du revêtement isolant, une couche vitrifiée obtenue par fusion partielle des particules inorganiques réfractaires. L'épaisseur de cette couche vitrifiée augmente avec la. durée de passage du métal en fusion, et avec l'augmentation de la température du métal. Cette couche de vitrification évite la destruction du revêtement isolant thermique, de sorte que l'isolation thermique apportée par le rev & ement est maintenue lors de la coulée du métal en fusion. Le revêtement isolant thermique peut être fixé sur la surface intérieure ou extérieure de l'armature métallique. De préférence cependant; ce revêtement est fixé à la fois sur les surfaces intérieure et extérieure de l'armature métallique. D'autres particularités et avantages de l'invention apparattront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limi tatifs, - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de coulée conforme à l'invention, monté entre une poche -de coulée et une lingotière représentés partiellement; - la figure 2 est une vue en coupe suivant le plan Il-Il de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en coupe partielle à grande échelle de l'élément tubulaire du dispositif de coulée ; - la figure 4 est une vue en coupe longitudinale d'une variante du dispositif de coulée conforme à l'invention - la figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une autre variante du dispositif de coulée - les figures 6 et 7 sont d'autres vues en coupe partielle d'éléments tubulaires du dispositif conforme à l t invention. Dans les réalisations des figures 1 et 2, le dispositif de coulée conforme à l'invention comprend un élément tubulaire 1 disposé entre un. répartiteur de coulée continue 2 et une lingotière 3. t' élément tubulaire I entoure l'extrémité de la busette de coulée 4 insérée dans le fond 5 en briques réfractaires 6 du répartiteur de coulée 2. Dans cet exemple, l'extrémité 7 del'élément tubulaire 1 qui est adjacente k la busette de coulée 4 est appliquée de façon étanche contre la paroi métallique 8 du fond 5 du répartiteur de coulée 2. Cette étanchéité est réalisée gracie à un joint 9 réalisé en mastic approprié. L'autre extrémité 10 de l'élément tubulaire I plonge dans le métal en fusion Il contenu dans la lingotière 3 et provenant du répartiteur de coulée 2. Dans cet exemple, la surface du métal en fusion il est recouverte par une couche 12 d'une poudre calorifuge et antioxydante connue. Conformément à l'invention, l'élément tubulaire 1 comprend une armature métallique 13 à laquelle est fixée un revêtement isolant thermique 14 à base de particules 15 de composés inorganiques réfractaires, noyées dans un liant organique 16 (voir figure 3). Le revêtement isolant thermique 14 peut renfermer également des composés organiques sous forme de grains ou de fibres 17 synthétiques ou naturelles et/ou minérales. Les fibres 17 sont orientées de préférence parallèlement à la surface du revêtement 14 et sont également enrobées par le liant organique 16. Avant le passage du métal en fusion à l'intérieur de l'élément tubulaire 1, la cohésion du revêtement isolant calorifuge 14 est assurée par le liant organique 16, et par les fibres 17. Lors du passage du métal en fusion, l'élément tubulaire 1 évite les projections ou éclaboussures de métal fondu et évite le refroidissement du jet de métal. Le liant organique 16 ainsi que les composés organiques en grains ou en fibres 17 ne résistent pas intrinsèquement à la chaleur dégagée par le jet de métal en fusion. On pouvait par conséquent s'attendre à ce que le revEte- ment isolant thermique 14 soit détruit sous l'effet de la chaleur dégagée par le métal en fusion. Conformément à l'invention, la nature et la composition des particules inorganiques 15 réfractaires sont choisies de telle sorte qu'il se forme à la surface intérieure du rev & ement isolant thermique 14 une couche vitrifiée résistant à la chaleur, mise en jeu lors du passage du métal en fusion. La couche vitrifiée est formée par fusion au moins partielle des particules réfractaires 15 et éventuellement des fibres minérales 17. L'épaisseur de cette couche vitrifiée crott avec la durée de passage du métal en fusion et avec la température de celui-ci, de sorte que la cohésion et la solidité du rev & ement 14 augmentent de façon surprenante au cours de l'opération de coulée. Du fait de la décomposition du liant organique 16 et autres constituants organiques du revêtement 14, la structure de celui-ci devient poreuse, ce qui est favorable au maintien d'une excellente isolation thermique. La composition du revêtement isolant thermique 14 est de préférence la suivante Particules inorganiques réfractaires 15 : par exemple, silice et/ou alumine ......... 