Brevet FR2830472A1 — publié le 20030411

PROCEDE POUR REALISER UN TUBE DE COULEE La présente invention concerne un procédé pour réaliser un tube de coulée. Elle concerne également un tube de coulée réalisé par la mise en oeuvre de ce procédé. On connaît un procédé pour réaliser un tube de coulée, ce procédé comprenant une étape de mise en place d'une masse réfractaire durcissable et frittable à l'intérieur d'une virole métallique, et une étape de chauffage de l'ensemble pour faire durcir la masse durcissable. On connaît, par exemple, par le FR-A-2 333 599, un procédé du type précité pour former un tube de coulée en matière thermiquement isolante et de faible densité constituée par un mélange de particules réfractaires et de fibres minérales enrobées dans un liant. Ce tube est formé autour d'un manchon perforé à partir d'un mélange pâteux et aqueux comprenant les constituants ci-dessus. Il est renforcé extérieurement par une armature métallique, puis est porté dans une étuve pour évaporer l'eau résiduelle et durcir le liant. Lors de la coulée du métal en fusion, les particules inorganiques frittent, ce qui permet d'assurer la cohésion du tube après décomposition ou désagrégation du liant. Un tel procédé permet de fabriquer des tubes de coulée fiables à un prix très compétitif. Par contre, la décomposition du liant, en particulier dans le cas d'un liant organique, entraîne le dégagement d'hydrogène qui peut être capté par le métal liquide. Or, les utilisateurs de certains aciers sont de plus en plus exigeants sur la nature du métal qu'ils utilisent, et imposent des teneurs du métal coulé en hydrogène de plus en plus basses qui sont difficiles à obtenir en cas d'utilisation d'un tube de coulée du type précité. On connaît également des tubes de coulée réfractaires à base d'alumine graphitée qui sont, au cours de leur fabrication, maintenus dans un four de cuisson à une température suffisamment élevée pour entraîner une prise céramique des particules constituant ces tubes. Ces tubes sont très fiables et n'entraînent aucun risque de dégagement d'hydrogène pouvant nuire à la qualité du métal coulé. Par contre, ces tubes sont fabriqués par mise en oeuvre d'un procédé complexe de sorte que ces tubes ont un prix unitaire élevé. Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients des procédés connus et de proposer un procédé du type ci-dessus permettant de réaliser un tube de coulée fiable et économique, ayant une structure simple, et évitant tout risque de dégagement d'hydrogène au cours de la coulée de métal en fusion. - Suivant la présente invention, le procédé du type précité est caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) on installe sur un support en position sensiblement verticale, une virole métallique sensiblement cylindrique et, à l'intérieur de la virole métallique, sensiblement coaxialement à celle-ci, un tube de forme sensiblement cylindrique en matière réfractaire cuite au four ; b) on introduit entre la surface extérieure du tube réfractaire et la surface intérieure de la virole métallique une composition réfractaire frittable sensiblement sèche comprenant un liant minéral sensiblement sec durcissable à la chaleur ; c) on chauffe l'ensemble pour faire durcir la composition durcissable. La mise en oeuvre d'un tel procédé particulièrement simple permet d'obtenir un tube de coulée de fabrication simple et économique comprenant plusieurs couches sensiblement coaxiales. La virole métallique et le tube en matière réfractaire ne génèrent aucun dégagement gazeux à la température du métal en fusion. Quant à la couche intermédiaire de composition réfractaire frittable, elle ne contient aucune matière organique et ne contient pratiquement plus d'eau de constitution. Ainsi, lorsqu'elle est soumise aux températures atteintes pendant la coulée du métal en fusion, cette matière fritte sans générer pratiquement de dégagement d'hydrogène. Une autre version de la présente invention concerne un tube de coulée réalisé par la mise en oeuvre du procédé précité. D'autres particularités et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description détaillée ci-après. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs : - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale illustrant la mise en oeuvre des étapes principales du procédé selon la présente invention ; - la figure 2 est une vue en coupe axiale d'un mode de réalisation d'un tube de coulée obtenu par la mise en oeuvre du procédé illustré à la figure 1. Le procédé illustré à la figure 1 pour réaliser un tube de coulée 1 comprend une étape de mise en place d'une masse réfractaire durcissable et frittable 2 à l'intérieur d'une virole métallique 3, et une étape de chauffage de l'ensemble pour faire durcir la masse durcissable 2. Un tel tube de coulée 1 est adapté à être mis en place, d'une façon classique connue qui n'a pas besoin d'être décrite en détail ici, sous le dispositif d'obturation de la busette de sortie de métal en fusion d'une poche de coulée remplie de ce métal. Ce tube est également mis en place au-dessus d'un répartiteur ou tundish adapté à recevoir le métal en fusion venant de la poche et à transférer ce métal à au moins une lingotière de coulée continue dudit métal. Pendant la coulée du métal en fusion, la partie inférieure du tube de coulée est plongée dans le métal en fusion et est soumise à l'agression du métal en fusion et du laitier qui recouvre en général la surface supérieure dudit métal. Suivant la présente invention, le procédé du type précité est caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) on installe sur un support, schématisé en 4, en position sensiblement verticale, la virole métallique'3 sensiblement cylindrique et, à l'intérieur de la virole métallique 3, sensiblement coaxialement a celle-ci, un tube 5 de forme sensiblement cylindrique en matière réfractaire durcie et cuite au four ; b) on introduit entre la surface extérieure 6 du tube réfractaire 5 et la surface intérieure 7 de la virole métallique 3 une composition réfractaire frittable 2 sensiblement sèche comprenant un liant minéral sensiblement sec durcissable à la chaleur ; c) on chauffe l'ensemble ainsi obtenu, dans une enceinte d'un type connu quelconque, non représentée, pour faire durcir la composition durcissable portée à une température suffisante pour obtenir le durcissement du liant. On a illustré à la figure 1 un support 4 horizontal comportant une cale annulaire 8 permettant la mise en place de la virole métallique 3, et un plot central 9 permettant de positionner le tube réfractaire 5 dans une position prédéterminée sensiblement coaxiale par rapport à la virole métallique 3. Le plot central présente en son milieu un trou central 10 adapté à recevoir l'extrémité inférieure 11 d'un axe central 12 portant des dispositifs de centrage 13, tels que des disques ou des croisillons, pour centrer l'axe 12 sensiblement dans l'axe du tube réfractaire 5. Il est en général plus simple de mettre en place d'abord le tube réfractaire 5, puis la virole métallique 3. L'axe 12 est plus haut que le tube 5 et la virole 3 et permet la mise en place d'un dispositif, d'un type connu quelconque, schématisé en 14, pour introduire la composition réfractaire durcissable et frittable 2 dans l'espace libre 20 ménagé entre la virole métallique 3 et le tube réfractaire 5. La composition réfractaire durcissable et frittable 2 est amenée dans le dispositif 14 par des moyens quelconques schématisés par la flèche 15, par exemple par une goulotte 16. Dans l'exemple représenté, le dispositif d'introduction 14 est un dispositif comportant une trémie annulaire permettant de distribuer en même temps la composition réfractaire 2 sur toute la périphérie de l'espace 20 entre la virole 3 et le tube réfractaire 5. Le distributeur 14 peut être remplacé par d'autres moyens équivalents quelconques, en particulier par des moyens pivotant autour de l'axe central 12. Dans l'exemple représenté, le tube réfractaire 5 présente à son extrémité inférieure en contact avec le support 4 une collerette 5a en saillie radialement vers l'extérieur et sensiblement en contact avec la surface intérieure 7 de la virole 3, de façon à retenir ladite composition réfractaire 2 dans l'espace 20 entre la virole 3 et le tube 5 avant le durcissement de ladite composition. On peut utiliser d'autres moyens connus quelconques non représentés, par exemple une collerette en tôle fixée à l'extrémité inférieure de la virole métallique 3, pour retenir la composition réfractaire 2 avant son durcissement dans l'espace 20. Le tube réfractaire 5 peut être un tube monobloc, ou être réalisé à partir de plusieurs viroles sensiblement coaxiales assemblées l'une sur l'autre, par exemple au moyen d'une colle minérale à base de silicate ou de phosphate. Le tube réfractaire 5 peut être réalisé en béton réfractaire, notamment en béton réfractaire autocoulable, par exemple à base d'alumine tabulaire. On sait qu'un tel béton auto-coulable coule facilement et peut remplir parfaitement la cavité de moulage dans laquelle il est versé, ce qui permet d'obtenir après cuisson au four à une température adéquate permettant d'obtenir la prise céramique ou hydraulique des particules constituant ce béton et l'élimination de l'eau de préparation et de constitution de ce béton, un tube réfractaire de dimensions relativement précises. Le tube réfractaire 5 a une forme sensiblement cylindrique. Ceci