Brevet FR2482486A1 — publié le 19811120

La présente invention concerne une poudre de couverture pour bain de métal en fusion. Pour éviter l'oxydation et isoler thermiquement un bain de métal en fusion, par exemple d'acier liquide con- tenu dans un répartiteur de coulée ou autre récipient mé- tallurgique, l'un des procédés connus consiste à étaler sur la surface du métal en fusion une poudre de particules ther- miquement isolantes. On forme ainsi à la surface du métal une couche pulvérulente continue qui assure la protection et l'isolation recherchées. On utilise à cet effet, généralement, de la poudre de composés inorganiques tels que vermiculite, perlite, silice fossile, suie de centrales thermiques ou électriques, alumine, magnésie ou dolomie. Pour obtenir une bonne isolation thermique, on est obligé d'utiliser des quantités relativement importantes de ces composés. De plus, ces composés présentent l'incon- vénient d'avoir tendance à se scorifier au contact du métal en fusion. Ces scories sont des causes de nuisances pour les récipients métallurgiques contenant ce métal, dont les conséquences peuvent être très graves dans certains cas. On utilise également comme poudre de couverture, des mélanges appelés exothermiques comprenant des matières oxydables et des produits tels que l'alumine, la magnésie, le silico-aluminium et analogue qui donnent lieu à une réaction exothermique au contact du métal en fusion. La chaleur dégagée lors de cette réaction évite le refroidis- sement de la surface du bain de métal en fusion. Cependant, une fois cette réaction exothermique terminée, le pouvoir d'isolant thermique de telles poudres devient rapidement trop faible. De plus, ces poudres sont relativement onéreuses. On a également proposé d'utiliser en tant que poudre de couverture de la cendre de balles de céréa- les, et notamment, de la cendre de balles de riz. Une telle poudre présente les avantages d'être bon marché et de présenter un pouvoir isolant thermique remarquable. Ce pouvoir isolant thermique s'explique par la structure particulière de la cendre de balles de riz. Cette derniè- re est en effet composée de particules de silice en forme d'hémisphère aixqeliemadhère du carbone résiduel provenant de la calcination des balles de riz. Du fait de cette structure, la cendre de balles de riz présente une très faible densité, ce qui explique en partie son excellent pouvoir isolant thermique. Par ailleurs, le carbone résiduel de la cendre de balles de riz confère à cette dernière des propriétés réfractaires, ce qui évite la fusion des particules hémisphériques de silice au contact du métal en fusion. La cendre de balles de riz présente donc a priori les caractéristiques idéales en vue de son utilisation en tant que poudre de couverture pour bain de métal en fusion. Cependant, cette cendre de balles de riz présente un grave inconvénient. En effet, les particules hémisphériques de silice de cette cendre sont extrême- ment fragiles, de sorte qu'elles se réduisent en poussière sous l'effet de la moindre pression exercée sur elles. Ainsi, lors du transport, de la manipulation et de l'éta- lement de ces cendres, une très importante proportion des particules hémisphériques de silice sont pulvérisées ce qui entraîne une perte considérable des propriétés d'isolation thermique. Par ailleurs, lorsqu'on étale de la cendre de balles de riz sur la surface d'un bain de métal en fusion, il s'ensuit un important dégagement de poussière dû à la convexion ascendante d'air chaud au-dessus du métal en fusion. Ce dégagement de poussière entraîne une pollution considérable aux abords du récipient métal- lurgique. Pour ces motifs, il est pratiquement exclu d'utiliser à l'état pur de la cendre de balles de riz en tant que poudré de couverture. Ainsi, la cendre de balles de riz peut être utilisée seulement en mélange avec d'autres ingrédients classiques, ce qui ne permet nullement d'exploiter au maximum les avantages théoriques de cette cendre ni d'éviter les inconvénients exposés précédemment de ces ingrédients classiques. Le