70 à 90 ffi en poids Composés organique s en grains ou en fibres 17 synthétiques et/ou naturelles par exemple des fibres de cellulose ....... 0 à 20 % en poids Fibres minérales : par exemple, fibres de verre ou d'amiante .............. 0 à 20 % en poids Liant organique 16 : par exemple, colle ou résine phénolformaldéhyde .............. 2 à 10 % en poids Fondants : par exemple, oxydes de métaux alcalins ou alcalino-terreux .............. 0 à 10 ffi en poids Dans la composition conforme à l'invention, seules les particules inorganiques réfractaires 15 et le liant-16 sont indispensables pour obtenir une cohésion suffisante avant utilisation, et une couche vitrifiée lors du pass-age du métal en fusion dans l'élément tubulaire 1. La présence des autres constituants, notamment des fibres 17, permet de renforcer la rigidité du revêtement et/ou rabaisser son coût. Les fondants ne sont indispensables que lorsque les particules inorganiques réfractaires utilisées ne sont pas fusibles aux températures mises en jeu lors du passage du métal en fusion à l'intérieur de l'élément tubulaire 1. Le poids spécifique du revêtement isolant thermique 14 peut varier entre 0,3 et 1,6 kg/dm environ, mais se situe de préférence entre 0,9 et 1,1 kg/dm3. La nature et la composition des constituants inorganiques du revêtement (particules réfractaires, fibres inorganiques, fondants), sont choisis de préférence de façon à obtenir une vitrification débutant aux environs de 6000 C. L'épaisseur du revêtement 14 peut varier entre 0,5 et 10 cm, notamment suivant la durée et la quantité de métal en fusion devant passer dans l'élément tubulaire 1. Par ailleurs, l'épaisseur de l'armature métallique t3 peut varier entre 0,1 mm et 5 mm et de préférence, entre 1 et 2 mm suivant la nature du métal utilisé, la disposition et le mode de fixation du rev & ement 14 par rapport à cette armature 13. Le revêtement isolant thermique 14 peut être fixé sur la surface intérieure de l'armature métallique 13, comme indiqué aux figures 1, 2 et 4. Le revdtement isolant thermique 14a peut encore être fixé de part et d'autre de l'armature métallique 13a, comme indiqué dans la réalisation de la figure 5. La fixation du revêtement 14 ou 14a à l'armature métallique 13, peut être réalisée par tout moyen approprié tels que, emmanchement à force, rivets, boulons, ou par moulage direct du revêtement 14 sur l'armature métallique 13 ou 13a. Le moulage du rev & ement 14a sur l'armature métallique 13a est particulièrement indiqué lorsque celle-ci est constituée par une tôle perforée 13a, comme indiqué à la figure 5, les perforations 18 étant destinées à améliorer la liaison entre le revête- ment 14 et la tôle 13a. Pour obtenir une bonne liaison entre le revêtement 14a et l'armature métallique, on peut encore ménager sur celle-ci des découpes 19 pliées de façon à faire saillie dans le revêtement 14 (voir figure 6), ou des bossages 20 (voir figure 7). L'armature métallique peut encore autre constituée par un grillage métallique. Le diamètre intérieur de l'élément tubulaire 1 peut eAtre égal au diamètre extérieur de la busette de coulée 4, mais de préférence, le diamètre intérieur de l'élément tubulaire 1 est,comme indiqué dans les réalisations représentées, choisi de façon à être légèrement supérieur au diamètre du jet de métal en fusion provenant de la busette 4, 4a ou 4b. On évite ainsi un contact direct du métal en fusion avec la surface intérieure de l'élément tubulaire 1 ou la. D'excellents résultats ont été obtenus avec un élément tubulaire 1 cylindrique de diamètre extérieur égal à 140 mm et de longueur égale à 1 m, adapté autour de la busette de coulée de diamètre égal à 80 mm d'une poche de coulée présentant une capacité de 200 tonnes. L'extrémité de l'élément tubulaire plongeait de quelques cmsau-dessous du niveau du métal liquide d'un répartiteur de coulée. Après plus d'une heure de coulée, le revêtement 14 était totalement vitrifié et sa surface ne présentait aucune trace d'arrachement de matière. La décomposition-des constituants organiques du revê- tement 14 a conféré à celui-ci une structure poreuse apportant une excellente isolation thermique. Il est avantageux que l'élément tubulaire 1 soit fixé de façon amovible au fond 5 du répartiteur de coulée 2 ou autre récipient de transvasement, de manière à faciliter le remplacement par un élément tubulaire neuf, ou le débouchage de l'élément 1. Dans les réalisations des figures 1, 2 et 4, ces moyens de fixation amovible comprennent deux clavettes 21 solidaires de la paroi métallique 8 du fond 5 du répartiteur de coulée 