Brevet FR2391017A1 — publié le 19781215

La présente invention se rapporte à des compositions de remplissage pour les trappEs coulissantes des poches de coulée métallurgiques, en particulier, pour 11 acier ou le fer, qui contiennent une certaine proportion de matières de charge divisées. Pendant la coulée de certains métaux liquides et, en parti culer; de l'acier, de l'acier et du fer, au moyen de poches de coulée, ltécoulement du métal en fusion par le fond de la poche est commandé par un dispositif comprenant une trappe coulissante constituée habituellement d'éléments de glissement et qui se déplace le long d'une plaque fixe percée d'une ouverture. Pour plus de détails concernant de telles trappes coulissantes, le lecteur est invité à se reporter aux brevets anglais ne 1 093 478 et 1 274 013. Une autre installation, dans laquelle la trappe ne coulisse pas en ligne droite, mais effectue un mouvement de rotation, est décrite dans le brevet américain nv 3 430 644. Les buses disposées à la partie inférieure de la poche de coulée et par lesquelles le métal en fusion s'écoule après l'ouverture de la trappe sont souvent remplies avec une matière réfractaire capable de couler, afin d'éviter, d'une part, une solidification du métal dans orifice de sortie et pour protéger d'autre part la trappe coulissante de l'action du métal en fusion. Le moyen le plus simple pour mettre en place la matière de remplissage consiste à l'introduire à partir du bord supérieur de la poche; en effet, étant donné que la poche de coulée est généralement chauffee à une température relativement élevée avant l'introduction du métal en fusion, par exemple, dans le cas de l'acier, à une température comprise entre 800 et I 0000C, cette mise en place n'est pas une opération simple mais est, au contraire, relativement compliquée et aléatoire. Pour cette opéra tion on a déjà utilise des tubes par lesquels on laissait glisser la composition de remplissage d'en haut dans la buse. Par Par ailleurs, il est également connu d'introduire la matière de remplissage divisée dans une cartouche, par exemple, en carton imprégné ou non, et d'introduire cette cartouche par en dessous dans la buse pendant que la trappe coulissante est ouverte. De telles cartouches sont décrites, par exemple, dans les demandes de brevet publiées en RFA n 24 48 593 et 25 27 919. Dans ces procédés connus, la matière constituant la cartouche est choisie de façon à être détruite dans les conditions qui règnent au moment de la coulée du métal, c'est-à-dire de façon à subir une décomposition thermique ou une combustion; autrement, il peut s'agir d'une matière fondant facilement, comme décrit dans la demande de brevet publiée en RFA n' 25 27 919, dont, toutefois, la composition ou la nature n'est pas précisée. Le but de la présente invention est d'apporter une composition de remplissage qui, tout comme celles décrites dans les publications allemandes précitées, peut dtre introduite par en dessous dans la buse d'une poche de coulée pendant que la trappe coulissante est ouverte, mais qui offre l'avantage d'être élastique, ce qui par exemple n'est pas le cas des cartouches en carte remplies d'une matière de mmpi eonnues. Un autre inconvénient de l'utilisation des cartouches de carton réside dans le fait que ces cartouches brtlent rapidement, de sorte que la matière de remplissage divisée s'en écoule prématurément.Par contre, la combustion ou la décomposition thermique de la composition de remplissage de l'invention demande une période de temps prolongée et la matière synthétique ou la résine naturelle utilisée par l'invention passe par une phase visqueuse avant autre décomposée complètement, de sorte que cette matière présente une forte adhésivité qui assure une liaison temporaire de la matière de remplissage divisée. La composition de remplissage de l'invention pour trappes coulissantes est caractérisée par le fait qu'elle est constituée par un mélange d'environ 20 à 90 % en poids d'une matière de charge ou de remplissage divisée et de 80 à 10 % en poids d'une matière synthétique ou d'une résine