Brevet FR2534179A1 — publié le 19840413

Procédé pour fabriquer à la presse une buse de coulée. La présente invention concerne un procédé pour fabriquer une buse de coulée et elle a trait, plus particulièrement, à un procédé pour fabriquer une buse qui est montée sur la partie inférieure d'une poche de coulée ou d'un entonnoir de coulée de manière üider Wtac'ier fondu jusque dans un moule pour la coulée en continu de l'acier. Une buse de coulée utilisée pour la coulée de l'acier fondu fonctionne dans des conditions sévères de températures élevées. Diverses études ont été entreprises sur des matières réfractaires destinées aux buses de coulée. Une buse d'entonnoir de coulée destinée à guider l'acier fondu depuis un entonnoir jusqu'à un moule pour la coulée continue de l'acier est considérée comme étant un des dispositifs les plus importants utilisés dans la coulée continue. La buse de coulée qui fait communiquer l'entonnoir de coulée avec le moule doit posséder de bonnes caractéristiques d'isolation et doit pouvoir empêcher l'oxydation de l'acier fondu ainsi que l'écoulement turbulent de l'acier fondu ou le mélange de laitier avec ce dernier. I1 faut aussi que la buse ait une grande longévité et qu'elle soit de ce fait économique. Les buses de coulée à base d'alumine-graphite, à base d'oxyde de zircone ou à base de zircon sont connues de façon classique. Toutefois, chacune de ces buses présente à la fois des avantages et des inconvénients et ne donnent pas entièrement satisfaction. Une buse de coulée à base d'alumine-graphite contient de l'argile en tant que liant et, de ce fait, est moins résistante aux chocs thermiques, est relativement fragile et présente une résistance inférieure à la corrosion .Particulidrement dans le cas d'une buse immergée, il se produit une forte corrosion à l'endroit où ses parties sont en contact avec l'acier fondu, ce qui se traduit par une érosion de la buse,c'est-à-dire un agrandissement de son diamètre. Bien qu'une buse de coulée à base d'oxyde de zirconium ou à base de zircon soit résistante à l'érosion elle est sujette au dépôt sur sa surface de métaux, spécialement l'aluminium et les oxydes d'aluminium, se trouvant dans l'acier fondu.Ceci entraîne une réduction du diamètre de la buse pendant la coulée et peut finalement se traduit par une obturation de la buse. On a aussi mis au point récemment, une buse immergée en quartz fondu. Si on utilise une telle buse immergée en quartz fondu pour couler de l'acier fondu qui contient 1,2 à 1,5 % de manganèse, il se produit une perte de fusion impor- tante. Compte tenu de ce qui précède, les auteurs de la présente invention ont proposé une buse pour coulée continue que l'on prépare en malaxant de façon suffisante avec un liant 42 à 93% en poids d'alumine, 4 à 44 % en poids de poudre de graphite et 2 à 23% en poids de poudre de silice puis en comprimant le mélange résultant avec une presse à caoutchouc. Cette buse pour coulée continue fait l'objet de la demande de brevet japonais publiée et délivrée nO 955 778. Cette buse pour coulée continue présente une résistance à la corrosion, une résistance à l'érosion, une résistance à l'écaillage supérieures à celles des buses de coulée classiques. Toutefois, le brevet mentionné ci-dessus enseigne l'utilisation d'une poudre de silice, telle qu'une poudre amorphe de silice de quartz comme matière brute. Bien que ce brevet suggère également l'utilisation de silice-fondue, on utilise 5% en poids de silice fondue. Ce brevet ne limite pas la température de frittage de la buse de coulée soumise à une opération de pressage.Toutefois, suivant d'autres études effectuées par les auteurs de la présente invention, si on utilise une poudre de silice fondue présentant un faible coefficient de dilatation thermique et un faible coefficient de conductibilité thermique, on obtient une buse de coulée ayant une résistance à la chaleur et une résistance à l'écaillage supérieuresà celles des de buses de coulée utilisant d'autres silices. On obtient de bons résultats si on utilise au moins 10% d'une telle silice fondue et si la température de frittage de la buse de coulée soumise à un pressage est comprise entre 800 et 12000C. Un premier objet de la présente invention est de réaliser une buse de coulée qui est résistante à la