Brevet FR2884739A1 — publié le 20061027

Produits du type dry-spray pour la protection des moules de coulée centrifugée des tuyaux de fonte, en association avec un produit du type wet-spray Domaine de l'invention L'invention concerne un produit sous forme de poudre, du type dry-spray , destiné à la protection des moules utilisés pour la coulée centrifugée des tuyaux de fonte, en association avec un produit de sous-couche du type wet-spray ; les moules de coulée utilisés sont communément désignés sous le nom de coquilles . Etat de la technique Sauf mention contraire, toutes les valeurs relatives à des compositions chimiques sont exprimées en pourcentage massique. Les revêtements utilisés pour la protection des coquilles de coulée centrifugée des tuyaux de fonte peuvent être constitués d'inoculants et de matériaux réfractaires en poudre, ainsi que de mélanges de silice et de bentonite, mis en place par projection d'une suspension aqueuse. De tels revêtements sont décrits par exemple dans le brevet US 4.058.153 de Pont-AMousson et sont connus sous le nom de wet-spray . Il est également usuel d'utiliser des poudres projetées à sec sur la coquille avant coulée de la fonte, poudres désignées alors par le nom de dry-spray . Dans le cas de tuyaux d'un diamètre supérieur typiquement à 400 mm, il est courant d'associer les deux types de produit, c'est à dire: Une première couche du type wet-spray , constituée d'un mélange de silice et de bentonite, séchant rapidement après projection sur la coquille chaude, Une deuxième couche du type dry-spray projetée sur la première couche avant coulée de la fonte. Quelle que soit la technique mise en oeuvre pour leur dépôt, ces produits sont utilisés dans plusieurs buts, notamment: - Obtenir un effet d'agent de démoulage, c'est à dire facilitant l'extraction du tuyau du moule après solidification, - Obtenir un effet de barrière thermique limitant la montée en température de la coquille et contribuant ainsi à augmenter sa durée de vie, - Obtenir un effet anti-piqûre c'est à dire limitant le risque d'apparition de piqûres à la surface des tuyaux, -Obtenir un ultime effet inoculant sur la fonte coulée de façon à contrôler la structure métallurgique du tuyau. Il est bien connu qu'une inoculation insuffisante entraîne dans la fonte la formation de carbures, un retrait important au refroidissement et un démoulage rapide, gage d'une productivité élevée. Mais les pièces ainsi obtenues nécessitent un traitement thermique ultérieur qui peut s'avérer coûteux. On peut, selon les cas, préférer inoculer davantage, quitte à ralentir la cadence de production pour éviter le traitement thermique final, ou au contraire inoculer peu, pousser la productivité, et traiter thermiquement la pièce en fonte en aval. Le pouvoir inoculant du produit peut donc se positionner dans des limites assez larges; par contre les autres effets demandés sont l'objet d'exigences plus constantes. Dans le cas spécifique des dry-spray déposés sur une première couche de wet-spray , ceux ci doivent de plus permettre au wet-spray de rester accroché sur le tuyau lors de son démoulage pour éviter son accumulation et la formation de crasses dans la coquille avec le risque de les entraîner dans la fonte lors de la coulée formant ainsi des défauts d'inclusions dans le tuyau, ou de créer des défauts de surface sur ce même tuyau. Les dry-spray sont donc en général constitués d'un mélange de plusieurs composants dont: - Un inoculant d'efficacité plus ou moins forte, qui peut constituer typiquement 30 à 100 % du produit; peuvent être utilisés à cette fin, par exemple, des alliages de type ferro- silicium contenant 0,1 à 4 % d'aluminium ainsi que 0,1 à 4 % de calcium, et éventuellement d'autres éléments susceptibles d'apporter à la fonte un effet métallurgique supplémentaire ou complémentaire. - Des poudres d'éléments ou d'alliages conférant spécifiquement un effet anti-piqûre: il peut s'agir typiquement des éléments ou d'alliages des éléments réducteurs de la colonne 2 de la classification de Mendeleïev, par exemple des alliages silicium-calcium industriels à forte teneur en calcium comme notamment l'alliage connu sous l'appellation CaSi à environ 30 % de Ca. -Une