Brevet FR2550126A1 — publié le 19850208

Matière de charge pour le remplissage de l'orifice de sortie d'une poche de coulée ou récipient analogue et procédé de fabrication de cette matière de charge La présente invention a trait à une matière de charge pour le remplissage de l'orifice de sortie d'une poche de coulée ou autre récipient analogue tel qu'entonnoir de coulée servant à la coulée continue d'un métal en fusion tel qu'acier est conçu de façon que l'orifice de sortie soit ouvert et fermé par un 10 tiroir, c'est-à-dire par une plaque coulissante du jet de coulée Plus particulièrement, la présente invention a trait à une matière de charge du type servant à remplir l'orifice de sortie d'une poche de coulée ou autre récipient analogue, avant de charger un métal en fusion dans la poche de coulée ou récipient analogue, pour éviter que l'orifice de sortie ne soit bouché par solidification du métal ou pour une autre raison, la granulométrie de la charge étant telle que, lors de l'ouverture du tiroir, la charge tombe 20 entièrement hors de l'orifice de sortie pour laisser celui-ci pleinement ouvert avant le déversement du métal en fusion La présente invention propose aussi un procédé de fabrication d'une telle matière de charge. Le tiroir est prévu juste au-dessous de la 25 partie de paroi inférieure de la poche de coulée ou récipient analogue, tel qu'entonnoir de coulée, pour commander le déversement du métal en fusion à partir de la poche de coulée ou récipient analogue Un tiroir à deux plaques comprend généralement une plaque fixe 30 fixée sur le dessous de la partie inférieure et présentant un orifice aligné avec un orifice d'un ajutage disposé dans un bloc de fond de la partie de paroi inférieure de la poche ou récipient analogue, une plaque coulissante qui présente un orifice et peut coulisser par rapport à la plaque supérieure fixe de façon à établir ou interrompre la communication des orifices de l'ajutage supérieur et de la plaque fixe avec l'exterieur, et un ajutage immergé fixé à la plaque coulissante, l'o5 rifice de l'ajutage immergé étant aligné avec l'orifice de la plaque coulissante. Dans le présent mémoire, l'expression "orifice de sortie" d'une poche de coulée ou récipient analogue désigne les orifices ménagés dans les blocs de garnissage de 10 fond et/ou dans la plaque fixe du tiroir Le tiroir peut être un ensemble soit à deux plaques, soit à trois plaques. Traditionnellement, on utilise comme matière de charge des particules de graphite, des particules de sable siliceux naturel ou des particules finement divisées d'oxyde de fer L'utilisation de ces matières de charge soulève toutefois certains problèmes graves Par exemple, il y avait lieu de craindre que la matière de charge comblant l'orifice de sortie ne soit repoussée à flottement vers le haut par le courant violent d'acier fondu crée dans une poche lors du déversement de l'acier fondu dans celle-ci ou que les particules de matière de charge ne se trouvent réunies les unes aux autres ou à la paroi périphérique de l'orifice de sortie par frittage sous l'effet de la chaleur de l'acier en fusion déversé, maintenant ainsi l'orifice de sortie quasi fermé même lors de l'ouverture du tiroir. Pour tenter de triompher de ces difficultés, on a proposé d'avoir recours à une matière de charge comportant, en tant que constituants principaux, 80 à 94 % en poids de 30 Si O 2 et 2 à 12 % en poids d'oxydes de métal alcalin et/ou de métal alcalino-terreux et ayant une granulométrie de 0,5 à 2,5 mm Cette matière de charge est un mélange de particules ou une poudre mixte composée de préférence de particules de sable siliceux et de particules d'une subs35 tance contenant de l'alcali telle que feldspath, les particules étant mélangées à l'état non aggloméré. Une telle matière de charge demeure toutefois désavantageuse en ce que les particules de sable siliceux et les particules de feldspath sont difficiles à mélanger uniformément et en ce que lorsqu'on prélève de faibles quantités de particules mélangées en tant que lots de la matière de charge, ces lots peuvent comporter des proportions différentes de particules de sable siliceux et de particules de feldspath. Si la proportion de particules de sable siliceux 1 O présente dans le lot de matière de charge prélevé est supérieure au niveau souhaité, la matière de charge comportant les particules de sable siliceux qui comble l'orifice de sortie risque de ne pas être suffisamment frittée par la chaleur du métal en fusion tel qu'acier chargé, laissant l'acier fondu pénétrer et se solidifier dans les interstices séparant les particules de matière de charge Par conséquent, on n'obtient pas une ouverture suffisante de l'orifice de sortie même lors de l'ouverture du tiroir. Si par contre, c'est la proportion de particules