corrosion, résistante à l'érosion, résistante à l'obturation et résistante à l'écaillage. Un second objet de la présente invention est de réaliser une buse de coulée que l'on prépare à partir d'une matière brute consistant en une poudre d'alumine en tant que substance simple, une poudre de carbone en tant que substance simple et une poudre de silice fondue en tant que substance simple. Un troisième objet de la présente invention est de réaliser une buse de coulée que l'on obtient en frittant la buse coulée pressée dans une plage de températuresbasseDde 800 à 4200 C où l'alumine et la silice ne peuventpasréagir l'une avec l'autre et la structure métallurgique de celles-ci ne varie pas. Un quatrième objet de la présente invention est de réaliser une buse de coulée que l'on prépare par une opération de pressage à l'aide d'une presse à caoutchouc. Pour atteindre les objetsci-dessus, le procédé de fabrication de buse de coulée selon la présente invention consiste:à malaxer de façon suffisante une matière brute consistant en 42 à 93% en poids d'une poudre d'alumine en tant que substance simple, 4 à 44% en poids d'une poudre de graphique en tant que substance simple etlO à 27% en poids d'une poudre de silice après avoir ajouté un liant organique; à soumettre à une opération de pressage le mélange résultant à l'aide d'une presse à caoutchouc et à libérer la buse de coulée pressée; puis à fritter la buse de coulée pressée après l'avoir fait sécher, le procédé étant caractérisé par le fait que la poudre de silice est une poudre de silice fondue, la matière malaxée est transformée en granules, et la température de frittage est de l'ordre 80-0 à 12000C. Selon une caractéristique de la présente invention, la taille moyenne des granules est au plus de 1 mm. On va maintenant décrire la présente invention en se référant aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue en coupe d'une buse de coulée immergée selon un mode de réalisation de la présente invention, cette buse étant montée sur un ajutage d'entonnoir de coulée; et la figure 2 est une vue en coupe d'un agencement dans lequel de l'acier fondu est coulée dans un moule à laide d'un entonnoir ae coulée sur lequel a été montée la buse selon un mode de réalisation de la pressente invention. On va décrire le mode de réalisation préféré de la présente invention. La matière de départ selon la présente invention est une poudre de matière brute consistant en 42 à 93% en poids d'une poudre d'alumine en tant que substance simple, 4 à 44% en poids d'une poudre de graphite en tant que substance simple, et 10 à 27% en poids d'une poudre de silice fondue en tant que substance simple. On ajoute un liant organique en une quantité d'environ 5% en poids à la matière de départ considérée comme représentant 100% en poids. On malaxe de façon suffisante le mélange résultant. Le liant qu'il faut utiliser ici est du brai ou goudron de houille ou bien une résine synthétique, de préférence une résine phénolique si on utilise une résine thermodurcissable et de l'alcool polyvinylique si on utilise une résine thermoplastique.Si la quantité de poudre d'alumine est inférieure à 42% en poids, la résistance à la corrosion obtenue par l'addition d'alumine est plus faible. Ceci se traduit par un agrandis-sement du diamètre de la buse, c'est-à-dire une érosion. Par -contre, si la quantité de poudre d'alumine est supérieure à 93% en poids, l'alumine réagit avec l'acier fondu ainsi qu'avec d'autres métaux tels que le manganèse ou l'aluminium pour former une couche dénaturée sur la surface intérieure de la buse et entraîne une séparation. Si l'alumine est présente en une quantité aussi importante, la résistance à l'écaillage est plus faible. Si la quantité de la poudre de graphite est inférieure à 4% en poids, il peut se faire que l'on n'obtienne pas l'effet procuré par l'addition de la-poudre de graphite, à savoir l'amélioration de la résistance à la séparation de la surface intérieure de la buse, c'est-à-dire la résistance à l'écaillage. Par contre, si la quantité de poudre de graphite est supérieure à 44% en poids, la quantité de graphite qui diffuse dans l'acier fondu augmente, le coefficient de conductibilité thermique est plus grand et la buse a tendance à s'obturer à mesure que la température de l'acier