charge minérale inerte, par exemple de la silice, qui peut constituer jusqu'à 70 % du produit. Dans le cas spécifique des dry-spray déposés sur une première couche de wet-spray , de tels mélanges ne permettent pas d'atteindre l'un des objectifs recherchés, à savoir celui de permettre au wet-spray de rester accroché sur le tuyau lors de son démoulage. A cette fin on utilise couramment comme dry-spray une poudre généralement constituée de l'alliage du type CaSi tel que précité. Toutefois, si ce type de poudre permet effectivement d'assurer l'accrochage du wet-spray sur le tuyau, elle n'est pas réellement satisfaisante pour ce qui est des autres effets précités dont notamment l'effet inoculant et plus généralement les effets relatifs au contrôle de la structure métallographique du tuyau en fonte. Objet de l'invention: L'invention a pour objet un produit en poudre, pour la protection des moules, ou coquilles, utilisés pour la coulée centrifugée des tuyaux de fonte, selon un procédé comportant les étapes suivantes: Création d'une première couche, du type connu sous le nom de wet-spray , sur la 25 surface interne de la coquille, par projection d'une suspension aqueuse d'un mélange de silice et de bentonite sur ladite surface interne de la coquille chaude, Projection à sec sur ladite première couche dudit produit en poudre comportant un alliage ou un mélange d'alliages métallique(s) inoculant(s), éventuellement des poudres d'éléments ou alliages réducteurs à effet anti-piqûres, éventuellement une charge minérale inerte, - Coulée centrifugée du tuyau de fonte, Démoulage du tuyau de fonte, ledit produit étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un adjuvant destiné à assurer l'accrochage sur le tuyau de fonte, lors de son démoulage, du wet-spray initialement déposé sur la coquille. Selon un mode de réalisation avantageuse, l'adjuvant est un carbonate alcalin; selon un autre mode, il s'agit d'un silicate alcalin. Il peut également s'agir d'un mélange en proportions quelconques d'un ou plusieurs carbonate(s) alcalin(s) et/ou d'un ou plusieurs silicate(s) alcalin(s). De préférence, le silicate alcalin est du silicate de sodium dans lequel le ratio de la teneur massique en composant SiO2 rapportée à celle du composant Na2O varie de 1 à 3. Selon un autre mode de réalisation préférentielle, l'adjuvant est du méta silicate de sodium anhydre. Enfin, selon un mode de réalisation avantageuse, la proportion massique d'adjuvant dans ledit produit est comprise entre 3 et 25 %. Description de l'invention: Les produits en poudre de l'art antérieur, utilisés comme dry-spray pour la protection des moules de coulée centrifugée des tuyaux de fonte et projetés à sec sur une première couche du type wet-spray préalablement obtenue par projection d'une suspension aqueuse d'un mélange de silice et de bentonite sur la coquille chaude, présentent quelques inconvénients. En effet, s'ils sont constitués, comme les dry-spray pulvérisés à sec directement sur la coquille, de plusieurs composants dont notamment: - Un inoculant constituant typiquement 30 à 100 % du produit et typiquement à base d'alliages de type ferro-silicium contenant 0,1 à 4 % d'aluminium et de calcium, éventuellement associé à d'autres éléments susceptibles d'apporter à la fonte un effet métallurgique supplémentaire ou complémentaire, - Des poudres d'éléments ou d'alliages d'éléments réducteurs conférant spécifiquement un effet anti-piqûre, par exemple des alliages de silicium à forte teneur en calcium comme 30 notamment l'alliage du type CaSi à environ 30 % de Ca, -Une charge minérale inerte, par exemple de la silice, qui peut constituer jusqu'à 70 % du produit, ils ne permettent pas au wet-spray de rester accroché sur le tuyau lors de son démoulage, contribuant ainsi à augmenter les risques d'encrassement des coquilles et de formation d'inclusions dans la fonte, cet encrassement pouvant également se traduire, outre les inclusions, par des défauts de surface sur les tuyaux. La charge minérale inerte en quantité trop importante présente le même risque. Une solution consiste à augmenter la teneur en alliage CaSi du dryspray , 5 généralement même jusqu'à 100 %. Toutefois, si l'effet recherché d'accrochage