veut dire que la surface intérieure 18 et la surface extérieure 6 dudit tube 5 peuvent être parfaitement cylindriques ou que l'une ou l'autre ou chacune de ces deux surfaces peut être légèrement tronconique en s'évasant légèrement vers le haut ou vers le bas. De même, dans le cas où le tube réfractaire 5 est constitué de plusieurs viroles, ces viroles sont de préférence cylindriques mais pourraient également avoir leur surface intérieure et/ou leur surface extérieure légèrement tronconique. Les surfaces intérieure 18 et extérieure 6 du tube réfractaire 5 sont de préférence coaxiales, mais pourraient être en cas de besoin légèrement décalées l'une par rapport à l'autre. On peut réaliser un tube 5 ou des viroles ayant une épaisseur inférieure à 20 mm. La virole métallique 3 a une forme connue quelconque. Elle est de préférence équipée de moyens pour faciliter l'accrochage de la composition durcissable 2 une fois durcie sur la surface intérieure 7 de la virole 3. La virole 3 peut ainsi être de forme cylindrique, et présenter sur sa surface intérieure 7 des moyens, par exemple des aspérités en saillie vers l'intérieur ou vers l'extérieur, permettant l'accrochage de la composition réfractaire 2 après durcissement, et schématisés en 17 à la figure 1. Dans l'exemple représenté à la figure 2, la virole 3'a une forme légèrement tronconique s'évasant vers le haut. Ainsi, lorsque le tube de coulée 1 est, de façon classique connue, soutenu par des moyens, par exemple des oreilles, schématisées en 19 à la figure 2, en saillie vers l'extérieur par rapport à ladite virole 3, la composition réfractaire 2 durcie se trouve retenue dans sa position axiale par les aspérités 17 ou la forme de la surface intérieure 7 de la virole 3. Ainsi, et de façon classique, l'enveloppe métallique extérieure 3 permet une manutention aisée du tube de coulée 1 et assure l'étanchéité à l'air de ce tube 1 pour éviter tout contact entre le métal en fusion coulé à l'intérieur du tube, et l'oxygène de l'air. La composition réfractaire frittable 2 est par exemple à base de magnésie calcinée dite aussi cuite à mort. Sa granulométrie est choisie de façon à obtenir un écoulement très fluide de cette composition lors de son introduction à l'intérieur de l'espace 20 du tube 1. Cette poudre est par exemple formée de grains de dimension principale inférieure à 1 mm, bien que des grains plus gros soient admissibles en fonction de l'épaisseur de l'espace 20. Le liant minéral sensiblement sec durcissable à la chaleur est par exemple un métasilicate de sodium hydraté en poudre, utilisé par exemple dans une proportion comprise entre 0,1 et 5% du poids total de la composition. On sait qu'un tel liant fond vers 80 C en laissant s'échapper son eau de cristallisation et en durcissant. On obtient un durcissement de la masse 2 en chauffant le tube 1 à une température de l'ordre de 1800C. On peut également ajouter à la composition, notamment pour compenser le rôle de fondant tenu par le liant, d'autres constituants connus tels que poudre d'aluminium, à une teneur comprise entre 0,1 et 5%. On peut également rajouter des corps connus pour rendre la composition plus résistante à l'agression par le laitier, par exemple de la poudre de carbone ou de l'oxyde de chrome. La poudre ainsi introduite à l'intérieur du tube de coulée 1 a, par exemple, une masse volumique avant durcissement de l'ordre de 1,6 g/cm3, ce qui lui donne une certaine porosité et donc un pouvoir isolant réfractaire. On peut bien entendu vibrer le support 4 et le tube 1 pendant l'introduction de la composition réfractaire 2, de manière à diminuer la porosité et à augmenter la masse volumique de la masse réfractaire 2 une fois en place. On peut également modifier la granulométrie et/ou la composition chimique entre la poudre adaptée à remplir la partie inférieure de l'espace 20, d'une part, et celle destinée à remplir la partie supérieure de cet espace, pour modifier l'une ou l'autre des caractéristiques de la masse 2 après son durcissement. On peut ainsi diminuer la dimension moyenne des particules adaptées à remplir la partie inférieure de l'espace 20, pour augmenter la compacité et la densité de la masse 2 contenue dans la partie inférieure du tube 1, et/ou augmenter le pourcentage de poudre d'aluminium pour augmenter la résistance de la partie inférieure 21 du tube 1 à l'agression par le métal en fusion. On peut au contraire augmenter la proportion de fondant dans la poudre constituant la masse 2 contenue dans la partie supérieure de l'espace 20 pour faciliter le frittage de cette poudre qui n'est pas en contact avec le métal en fusion et est donc portée à une température inférieure à celle de la partie inférieure 21 du