Brevet FR2647105A1 — publié le 19901123

REVETEMENT IMPERMEABLE POUR MATERIAU REFRACTAIRE, PIECE REVETUE DECE MATERIAU ET PROCEDE DE REVETEMENT. Les pièces de matériau réfractaire utilisées pour la coulée en continu de métaux liquides, notamment l'acier, sont utilisées pour protéger le jet de métal liquide s'écoulant de la poche vers le répartiteur puis le moule du contact direct avec l'air. Ces pièces réfractaires sont soumises à un choc thermique considérable au démarrage de la coulée, ainsi qu'à une érosion et une corrosion chimique par l'acier liquide et le laitier. Elles sont donc fabriquées en des matériaux capables de résister à cet environnement agressif. Les matériaux les plus utilisés sont la silice fondue et l'alumine graphitée ou encore un matériau composite d'alumine graphitée et de zircone graphitée. Le premier matériau est utilisé principalement à cause de sa résistance exceptionnelle aux chocs thermiques mais il présente des limitations en ce qui concerne sa résistance à l'érosion pour certains types d'acier. Le second matériau est très utilisé parce qu'il autorise des durées de coulée plus longues avec les aciers agressifs. Bien que l'utilisation de pièces de matériaux réfractaires, notamment de tubes de protection de jet, ait considérablement amélioré la qualité des aciers en évitant le contact direct du jet de métal liquide avec l'air, un problème d'aspiration d'air au travers de la perméabilité du matériau subsiste en raison de l'effet d'aspiration qui se produit dans le canal de coulée sous l'effet de l'écoulement rapide du jet de métal liquide. Cette aspiration d'air a pour effet d'oxyder le métal liquide et de conduire à la formation de dépôts d'alumine dans le canal de coulée. Ces dépôts peuvent aller jusqu'à provoquer une obturation complète du canal de coulée et une interruption de la coulée. En outre, cette aspiration d'air conduit à une dégradation de la qualité de l'acier par la formation d'inclusions d'oxyde et de bulles de gaz entrainées dans le jet. Ces bulles provoquent des trous d'aiguilles dans les billettes,les blooms ou les brames. Un autre effet négatif de l'aspiration d'air est d'augmenter la reprise d'azote dans l'acier entre la poche et le moule. On a cherché à remédier aux inconvénients mentionnés ci- dessus en réduisant la perméabilité des matériaux réfractaires par addition de groupes de composants produisant des phases liquides à la température de fonctionnement afin de boucher les pores du matériau réfractaire. Toutefois ce procédé présente l'inconvénient que les phases liquides diminuent les propriétés à chaud du matériau réfractaire ce qui conduit à un taux d'usure plus grand du matériau réfractaire par l'acier et le laitier. Etant donné que l'on cherche actuellement à augmenter la durée de vie du matériau réfractaire afin de permettre des séquences de coulée plus longues cette solution n'est pas acceptable. L'invention a précisément pour objet un matériau de revêtement destiné à être appliqué à une pièce de matériau réfractaire pour la coulée en continu d'acier qui permette de remédier au problème de l'aspiration d'air effet négatif sur le matériau réfractaire sur lequel il est appliqué, et en particulier sans réduire sa résistance à l'érosion. A cet effet l'invention concerne un revêtement appliqué sur une pièce de matériau réfractaire pour la coulée en continu d'acier caractérisé en ce qu'il est impermeable-à l'air de manière à réduire l'aspiration d'air au travers de la perméabilité du réfractaire. De préférence le matériau de revêtement est constitué de phases visqueuses à la température d'utilisation de la pièce de matériau réfractaire. Selon un premier exemple de réalisation préféré, le matériau réfractaire de l'invention comprend une suspension aqueuse contenant environ 30 à 85 % en poids d'un constituant finement divisé choisi parmi les grains de silice fondue, la poudre d'alumine, la poudre de zircone, la poudre de mullite et les bulles d'alumine; de O à 10 % environ en poids d'une charge céramique choisie parmi les fibres d'alumine silice, les fibres de zircone, les fibres de bioxyde de titane, les fibres de-chrome alumine, les bulles d'alumine et les bulles de zircone; environ 15 & 30 % en poids d'eau; O à 7 % en poids d'un liant choisi parmi le sodium hexamétaphosphate, le silicate de sodium et les résines acryliques, et O à 40 % en poids d'une fritte génératrice de verre. Un second