Brevet FR2518916A1 — publié le 19830701

La présente invention concerne des récipients de manipulation de métaux en fusion, des articles réfrac- taires thermo-isolants façonnés pour le revêtement de ces récipients, et un procédé de coulée de métaux. Toute une variété de récipients sont employés pour manipuler les métaux en fusion, dont des exemples sont les répartiteurs pour coulée continue, appelés simplement répartiteurs, les Loches dites poches de coulée ou de fonderie, et les chenaux pour le transfert des métaux fondus, par exemple becs de coulée et goulottes. Dans la coulée continue de métaux, par exemple d'acier, le métal en fusion est versé d'une poche dans un moule de coulée continue en passant par un-récipient inter- médiaire faisant office de réservoir à niveau constant, ré- cipient appelé répartiteur, dont le fond et les parois latérales sont en métal et qui comporte une ou plusieurs buses ou tuyères de sortie disposées au fond ou sur uneparoi. Pour protéger le fond et les parois métalliques de l'action du métal en fusion, il est courant de doubler l'intérieur duré- partiteur d'un revêtement relativement permanent, lequel est souvent fait de briques, et le répartiteur peut en outre être muni d'un revêtement intérieur non permanent de plaques réfrac- taires thermo-isolantes, revêtement très avantageux, qui est décrit dans le brevet anglais No 1 364 665. Mais si ce revêtement non permanent est destiné par nature à être remplacé de temps en temps, il doit natu- rellement avoir une bonne tenue pendant toute la durée d'une coulée, laquelle peut comprendre le passage de plus d'une poche pleine de métal dans le répartiteur; technique qui est appelée coulée en séquence, et il faut alors que le revête- ment résiste non seulement à la température du métal en fusion mais aussi à l'érosion par le métal et le laitier - Dans de nombreux cas, des plaques de revêtement non permanent faites de particules de silice liées donnent satisfaction, et l'on peut encore accroître la résistance à l'érosion de cesplaques en leur ajoutant une proportion de matière carbonée, par exemple de graphite, bien que cela diminue leur pouvoir d'isolement calorifique Si le revêtement doit pouvoir résister à des conditions particulièrement rigoureuses, on emploie souvent des plaques faites de par- ticules de magnésite calcinée liées, mais qui ont alors tendance à être plus denses et qui ont un moins bon pou- voir thermotisolant que lesplaques à base de silice De nombreux matériaux réfractaires en particules autres que la silice et la magnésite calcinée ont déjà été proposes pour la formation de revêtements non permanents de répar- titeurs, mais pratiquement ils ont été peu utilisés Des silicates réfractaires, par exemple, ont été proposés, mais ils ont généralement été abandonnés car n'offrant aucun avantage-sur la silice elle-même, et de plus ayant les incon- vénients qui s'appliquent à la silice dans certains cas. L'olivine, par exemple,est considérée comme insuffisamment réfractaire pour pouvoir être employée seule dans de nombreux cas. Alors que les plaques à base de magnésite calci- née se comportent bien dans certaines conditions, elles ne conviennent pas très bien pour être mises en contact avec des laitiers acides, c'està-dire contenant de fortes proportions de silice, du fait qu'il peut alors se produire des réactions conduisant à la formation de phases àbas point de fusion Les plaques à base de silice peuvent être au con- traire utilisées avec des laitiers acides,mais elles s'attaquent plus facilement si le laitier a une forte teneur en oxyde de manganèse, par exemple de 7 %, comme c'est le cas caracté- ristique si le métal coulé est un acier à haute teneur en manganèse, par exemple-à 1,2 % de manganèse. La présente invention a précisément pour objet un prrocédé pour la coulée continue d'un acier à haute te- neur en mangénèse, consistant à verser l'acier dans un moule de coulée continue en le faisant passer par un répartiteur pour coulée continue dont l'intérieur est doublé d'un revê- tement réfractaire thermo-isolant non permanent comprenant des particules de silicate de zirconium avec un liant. En vertu de sa composition, ce revêtement interne peut être fait de manière à bien résister à l'érosion par desjlaitiers à forte teneur en oxyde de manganèse, ainsi qu'aux laitiers acides en général, et en plus de sa bonne résistance à l'érosion, il résiste bien à la chaleur et il a un bon pouvoir isolant thermique Le silicate de zirconium se dissocie à une vitesse notable au-dessus-de 15000 C, c"estt- à-dire aux températures des répartiteurs pour la cou- lée continue d'acier Il se dissocie en oxyde de zirconium et silice, ce qui rend surprenante la résistance du revê- tement à l'érosion