fondu décroît. Du fait que l'alumine et le graphite seuls ne peuvent pas empêcher complètement l'obtu- ration de la buse et ne peuvent pas procurer une résistance à l'écaillage satisfaisant, on ajoute encore, selon la présente invention, de la silice fondue. On n'obtient pas l'effet procuré par l'addition de la silice fondue si la quantité de silice fondue est inférieure à 10% en poids. Par contre,si la quantité de silice fondue est supérieure à 27t en poids, la résistance à la corrosion est moindre. On transforme en granules la matière de départ malaxée à l'aide d'une machine à broyer. La taille moyenne des granules est de préférence de 1 mm,voire moins. On place les granules ainsi obtenus dans un moule à caoutchouc qui est lui-même monté sur une presse à caoutchouc en vue d'une opération de pressage. Selon la présente invention, du fait que l'on effectue le pressage à l'aide d'une presse àcaoutchouc, la buse de coulée globale de forme allongée peut avoir une densité uniforme et peut comporter des fissures ou des pores. Si on a recours à un moulage classique à la place d'un pressage dans une presse à caoutchouc, on soumet la matière malaxée à une opération de pressage dans un moule en acier ou en bois d'une forme donnée. Pour cette raison, dansle cas de longue buse de coulée de diverses formes, les parties formant le noyau peuvent présenter des densités plus faibles et peuvent être sujettes à une fissuration et/ou une formation de pores. De ce fait, la densité apparente tend à augmenter vers la périphérie (direction radiale) de la buse. On remédie à ces inconvénients par une transformation en granules et par un pressage dans une presse à caoutchouc conformément à la présente invention. La matière pressée est retirée du moule et est frittée à une température de frittage de 800 à 12000C. Si la température de frittage est inférieure à 8000C, la résistance mécanique du corps fritté n'est pas satisfaisante et ce corps peut être sujet à une flexion,ou déformation analogue pendant le moulage. Par contre, si la température de frittage est supérieure à 12000C, les particules de silice fondue commence à réagir avec les particules d'alumine et prennent une structure différente tandis que les caractéristiques individuelles de l'alumine, du carbone et de la silice fondue sont perdues ainsi que l'effet procuré par l'addition de ces trois matières. Il en résulte que la résistance à la corrosion et la résistance à l'écaillage sont plus faibles. Lorsque la buse pressée est frittée à une température supérieure à 12000C, le frittage a lieu dans une mesure trop grande et la buse émet un son métål- lique quand on la frappe, les buses défectueuses représentant 10% des buses pressées. Ceci n'est pas avantageux du point de vue industriel. La température de frittage doit de préférence être comprise entre 900 et 11000C. Selon la présente invention, on utilise des poudres d'alumine, de carbone et de silice fondue sous la forme de substancessimpleset, en les soumettant à une opération de pressage à l'aide d'une presse à caoutchouc, on forme une buse pressée uniforme et dense. Les caractéristiques individuelles de l'alumine, du carbone et de la silice fondue sont maintenues dans la buse de coulée résultante si on fritte la buse dans la plage de températurmbassej mentionnée ci-dessus. En se référant à la figure 1, on voit que la référence 1 désigne un ajutage d'entonnoir de coulée et la référence 2 désigne une buse immergée fixée à cette ajutage. La figure 2 montre un agencement dans lequel de l'acier fondu 5 est coulé dans un moule 4 à l'aide d'un entonnoir de coulée 3 qui est placé au-dessus du moule 4 et qui comporte l'ajutage 1 et la buse immergée 2. L'acier fondu 5 est coulé dans le moule 4 à partir de l'entonnoir de coulée 3 à travers la buse immergée 2 dont l'extrémité libre est immergée dans l'acier fondu. L'acier fondu est ensuite refroidi et solidifié et est tiré vers le bas de façon continue. Du fait que cet acier semisolidifié es encore mou au point de pouvoir subir une flexion, il est guidé/plusieurs rouleaux (non représentés) de manière à être courbé afin de présenter un faible rayon de courbure et est acheminé dans la direction indiquée par une flèche puis est découpé à un endroit prédéterminé. La présente invention apparaitra