Brevet FR2327325A1 — publié le 19770506

La présente invention concerne les revetements,par des métaux et alliages de métaux, de substrats acier, par réaction de dépôts tels que l'aluminothermie, et plus particulièrement les procédé et appareil servant à contenir ou retenir les produits de réaction dans un procéde de ce genre. Les processus de revêtement en métal et alliages sur des substrats d'acier par la réductiond'al E nothermie de minerais dioxydes métalliques sont bien connus. Cependant, la retenue des produits surchauffes de réaction constitue un problème particulièrement difficile dans le revetement de grands substrats. On a constaté que les entourages en céramique coulée,qui se sont révélés satisfaisants dans les opérations à échelle réduite au laboratoire, sont incommodes non fiables et totalement inadaptés lorsqu'ils sont étendus à Iéchelle des applications industrielles. On connatt les brevets suivants de technique antérieure > qui décrivent des éléments de retenue des produits en fusion de réaction deaLu.minothermie Carpenter et consorts 2 513 191 Burke 3 113 359 Funk 3 264 696 Funk 3 396 776 Guntermaun 3 421 570 Les deux brevets Funk comprennent des moulages en sable qui servent à retenir ces produits de réaction. Le brevet Burke comporte l'utilisation dune garniture pour empecher les fuites. Le brevet Guntermann ne donne pas de détails sur le moule 3 décrit. Dans le brevet de Carpenter la o-oii:e 12 comporte un chemisage réfractaire 14 et un revetement intérieur d'acier au contact et s'étendant jusqu'au fond du substrat 10.La deman deresFe a constaté qu'un moule ou dispositif de retenue de ce genre permet la descente des produits de réaction en fusion le long des côtés et- extré- mités du substrat, en revetant non seulement ces catés et extrémités mais de plus en délavant le sable au-dessous du substrat et en constituant des revEtements minces et irréguliers sur le fond de ce substrat. Ce substrat est habituellement réchauffé préalablement afin duaugmenter l'adhérence du produit de réaction. Mais ces moules de techniques antérieures, étant complexes et nécessitant un assujettissement précis, sont mis en place avant le réchauffage du substrats ce réchauffage élève alors la température à la fois du substrat et le dispositif de retenue. La demanderesse a donc créé un appareil de retenue des produits en fusion de la réaction, et qui comporte un entourage périmétrique intérieur à chemisage réfractaire, de la partie du substrat à revetir, et un entourage extérieur plus grand de ces entourage intérieur et substrat, et qui délimite avec le premier un intervalle annulaire. Cet intervalle annulaire est rempli de sable. On a constaté, de manière inattendue, que lqs produits de réaction qui échappent de l'entourage intérieur sont solidifiés immédiatement au contact du sable en constituant une barrière à la migration de tout autre produit en fusion de la réaction dans le même passage.Ces entourages de l'invention sont mis en place après que le substrat ait été réchauffé, et ainsi restent â une température inférieure à celle de ce substrat. Liinvention a donc pour objet un dispositif de retenue des produits en fusion de réaction dans des processus de revêtementspar aluminothermie sur la surface de support. Ce dispositif comporte des éléments d'arrêt de la migration de tout produit en fusion de la réaction, immédiatement lorsqu'il s'échappe du diSpositif. Ce dispositif est de réalisation facile et peu comateuse, sa mise en place est rapide et ne présente pas de difficultés, tout en ne nécessitant pas un assujettissement exact,et pouvant être réutilisé à plusieurs reprises. L'installation est achevée après le réchauffage préalable du substrat, et par ailleurs les aciers à faible teneur en carbone ne peuvent recevoir du carbone supplémentaire pendant la réaction de revietement. D'autres objets et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description qui va suivre d'exemples préférés de réalisation, et du dessin annexé, sur lequel - la figure I est une coupe longitudinale et verticale d'un substrat à revttir) placé sur une base d'acier dans un dispositif de retenue selon llinvention, et - la figure 2 est une coupe analogue d'une variante de mise en oeuvre, dans laquelle un lit de sable est substitué à la base en acier. Dans Ie dispositif de la figure l, un substrat métallique ferreux 10 est éventuellement réchauffé, puis placé sur une base d'acier 12. Un entourage périmétrique intérieur en matière réfractaire, qui peut être constitué par une boite sans fond en acier, à paroislatéralesverticalesl6, chemisées interieurement de plaques de graphite 18, est placé sur le substrat en entourant la partie de celui-ci qui doit être rev8tue.Un entourage périmétrique extérieur 20 est placé sur la base 12, autour du substrat 10 et de l'entourage 14, en délimitant ainsi avec ce dernier un intervalle annulaire 22 qui est ensuite rempli de sable 24. Des éléments de soulèvement 26 sont agencés sur le périmètre de chaque entourage afin de faciliter sa mise en place et son enlèvement par des portiques ou ponts roulants. Le sable constitue un joint mobile qui peut s'écouler dans toutes irrégularités et ainsi remplir les intervalles qui peuvent exister antre l'entourage 14 et le