thermoplastique élastique. Dans une forme de réalisation préférée, la composition comprend un mélange de 50 à 80 % en poids d'une matière de charge divisée et de 50 à 20 % en poids d'une matière synthétique thermoplastique ou d'une résine naturelle. De préférence, on utilise comme matière thermoplastique un polyuréthane, un caoutchouc de silicone ou une matière à base de chlorure de polyvinyle et comme résine un caoutchouc synthétique ou naturel. Toutefois, on pourrait également utiliser plusieurs résines naturelles. Dans une forme de réalisation préférée, la composition de remplissage se présente sous la forme d'un corps cylindrique. De préférence, le pourtour de ce corps cylindrique est entouré d'au moins un disque transversal circulaire. Selon une autre forme de réalisation, dans laquelle le corps cylindrique est entouré de plusieurs disques transversaux, le diamètre de ces disques décrort d'une extrémité du corps cylindrique à l'autre, afin d"adapter celui-ci à la variation de la section de l'ouverture de la buse. Dans une autre forme de réalisation préférée, le corps cylindrique est creux et sa cavité est remplie, le cas échéant, avec une matière de charge divisée, incohérente. Parmi les matières de charge diviséesttilisées dans les compositions de remplissage de l'invention, on peut citer les matière res de charge réfractaires habituellement utilisées à cette fin comme, par exemple, le corindon, la farine de quartz, le graphite, le minerai de chrome, le coke concassé ou broyé, le silicate de zirconium, la magnésie, la dolomie ou des mélanges des précédents. Comme exemples de matières thermoplastiques élastiques, on peut citer le polyuréthane, le caoutchouc au silicone, les matières à base de polychlorure de vinyle, ces substances pouvant contenir un petit pourcentage de matières thermoplastiques non-élastiques ou bien des matières thermoplastiques courantes qui ne deviennent plastiques, csest-à-dire déformables, qu'après l'addition de plastifiant. I1 convient de préciser que les termes " matière synthétique, résine et résine synthétique" comprennent aussi des mélanges de matières synthétiques pures,de résines naturelles pures et de résines synthétiques pures avec des additifs les rendant élastiques ou flexibles ou avec d'autres substances auxiliaires usuelles. Comme exemples de résines synthétiques, on peut citer les caoutchoucs naturels et/ou synthétiques. Il convient de préciser que le terme Uélastique" utilisé dans le présent mémoire descriptif pour qualifier les matières synthétiques thermoplastiques ou les résines ne signifie pas que ces matières doivent etre hautement extensibles, mais entend simplement indiquer qu'elles doivent présenter une certaine flexibilité sous l'action des pressions tendant à les déformer et qu'elles doivent reprendre leurs formes initiales quand ces pressions cessent. Les matières charge divisées utilisées dans la composition de remplissage de l'invention ont les dimensions habituelles en rapport avec leur application, ctest-à-dire une granulométrie généralement comprise entre 0,1 mm et 3 mm. La distribution des grosseurs des particules peut s'étendre sur tout le domaine précité; toutefois ces matières peuvent aussi, par exemple, dans le cas du graphite, se présenter sous la forme d'une poudre granulaire ou bien, dans le cas du corindon ou du quartz, sous la forme de farines. Lors de l'utilisation d'un minerai de chrome, la matière peut présenter un indice de Blaine de 3 800. Une matière de charge divisée particulièrement avantageuse est un mélange dans un rapport de 5/3 d'une farine de corindon et de graphite. La matière de charge utilisée pour la préparation des compositions de remplissage de l'invention conjointement avec une matière thermoplastique ou avec une résine naturelle, peut aussi être utilisée pour remplir un corps cylindrique creux conforme à la forme de réalisation préférée de l'invention. Comme il a été expliqué, la composition de remplissage de l'invention se présente, dans une forme de réalisation préférée, comme un corps cylindrique dont le diamètre est légèrement plus