but de la présente invention est de créer une poudre de couverture pour bain de métal en fusion, comprenant de la cendre de balles de céréales, qui ne présente pas les inconvénients précités, liés à cette dernière. Suivant l'invention, cette poudre de couverture est caractérisée en ce qu'elle renferme en outre, 5 à 50% en poids environ de balles de céréales non calci- nees. Grâce à cet ajout de balles de céréales non calcinées, on obtient les deux résultats surprenante suivants - la poudre peut être transportée et manipulée, sans encourir le risque que les particules hémisphériques de silice de la cendre de balles de céréales se réduisent en poussière; de ce fait, lors de l'étalement de la poudre sur le bain de métal, il n'y a plus d'émanations de poussière polluante, - la poudre présente un pouvoir d'isolation renforcé. La fourchette de 5 à 50% indiquée ci-dessus se justifie de la façon suivante: en-dessous de 5% en poids de balles de céréales non calcinées, les résultats ci-dessus sont peu significatifs, au-dessus de 50% en poids de balles de céréales non calcinées,la combustion de ces dernières entraîne des flammes trop importantes, ce qui est inaccep- table notamment pour la sécurité. Selon-une version avantageuse de l'invention, la poudre de couverture est constituée par un mélange homogène de cendre de balles de riz et de balles de riz non calcinées, la proportion de cendre de balles de riz étant de préférence comprise entre 70 et 80% en poids et la proportion de balles de riz non calcinées étant comprise entre 30 et 20% en poids. C'est en effet avec un tel mélange de poudres et avec de telles proportions que l'on obtient les meil- leurs résultats. D'autres particularités et avantages de l'inven- tion apparaîtront encore dans la description ci-après. La poudre de couverture conforme à l'invention est obtenue à partir d'un mélange aussi intime que possi- ble de cendre de balles de céréales et 5 à 50% en poids de balles de céréales non calcinées. On donne ci-après.quelques exemples de poudre de couverture conforme à l'invention, utilisant des balles de riz. Exemple 1: Cendre de balles de riz:95% en poids Balles de riz non calcinées: 5% en poids Exemple 2: Cendre de balles de riz: 50% Balles de riz non calcinées: 50% Exemple 3: Cendre de balles de riz: 75% Balles de riz non calcinées: 25% L'expérience a montré que c'est la poudre de couverture conforme à l'exemple 3 qui fournit les meilleurs résultats. On a constaté de façon surprenante qu'une poudre de couverture ainsi constituée pouvait être manipu- lée et transportée sans précautions particulières et sans former de poussière polluante. Ce résultat surprenant s'explique par le fait que les hémisphères de silice de la cendre sont protégées les unes par rapport aux autres par de la balle de riz non calcinée qui joue ainsi le rôle d'emballage ou de coussin de protection. Ainsi les hémisphères de *silice restent intactes, même lorsque la poudre subit des contraintes mécaniques relativement importantes,par exemple, dans un mélangeur ou dans une vis d'Archimède ou lorsque la poudre est transportée par air pulsé. L'absence de formation de poussière s'explique également par le fait que les balles de riz non calcinées comprises entre les particules hémisphériques de silice réduisent notaiblement-la friction engendrée entre cen dernière lorsque la poudre est manipulée. Cette réduc- tion de friction permet également un meilleur étalement de la poudre sur le bain de métal. Le pouvoir d'isolation thermique apporté par les hémisphères de silice de la cendre de balles de riz demeure ainsi intact. Par ailleurs, lors du contact de la poudre de couverture conforme à l'invention avec le métal liquide,- les balles de riz non calcinées s'enflamment et se trans- forment au sein de la poudre en particules hémisphériques de silice chargée de carbone résiduel analogues aux particules de silice qui constituent la cendre de balles de riz utilisée au départ. Ces particules hémisphériques formées"in situ"présentent la forme et les dimensions "naissantes" idéales qui donnent à la cendre le pouvoir d'isolation thermique optimal. Ces particules hémisphériques formées"in situ"ne risquent en effet pas de se dégrader car elles ne sont soumises à aucune contrainte au sein de la poudre qui est étalée sur le métal liquide. De plus, elles soutiennent les autres particules de la poudre et évitent le tassement de cette dernière qui aurait pour zonséquen- ce une diminution de son pouvoir isolant. Le remarquable pouvoir isolant thermique de la poudre conforme à l'invention s'explique ainsi, d'une part, par sa structure très aérée qui résulte de la forme hémisphérique des particules et d'autre part, par le fait que ces dernières sont à base de silice. Ce pouvoir isolant thermique remarquable s'explique également par l'excellent pouvoir réfléchissant des particules hémisphériques de silice qui réalisent au sein de la poudre un véritable effet de serre. La combustion des balles de riz au sein de la poudre, au contact de cette dernière avec le bain de métal liquide n'est pas particulièrement vive, étant donné que ces balles sont pratiquement à l'abri de l'air du fait qu'elles sont entourées de matière incom- bustible et réfractaire. D'ailleurs cette combustioR/est favorable, car elle dégage des calories qui tendent à limiter le refroidissement de la surface du bain de métal liquide. On pouvait craindre que cette combustion élève la température de la poudre à un niveau tel que les particules hémisphériques de silice fondent et frittent entre elles et/ou forment des scories. Cependant, ce résultat n'est pas constaté. Ceci peut s'expliquer par le fait que le carbone résiduel qui ahère aux particules hémisphériques de silice confère à celles- ci des propriétés réfractaires. Tant que la proportion de balles de riz non calcinées ne dépasse pas 50% en poids, les flammes engen- drées par la combustion de ces balles n'atteignent pas une hauteur prohibitive. Ainsi, l'exemple limite n02 reste acceptable. L'exemple n0 1 justifie la limite inférieure de la proportion en balles de riz non calcinées. En dessous de cette limite, les propriétés de la poudre correspondante ne sont guère supérieures à celles d'une poudre de cendre de balles de riz pure. Les meilleurs résultats sont ainsi obtenus lorsque la poudre contient 70 à 80% en poids de-cendre de balles de riz et 30 à 20% en poids de balles de riz non calcinées. D'excellents résultats peuvent également être obtenus en remplaçant la balle de riz par de la balle d'autres céréales, teflls que le blé, l'avoine, l'orge, le seigle et même le mais. On donne ci-après des exemples intéressants de poudre de couverture contenant des balles de blé ou de mals. Exemple 4i Cendre de balles de blé: 70% en poids Ballesde blé: 30% en poids. Exemple 5: Cendre de balles de mais: 70% en poids Ballesde mals. 30% en poids. On peut également additionner au mélange de balles de céréales non calcinés et de cendre de balles de céréales des charges minérales classiques, comme indiqué dans l'exemple ci-dessous. Exemple 6: Cendre de balles de riz: 45% en poids Ballesde riz non calcin&s:15% en poids Charge minérale pulvérulente (perlite et/ou vermiculite expansée ou non expansée, ou silice fossile et/ou stéatite, craie ou talc): 40% en poids. Les proportions indiquées dans l'exemple ci-dessus peuvent être modifiées selon les fourchettes suivantes: Cendre de balles de riz: 45 à 60% Balles de riz non calcinées: 15 h 25 % Charge minérale: 15 à 40% en poids Les charges minérales précitées peuvent être remplacées par du graphite expansible, comme indiqué dans l'exemple ci-dessous. Exemple 7: Cendre de balles de riz: 72% Balles de riz non calcinées: 25 % Graphite expansible: 3% Les proportions indiquées dans cet exemple peuvent être modifiées selon les fourchettes suivantes: Cendre de balles de riz: 55 à 75% en poids Balles de riz non calcinées:30 à 20% en poids Graphite expansible: 5 à 15% en poids. La poudre de couverture conforme à l'invention peut également renfermer un composé chimique susceptible de libérer un gaz incombustible sous l'effet