substrat 10.Ces entourages peuvent être fabriqués en toute dimension ou forme nécessaires tout en effectuant une jonction sure, étanche aux produits 28 en fusion de la réaction dans le processus. Dans la variante de la figure 2, un substrat métallique ferreux 40, qui est froid ou réchauffé préalablement, repose sur un lit de sable 42 qui a été nivelé dans un plan 43 au ras de la surface.supérieure du substrat. L'entourage périmétrique extérieur 44, qui peut comporter éventuellement un chemisage réfractaire 46,est placé sur le sable, comme représenté, avant le nivellement de celui-ci. L'entourage intérieur 48 à chemisage réfractaire comporte des dimensions intérieures égales à celles du substrat 40, de sorte que cet entourage 48 repose sur le lit 42 de sable, à l'extérieur du substrat, mais à son contact immédiat. L'entourage inté rieur 48 délimite un intervalle annulaire 50 avec l'entourage extérieur. Cet entourage annulaire est alors rempli de sable 52. Un mélange pulvérulent à réaction exothermique,telle qu'une charge d'aluminothermie 54, est placé sur le substrat 40 à l'intérieur de ltentourage intérieur 44. Cette charge 54 peut être recouverte éventuellement de plaques réfractaires 56, par exemple en graphite, afin de conserver la chaleur de réaction de la charge et de la transférer dans le substrat pour yaccrottre l'adhérence de la matière de revêtement. Une torche ou lance d'allumage peut etre insérée par le trou 58 afin d'amorcer la réaction d'aluminothermie. Les plaques 56 servent de plus à empecher les éclaboussures pendant la réaction. Il a été constaté que cet assemblage ne nécessite pas d'assujettissement précis, c' est-à-dire qulil n'est pas nécessaire d'usiner les fonds des entourages pour réaliser un contact intime sur la base ou le lit de repos. I1 est également inutile d'utilise une matière de lutage ou de calfeutrement du pourtour de fond d'entourage pour constituer une jonc- tion étanche. Par ailleurs, l'entourage n'étant pas réchauffé préalablement le long de et avec le substrat, le produits en fusion de la réaction tendent à être refroidis au contact de l'entourage relativement froid. On a également constaté que le contact direct des produits surchauffés de métal réduit de l'aluminothermie,effectué dans le dispositif de retenue à parois minces en graphite,ou ou chemisage de graphite sur parois métalliques,entrainait une contamination par le carbone en proportions inadmissibles pour certaines nuances d'acier inoxydables, et ainsi limite le champ d'application de cette opération. Les essais qui ont été effectués pour constituer une barrière entre les parois de graphite et le métal en fusion, par revêtement des parois à l'aide de matières réfractaires, telles que silicate et oxyde de zirconium, se sont révélés inefficaces. La demanderesse a découvert que l'augmentation d'épaisseur de la paroi de graphite 18 (figure 1) abaisse radicalement la contamination par le carbone de la phase de métal réduit. il a été établi dans une série d'expériences, que l'augmentation de ltepaisseur de paroi depuis environ 25 mm jusqu'8 50 mm réduit la proportion moyenne de carbone de cette phase environ au tiers.La raison exacte de ce mécanisme n'a pas été déterminée. I1 semblerait cependant que l'on puisse l'expliquer comme suit Immédiatenent après la réaction d'aluminothermie, les produits résultants,constituent une phase de laitier en fusion,renfermant des sphérules de la phase métallique liquide, lesquelles entrent au contact de la paroi froide de graphite 18 de l'entourage intérieur de l'invention, cette phase étant immEdiatement solidifiée pour constituer une fine couche de matière solide, ou croute > - sur la surface de paroi. Cette croute maintient l'intégralité de la paroi de graphite > constituant une barrière naturelle entre la phase métallique et cette paroi.Cependant, pendant le temps qui suit, nécessaire pour que la masse des produits de réaction d'aluminothermie soit solidifiée, la majeure partie de la chaleur de réaction est transférée dans la paroi du graphite et la température de surface de cette paroi est élevée instantanément. Si cette chaleur n'est pas diffusée dans un puits adéquat- de chialeur, la température de la surface de paroi recouverte d'une croute peut entre élevée au point que cette croute est refondue et permet le contact direct du métal en fusion avec le graphite. il peut résulter de ce fait une contamination importante de la phase métallique.Cependant si la paroi de graphite est suffisamment massive (d'épaisseur supérieure & environ 51 mm), la chaleur est continflinent transférée dans la masse du graphite et la température de la croute n'est pas élevée au-dessus de son point de fusion. Lorsque cette croute reste intact le métal en fusion ne peut entrer en contact avec le graphite et en conséquence la contamination par le carbone est minimisée. Pour obtenir des proportions aussi faibles que possible de carbone, la paroi de contact en graphite doit être aussi épaisse qutil est permis. Les essais indiquent qu'une épaisseur minimale d'environ 51 mn de parois de graphite empeche la contamination,par le carb edes aciers inoxydables ou autres faible teneur de carbone, d'atteindre une proportion inadmissible de celui-ci. Avec seulement des soins peu