petit que la plus petite section de l'ouverture de la buse, quand la trappe coulissante est ouverte, de sorte qu'il peut être facilement introduit dans cette buse par en dessous. Etant donné que la composition de remplissage tout entière présente, du fait de l'utilisation d'une matière thermoplastique ou d'une résine thermoplastique comme liant, une certaine élasticité ou flexibilité, l'introduction de celle-ci dans la buse ne soulève aucune difficulté, même lorsque le diamètre de l'ouverture de la buse présente en un ou plusieurs points, des éléments saillants qui font que son diamètre est plus petit que celui du corps cylindrique qu'on veut introduire.Il est à remarquer que dans le cas de l'utilisation d'une cartouche de carton remplie avec la matière de charge divisée, cette cartouche ne pourrait pas être introduite ou se déchirerait à ces endroits. La composition de remplissage de l'invention peut également se présenter sous la forme de billes pouvant être introduites par en dessous au moyen d'un poussoir. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, nullement limitatif, en référence aux diverses figures du dessin annexé. La figure 1 représente un corps cylindrique 1 qui est constitué par un mélange homogène d'une matière élastique et d'une matiere de charge divisée. Sur la ligure 2, est représentée une forme i réalisation dans laquelle le corps cylindrique 1 est entouré de disques transversaux 2. Cette forme de réalsation est avantageuse dans les cas où la buse 3 présente, à son extrémité opposée à la poche de coulée, un plus grand diamètre qu'à proximité de la trappe coulissante 4 et dans le cas où cette dernière, quand elle est ouverte, présente un diamètre inférieur à celui de la buse Etant donné que les disques 2, dont l'épaisseur est généralement comprise entre 1 et 10 mm, de préférence, entre 3 et 6 mm, sont très flexibles, un corps cylindrique 1 entouré de tels disques peut être facilement introduit dans l'ouverture de la buse 5 et de la trappe coulissante 4, bien que le diamètre de cette ouverture soit réduit.Ainsi, après avoir traversé cette ouverture, en s'appliquant pendant leur passage contre le corps 1 les disques se redressent à nouveau pour autant que le diamètre de l'ouverture le permet, ce qui fait que le corps cylindrique 1 est maintenu dans l'axe de la buse 3, mmecnle voit sur les figures 3 et 4. Dans la forme de de réalisation représentée, le corps cylindrique est entouré de plusieurs disques 2 dont le diamètre décroît de haut en bas afin de mieux s'adapter à la variation de la section de l'ouverture de la buse, 3. Un autre avantage descorps de remplissage 3 de l'invention réside dans le fait que pendant la combustion de la matière plastique ou de la résine, les résidus de ces matériaux sont consti tués par une petite quantité de carbone, ce qui évite l'agglomération des matières de remplissage divisées et réfractaires, de sorte que pendant la coulée du métal, après l'ouverture de la trappe coulissante, ces résidus sont facilement entraînés et ne risquent pas de former un bouchon. Pour fabriquer les corps de remplissage de l'invention, il suffit de mélanger la matière réfractaire divisée ou un mélange de telles matières avec la matière plastique ou la résine thermoplastique. Le cas échéant, cette matière plastique peut être portée à une température suffisamment élevée pour devenir liquide, c'est-à-dire, à une température comprise entre 150 et 250-C. Toutefois, il est bien évident que cette température ne doit pas & re assez élevée pour provoquer une décomposition de la matière thermoplastique ou de la résine naturelle. La composition pourrait également être préparée en incorporant la matière de charge divisée ou un mélange de matières de charge dans une matière thermoplastique ou dans une résine granulaire et en les mélangeant intimement, par exemple, dans un mélangeur à tambour. Ensuite, on peut donner a la composition de remplissage de l'invention sa forme définitive, par exemple, celle d'un cylindre, en la moulant à une température relativement élevée dans une forme correspondante. Cette