Brevet FR2471236A1 — publié le 19810619

La présente invention concerne les flux destinés à la coulée des métaux et en particulier à la coulée des métaux ferreux, par exemple l'acier, surtout lors de la coulée continue de l'acier. Pendant la coulée continue de l'acier, on applique habituellement un flux en poudre, parfois appelée "poudre de coulée" à la face supérieure de l'acier fondu dans la lingotière. Le flux assure la lubrification entre les parois de la lingotière et la couche adjacente solidifiée d'acier, il réduit les pertes de chaleur vers le haut, par la face supérieure de l'acier placé dans la lingotière, il protège la surface contre l'oxydation et il peut retirer des impuretés de l'acier. Les flux connus destinés à être appliqués sur la lingotière continue d'acier contiennent habituellement un oxyde métallique réfractaire tel que CaO ou A1203, et un agent de fluxage tel que la silice ou le fluorure de calcium. Bien que l'oxyde métallique réfractaire lui-même ne fonde pas à la température de l'acier, le flux contenantl'agent de fluxage fond en réalité, comme le nécessite sa fonction de lubrification. Le flux peut être un mélange physique de ses ingrédients et, dans ces conditions, on constate que la présence de carbone élémentaire peut être avantageuse. On connaît aussi l'incorporation d'agents dégageant du gaz à de tels flux. On connaît aussi la fabrication de flux par frittage ou par fusion d'un mélange des ingrédients suivie de leur remise en poudre. Les flux frittés ou fondus sont très différents des autres flux en ce sens que la plus grande partie ou la totalité de leurs particules sont de composition pratiquement identique au lieu de se trouver en présence de différentes particules correspondant à chacun des ingrédients. Cette différence de nature des flux frittés ou fondus s'accompagne de différences de propriété et les flux en poudre de type fritté ou fondu connus ont à la fois des avantages et des inconvénients par rapport aux autres flux. Les flux qui ne sont pas frittés ou fondus contiennent habituellement de la chaux libre et/ou de la silice libre sous forme finement divisée et ils peuvent ainsi présenter un risque sanitaire et provoquer des nuisances par dégagement de poussière. En outre, la chaux libre à fortement tendance à absorber l'humidité et elle peut ainsi provoquer un phénomène indésirable de reprise en hydrogène par l'acier en cours de coulée. Les inconvénients précités peuvent être évités en grande partie dans le cas des flux frittés ou fondus. Cependant, de tels flux destinés à la coulée continue d'acier ont tendance, en cours d'utilisation, à former uh clinker plutôt qu'à fondre progressivement de manière contrôlée pour la'formation sur l'acier d'une couche fondue lubrifiante recouverte d'une couche poudreuse isolante. Des morceaux de clinker peuvent être entraînés dans la lingotière et peuvent provoquer des défauts dans l'acier coulé. En outre, les morceaux de clinker entrainés le long des parois de la lingotière réduisent l'efficacité de l'extraction latérale de chaleur de l'acier par la lingo tière, si bien que l'épaisseur de la pellicule externe solidifiée de I'acier à la sortie de la lingotière est localement réduite, ce qui crée un risque de percée de cette pellicule solide par l'acier liquide qu'elle contient vers l'extérieur de la lingotière. On constate selon l'invention qu'on peut préparer des flux frittés ou fondus en poudredioaFes de propriétés améliorées lorsque le flux est sous forme mélangée à une matière cellulosique. Ainsi, l'invention concerne un flux sous forme d'une poudre, destiné à être utilisé dans la coulée des métaux ferreux et contenant (1) une composition frittée ou fondue qui contient un oxyde métallique réfractaire et un agent de fluxage, et (2) une matière cellulosique. La matière cellulosique incorporée au flux selon l'invention réduit ou élimine la tendance à former un clinker et réduit ainsi ou supprime les inconvénients présentés par cette caractéristique. Cependant, on constate au contraire selon l'invention que l'incorporation de carbone élémentaire (utilisé dans les flux qui ne sont ni frittés ni fondus, afin que les flux ne fondent pas trop -rapidement) ne résout pas de façon satisfaisante le problème différent de la formation du clinker dans le cas des flux frittés ou fondus. En outre, on constate que l'utilisation d'une matièrecellulo- sique avec des flux qui ne sont pas frittés ou liés n'amé livre pas leurs performances et en fait a tendance à provoquer une augmentation de la poussière dégagée en- cours d'utilisation.Ce dégagement indésirable de poussière ou de fumée en cours d'utilisation est particulièrerrnt gênant dans le cas des flux destinés à la coulée continue de l'acier car, dans ce cas, il faut que la face supérieure du flux placé dans le moule puisse être- observée.