exemple de réalisation préféré d'un revêtement conforme à l'invention présente essentiellement la composition suivante en poids: SiO2 50 à 80 %, A1203 5 à %, B203 5 à 20 %, K20 1 à 3 %, Na20 0 à 15 %, Fe203 0,5 à 2 %, Co203/MoO3 0 à 3 %, C 1 à 5 %, autres O à 1,5 %. Le revêtement de l'invention peut être constitué d'une ou plusieurs couches de matériaux différents. Il peut être constitué par exemple d'une couche selon le premier exemple de réalisation préférentiel, et d'une ou plusieurs couches selon le second exemple de réalisation préférentiel. Il peut également être constitué de plusieurs couches d'un même matériau séchées successivement avant l'addition de la couche suivante. Enfin il est également possible d'incorporer au revêtement une couche de ciment. Selon une variante de réalisation le revêtement de l'invention comporte une couche de glaizage. anti-oxydation conventionnelle sur laquelle est appliquée au moins une autre couche d'un matériau imperméable. Enfin, le revêtement peut être constitué d'une couche épaisse de glaizage séché puis recouverte d'un ciment. L'invention concerne également une pièce de matériau réfractaire comportant un revêtement imperméable conforme à l'invention. Elle concerne également un procédé de revêtement d'une pièce de matériau réfractaire au moyen dudit revêtement. Selon ce procédé, on prépare un revêtement conforme à 1l'invention et on en recouvre une pièce de matériau réfractaire, au moyen d'une brosse, par trempage, pressage ou par electrodéposition. EXEMPLE 1 On a représenté sur la figure 1 deux courbes permettant de comparer la perméabilité d'une pièce de matériau réfractaire d'alumine graphitée recouverte seulement d'une couche anti-oxydation conventionnelle (courbe A) et la perméabilité d'une pièce de matériau réfractaire revêtue d'un revêtement imperméable conforme à l'invention courbe B). Dans cet exemple de réalisation on a utilisé un revêtement à base de silice fondue tel que décrit dans le brevet français No 8709023 déposé le 26 Juin 1987 et concernant un revêtement isolant pour corps réfractaire. Ce revêtement a été appliqué par trempage. On a tout d'abord revêtu la pièce réfractaire d'une première couche de glaizage anti-oxydation conventionnelle. On a ensuite appliqué une suspension constituée essentiellement, en poids, de 30 à 85 % de grains de silice vitreuse, de 0 à % de fibres céramiques, de 0 à 7 % de liant, de 0 à 40 % de fritte et de 15 à 30 % d'eau. Après séchage, l'épaisseur de la couche de revêtement était comprise entre 1 et 2 mm et présentait la composition suivante: SiO2: 96 % A1203: 4 %. La densité du matériau était de 1,83 kg/dm3 pour une porosité ouverte de 20 %. Comme on peut le voir sur la figure 1, grâce à l'utilisation du matériau de revêtement conforme à l'invention, la perméabilité a été réduite, dans les conditions de l'essai, d'environ 350 ml/mn dans le cas de la pièce de matériau réfractaire d'alumine graphitée comportant seulement une couche anti-oxydation conventionnelle à environ 100 ml/mn à 1000 C pour s'annuler à partir de 1140C et pour des températures supérieures, pour un matériau réfractaire d'alumine graphitée présentant la même composition. Selon un autre exemple de réalisation (non représenté) on a appliqué le même matériau de revêtement par électrodéposition. Avec ce procédé la perméabilité a été réduite de environ 35 à 40 ml/mn & partir de 1200-C et au- dessus. EXEMPLE 2 On a représenté sur la figure 2 deux courbes donnant le débit en millilitres par minute d'argon au travers de pièces de matériau réfractaire en fonction de la température. La première courbe, désignée par la lettre C, est relative à une pièce de matériau réfractaire d'alumine graphitée revêtue seulement d'une couche anti-oxydation conventionnelle. La seconde courbe désignée par la lettre D se rapporte à une pièce de matériau réfractaire de même composition revêtue d'un revêtement imperméable composite conforme & la présente invention. En ce qui concerne la courbe C les conditions d'expérimentation sont les mêmes que dans le premier exemple de réalisation (courbe A), la valeur du débit est la même c'est à dire approximativement 350 ml/mn à partir de 1200' et au-dessus. On constate que le revêtement composite (courbe D) permet une diminution très importante de cette perméabilité. Elle passe de 350 ml/mn à 55 ml/mn à 1100' et à 35 ml/mn à 1210' et au- dessus. Cette oouche de revêtement