pardes laitiers à haute teneur en oxyde de manganèse En se dissociant, le silicate de zirconium se dilate d'environ 9 % de son volume, mais en dépit de cette dilatation les revêtements selon cette invention peuvent être faits de manière à bien conserver leur intégrité. Le revêtement intérieur du répartiteur qui est utilisé dans le présent procédé comprendra de pré- férence 75 à 95 % en poids de charge réfractaire, dont au moins la moitié sera de préférence constituée par le sili- cate de zirconium, et si en plus de ce silicate il y a une autre charge réfractaire, cette charge supplémentaire sera de préférence de la bauxite calcinée. Ainsi, dans un autre mode d'exécution de cette invention, le récipient pour métaux en fusion est doublé intérieurement d'un revêtement réfractaire thermo-isolant non permanent comprenant des particules de silicate du zir- conium, de la bauxite calcinée et un liant. Il est préférable qu'il n'y ait pas dans le revê- tement interne d'autres charges réfractaires que le sulfate de zirconium et la bauxite calcinée, ou alors que la proportio d'une autre charge éventuelle soit faible, par exemple infé- rieure à 10 % en poids La présence de bauxite calcinée est bénéfique du fait qu'elle améliore la résistance du revête- ment à l'érosion, notamment par des laitiers à forte teneur en oxyde de manganèse, et cette présence se montre particu- lièrement utile à cet égard dans des revêtement qui sont sou- mis à des températures élevées, par exemple si la température de l'acier se trouvant dans le répartiteur est d'au moins 15000 C, par exemple de i 575 C Dans les présents revêtements, le rapport pondéral du silicate de zirconium à la bauxite cal- cinée est de préférence compris entre 3 et 1, et mieux il sera de 2 environ. Dans les recherches qui ont abouti à cette in- vention, il a été-trouvé que la présence à la fois de silica- te de zirconium et de bauxite calcinée permetaux revêtements d'avoir une plus grande résistance à l'érosion que des revête- ments ne contenant qu'une seule de ces deux matières. On pense que dans le cas de hautestempératures, la meilleure résistance à l'érosion peut résulter d'une réaction entre l'alluminede la bauxite calcinée et la silice formée par dissociation du silicate de zirconium, avec for- mation secondaire de mullite. Le liant du revêtement peut être un liant orga- nique ou minéral, ou encore il peut comprendre les deux à la-fois; Des exemples de liants organiques appropriés sont l'amidon et des résines telles que les résines phénol-formal- déhydes et urée-formaldéhyde, tandis que des exemples de liants minéraux appropriés sont ceux de silicates ou de' phos- phates, un sol de silice colloïdale ou d'alumine colloïdale, des ciments hydrauliques et réfractaires, et des argiles liantes comme l'argile plastique dite "ball clay" et la bentonite Mais les liants minéraux préférés sont cependant les silicates de métaux alcalins,qui sont à peu près insolu- bles dans l'eau à la température ambiante normale, par exem- ple de 20 C, mais qui ont une solubilité notable dans l'eau aux environs de 100 C, et notamment un silicate de sodium avec de préférence un rapport-pondéral Si O 2:Na 2 O compris Si 2 2 opi entre 3,0 et 3,8 Il est particulièrement avantageux qu'il y ait un liant organique et un liant minéral, ce dernier étant de préférence un silicate de métal alcalin tel que ci-dessus. La proportion totale des liants sera de préféren- ce de 2 à 20 % en poids, mieux encore de 3 à 15 %, la propor- tion d'un liant organique éventuellement présent étant de préférence de 2 à 6 % en poids et celle d'un liant minéral éventuellement présent de 3 à 8 % S'il y a seulement un liant minéral, la proportion sera de préférence de 5 à % en poids. Le revêtement contiendra de préférence des fi- bres, organiques ou minérales ou les deux à la fois, dans une proportion totale de préférence de 2 à 8 % en poids, la proportion de fibres organiques éventuellement présentes ne dépassant pas de préférence 4 % et celle des fibres minérales étant de préférence comprise entre 1 et 4 % en poids Des fibres organiques appropriées comprennent celles de papier, chanvre et jute, ainsi que des fibres synthéti- ques, par exemple de polyesters ou acryliques, et des fibres semisynthétiques comme la rayonne, des exemples des fibres minérales appropriées étant des fibres réfractaires comme les fibres d'alumino-silicates, la laine de roche, les fi- bres de laitiers et les fibres de verre. Les caractéristiques que l'on vient d'indiquer pour le revêtement interne d'un récipient selon cette inven- tion valent tout spécialement si ce récipient est un répartiteur pour coulée continue. Les présents revêtements sont de préférence fôr- més avec un ensemble d'articles réfractaires