- Des matières cellulosiques très diverses sont utiles dans les flux mais certaines donnent beaucoup plus satisfaction que d'autres. Des matières qui conviennent sont la farine de bois, les déchets broyés de saule, la bagasse broyée et séchée, et les roseaux séchés de Norfolk. Lors de l'utilisation de bagasse, il est avantageux qu'une partie ou que la totalité de la fibre et de préférence qu'une partie importante, ait été retirée. Certaines plantes ont des tiges qui ont une enveloppe extérieure de matière fibreuse entourant une proportion importante de tissu contenant de la seve sous forme de cellules ayant de minces parois-molles, c'est à-dire sous forme d'une moelle. La canne à sucre est un exemple de telle plante et la bagasse est le résiduobtenu lorsque les cannes ont été broyées et lorsque la sève contenant le sucre'a été extraite de la moell e. Le mais est un autre exemple d'une telle plante et il en existe d'autres dans les sous-embranchements des graminées, des achillées et de la canne à sucre. Les matières cellulosiques qui conviennent. selon l'invention peuvent etre tirées de telles plantes, mais il est préférable qu'une partie ou la totalité des fibres soit retirée afin que la proportion de moelle soit accrue. Lors de l'utilisation, la matière cellulosique brûle et les gaz de combustion qui se dégagent maintiennent la partie supérieure de la couche de flux, c 'èst-à- dire la partie.qui n'a pas encore fondu, sous forme d'un lit fluidisé. Bien que l'invention ne soit pas limitée par une théorie quelle-qu'elle soit, on suppose d'après les résultats expérimentaux que ce phénomène contribue à la réduction ou à l'élimination de la tendance à la formation d'un clinker.La matière cellulosique et ses produits de décomposition tendent à-maintenir les particules frittées ou préfondues suffisamment séparées pendant un temps suffisant pour que la fusion soit progressive et non pas rapide à -la surface des particules fritt ou préfonduès , cette fusion rapide étant suivie de la formation d'agglomérats de particules liées par de la matière fondue, c'est-à-dire un clinker. La dimension et/ou- la configuration des -particules de matière cellulosique ont une certaine influence sur l'efficacité du flux. Par exemple, les copeaux de bois sont moins bons que la farine de bois car ils peuvent brûler de façon beaucoup trop rapide et, après leur combustion, ils laissent une partie de flux qui peut former un clinker. En outre, la dimension particulaire de la matière frittée est importante car, si cette dimension est trop importante, la formation d'un mélange uniforme avec la matière cellulosique est difficile et l'effet de lit fluidisé diminue lorsque les particules frittées sont grosses. Les particules frittées passent de préférence à travers un tamis orifices de 0,127 mm. La proportion de matière cellulosique dans flux est de préférence d'au- moins 1 % en poids et très avantageusement d-'au moins 2 %. La proportion utile minimale dépend dans une certaine mesure de la nature de la matière cellulosique. Lorsque cette proportion est trop faible, la matière cellulosique peut brûler bien avant la fusion du reste du flux si bien qu'il existe un certain risque de formation de clinker. La proportion de matière cellulosique peut atteindre 10 % et même plus mais, en général, il apparait que l'utilisation de proportions su périeures à 5 % ne présente aucun avantage supplémentaire. Lorsque la proportion de matière cellulosique est indubitablement trop élevée, il peut se former des flammes et de la fumée d'une manière qui n'est pas compensée par un avantage quelconque. En outre, si la proportion de matière cellulosique est trop élevée, les particules frittées ou pré fondues peuvent fondre à une vitesse plus faible que voulu pour la mise à disposition de la matière lubrifiante. Les particules frittées ou fondues du flux contiennent de préférence CaO en tant qu'oxyde métallique réfractaire, ou figurant dans un mélange de tels oxydes, et de la silice en tant qu'agent fluxant, ou figurant dans un mélange d'agents fluxants. L'alumine peut constituer une partie ou la totalité de l'oxyde métallique réfractaire et elle est présente de préférence en plus de CaO, vis à vis duquel elle a un certain effet de fluxage. Les particules contiennent de préférence un ou plusieurs agents de fluxage en plus de la silice, en particulier un fluorure tel que le spath fluor ou un oxyde ou carbonate de métal alcalin tel que Na20.Une coeposi- tion particulièrement avantageuse pour les particules frittées ou fondues contient 30 à 50 % de silice, 30 à 50 % de CaO, O à 15 % d'alumine et 5 à 20 % d'un agent de fluxage autre que la silice.Les ingrédients utilisés pour la formation des particules frittées ou fondues ne correspondent pas obligatoirement exactement à la composition des particules car, par exemple CaO peut se former par frittage d'une composition contenant du carbonate de calcium et on peut obtenir une certaine quantité d'alumine par frittage d'une composition contenant un aluminosilicate. Les flux selon l'invention sont de préférence formés uniquement des ingrédients des types spécifiés. L'incorporation d'autres ingrédients tels que des fibres minérales constitue un inconvénient. L'invention est particulièrement intéressante dans le cas des flux fondus car la fabrication de ceux-ci ne nécessite pas le réglage très délicat de température qui est nécessaire au cours de la fabrication des flux frittés. L'invention concerne aussi un procédé de coulée continue d'un métal ferreux, selon lequel un flux selon l'invention est mis à la face supérieure du métal fondu däns la lingotière. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre d'exemples de mise en peuvre, donnés à titre purement illustratif. EXEMPLE 1 On utilise dans cet exemple,de même que dans les autres, un flux fritté (formé par frittage d'un mélange des poudres d'ingrédients donnant la composition indiquée dans la suite) dont les particules passent à travers un tamis à orifices de 0,127 mm, ayant la composition suivante Ingrédients % en poids silice 40 CaO 39 Na2O 4 alumine 8 fluorure 9 On ajoute à raison de 10, 8, 6, 4 et 2 z en poids de la bagasse dont une partie importante des fibres a été retirée, à des parties séparées de 400 g de flux fritté, et on mélange soigneusement. On soumet alors séparément chacune des portions à des essais destinés à déterminer ses possibilités d'utilisation comme flux de coulée lors de la coulée continue d'acier. Au cours de l'essai, un anneau de matière réfractaire flotte sur l'acier fondu ayant une température stable de 15000C, dans un four à haute fréquence, et la par tie utilisée du mélange de flux fritté et-de bagasse est placée sur l'acier à l'intérieur de l'anneau,pOur observation de son comportement. On agite occasionnellement le mélange avec une tige d'acier afin de simuler l'agitation naturelle qui a lieu dans une lingotière. Dans le cas de la partie contenant 10 % de bagasse, le flux a totalement fondu après 5,5 min et il ne se forme pas de clinker. Les autres parties fondent aussi de façon satisfaisante et il ne se forme pas de clinker. Dans le cas de la partie à 10 g de bagasse, il existe une certaine émission de flammes et de fumée mais qui diminue progressivement pour les parties qui contiennent de moins en moins de bagasse. Dans tous les cas, -la partie du flux qui n'a pas fondu à un moment particulier est sous forme d'un lit fluidisé dont la fluidité varie avec le temps écoulé depuis llapplication du flux et la proportion de bagasse incorporée initialement. EXEMPLE 2 On répète les opérations de l'exemple 1 mais en utilisant une addition de 2 % de roseaux deNorfolk broyés et séchés à la place des diverses additions de bagasse. Le flux fond de façon satisfaisante et il ne se forme pas de clinker, même lorsque le flux est un peu agité avant la fin de la fusion. Comme dans l'exemple 1, la partie non fondue du flux est initialement sous forme d'un lit fluidisé mais, dans le cas considéré, ce lit fluidisé s'affaisse avant la fin de la fusion. EXEMPLE 3 On répète les opérations de l'exemple 1 mais avec une addition de 2 % de déchets de bois de saule broyés au broyeur à marteaux, à la place des divers additions de bagasse. Le flux fond de façon satisfaisante et il ne se forme pas de clinker même lorsque le flux est agité. La partie non fondue du flux reste sous forme d'un lit fluidisé jusqu'à ce que la fusion soit presque totale. REVENDICATIONS 1. Flux en poudre, destiné à la coulée d'un métal ferreux, ledit flux étant caractérisé en ce qu'il con tiént (1) une composition frittée ou fondue contenant un oxyde métallique réfractaire et un agent de fluxage, et (2) une matière cellulosique. 2. Flux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière cellulosique est choisie dans le groupe qui comprend la farine de bois, les déchets broyés de saule, la bagasse broyée et séchée et les roseaux de Norfolk broyés et séchés. 3. Flux selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière cellulosique est formée de bagasse broyée et séchée dont une partie importante des fibres a eté re- tirée. 4. Flux selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière cellulosique est tirée de tiges de plantes contenant une moelle. 5. Flux selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une partie importante des fibres des tiges des plantes a été retirée. 6. Flux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractériséen ce que les particules de la composition frittée ou fondue passent à travers un tamis à orifices de 0,127 mm. 7. Flux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la proportion de ma tière cellulosique est comprise entre 1 et 10 % en poids. 8. Flux selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite proportion est comprise entre 2 et 5 %-en poids. 9. Flux selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'oxyde métalligperéfrac- taire est l'oxyde de calcium et l'agent de fluxage est la silice. 10. Flux selon la revendication-9, caractérisé en ce que l'oxyde-métall'oieréfractaire contient en outre de l'alumine. 11. Flux selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que la composition frittée ou fondue contient un autre agent de fluxage en plus de la silice. 12. Flux selon la revendication 9, caractérisé en ce que la composition frittée ou fondue contient 30 à 50 % en poids d'oxyde de calcium, 30 à 50 % en poids de silice, 0 à 15 % en poids d'alumine et 5 à 20 % en poids d'un agent de fluxage autre que la silice. 13. Procédé de coulée continue d'un métal ferreux, caractérisé en ce qu'il comprend la disposition d'un flux selon l'une quelconque des revendications précédentes à la face supérieure du métal fondu, dans la lingotière de coulée continue.