2 et disposées de part et d'autre de l'élément tubulaire 1. Les extrémités des clavettes 21 adjacentes à l'élément tubulaire 1 comportent des colliers 22 entourant en partie l'élément tubulaire 1 et disposés en appui sous une collerette 23 fixée à l'armature métallique 13. Les clavettes 21 sont engagées dans des ouvertures 24 ménagées dans deux tétons 25 fixées à la paroi métallique 8 (par exemple, par soudage), de part et d'autre de la busette de coulée 4. Les extrémités des clavettes 21 opposées aux colliers 22 sont en appui contre des pattes 25a également fixées au fond 5 du répartiteur de coulée 2. Les faces 26 des clavettes 21 présentent une légère pente par rapport à leurs faces opposées 27. Ainsi, lorsqu'on enfonce les clavettes 21 dans les ouvertures 24 correspondantes des supports 25, l'extrémité 7 de l'élé- ment tubulaire t est appliquée de façon étanche contre la paroi métallique 8 du répartiteur de coulée 2, grâce au joint 9 en mastic. Pour enlever l'élément tubulaire 1 après la mise en oeuvre de la coulée et pour remplacer celui-ci par un élément neuf, il suffit de retirer les clavettes 21. Dans la réalisation de la figure 5, les moyens de fixation amovible de l'élément tubulaire la au fond 8 du répartiteur de coulée 2 comprennent une plaque 30 prenant appui sous la collerette 31 fixée à l'extrémité 32 de l'élément tubulaire la. L'extrémité 33 de cette plaque 30 est solidaire d'un bras 34 fixé à la paroi métallique 8 du fond 5 du répartiteur de coulée 2, ce bras 34 étant articulé par rapport à la paroi 8 et la plaque 33, respectivement en 35 et en 36. L'autre extrémité 37 de la plaque 30 est verrouillée en 39 à une patte métallique 38 fixée à la paroi métallique 8 du fond 5 du répartiteur de coulée 2. Cette patte 38 comporte des ouvertures de verrouillage 40 permettant de modifier la position de la plaque 30 relativement au fond 5 du répartiteur de coulée 2. Dans cet exemple, l'étanchéité entre'l'extrémité 32 de l'élément tubulaire la est assurée par le mastic 41 appliqué autour de la busette 4a et contre la paroi métallique 8 du répartiteur de coulée 2. Pour enlever l'élément tubulaire la, il suffit de déverrouillet l'extrémité 37 de la plaque 30 par rapport à a patte 38, de faire pivoter cette plaque 30 autour de l'articulation 36 pour dégager l'élément tubulaire la de l'extrémité de la busette 4a, et de désolidariser l'élément la de la plaque 30. La réalisation de la figure 4 présente, par rapport à celles des figures 1 et 2, la particularité que la busette de coulée 4b a une longueur telle qu'elle plonge, comme l'élément tubulaire la, dans les métal en fusion 11 de la lingotièré 3. Dans cette réalisation, le revêtement isolant thermique 14 de l'élément tubulaire 1 remédie à l'insuffisance de l'isolation thermique procurée par la busette de coulée et évite le contactcorrosif entre la scorie de la poudre de couverture et la busette de coulée immergée. En outre, l'élément tubulaire 1 comporte une tubulure latérale 42 débouchant à l'intérieur de l'élément tubulaire 1 et permettant l'introduction de gaz neutres tels que l'argon, ou le gaz carbonique ou des produits pulvérulents ou en bande, tels que des oxydants, recarburants, décarburants, désoxydants, etc., destinés à autre incorporés au métal en fusion. Dans la réalisation de la figure 5, 1'élément tubulaire la comporte en outre, un regard ou entre 43 constitué par une plaque ou un disque en matière transparente et résistant aux températures mises en jeu. Cette plaque ou disque peut être par exemple,en mica, ou en verre borosilicaté commercialisé sous las arque "Pyrex". Cette fenêtre 43 permet d'observer le jet du métal en fusion et de décéler toute anomalie éventuelle telle que ltobstruc- tion de l'élément tubulaire la, et/ou de la busette 4a. --De la deseription précitée, il ressort par conséquent que le dispositif conforme à l'invention apporte de nombreux avantages techniques. Comme tous les dispositifs de coulée connus, il évite les éclaboussures et les projections de métal en fusion. En plus, l'élément tubulaire 1 ou la procure une isolation thermique remarquable à l'égard du jet de métal en fusion, et il peut être utilisé directement, c'est-à-dire sans préchauffage et sans dégazage. Par ailleurs, la couche de vitrification formée lors de la coulée du métal en fusion apporte au revêtement isolant thermique 14 du dispositif conforme Bl'ilrvention, une excellente résistance mécanique. Enfin, le dispositif conforme à l'invention est peu onéreux et facile à transporter. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisationsque l'on vient de décrire, et on peut apporter à celles-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi, le dispositif de coulée conforme àl 'iiwention peut encore & re disposé entre la sortie d'une poche de coulée, et un répartiteur de coulée, ou entre tous récipients métallurgiques analogues de transvasement ou de moulage de métaux ou d'alliages ferreux ou non ferreux. On peut prévoir d'autres moyens de fixation du revete- ment isolant thermique 14 à l'armature métallique 13 ou I3a, et d'autres moyens pour réaliser l'étanchéité entre l'élément tubulaire 1 ou ta, et la sortie du récipient de transvasement correspondant. L'élément tubulaire 1 ou la peut encore être tronconique ou présenter une section carrée, rectangulaire ou trapézoidale. De plus, l'élément tubulaire t ou la peut être constitué par un assemblage définitif ou amovible de plusieurs portions tubulaires. On peut, en outre, prévoir d'autres moyens de fixation amovible de l'élément tubulaire 1 ou la au récipient métallurgique correspondant. Par ailleurs, le liant organique peut Qtre constitué par de l'amidon ou de la farine. Ce liant peut encore titre minéral : sol de silice, sol d'alumine, silicate de soude ou ciment réfractaire, et/ou végétal. EVENDICATI ONS i. Dispositif pour la coulée des métaux fondus comprenant un élément tubulaire disposé entre un récipient de transvasement et un second récipient destiné à contenir un métal fondu, l'une des extrémités de l'élément tubulaire, entourant l'orifice de coulée du récipient de transvasement, et l'autre extrémité plongeant dans le métal en fusion contenu dans le second récipient et provenant du récipient de transvasement, caractérisé en ce que l'élément tubulaire comprend une armature métallique à laquelle est fixé un revêtement isolant thermique à base de particules inorganiques réfractaires, noyées dans un liant organique et/ou inorganique, la nature et la composition des particules inorganiques précitées étant telles, qu'on obtient au moins une vitrification superficielle du revêtement lors du passage du métal en fusion à l'intérieur de l'élément tubulaire. 2. Dispositif de coulée conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément tubulaire est fixé de façon étanche sous le récipient de transvasement. 3. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le revêtement est fixé sur la surface interne de l'armature métallique. 4. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le rev8tement isolant thermique est fixé sur les surfaces intérieures et extérieures de l'armature métallique. 5. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le revêtement isolant thermique est fixé sur la surface extérieure de l'armature. 6. Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le diamètre de l'élément tubu laireest supérieur au jet du métal en fusion passant dans cet élément. 7. Dispositif conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que la composition du revêtement isolant thermique est la suivante Particules inorganiques réfractaires : par exemple, silice et/ou alumine ............. 70 à 90 % en poids Matières organiques d'origine synthétique ou naturelle, en grains et/ou en fibres 0 à 20 % en poids Fibres minérales .......................... 0 à 20 % en poids Liant organique et/ou minéral et/ou végétal 2 à 10 % en poids Fondant : par exemple oxydes alcalins ou alcalino-terreux .......................... 0 à 10 ffi en poids la nature des constituants tnorganiques et du fondant de la composition étant telle qu'on obtient une vitrification qui débute à 6000C environ. 8. Dispositif de coulée conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que le poids spécifique du revêtement isolant thermique est compris entre 0,3 et 1,6 kg/dm3 environ. 9. Dispositif de coulée conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'armature métallique est constituée par une tOle perforée ou un grillage métallique. 10. Dispositif de coulée conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'élément tubulaire est constitué par plusieurs portions tubulaires superposées et fixées les unes sur les autres. 11. Dispositif de coulée conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour fixer de façon amovible l'élément tubulaire sous le récipient de transvasement. 12. Dispositif de coulée conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'au moins une tubulure latérale débouche à l'intérieur de l'élément tubulaire. 13. Dispositif de coulée conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la paroi de l'élément tubulaire comporte une fenêtre constituée par une plaque ou un disque en matière transparente et résistant à la température mise en jeu lors du passage du métal en fusion.