Brevet FR2377985A1 — publié le 19780818

La présente invention est relative à un agent d'isolation thermique pour du métal fondu, utilisé pour recouvrir la surface de métal fondu afin de l'empêcheur de refroidir ou de s'oxyder. On a jusqu'a présent utilisé, comme agent d'isolation thermique des matériaux organiques tels que les pailles de graminées, les balles de grains, la sciure, etc., les matériaux carbonés obtenus par carbonisation de ces matériaux organiques, et des matériaux réfractaires tels que la vermiculite, la terre de diato mées, la perlite expansée, l'alumine, le sable de silice, la cendre d'aluminium, etc., seuls ou en combinaison. On a également utilisé un agent exothermique d'isolation contenant à la fois une poudre métallique facilement oxydable, comme l'aluminium ou le magnésium, et un agent oxydant tel que l'oxyde de fer ou un nitrate tel que le nitrate de potassium, le nitrate de sodium, le nitrate de baryum, etc., en combinaison avec les matériaux décrits ci-dessus. Cependant, ces agents d'isolation thermique ont les inconvénients suivants. Avec les matériaux organiques décrits ci-dessus et leurs produits de carbonisation, le temps pendant lequel ces matériaux demeurent thermiquement isolants est court étant donné qu'ils brtlent facilement du fait de la chaleur du métal fondu et qu'ils disparaissent sensiblement. Par conséquent, un grand volume de ces materiaux est nécessaire pour une isolation thermique prolongée. De plus, il est très difficile de manipuler ou d'utiliser ces matériaux du fait de leur faible densité. Avec les matériaux réfractaires décrits ci-dessus, lteffet d'isolation thermique est insuffisant et l'isolation thermique est particulièrement faible lorsque le matériau fond à la chaleur du métal fondu. De même, l'agent exothermique d'isolation décrit ci-dessus ne donne des résultats satisfaisants que pendant un laps de temps extrêmement court. Cependant, cette combinaison n'est pas appropriée pour une isolation thermique d'une durée normale, du fait que la propriété d'isolation thermique du résidu formé par la réaction exothermique est faible. La présente invention a pour objet de réaliser un agent de d'isolation possédant de bonnes propriétés d'isolation thermique, qui soit capable d'empêcher le métal fondu, en particulier le métal fondu se trouvant dans une poche ou analogue, de se refroidir ou de s'oxyder et qui soit capable d'empêcher la création d'une cavité de contraction, appelée habtuellement une "paille" dans le corps d'un produit de coulée, en isolant therriquement le métal dans la tête d'alimentation. La présente invention a egalewent pour objet de réaliser un agent d'isolation thermique qui apporte une solution aux défauts de l'art antérieur. La présente invention a pour autre objet d'utiliser les boues résiduelles obtenues dans les processus de fabrication de pâte à papier et/ou de papier, difficiles à traiter ou à éliminer. On désignera ci-après de telles boues par l'expression "boues de papeterie". La présente invention a pour objet de réaliser un agent d'isolation thermique pour le métal fondu capable de réduire ou d'éliminer les inconvénients décrits ci-dessus de l'art antérieur. L'agent d'isolation thermique de l'invention comprend un matériau obtenu par ua-léger brûlage du produit de déshydratation d'une boue de papeterie. I1 convient de noter que cette expression englobe des produits de déshydratation partielle contenant par exemple jusqu'à environ 90% d'eau en poids. On préfère que la teneur en carbone du matériau brûlé soit d'environ 5 à 30% en poids, que son poids spécifique ne soit pas supérieur à environ 0,5 g/cm3 et que la taille de ses particules ne soit pas supérieure à environ 20 mm. Un autre mode de realisation de la présente invention comprend un procédé d'isolation protégeant le métal fondu contre la perte de chaleur consistant à recouvrir la surface du métal fondu d'une couche dudit agent d'isolation thermique. La boue de papeterie décrite ci-dessus est contenue dans les eaux usées évacuées au moment de la production de pate à papier ou de papier, et contient des fibres fines de pulpe, de lignine, divers produits chimiques pour la fabrication de papier ou de pâte à papier, des matériaux formés par l'action de ces produits chimiques et analogues. La boue déshydratée obtenue dans une presse à cylindres ou analogue contient environ 60 à 908 en poids d'eau et environ 10 à 40% en poids de solides C matériau organique : environ 