de feldspath présente dans le lot de matière prélevé qui dépasse la valeur souhaitée, le degré de frittage des particules de charge peut devenir assez important pour que l'orifice de sortie ne s'ouvre qu'insuffisamment lors 25 de l'ouverture du tiroir. Ainsi, lors de l'utilisation concrète d'échantillons de la matière de charge proposée, le degré d'ouverture de l'orifice de sortie obtenu lors de l'ouverture du tiroir était d'environ 95 à 98 %. Par "rapport d'ouverture de la sortie" ou "rapport d'ouverture', on entend dans le présent mémoire, le rapport du nombre de coulées satisfaisantes, lors desquelles le métal fondu a commencé à se déverser simultanément à la chute de la matière de charge hors de l'orifice de sortie 35 lors de l'ouverture du tiroir, au nombre total de coulées lors desquelles on a ouvert le tiroir afin de déverser le métal fondu et de faire tomber la matière de charge en ne comptant pas comme coulées satisfaisantes celles lors desquelles le métal fondu ne s'est pas déversé bien que la matière de charge soit tombée, ou lors desquelles on a eu recours par exemple à la lance à oxygène ou à la combustion pour ouvrir l'orifice de sortie. L'invention est destinée à réduire au moins les difficultés précitées et a pour but de proposer une matière de charge pour l'orifice de sortie de la poche de 10 coulée ou autre récipient analogue, matière de charge qui assure l'ouverture quasi total de l'orifice de sortie lors de l'ouverture du tiroir. Suivant la présente invention, on atteint le but sus-indiqué grâce à une matière de charge, pour le rem15 plissage d'un orifice de sortie de poche de coulée ou récipient analogue, comportant un noyau particulaire principalement composé de quartz et une couche de revétement qui recouvre la surface du noyau, la couche de revêtement comportant une multiplicité de fines particu20 les principalement constituées par au moins une matière choisie parmi les matières du groupe feldspath. Dans la matière de charge bu dans chaque particule de la matière de charge selon la présente invention, le noyau particulaire principalement composé de quartz est 25 revêtu d'une multiplicité de fines particules comportant principalement au moins une matière choisie parmi les matières du groupe feldspath Par conséquent, dans tout petit échantillon prélevé à volonté de la matière ou des particules de charge et dans toute partie de l'é30 chantillon de matière de charge, le rapport de mélange de quartz et de constituants alcalins tels que K 20 et/ou Na 2 o ou, autrement dit, le rapport de mélange de sable siliceux et de matière du groupe feldspath est sensiblement constant, c'est-à-dire que le degré de mélange des 35 matières constitutives est maintenu uniforme. De plus, attendu que chaque partie-noyau, formée d'une particule principalement en quartz, est revêtue de fines particules principalement composées de la matière du groupe feldspath qui a un plus faible point de fu5 sion que la matière à noyau, les parties-noyaux de particules de charge contigues sont modérément frittées à travers les particules de feldspath formant les couches de revêtement de noyau respectives, grâce à la compatibilité ou solubilité facile entre la matière à noyau (surtout 10 quartz) et la matière du groupe feldspath. Par conséquent, lorsqu'on utilise la matière de charge composée des particules de charge suivant la présente invention pour remplir l'orifice de sortie de la poche de coulée ou récipient analogue, on peut éviter non seulement la 15 pénétration de métal en fusion entre les particules de charge dans toute la zone remplie par la matière de charge, mais aussi la réunion par frittage à haute résistance méncanique des particules en la matière à noyau ou quartz, ce qui assure l'ouverture de l'orifice de sortie avec un 20 haut degré d'ouverture lorsqu'on ouvre le tiroir. Suivant la présente invention, on peut fabriquer la matière de charge décrite ci-dessus par un procédé comportant une opération d'application au moyen d'un liant d'une multiplicité de fines particules, principale25 ment faites d'au moins une matière choisie parmi les matières du groupe feldspath sur les surfaces de particules formant un noyau principalement composées de quartz. Suivant la présente invention, les fines particules principalement composées de la matière ou des matières 30 du groupe feldspath sont de préférence celles à point de fusion de 1 000 à 1 700 C, de sorte que ces particules sont susceptibles d'être aisément frittées dans l'orifice de sortie par la chaleur d'un métal fondu tel qu'acier fondu et/ou que les fines particules sont susceptibles 35 d'être partiellement fondues pour rendre relativement faibles les liaisons entre les particules fondues En fait, on peut faire en sorte que les fines particules aient un point de fusion