forme cylindrique pourrait aussi outre produite par extrusion, auquel cas, il suffit de couper le boudin cylindrique à la longueur voulue. Une mise en forme à la presse est également possible. Lors de l'utilisation d'un caoutchouc naturel ou synthétique, on peut de façon connue procéder à un prémélange pendant lequel on introduit la matière de charge divisée, puis après la mise en forme, on procède à la vulcanisation de la composition de remplissage. I1 en est de même lorsqu'on utilise un polyuréthane comme liant pour les matières de charge. Pour produire les corps de remplissage à disques transversaux, on coule le mélange en fusion comprenant la matière thermoplastique ou la résine et la matière de charge divisée ou un mélange de telles matières, dans une forme correspondante. Toutefois, il est également possible de produire séparément le corps cylindrique et les disques transversaux adaptés à celui-ci, en s'arrangeant pour que le diamètre du trou de ces disques soit légèrement inférieur au diamètre extérieur du corps cylindrique de sorte que ces disques, qui sont par eux-mêmes déjà légèrement élastiques, puissent être enfilés à force sur le corps cylindrique et pour que, par suite de leurs propriétés élastiques et par suite de la différence des diamètres, ils conservent leur position sur le corps cylindrique. Dans cette forme de réalisation, le corps cylindrique et les disques peuvent être faits de matières différentes, le corps contenant, par exemple, en tant que liant, une matière à base de polychlorure de vinyle, tandis que le liant des disques est constitué par une matière élastique, par exemple un caoutchouc naturel, ou synthétique. Dans une telle forme de réalisation les disques pourraient aussi etre entièrement en caoutchouc,lc'est-à-dire pourraient ne comporter aucun additif de charge divisé. Toutefois il est préférable que les disques contiennent également une matière de charge afin de s'assurer de la présence de la quantité nécessaire de matière de charge, après la décomposition de la rrratl- ère ou dela-resine synthétique, pour remplir la trappe coulissante. Dans la forme de réalisation comportant un corps cylindrique et des disques transversaux séparés, il est également possible de s'arranger pour que ce corps cylindrique soit, lui-même,non-élastique ou moins élastique que les disques transversaux puisque, lors de l'assemblage, l'élasticité desdits disques assure la déformabilité nécessaire. Dans un tel cas, le corps cylindrique peut, à coté de la matière de charge divisée, contenir une matière synthétique non-élastique ou une résine non élastique, par exemple la colophane ou encore, comme liant, un polychlorure de vinyle non-plastifié. Les exemples suivants, qui n'ont bien entendu aucun caractère limitatif, feront mieux comprendre les particularités de l'in invention EXEMPLE 1 Onmélange pendant environ 10 minutes, 33 parties en poids d'une pâte de polychlorure de vinyle ayant une dureté Shore A de 50 à froid avec 67 parties en poids de poudre de corindon. La pâte de polychlorure de vinyle utilisée est un produit du commerce qui est utilisé pour la trempe et le moulage. Après le mixage, on laisse reposer pendant un certain temps le mélange résultant, afin de permettre aux bulles d'air de s'échapper. Par ailleurs, dans un four de chauffage dont la température est réglée à 150'C, on préchauffe pendant environ 30 mn une forme métallique en deux parties pour mouler un corps cylindrique ayant environ 200 mm de hauteur et un diamètre de 58 mm. On verse ensuite la composition, qui est relativement visqueuse, sans interruption, dans la forme, et on maintient celle-ci, quand elle a été remplie, dans le four de chauffage entre 140 et 150vC pendant une période de 45 à 60 minutes, ce qui a pou effet de la durcir. Quand la forme a été refroidie, on démoule le corps cylindrique résultant. On obtient ainsi un corps cylindrique ayant les dimensions indiquées plus haut, qui présente une certaine élasticité ou flexibilité et qui a pu être introduit, par en dessous, sans difficulté dans une trappe coulissante d'une poche de