40 à 80% en poids; teneur en cendre : environ 20 à 60% en poids). Le léger brûlage du produit de déshydratation de la boue de papeterie est effectué à une température d'environ 300 à 10000C, dans un four de brûlage tel qu'un incinérateur ou un four de calcination rotatif. Au cours du brûlage, on préfère que les matériaux organiques contenus dans la boue ne soient pas complètement brûlés, mais soient seulement carbonisés de façon que le matériau brûlé contienne environ 5 à 30% en poids de carbone. La durée du brûlage ne peut être définie avec précision, du fait qu'elle varie beaucoup selon les températures, les quantités de matériaux bruts introduits, etc., mais la durée varie en général de 10 minutes à 5 heures environ. De même, il est préférable que le produit de déshydratation de la boue de papeterie soit soumis à un léser brûlage, de sorte que le matériau brûlé ait un poids spécifique inférieur à environ 0,5 g/cm3 et une taille de particules inférieure à environ 20 mm. Plus particulièrement, le matériau brûlé selon la présente invention a un poids spécifique d'environ 0,2 à 0,5 g/ cm3 et contient en outre plus de 90% en poids de matériaux possédant une taille de particules d'environ 0,2 à 20 mm. Ceci contraste avec les matériaux organiques de l'art antérieur et leurs matériaux de carbonisation qui ont en général un poids spécifique inférieur à 0,2 g/cm3. Le matériau brûlé exerce une influence suffisante comme agent d'isolation thermique pour le métal fondu lorsqu'on l'utilise seul ou en combinaison avec un agent d'isolation thermique conventionnel ou d'autres matériaux. Par conséquent, aussi bien le matériau brûlé lui-même qu'un mélange de celui-ci avec d'autres matériaux, par exemple un agent d'isolation thermique conventionnel, constituent des agents dtisolation selon la présente invention. Lorsque l'on utilise un matériau d'isolation thermique conventionnel en combinaison avec l'agent d'isolation thermique de la présente invention, une proportion appropriée du matériau d'isolation thermique conventionnel par rapport à l'agent d'isolation thermique de la présente invention peut varier d'environ 10 : 90 à 90:lu en poids. Le matériau brûlé contient moins de 40% environ en poids de produits tels que du carbone, des matériaux organiques résiduels, etc., qui brûlent ou s'évaporent pour disparaître après ignition. Ce qui signifie que sa perte par ignition est inférieure à environ 40%. Le taux de combustion du matériau brûlé est lent, du fait que sa teneur en cendre est supérieure à environ 60% en poids. De même, son résidu brûlé, c'est-à-dire la cendre, possède des propriétés d'isolation thermique excellentes. Par conséquent, lorsque le matériau brûlé est utilisé pour l'isolation thermique du métal fondu, l'agent d'isolation thermique de la présente invention est plus efficace même lorsqu'on l'utilise en une quantité plus petite que celle des agents d'isolation thermique conventionnels tels que les matériaux organiques et leurs produits de carbonisation. Cela prient du fait que sa perte par ignition au contact de la chaleur du métal fondu est faible et que la vitesse de combustion de l'agent d'isolation thermique de la présente invention obtenu par la chaleur du métal fondu est lente. On préfère que la teneur en carbone du matériau brûlé soit de l'ordre de 5 E 30% environ en poids, pour les raisons suivantes. Si la teneur en carbone est inférieure à environ 5% en poids, la propriété d'isolation thermique d matériau brûlé est diminuée du fait que la chaleur de combustion du carbone ne peut s'utiliser pour l'isolation thermique. D'autre part, si la teneur en carbone dépasse environ 30% en poids, la propriété d'isolation thermique s'affaiblit également du fait que la vitesse de combustion du carbone est très rapide, et du fait aue le résidu après la combustion, c'est-à-dire la ire la cendre, est si faible que le matériau brûlé s'avère insuffisant pour une isola- tion thermique prolongée. On préfère que le poids spécifique de matériau brûlé ne soit pas supérieur à environ 0,5 g/cm3 du fait que si le poids spécifique dépasse environ 0,5 g/cm , la propriété d'isolation thermique est sérieusement affaiblie. On préfère, de même, que la taille des particules de matériau brûlé ne soit pas supérieu- re a environ 20 mm, parce que si la taille des particules dépasse 20 mm environ, les vides entre les particules de matériau brûlé deviennent si importants que la propriété d'isolation thermique s'en trouve