voisin de la température du métal en fusion tel qu'acier présent dans la poche de coulée ou récipient analogue Les fines particules peuvent être composées de la matière ou des matières du groupe feldspath isolément, mais la poudre de feldspath peut être remplacée en partie, par exemple à raison de pas plus de 60 % de son poids, par une autre matière réfractaire telle que grès, alumine, chamotte, etc, sous réserve que les fines particules soient principalement en la matière ou en les matières du groupe feldspath. Suivant la présente invention, les fines particules formant la couche de revêtement de la particule de charge sont de préférence assez petites pour traverser un tamis Tyler standard à la maille 100 ( 0,147 mm) de sorte que, dans le cas o le métal en fusion est de l'acier à une température d'environ 1 650 C, les particules de charge peuvent être frittées dans l'orifice de sortie en un temps bref par la chaleur de l'acier et fusion et que les particules de charge frittées ont une résistance mécanique relativement faible telle qu'elles peuvent être facilement cassées sous l'effet de la charge ou pression exercée par l'acier fondu lors de l'ouverture du tiroir. La matière à noyau principalement composée de quartz est de préférence constituée essentiellement par du sable siliceux attendu que celui-ci est facile à se procurer et facile à fritter avec les fines particules de revêtement principalement constituées par la matière du groupe feldspath. Suivant la présente invention, les fines particules principalement composées d'au moins une matière du groupe feldspath sont appliquées à raison de 5 à 30 % en poids rapporté au noyau en sable siliceux, de sorte que le frittage des particules de charge a lieu de manière relativement rapide et avec une résistance mécanique modérée dans l'orifice de sortie Si la proportion en poids de fines particules est inférieure à 5 % en poids ou supérieure à 30 % en poids, le frittage de la matière de charge risque de ne pas apparaître à la vitesse souhaitée ou avec la résistance mécanique souhaitée. Afin qu'une couche de revêtement quasi parfaite puisse être formée par les fines particules principalement en feldspath et que les interstices entre les noyaux sous forme de particules puissent être remplis par 5 à 30 % en poids de feldspath fritté, les particulesnoyaux ont de préférence une grosseur de 0,5 à 3,5 mm. On va décrire ci-après l'invention plus en détail en se référant à la figure unique annexée qui rendra plus clairs les buts précités, ainsi que les carac15 téristiques de la présente invention. Cette figure représente en coupe, une partie d'une poche munie d'un tiroir à deux plaques et dont l'orifice de sortie est remplie par les particules de charge selon la présente invention. Exemple: on a réduit par pulvérisation du feldspath à teneur en alcali (oxydes de métal alcalin et/ou de métal alcalino-terreux) de 10 à 13 % en poids (typiquement Si O 2: 75,8 %, A 1203: 12,8 %, Na 2 O: 1,9 %, K 20: 8,4 %) obtenu à Gifu (préfecture du Japon) en fi25 nes particules de grosseurs assez faibles pour traverser un tamis Tyler standard à la maille 100 ( 0,147 mm). La granulométrie moyenne de ces fines particules était égale à l'ouverture du tamis Tyler standard à la maille ( 0,074 mm). On a mélangé les fines particules de feldspath ainsi obtenues avec des particules de sable siliceux à raison de 15 % en poids rapporté à cellesci, ayant des grosseurs de 0,5 à 4,0 mm et destinées à former les noyaux particulaires de la matière de charge, puis 35 on a ajouté en tant que liant aux particules mélangées une solution aqueuse à 1 % de CMC (carboxyméthylcellu- lose ou un de ses dérivés sodiques), à raison de 5 % en poids rapporté aux particules de sable siliceux. On a bien brassé les matières mélangées et ajoutées et on les a séché par chauffage à l'air à 300-500 C, obtenant par là une matière de charge 1 composée des particules de charge dont chacune était constituée par le noyau en sable siliceux recouvert de fines particules de feldspath. A une première étape, on a rempli de la matiè10 re de charge 1 un orifice 7 ménagé dans une plaque fixe 6 et l'orifice 5 d'un ajutage supérieur, ainsi qu'un orifice tronconique 13 ménagé dans un bloc 3 du garnissage du fond de la poche de coulée 2, alors que le canal de sortie constitué par les orifices 5, 7 et 13 15 était fermé par la plaque coulissante 10 d'un tiroir à deux plaques 9 Dans le dispositif de poche, la plaque fixe 6 du tiroir 9 était fixée sur le dessous de la paroi inférieure de la poche 2, le trou 7 étant en regard du trou 5 Le bloc 3 du garnissage du fond de 20 la poche 2, l'ajutage supérieur 4, la plaque fixe 6 et la plaque coulissante 10 étaient tous en un réfractaire composé de 90 % en poids d'alumine et de 10 % en poids de