tube. Comme déjà dit ci-dessus, le tube de coulée 1 schématisé à la figure 2 a une enveloppe métallique extérieure 3 légèrement évasée vers le haut. Elle comporte au moins deux oreilles 19 permettant la manutention du tube de coulée 1. L'enveloppe métallique 3 porte également sur sa surface extérieure, de façon connue, des moyens, par exemple des plots schématisés en 24, permettant la fixation du tube de coulée 1, par exemple par vissage si ces plots sont disposés en hélice, sous la poche de coulée. Elle porte également un piquage tel que 25 permettant d'insuffler dans la masse poreuse un gaz inerte sous pression, par exemple de l'argon, pour empêcher l'aspiration d'air par le jet de métal en fusion. La partie inférieure 21 du tube de coulée 1, adaptée à être plongée dans le métal en fusion est, dans cet exemple, recouverte extérieurement par un manchon de protection 23 d'un type connu quelconque, réalisé par exemple en une composition frittable à base de poudre de magnésie, de fibres de papier et d'un liant. Le liant utilisé peut être un liant organique, par exemple un liant phénolique, dans la mesure où le dégagement d'hydrogène provoqué par la décomposition du liant au contact avec le métal en fusion se produit à l'extérieur du tube de coulée 1 et présente un risque très faible d'être capté par le métal en fusion. On a ainsi décrit un tube de coulée en plusieurs couches concentriques, de structure simple, de fabrication facile et rapide, n'utilisant que des matières peu onéreuses qu'il est facile d'utiliser. Un tel tube de coulée de prix très compétitif, peut facilement être adapté aux dimensions particulières des installations de chaque utilisateur. En particulier, on peut prévoir à la partie supérieure du tube 1 toute conformation, en particulier une collerette supérieure sur le tube réfractaire 5, permettant une fixation sensiblement étanche sous le dispositif d'obturation d'une poche de coulée. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation que l'on vient de décrire, et l'on peut apporter à ceux-ci de nombreux changements et modifications sans sortir du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour réaliser un tube de coulée (1), comprenant une étape de mise en place d'une masse réfractaire durcissable et frittable (2) à l'intérieur d'une virole métallique (3), et une étape de chauffage de l'ensemble pour faire durcir la masse durcissable, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : a) on installe sur un support (4), en position sensiblement verticale, une virole métallique (3) sensiblement cylindrique et, à l'intérieur de la virole métallique (3), sensiblement coaxialement à celle-ci, un tube (5) de forme sensiblement cylindrique en matière réfractaire durcie et cuite au four ; b) on introduit entre la surface extérieure (6) du tube réfractaire (5) et la surface intérieure (7) de la virole métallique (3) une composition réfractaire frittable sensiblement sèche comprenant un liant minéral sensiblement sec durcissable à la chaleur ; c) on chauffe l'ensemble pour faire durcir la composition durcissable. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réalise le tube réfractairè (5) en béton réfractaire auto-coulable, par exemple à base d'alumine tabulaire. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on utilise un tube réfractaire (5) monobloc ou réalisé à partir de plusieurs viroles coaxiales assemblées l'une sur l'autre. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on introduit dans l'espace (20) entre le tube réfractaire (5) et la virole métallique (3) une poudre dont la composition varie entre la partie inférieure (21) du tube (1), adaptée à être plongée dans le métal en fusion, et la partie supérieure (22) du tube (1). 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on utilise une poudre à base de magnésie ; 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on utilise pour la poudre un liant minéral durcissable à chaud du type métasilicate de sodium hydraté ; 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on vibre le tube (1) pendant l'introduction de la poudre et avant le durcissement ; 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications, caractérisé en ce que l'on recouvre la partie inférieure de la virole métallique (3) au moyen d'un manchon de protection (23). 9. Tube de coulée, caractérisé en ce qu'il est réalisé par la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 10. Tube de coulée selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte, sur sa face extérieure, des moyens en saillie (19) pour sa manutention, et/ou des moyens en saillie (24) pour sa fixation sous une poche, et/ou un piquage (25) pour injection d'un gaz inerte sous pression.