du wet-spray sur le tuyau lors de son démoulage est nettement amélioré, les autres effets recherchés s'en trouvent dégradés. En effet, bien que l'alliage CaSi soit en lui-même légèrement inoculant, il ne permet pas seul d'assurer le contrôle de la structure métallographique de la fonte constituant le tuyau de façon aussi efficace que les mélanges décrits auparavant. Accroître sa quantité pour augmenter son effet débouche sur le même inconvénient que cité précédemment, à savoir la formation de crasses dans les coquilles et plus particulièrement dans les zones de son empreinte correspondant aux emboîtements des tuyaux; ce phénomène se traduit par des défauts d'inclusion ou de surface sur le tuyau, entraînant généralement son rebut. Pour pallier ces inconvénients, la demanderesse a donc cherché à obtenir un produit en poudre du type dry-spray à effet composite, c'est à dire conférant à la fois l'effet d'accrochage du wet-spray sur le tuyau lors de son démoulage et les autres effets anti-piqûres, d'inoculation et de contrôle de la structure métallographique de la fonte. Ce résultat a pu être obtenu par un dry-spray constitué : D'une part, pour 75 à 97 %, d'une poudre du type dry-spray habituel contenant un mélange de plusieurs composants dont: Un ou plusieurs produit(s) inoculant(s) dans les compositions, proportions et 25 granulométries usuelles pour les dry-spray , tels que pré-cités, Eventuellement une ou des poudre(s) d'élément(s) ou d'alliages apportant des éléments réducteurs conférant en particulier un effet anti-piqûre, tels que notamment Mg, Zn, Al, Ça.... Eventuellement une charge minérale inerte, par exemple de la silice, mais ne contenant pas ou peu d'alliage du type CaSi , D'autre part, de 3 à 25 % d'un adjuvant destiné spécifiquement à assurer l'accrochage du wetspray sur le tuyau lors de son démoulage. Cet adjuvant peut être avantageusement un carbonate alcalin ou un silicate alcalin, notamment de sodium dans lequel le ratio de la teneur massique en composant SiO2 rapportée à celle du composant Na2O varie de 1 à 3, ou encore un mélange en proportions quelconques de l'un ou plusieurs de ces adjuvants à savoir carbonate(s) alcalin(s) et/ou silicate(s) alcalin(s), ou enfin du méta silicate de sodium anhydre, dans tous les cas de granulométrie inférieure à 350 m. La granulométrie du produit en poudre selon l'invention est inférieure à 580.im et de préférence à 250 m. Exemples: L'efficacité du collage du wet-spray peut être caractérisée par le pourcentage de la surface l0 extérieure du tuyau où le wet-spray n'est pas resté accroché. Dans tous les exemples ci-après on dépose d'abord sur la coquille chaude un wet-spray contenant, après séchage, 95 % de silice (sous forme de diatomite) et 1 % de CaO ainsi que 3 % d'alumine apportés par de la bentonite. Le dry-spray est ensuite déposé sur le wet-spray , après son séchage du fait de la seule 15 chaleur de la coquille, selon les techniques classiques de dépôt pour ce type de produit. Exemple N 1: On utilise à titre d'essai de référence un dry-spray , constitué à 100% d'alliage CaSi 20 contenant 61,1 % de Si, 30,4 % de Ca et 1,21 % d'Al, et dont la granulométrie est caractérisée par un passant à 63 m de 25 % et un passant à 200 m de 98 %. Ce produit donne des résultats satisfaisants: les tuyaux sont pratiquement exempts de piqûres; les quelques piqûres présentes sont peu profondes et permettent de respecter le cahier des charges; le taux de carbures est de 8 % et on note une épaisseur de fonte ferritique de 35 m en surface externe du tuyau. Lors du démoulage du tuyau, on constate que sur 2 % de sa surface le wet-spray n'est pas resté accroché. Les crasses se concentrent dans l'emboîtement et y forment un liseré d'une épaisseur de 15 mm. Exemple N 2: On a préparé un mélange à partir des constituants suivants: 93 % de ferrosilicium à 65,5 % de Si, 1,3 % de Ca et 0,95 % d'Al, de granulométrie inférieure à 200 m, 3 % de Mg métallique en poudre de granulométrie comprise entre 200 et 400 m, 4 % de spath fluor de granulométrie inférieure à 150 m. La mesure de la granulométrie montre qu'il possède un passant à 63 m de 28 % et un passant à 200!lm de 97 %. Utilisé dans les mêmes conditions que