de façon plus claire dans les exemples décrits ci-après. Exemple 1 A 47 parties en poids (appl:éeSci-après, sauf indication contraire, simplement "parties't' pour des raisons de simplicité) d'une poudre d'alumine sous forme de substance simple, on a ajouté 28 parties d'une poudre de graphite sous forme de substance simple, 25 parties d'une poudre de silice fondue sous forme de substance simple, et 3 parties de brai ou go:udron de houille vert. On a transformé à l'aide d'un broyeur la matière malaxée en granules ayant une taille de moyenne de 1 mm. On a rempli avec ces granules un moule à caoutchouc pour le moulage d'une buse de coulée. On a monté le moule à caoutchouc dans une presse à caoutchouc en utilisant de la glycérine comme liquide. On a élevé la pression jusqu'à 1200 kg/cm2en 5 minutes environ. On a enlevé le moule à caoutchouc de la presse et on a extrait du moule la buse de coulée pressée. On a fritté la buse à 800 C. Exemple 2 A un mélange de45 parties de poudre d'alumine sous forme de substance simple, on a ajouté 40 parties d'une poudre de graphite naturel sous forme de substance simple, 15 parties d'une poudre de silice fondue sous forme de substance simpleS et 5 parties d'une résine phénolique; On a malaxé le mélange résultant et on la transformé en granules ayant une taille moyenne d'environ 1 mm à l'aide d1une broyeur similaire à celui utilisé dans l'exemple 1. On a rempli avec ces granules un moule à caoutchouc pour le moulage d'une buse de coulée'et on a monté le moule en caoutchouc sur une presse à caoutchouc similaire à celle utilisée dans l'exemple 1. On a élevé la pression jusqu 1000 kg/cm2 en 15 minutes environ. On a enlevé le moule en caoutchouc de la a presse et on/extrait du moule la buse coulée pressée. On a fritté la buse de coulée à 10000C. Exemple 3 A un mélange de 63 parties d'une poudre d'alumine sous forme d'une substance simple,on a ajouté 27 parties d'une poudre de graphite sous forme de substance simple, 10 parties d'une poudre de silice fondue sous forme de substance simple, et 2 parties d'alcool polyvinylique. On a mélangé de façon suffisante e mélange résultant. On a ta-ansfol-mé la nn j èie malaxée en granules ayant une taille moyenne de 0,5 mm avec un broyeur similaire à celui utilisé dans l'exemple 1. On a rempli avec ces granules un moule à caoutchouc pour le moulage d'une buse de coulée et on a monté le moule à caoutchouc sur une presse à caoutchouc similaire à celle utilisée dans llexem- ple 1.On a élevé la pression jusqu'à 1500 kg/cm2 en 20,minutes environ. On a enlevé le moule à caoutchouc de la presse et on a extrait du moule la buse de coulée pressée. On a fritté la buse de coulée pressée à 1200 C. Les caractéristiques des buses coulées obtenues dans les exemples 1, 2 et 3 ci-dessus sont indiquées dans le tableau ci-après TABLEAU Densité apparente | Porosité Résistance à la flexion (bar) Exemple 1 2,28 15,8 313,92 Exemple 2 2,31 16,0 294,3 Exemple 3 2,30 22,1 264,87 Les buses de coulée de la présente invention ont des structures uniformes et denses et ne présentent aucune fissures ou pores. Si on utilise comme buses d'entonnoir de coulée une buse de coulée préparée selon les exemples 1, 2 ou 3, on peut couler plus de plusieurs centaines de tonnes d'acier. Par contre une buse de coulée classique à base d'alumine et de carbone utilisant de l'argile comme liant ne permet de couler que plusieurs dizaines de tonnes d'acier. REVENDICATIONS 1. Procédé pour former a la presse une buse de coulée (2), ce procédé consistant à immerger une matière brute constituée par 42 à 93% en poids d'une poudre d'alumine sous forme d'une substance simple, 4 à 44% en poids d'une poudre de graphite sous forme de substance simple et 10 à 27% en poids de poudre de silice après addition d'un liant, à soumettre à une opération de pressage dans une presse à caoutchouc le mélange résultant et à fritter la buse de coulée (2) résultant de cette opération de pressage, caractérisé par le fait que la poudre de silice est une poudre de silice fondue, sous forme d'une substance simple, le mélange est transformé en granules, et la température de frittage est de l'ordre de 800 à 1200"C. 2. Procédé suivant la-revendication 1, caractérisé par le fait que la taille moyenne des granules n'est pas supérieure à 1 mm.