thermo-isolants préformés comprenant les ingrédients indiqués, et l'inven- tion comprend donc aussi un article réfractaire thermo- isolant façonné pour le revêtement intérieur non permanent d'un récipient de manipulation de métaux en fusion-, article qui comprend du silicate de zirconium en particules, de la bauxite calcinée et un liant Ces articles, par exemple dalles ou plaques, peuvent être facilement fabriqués avec une bouillie aqueuse des ingrédients dont on élimine l'eau dans un moule perméable ayant la forme-voulue, puis on chauffe le produit pour le sécher et pour que le liant fasse son office. On peut également former les revêtements sur les récipients mêmes, par exemple par damage, pulvérisation ou application à la truelle de la composition appropriée, à laquelle on doit alors ajouter une certaine proportion d'eau afin qu'elle ait la consistance voulue pour son application. D'une manière générale, on a observé qu'une proportion d'eau de 15 à 25 % est préférable pour une pulvérisation, de 10 à 15 % pour une application à la truelle et de 5 à 10 % environ pour une application par damage Cette eau peut être éliminée après que le revêtement a été formé, par séchage de celui-ci à l'air, à la température ordinaire ou en chauffant, l'eau pouvant être encore chassée par évapora- tion par la chaleur résiduelle que retient le revêtement réfractaire permanent du récipient après un emploi préala- ble ou précédent de celui-ci. Les ingrédients des revêtements et le procédé de fabrication de ceux-ci sont de préférence choisis de manière que les revêtements aient une masse volumique de 1,5 à 2,5 g/cm 3, et dans le cas de revêtements formés par pulvé- risation, il s'est montré avantageux d'y inclure jusqu'à % en poids d'une matière de charge réfractaire légère, par exemple des microsphères d'alumine soufflées, des microsphè- res de silice creuses, des balles de riz calcinées ou de l'argile cuite pulvérisée expansée ou chamotte La présence d'une charge réfractaire légère amé- liore la fluidité de la composition de revêtement pour son application par pulvérisation. La présente invention est illustrée par les exem- ples qui suivent: EXEMPLE 1: suivants On forme une bouillie aqueuse avec les ingrédients dans les proportions pondérales indiquées: Ingrédients % zircon (silicate de zirconium) 57,2 bauxite calcinée (teneur en alu- mine d'au moins 85 %) 31,75 laine de laitier 3 papier 3 résine phénolformaldéhyde 3 résine urée-formaldehyde 1,5 fibres de verre 0,5 auxiliaire de mise en suspension 0,05. On déshydrate cette bouillie dans un moule perméable en forme de plaques, puis en retire du moule la plaque humide et on la chauffe pour la sécher et pour faire prendre lesliants La plaque ainsi obtenue a une masse volu- mique de 1,6 g/cm et elle convient très bien pour former le revêtement interne non permanent d'un répartiteur pour la coulée continue d'acier à haute teneur en manganèse avec un laitier acide à forte teneur en oxyde de manganèse, à une température de l'acier dans le répartiteur d'environ 1575 C. EXEMPLE 2: On forme une bouillie aqueuse avec les ingré- dients suivants dans les proportions pondérales qui sont in- diquées: Ingrédients %_ zircon (silicate de zirconium) 55,2 bauxite calcinée(teneur en alumine d'au moins 85 %) 30,75 laine de laitier 2,5 papier 1,5 résine phénol-formaldéhyde 3 résine urée-formaldéhyde 1,3 fibres de verre 0,5 auxiliaire de mise en suspension 0,05 silicate de sodium 5 (rapport pondéral Si O 2:Na 20 = 3,3). Avec cette bouillie on forme une plaque-comme dans l'exemple 1 précédent,plaque qui a des caractéristiques gé- nérales semblables mais avec cependant une plus grande résistance à haute température, et une masse volumique de 1,7 g/cm 3. EXEMPLE 3: On pulvérise le-mélange des ingrédients suivants dans les proportions pondérales indiquées sur le revêtement réfractaire permanent d'une poche de coulée pour y former un revêtement réfractaire thermo-isolant non permament 251896 -1 Ingrédients % zircon (silicate de zirconium) 55,20. bauxite calcinée (teneur en alumine d'au moins 85 %) 30,75 fibres de polyester 0,05 résine phénol-formaldehyde 3,00 silicate de sodium (rapport 5,00 pondéral Si O 2:Na 2 O = 3,3) microspheres d'alumine soufflées 3,00 argile cuite pulvérisée (chamotte) 3,00. On donne à cette composition une consis- tance propre à sa pulvérisation en lui ajoutant environ 20 % d'eau, et on la pulvérise à une épaisseur de 25 mm sur un revêtement permanent préchauffé d'une poche de coulée Le comportement du revêtement ainsi formé par pulvérisation -sur la poche même est semblable à celui du revêtement obtenu à l'exemple 1, et la masse volumique de ce revêtement for- me par pulvérisation est de 1,9 g/cm 3 REVENDICATIONS 1. Récipient pour la manipulation de métaux en fusion, caractérisé en ce qu'il comporte un revêtement inté- rieur réfractaire thermo-isolant non permanent comprenant des particules de silicate du zirconium, de la bauxite calcinée et un liant. 