affaiblie. On va maintenant expliquer la presente invention de façon plus détaillée en se référant aux exemples suivants de quelques modes de réalisation souhaitables. Sauf indication contraire, toutes parties, pourcentages, etc. sont donnés en poids. Exemple 1 On utilise un produit de deshydratation de boue de papeterie comportant environ 80% en poids d'eau et environ 20% en poids de solides, comprenant eux-mêmes environ 538 en poids de matériaux organiques et environ 47% en poids de cendres. Le produit de déshydratation est soumis à un léger brûlage penda environ 2,5 heures à une température d'environ 6000C dans un fou de brûlage pour produire un matériau brûlé. Le matériau brûlé obtenu possède une teneur en carbone d'environ 12,6%, un poids spécifique d'environ 0,29 g/cm3 et une taille de particules non inférieure à 5 mm. La perte par ignition du produit de déshydratation est de 19,7*. On verse de l'acier fondu depuis un four dans une poche de 60 tonnes, on ajoute 60 kg du matériau brûlé décrit ci-dessus comme agent d'isolation thermique pour l'acier fondu à la surface d'acier fondu immédiatement après le versage. L'épaisseur de l'agent d'isolation thermique recouvrant la surface est d'environ 37 mm au moment oû l'on effectue l'addition. Les températures de l'acier fondu sont prises aux moments indiqués dans le tableau 1 ci-dessous. Le tableau 1 montre les températures de l'acier fondu au moment oû l'acier fondu débouche du four et la tendance de la température de l'acier fondu dans la poche à décroître. Les chiffres donnés dans le tableau 1 montrent la chute de température en C à des moments particuliers après le versage de l'acier fondu. L'essai n04 a été fait selon un procédé d'isolation thermique conventionnel en utilisant 60 kg d'écorces de riz grill.L'épaisseur d'écorces de riz grillées recouvrant la surface d'acier fondu est d'environ 50 mm au moment de l'addition. TABLEAU 1 Chute de température après le versage ( C) Essai Température 10 minutes 20 minutes 40 minutes 60 minutes 80 minutes 100 minutes N de l'acier fondu à la sortie ( C) 1 1605 43 46 49 54 61 69 2 1613 47 52 55 64 71 78 3 1598 44 48 54 57 66 72 4 1608 43 49 58 71 - - Ainsi que le montrent les résultats du tableau 1, la propriété té d'isolation thermique de ce matériau brûlé ne s'est pas affaiblie beaucoup et le résidu cendreux du matériau brûlé constitue un bon agent d'isolation thermique, du fait que la cendre forme 83% du matériau brûlé.Au contraire, l'agent d'isolation thermique conventionnel constitué d'écorces de riz grillées brûle si facilement que la propriété d'isolation thermique se trouve fortement réduite, au bout d'environ 20 à 50 minutes après l'addition de l'agent d'isolation thermique conventionnel à l'acier fondu. De plus, la perte par ignition des écorces de riz grillées est d'environ 60%. Exemple 2 On utilise, comme agent d'isolation thermique selon l'invention, un produit de déshydratation de boue de papeterie, comprenant environ 80% en poids d'eau et environ 20% en poids de solides, ceux-ci comprenant environ 59% en poids de materiaux organiques est et environ 41% en poids de cendre. Le produit déshydraté de boue s97xmis à un léger brûlage pendant environ 2,5 heures à une température d'environ 500 C dans un four de brûlage. Le matériau brûlé obtenu a une teneur en carbone d'environ 13,4%, un poids spécifique d'environ 0,26 g/ cm3 et une taille de particules qui n'est pas supérieure à environ 8 mm. La perte par ignition de l'agent d'isolation thermique est d'environ 23,5%. On utilise un mélange de 20% en poids de ce matériau brûlé et de 80% en poids d'agent d'isolation thermique conventionnel pour introduction dans la tête d'alimentation comme agent d'isolation thermique de la présente invention. L'acier fondu est versé en utilisant un procédé de versage par le haut dans une lingotière dont la partie supérieure est revêtue de dalles pour l'isolation thermique de la tête d'alimentation. Puis la surface de cet acier fondu est recouverte par 20 kg de l'agent d'isolation thermique décrit ci-dessus de la présente invention pour obtenir un lingot de 10 tonnes. 