coulée, et sans que des éléments saillants ou des rétrécissements quelconques provoquent une destruction. Au moment de l'introduction dans la trappe coulissante, celleci était à une température d'environ 7OoC. Après un temps de séjour de 20 minutes dans la trappe coulissante chaude, la poudre de corindon s'est écoulée hors de celle-ci. EXEMPLES 2 à 10 En utilisant les mélanges indiqués dans le tableau ci-après de matières synthétiques et de matières de charge, on a moulé des corps cylindriques ayant un diamètre de 58 mm et une hauteur de 200 mm. On a introduit ces corps de remplissage cylindriques dans une buse de coulée portée à 800'C et ayant une hauteur de 200 mm et un diamètre de 60 mm, la partie inférieure de cette buse étant fermée par une plaque de matière réfractaire. On a placé la buse avec son corps de remplissage dans un four afin de maintenir sa température à 800vu. La température a été mesurée au moyen d'un couple thermo-électrique, le point de mesure étant situé au milieu de la hauteur, à une distance de 5 mm de la paroi intérieure. Après 20 minutes, la matière plastique faisant fonction de liant était broyée et la matière de charge slécoulait par la partie inférieure de la buse, lorsqu'on a levé cette dernière. TABLEAU Exemple Matière plastique 1%) Matière de charge (%) 2 Polyuréthane (Monothane) 50 Corindon, extrêmement fin 50 3 Caoutchouc au silicone Farine de quartz SO (Sicoron) 50 4 Pate de polychlorure de Farine de corindon 50 vinyle 50 5 Pâte de polychlorure de Graphite, gros 30 vinyle 70 6 Pâte de polychlorure de Minerai de chrome, gros vinyle 50 0-0,63 50 7 PSte de polychlorure de Minerai de chrome, fin vinyle 50 (Biaine 3800) 50 8 Pâte de polychlorure de Minerai de chrome 75 vinyle 25 9 Pâte de polychlorure de Farine de corindon 75 vinyle 25 10 Pâte de polychlorure de Farine de corindon 25 + vinyle+60 graphite 15 REVENDICATIONS 1.- Composition de remplissage pour les trappes coulissantes des poches de coulée métallurgiques, en particulier, pour l'acier et le fer, contenant une certaine proportion de matières de charge ou de remplissage divisées, caractérisée par le fait qu'elle se compose d'un mélange comprenant de 20 à 90 X en poids, d'une matière.de charge ou de remplissage divisée et de 80 à 10 % en poids d'une matière thermoplastique ou d'une résine élastique. 2.-. Composition de remplissage selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le mélange comprend, en poids, de 50 à 80 % de matière de charge divisée et de 50 à 20 % de matière thermoplastique ou de résine. 3.- Composition de remplissage selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que la matière thermoplastique est un polyuréthane, un caoutchouc au silicone ou une matière à base de polychlorure de vinyle. 4.- Composition de remplissage selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que la résine élastique est un caoutchouc synthétique ou naturel. 5.- Composition de remplissage selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle se présente sous la forme d'un corps cylindrique. 6.- Composition de remplissage selon la revendication 5, caractérisée par le fait que le corps cylindrique porte au moins un disque transversal faisant saillie tout autour de son pourtour. 7.- Composition de remplissage selon la revendication 6, caractérisée par le fait que le corps cylindrique porte plusieurs disques transversaux dont le diamètre décroSt d'une extrémité à l'autre de celui-ci. 8.- Composition de remplissage selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée par le fait qu'elle se présente sous la forme d'un corps cylindrique creux dont la cavité est, le cas échéant, remplie avec une matière divisée incohérente. 9.- Composition de remplissage selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée par le fait que le corps cylindrique plein ou creux contient, en plus de la matière de charge divisée, une matière thermoplastique non-élastique ou une résine thermoplastique non-élastique et que les disques transversaux renferment une matière thermoplastique élastique ou une résine thermoplastique élastique.