2. Récipient selon la revendication l caracté- risé en ce que son revêtement intérieur est sous la forme d'un ou de plusieurs articles préformés. 3 Récipient selon la revendication 2 caracté- risé en ce que lerevêtement intérieur est sous la forme de plusieurs articles préformés. 4. Récipient selon la revendication 1 caracté- risé en ce que son revêtement intérieur est sous la forme d'un matériau appliqué par damage, par pulvérisation ou à la truelle. 5. Récipient selon l'une quelconque des reven- dications précédentes, caractérisé en qu'il s'agit d'un répartiteur pour coulée continue. 6 Article réfractaire thermo-isolant façonné pour un revêtement intérieur non permanent d'un récipient de manipulation de métaux en fusion, article caractérisé en ce qu'il comprend du silicate de zirconium en particules avec de la bauxite calcinée et un liant. 7 Article selon la revendication 6 caractérisé en ce que le rapport pondéral du silicate de zirconium à la bauxite calcinée est compris entre 3 et 1. 8. Article selon la revendication 6 ou 7 carac- térisé en ce que les particules de silicate zirconium et la bauxite calcinée en constituent ensemble 75 'à-95 % en poids. 9. Article selon l'une quelconque des revendi- cations 6 à 8, caractérisé en ce qu'il contient jusqu'à 10 % en poids d'une charge réfractaire en particules autre que le silicate de zirconium et la bauxite calcinée. 10 Article selon l'une quelconque des revendi- cations 6 à 9 caractérisé en ce qu'il contient jusqu'à 5 % en poids d'une matière de charge réfractaire légère. ll. Article selon l'une quelconque des revendi- cations 6 à 10 caractérisé en ce que le liant est constitué par un ou plusieurs liants organiques ou minéraux. 12. Article selon la revendication 11 caracté- risé en ce que la proportion totale des liants représente 2 à 20 9 de son poids. 13. Article selon la revendication 11 caractéri- sé en ce que le liant organique est une résine urée-formal- déhyde, une résine phénol-formaldéhyde ou de l'amidon, ou comprend deux de ces matières ou les trois à la fois. 14. Article selon la revendication 13 caractéri- sé en ce que le liant organique représente 2 à 6 % de son poids. 15. Article selon la revendication 11 caracté- risé en ce que le liant minéral est constitué par une oun plusieurs matières choisies parmi un liant de silicate ou de phosphate, un hydrosol d'oxyde colloïdal, un ciment hydrau- lique ou réfractaire et un liant argileux. 16. Article selon la revendication 15 caractéri- sé en ce-que le liant minéral représente 5 à 20 % de son poids. 17. Article selon la revendication 15 caracté- risé en ce que le liant minéral est un silicate de métal alcalin dont le rapport pondéral Si O 2:Na 2 O est compris entre 3,0 et 3,8. 18. Article selon l'une quelconque des revendi- cations 6 à 17, caractérisé en ce que le revêtement inté- rieur comprend 2 à 8 % en poids d'une matière fibreuse. 19. Article selon la revendication 18 dans le- quel la matière fibreuse est constituée par une ou plusieurs matières choisies parmi des fibres organiques, naturelles ou synthétiques ou semi-synthétiques,et des fibres minérales. 20. Article selon la revendication 19 caractéri- sé en ce que les fibres organiques représentent jusqu'à 4 % de son poids et sont des fibres de papier, de chanvre, de jute, de polyesters, de rayonne ou des fibres acryliques, ou sont constituées par plusieurs de ces fibres. 21. Article selon la revendication 19 caracté- risé en ce que les fibres minérales représentent 1 à 4 % de son poids et sont des fibres d'aluminosilicates,de quartz, de laitier ou de verre, ou sont constituées par plusieurs de ces fibres. 22. Article selon l'une quelconque des revendica- tions 6 à 21, caractérisé en ce que sa masse volumique est comprise entre 1,5 et 2,5 g/cm 3. 23. Procédé pour la coulée continue d'un acier à haute teneur en manganèse, procédé caractérisé en ce qu'on verse l'acier dans un moule de coulée continue en le fai- sant passer par un répartiteur dont l'in- térieur est doublé d'un revêtement réfractaire thermo-isolant non permanent comprenant des particules de silicate de zir- conium avec un liant. 24. Procédé selon la revendication 23 caractérisé en ce que le revêtement intérieur de la cuve comprend 75 -à % de son poids de matière réfractaire en particules dont au moins la moitié est constituée par du silicate de zirco- nium. 25. Procédé selon la revendication 23 ou 24, carac- térisé en ce que la charge réfractaire comprend de la bauxite calcinée avec le silicate de zirconium.