silice. Ensuite, à une seconde étape, on a déversé dans 25 la poche 2 de l'acier en fusion à environ 1680 C. A une troisième étape, environ 90 minutes après le déversement, on a déplacé la plaque coulissante 10 et un ajutage immergé 12 faisant corps avec elle dans le sens A, par rapport à la poche 2 de façon à ouvrir 30 le jet de coulée 9 ou à aligner un orifice 14 de la plaque coulissante 10 et un orifice 12 de l'ajutage immergé 11 avec l'orifice de sortie 8, permettant ainsi à la matière de charge 1 et à l'acier fondu de se décharger à l'extérieur à travers les orifices 8, 35 14 et 12. On a répété 300 fois les trois étapes de mise en oeuvre décrites cidessus Le rapport moyen d'ouverture de l'orifice de sortie 8 pour 300 opérations a été de 99 %. Exemple comparatif: on réduit par pulvérisation le même feldspath que celui utilisé dans l'exemple précédent en particules de 0,4, à 4,0 mm de grosseur et l'on mélange ces particules de feldspath avec les mêmes particules de sable siliceux (granulométrie 10 de 0,5 à 4,0 mm) que celles utilisées dans l'exemple ci-dessus de façon à obtenir un rapport en poids feldspath/sable siliceux de 15 %, préparant ainsi une matière de charge selon l'exemple comparatif. On a soumis de manière répétée cette matière 15 de charge selon l'exemple comparatif aux trois étapes de mise en oeuvre sus-indiquées Le rapport moyen d'ouverture de l'orifice de sortie 8, tel que déterminé au bout de 300 opérations en trois étapes a été de 97 %. Dans l'exemple décrit ci-dessus, on a utilisé comme liant pour obtenir la matière de charge selon un mode de réalisation préféré de l'invention, une solution aqueuse de CMC, mais il est possible d'utiliser d'autres types de liants organiques tels que 25 la résine époxyde, la résine phénobique, la résine de silicone, la résine de polyester insaturée, la résine d'urée ou la résine de formaldehyde, ou des liants inorganiques tels que le sol de silice, le sol d'alumine, le silicate de sodium, le silicate de 30 potassium, le phosphate d'aluminium ou le phosphate de sodium à la place de CMC. De plus, dans l'exemple sus-indiqué, on a opéré le séchage à une température de 300 à 500 C, mais la température de séchage peut être supérieure 35 ou inférieure à cet intervalle; par exemple, elle peut être égale à la température ambiante. lo REVENDICATIONS 1 Matière de charge pour le remplissage de l'orifice de sortie d'une poche de coulée ( 2), ou récipient analogue, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un noyau particulaire principalement composé de quartz et par une couche de revêtement qui recouvre la surface du noyau, la couche de revêtement comportant une multiplicité de fines particules principalement en une matière choisie parmi les matières du groupe feldspath. 2 Matière de charge selon la revendication 1, 10 caractérisée en ce que les fines particules formant la couche de revêtement ont un point de fusion allant de 1 000 C à 1 700 C. 3 Matière de charge selon la revendication 2, caractérisée en ce que le noyau est composé de sable sili15 ceux. 4 Matière de charge selon la revendication 3, caractérisée en ce que le poids global de fines particules formant la couche de revêtement n'est pas inférieur à 5 % du poids du noyau. 5 Matière de charge selon la revendication 4, caractérisée en ce que le poids global de fines particules formant la couche de revêtement n'est pas supérieur à % du poids du noyau. 6 Matière de charge selon la revendication 5, caractérisée en ce que la grosseur de noyau est de 0,5 à 3,5 mm et en ce que chaque fine particule formant la couche de revêtement a une grosseur assez faible pour traverser un tamis Tyler standard à la maille ( 100). ( 0,147 mm). 7 Matière de charge selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle sert à remplir l'orifice de sortie d'une poche de coulée ou récipient analogue d'un type dans lequel l'orifice de sortie est ouvert ou fermé par une plaque coulissante. I 1 8 Matière de charge selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle sert à remplir l'orifice de sortie d'une poche de coulée ( 2) ou récipient analogue pour acier fondu. 9 Procédé de fabrication de matière de charge pour le remplissage de l'orifice de sortie ( 5, 7, 13) d'une poche de coulée ( 2) ou récipient analogue, caractérisé en ce qu'il comprend une opération d'application au moyen d'un liant d'une multiplicité de fines parti10 cules principalement en au moins une matière choisie parmi les matières du groupe feldspath sur les surfaces de particulesnoyaux principalement composées de quartz. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'opération d'application comprend une éta15 pe de mélange d'une multiplicité de particules-noyaux et d'une multiplicité de fines particules avec le liant, et une étape de séchage du mélange.