10 lingots réalisés selon ce procédé sont comparés avec des lingots faits en utilisant 20 kg de l'agent conventionnel d'isolation thermique décrit plus haut constitué d'écorces de riz carbonisées au lieu de l'agent d'isolation thermique de la présente invention. Exemple 3 On utilise comme agent d'isolation thermique selon l'invention un produit de déshydratation de boue de papeterie, comprenant environ 30% en poids d'eau et environ 20% en poids de solides, ceux-ci comportant environ 59% en poids de matériaux organiques et environ 41% en poids de cendres. Le produit se déshydratation de boue est soumis a un léger brülage d' environ 2,5 heures à une température d'environ 5000C dans un four de calcination rotatif.Le matériau brûle obtenu a une teneur en carbone d'environ 13,4%, un poids spécifique d'environ 0,27 g/cm3; et une taille de particules environ 2 a 5 mm. La perte par ignition de l'agent d'isolation thermique est d'environ 2,5, On erse 1 acier fonau depuis un for dans une poche de 60 tonnes, on ajoute 60 kg du matériau décrit ci-dessus comme agent d'isolation thermique pour l'acier fondu à la surface de celui-ci immédiatement après le versage de l'acier fondu. L'épais- seur de l'agent isolation thermique recouvrant la surface est d'environ 40 mm au moment de l'addition. Les températures de l'acier fondu sont prises aux moments indiqués dans le tableau 2 ci-dessous. L'essai n04 a été effectué selon un procédé d'isolation thermique conventionnel en utilisant 60 kg d'écorces de riz grillées. L'épaisseur des écorces de riz grillées recouvrant la surface de l'acier fondu est d'environ 5G mm au moment de l'addition. TABLEAU n 2 Chute de température après le versage ( C) Test Température de 10 minutes 20 minutes 40 minutes 60 minutes 80 minutes 100 minutes n l'acier fondu à la sortie ( C) 1 1610 45 46 54 49 65 72 2 1598 42 45 50 57 63 69 3 1603 47 50 57 62 68 73 4 1596 45 49 54 64 76 - Comme le montrent les résultats du tableau 2, la propriété d'isolation thermique de ce matériau brûlé ne s'est pas affaiblie beaucoup, et le résidu ce.ldreux du matériau brulé constitue un bon agent d'isolation thermique, du fait que le matériau brûlé est constitué de 76% de cendre.Au contraire, l'agent conventionnel d'isolation thermique constitué d'écorces de riz grillées brûle si facilement que la propriété d'isolation thermique est fortement réduite dans les 10 à 20 minutes qui suivent l'addition à l'acier fondu de l'agent conventionnel d'isolation thermique. On a trouvé que le rendement mcyen de fabrication des lingots avec utilisation de l'agent d'isolation thermique de l'invention est augmenté de 0,9% par rapport au rendement moyen desdites fabrications de lingots à l'aide d'agents d'isolation thermique conventionnels. L'agent d'isolation thermique pour métal fondu de la présente invention peut s'appliquer aux métaux non ferreux tels que l'aluminium et le cuivre. L'invention a également pour objet une matière à mouler d'isolation thermique, contenant le matériau brulé décrit ci-dessus, et réalisée en utilisant un liant. Les liants appropriés qui peuvent etre utilisés dans la présente invention, comprennent tout liant conventionnel et l'on cite, comme exemples types de liants appropriés, les résines formaldéhyde, les résines urée formaidéhyde, les résines furanne, l'amidon, la dextrine, le silicate de sodium, le ciment, le phosphate d'aluminium, etc. dans une proportion d'environ 3 à 30% en poids de liant par rapport au poids total du produit. Bien que l'invention ait été décrite en détail et en se référant à ses modes particuliers de réalisation, il est clair pour l'homme de l'art que divers changements et modifications peuvent y être apportés sans sortir de l'esprit ni du cadre de l'invention. R E V E N D~I C A T I O NS 1. Agent d'isolation thermique pour métal fondu, caractérisé par le fait qu'il comprend un matériau brûlé obtenu par léger brûlage d'un produit de déshydratation de boue de papeterie. 2. Agent d'isolation thermique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le produit de déshydratation de boue de papeterie est soumis à un léger brûlage dans un four de brûlage ou un dispositif de calcination rotatif. 3. Agent d'isolation thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le matériau brûle contient 5 à 30% environ, en poids, de carbone. 4. Agent d'isolation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le matériau brûlé possède un poids spécifique qui n'est pas supérieur à environ 0,5 g/cm3. 5. Agent d'isolation thermique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le matériau brûlé possède une taille de particules qui n'est pas supérieure à 20 mm environ. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le produit de déshydratation de boue de papeterie contient jusqu'à environ 90% en poids d'eau.