dans l'exemple n 1, ce produit donne les résultats suivants: les tuyaux sont pratiquement exempts de piqûres; les quelques piqûres présentes sont peu profondes et permettent de respecter le cahier des charges; le taux de carbures est de 10 % et on note une épaisseur de fonte ferritique de 30 gm en surface externe du tuyau. Ces résultats sont satisfaisants. L'épaisseur du liseré de crasses dans l'emboîtement n'est plus que de 5 mm. Par contre le pourcentage de la surface du tuyau sans wet-spray s'élève à 60 %. Il apparaît clairement que le dry-spray de type classique (exemple n 2) a un effet métallurgique très proche de celui d'un dry-spray constitué d'alliage CaSi seul; par contre, il est nettement moins sujet à la formation de crasses, mais aussi nettement moins efficace quant à l'accrochage du wet-spray sur le tuyau. Exemple N 3: On a préparé un mélange à partir des constituants suivants: 77 % de ferrosilicium à 65,5 % de Si, 1,3 % de Ca et 0,95 % d'Al, de granulométrie inférieure à 200 m, 3 % de Mg métallique en poudre de granulométrie comprise entre 200 et 300 m, 20 % de méta silicate de sodium anhydre de granulométrie inférieure à 350 m. La mesure de la granulométrie montre qu'il possède un passant à 63 gm de 24 % et un passant à 200 m de 95 %. Utilisé dans les mêmes conditions que dans l'exemple n 1, ce produit a donné des résultats satisfaisants pour l'ensemble des paramètres: les tuyaux sont pratiquement exempts de piqûres; les quelques piqûres présentes sont peu profondes et permettent de respecter le cahier des charges; le taux de carbures est de 10 % et on note une épaisseur de fonte ferritique de 35 m en surface externe du tuyau. L'épaisseur du liseré de crasses dans l'emboîtement est de 7 mm. Le pourcentage de la surface du tuyau sans wet-spray n'est plus que de 3 %. On constate donc un effet métallurgique analogue à celui d'un dry-spray classique (exemple n 2), mais avec une efficacité excellente quant à l'accrochage du wet-spray sur le tuyau et une tendance très faible à la formation de crasses (très inférieure à celle d'un dry-spray constitué d'alliage CaSi seul et analogue à celle d'un dry-spray de type classique sur un essai ponctuel mais avec un risque nettement réduit lors d'une utilisation en continue du fait de l'accrochage nettement amélioré du wet-spray sur le tuyau). 15 20 25 30 35 40 Revendications 1. Produit en poudre, pour la protection des moules, ou coquilles, utilisés pour la coulée centrifugée des tuyaux de fonte, selon un procédé comportant les étapes suivantes: Création d'une première couche, du type connu sous le nom de wet-spray , sur la surface interne de la coquille, par projection d'une suspension aqueuse d'un mélange de silice et de bentonite sur ladite surface interne de la coquille chaude, Projection à sec sur ladite première couche dudit produit en poudre comportant un alliage ou un mélange d'alliages métallique(s) inoculant(s), éventuellement des poudres d'éléments ou alliages réducteurs à effet antipiqûres, éventuellement une charge minérale inerte, - Coulée centrifugée du tuyau de fonte, Démoulage du tuyau de fonte, ledit produit étant caractérisé en ce qu'il comporte en outre au moins un adjuvant destiné à assurer l'accrochage sur le tuyau de fonte, lors de son démoulage, du wet-spray initialement déposé sur la coquille. 2. Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'adjuvant est un carbonate alcalin. 3. Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'adjuvant est un silicate alcalin. 4. Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'adjuvant est un mélange en proportions quelconques d'un ou plusieurs carbonate(s) alcalin(s) et/ou d'un ou plusieurs 25 silicate(s) alcalin(s). 5. Produit selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que le silicate alcalin est du silicate de sodium dans lequel le ratio de la teneur massique en composant SiO2 rapportée à celle du composant Na2O varie de 1 à 3. 6. Produit selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'adjuvant est du méta silicate de sodium anhydre. 7. Produit selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la proportion massique d'adjuvant dans ledit produit est comprise entre 3 et 25 %. 10 15 20 25