composite était constituée d'une triple couche de glaizage appliquée par trempage sur le réfractaire avant cuisson et d'une couche de ciment appliquée à la brosse par dessus la couche de glaizage après cuisson. La composition de la couche de glaizage était la suivante SiO2: 56,4 % B203: 12,3 % A1203: 9,7 % K20 2,7% Na20: 10,1% Fe203: 0,8 % Co203/MoO3: 2 % C: 4,9 % La couche de ciment présentait la composition suivante: A1203: 45,6 % SiO2: 48,9 % Fe203: 1,2 % TiO2: 1,9% Na20/K20: 2,5 % L'épaisseur de la couche de glaizage était d'environ 0,5 mm et l'épaisseur de la couche de ciment de 2 mm environ. On a également expérimenté un revêtement ne comportant que les trois couches de glaizage sans addition d'une couche supplémentaire de ciment. Ce revêtement a montré une production moindre de la perméabilité qui n'a été réduite, dans les mêmes conditions d'expérimentation qu'à 70 ml/mn au-dessus de 1140C. De manière générale la réduction de la perméabilité peut être obtenue grace à un revêtement produisant des phases visqueuses dans la zone de température d'utilisation. Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque la viscosité du revêtement est juste suffisamment faible pour permettre une fermeture de sa porosité, ainsi que de la porosité du matériau réfractaire. En effet, si la viscosité du matériau de revêtement continue à diminuer, ce revêtement s'écoule le long des parois de la pièce. Son épaisseur diminue de telle sorte que la couche devient perméable. On considère qu'un bon intervalle de viscosité se situe entre 3000 et 5000 poises pour un tel revêtement. L'application d'une couche superficielle de ciment réfractaire comme mentionné dans l'exemple 2 peut permettre l'utilisation de matériaux sousjacents plus liquides. En effet, l'écoulement de ces matériaux plus liquides est rendu difficile par le ciment superficiel. REVENDICATIONS 1. Revêtement appliqué sur une pièce de matériau réfractaire pour la coulée en continu d'acier, caractérisé en ce qu'il est imperméable à l'air & la température d'utilisation de la pièce de matériau réfractaire de manière à réduire l'aspiration d'air au travers de la perméabilité du réfractaire. 2. Revêtement selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est constitué de phases visqueuses à la température d'utilisation de la pièce de matériau réfractaire. 3. Revêtement selon la revendication i ou 2 caractérisé en ce qu'il présente essentiellement la composition suivante, en poids: Si02: 50 à 80 % A1203: 5 à 15 % B203 5 à 20 % K20: 1 à 3 % Na20: O à 15 % Fe203: 0,5 à 2 % Co203/MoO3: O à 3 % C 1 à 5 % Autres: O à 1,5 % 4. Revêtement selon la revendication i ou 2 caractérisé en ce qu'il est constitué par une suspension aqueuse contenant environ 30 à 85 % en poids d'un constituant finement divisé et choisi parmi les grains de silice fondue, la poudre d'alumine, la poudre de zircone, la poudre de mullite, et les bulles d'alumine; O à environ % en poids d'une charge céramique choisie parmi les fibres d'alumine-silice, les fibres de zircone, les fibres de bioxyde de titane, les fibres de chrome-alumine, les bulles d'alumine et les bulles de zircone; environ 15 % à % en poids d'eau; O à environ 7 % en poids d'un liant choisi parmi le sodium hexamétaphosphate, le silicate de silicium et les résines acryliques et O à environ 40 % en poids d'une fritte génératrice de verre. 5. Revêtement selon l'une quelconque des revendications 1 4 caractérisé en ce qu'il est constitué de plusieurs couches de matériaux différents. 6. Revêtement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il comporte une couche de glaizage antioxydation conventionnelle sur laquelle est appliquée au moins une couche d'un matériau imperméable. 7. Revêtement selon l'une des revendication 5 ou 6 caractérisé en ce qu'il est constitué d'une couche épaisse de glaizage séché puis recouverte d'une couche de ciment. 8. Pièce de matériau réfractaire caractérisée en ce qu'elle comporte un revêtement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7. 9.Procédé de revêtement d'une pièce de matériau réfractaire caractérisée en ce que l'on prépare un revêtement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, et que l'on recouvre la pièce de matériau réfractaire au moyen de ce revêtement. 10.Procédé de revêtement selon la revendication 9 caractérisé en ce que le revêtement est appliqué par brossage, trempage, pressage, par électrodéposition.