de la chaleur dégagée par le bain de métal en fusion. Parmi ces compo- sés on citera en particulier les carbonates métalliques qui libèrent du gaz carbonique qui a pour effet de limiter la formation de flammes au sein de la poudre. On peut également utiliser des composés d'ammonium et/ou des composés aminés qui libèrent de l'azote et/ou de l'ammoniac qui non seulement limitent la formation de flammes, mais limitent l'oxydation du métal en fusion par l'oxygè- ne de l'air. On donne à cet effet l'exemple ci-après: Exemple 8: Cendre de balles de riz: 60% Balle de riz non calcinées: 25% Composé générateur de gaz incombustible: 15% Pour éviter la formation de flammes, notamment lorsqu'on utilise d'importantes proportions de balles de riz ou de céréales non calcinées,comme dans le cas de l'exemple 1, il est avantageux d'ajouter à la poudre un produit ignifuge tel que des dérivés du brome, des esters phosphoriques ou simplement un mélange de méthanol et d'une solution sodique. De plus, pour éviter totalement la formation de poussière lorsqu'on étale la poudre conforme à l'inven- tion, il est avantageux d'ajouter à celle-ci une huile minérale, par exemple de l'huile de vidange de moteur conformément à l'exemple suivant: Exemple 9: Cendre de ballas de riz: 50 à 70% Balle de riz non calcinées: 10 à 30% Huile de vidange: 10 à 20%. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples que l'on vient de décrire et on peut apporter à ceux-ci de nombreuses modifications sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi lorsqu'on utilise une faible proportion de balles de céréales, la poudre peut encore renfermer des particules de matières carbonées combustibles, telles que de la farine de bois et/ou des débris végétaux. Par ailleurs, une partie au moins de la poudre de couverture conforme à l'invention peut renfermer de la cen- dre de balles de-céréales et de la balle non calcinée, sous forme de granules obtenues au moyen d'un liant tel que la pâte à papier, la dextrine ou du sucre. Cette présentation de la poudre de couverture est avantageuse pour le transport pneumatique de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Poudre de couverture pour bain de métal en fusion, comprenant de la cendre de balles de céréales, caractérisée en ce qu'elle renferme en outre 5 à 50% en poids environ de balles de céréales non calcinées. 2. Poudre de couverture conforme à la revendi- cation 1, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un mélange homogène de cendres de balles de riz et de balles de riz non calcinées. 3. Poudre de couverture conforme à la revendi- cation 2, caractérisée en ce qu'elle contient 70 à 80% en poids de cendres de balles de riz et 30 à 20% en poids de balles de riz non caleinées. 4. Poudre de couverture conforme à la revendi- cation 1, caractérisée en ce qu'elle renferme 45 à 60% en poids de cendres de balles de riz, 15 à 25% en poids de belles de riz non calcinées et 15 à 45% de charges minérales pulvérulentes choisies parmi les composés suivants et leurs mélanges: perlite, vermiculi- te expansée ou non, silice fossile, stéatite,craie et talc. 5. Poudre de couverture conforme à la revendi- cation 1, caractérisée en ce qu'elle renferme 55 à 75% en poids de cendres de balles de riz, 30 à 20% en poids de balles de riz non calcinées, et 5 à 15% en poids de graphite expansible. 6. Poudre de couverture conforme à la revendi- cation 1, caractérisée en ce qu'elle renferme en outre un composé chimique susceptible de libérer un gaz incom- bustible tel que l'azote ou l'ammoniac. 7. Poudre de couverture conforme à la revendis cation 1, caractérisée en ce qu'elle renferme 50 à 70% en poids environ de cendres de balles de riz, 10 à 30% en poids de balles de riz non calcinées et 10 à 20% en-poids d'huile minérale. 8. Poudre de couverture conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'elle renferme en outre un composé ignifuge. 9. Poudre de couverture conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'une partie au moins de cette poudre est sous forme de granules.