importants, les entourages peuvent & re réutilisés plusieurs fois, ce qui est d'autant plus économique dans des opérations de revêtement métalliques à échelle industrielle. I1 apparatt de ce qui précède que les nouveaux procédé et dispositif de l'invention, destinés à retenir les produits en fusion de réaction d'aluminothermie, empêchent efficacement les pertes de matière du fait de la migration de ces produits sur les surfaces d'où leur élimination est longue et peut être extrêmement difficile. Ces nouveaux procédé et dispositif empêchent le prélèvement du carbone dtun moule chemisé de graphite,par des aciers inoxydables et à faible proportion de carbone pendant la réaction de revetement. REVENDICATIONS 1. Dispositif destiné à retenir les produits en fusion de la réaction,dans un processus de revêtement métallique, et caractérisé par, une base, un substrat métallique reposant sur cette base, une enveloppe extérieure d'entourage de ce substrat, ayant des dimension et forme déterminées, reposant sur cette base, cet entourage étant sensiblement plus large que le substrat, une enveloppe intérieure d'entourage exact de la partie du substrat devant être revêtue et reposant sur celui-ci > ces entourages intérieur et extérieur délimitant un intervalle annulaire contenant un matériau d'isolation thermique. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel des éléments sont reliés aux entourages afin de pouvoir les mettre en place. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les éléments de mise en place sont des rebords agencés sur les enveloppes. 4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'enveloppe intérieure est chemisée de graphite. 5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ladite matière d'isolation thermique est en particules. 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel la matière en particules est du sable. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ladite base est en métal. 8. Dispositif selon la revendication 4 et servant à empêcher la contamination par le carbone d'éléments en acier à faible proportion de carbone constituant le substrat, ce dispositif étant caractérisé en ce que ledit chemisage de graphite a au moins 50 mm d'épaisseur. 9. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la hauteur du chemisage réfractaire d'entourage intérieur est inférieure à celle de cet entourage. 10. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel un couvercle réfractaire comprenant au moins une plaque réfractaire est assujetti sur le chemisage. il. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel la matière de la plaque réfractaire est du graphite. 12. Dispositif selon la revendication 10 ou 11, dans lequel ledit couvercle comporte un orifice d'accès à travers lequel l'opération de revêtement est amorcée. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel l'enveloppe extérieure est chemisée intérieurement à l'aide d'un matériau réfractaire. 14. Dispositif destiné à retenir les produits de la réaction dans un processus de revêtement métallique, et caractérisé par un lit de sable, un substrat métallique, reposant sur ce sable avec sa surface supérieure au ras de celle du sable, une enveloppe intérieure chemisée intérieurement d'une matière réfractaire ayant sensiblement les mêmes dimensions intérieures que le substrat et placée sur la surface du sable et autour de ce substrat une enveloppe extérieure d'entourage de la première ayant des forme et dimension déterminées et étant sensiblement plus grande que cette premiere enveloppe, de sorte qu'un intervalle annulaire est délimité entre elles, dans lequel est contenu une matière d'isolation thermique. 15. Dispositif selon la revendication 14, dans lequel ladite matière réfractaire est du graphite. 16. Dispositif selon la revendication 15, destiné à miter la contamination de substrat d'acier inoxydable à faible teneur de carbone, dans le processus, et dans lequel ledit chemisage est d'au moins 50 mm d'épaisseur. 17. Procédé de déposition d'un revêtement métallique sur un substrat métallique plan par réduction exothermique, ce procédé étant caractérisé par les opérations suivantes, mise en place du substrat sur un lit d'un premier matériau isolant et réfractaire en particules, s'étendant autour de ce substrat au ras de sa surface à revêtir, délimitation de la zone de dépôt par une paroi réfractaire rigide entourant le substrat par ses bords et étendue à la surface plane de celui-ci, mise à feu d'une matière en particules de dépôt exothermique, déposée sur le substrat pour former les produits de revêtement, à l'état fluide, et entourage de la zone de dépôt par un second matériau réfractaire et isolant s'étendant à la surface de substrat et au-dessous, un produit dtétancheite étant placé pour couler dans toute irrégularité apparaissant entre cette surface et ladite paroi réfractaire rigide et retenant les produits de la réaction de dépit, qui en échappent. 18. Procédé selon la revendication 17, dans lequel ladite paroi réfractaire rigide est en graphite. 19. Procédé selon la revendication 18, dans lequel le substrat est en acier à faible teneur en carbone dont on réduit la contamination par le carbone en donnant à la paroi de graphite une épaisseur d'environ 50 mm.