Brevet FR3100727A1 — publié le 20210319

L’invention concerne un garnissage réfractaire (5) pour revêtement interne d’une carcasse métallique externe (2) d’un four de fonderie, par exemple pour la fonte d’alliages d’aluminium ou de métaux non ferreux, comprenant une voûte surplombant une cuve (10) munie d’une paroi (10b) de fond/sole et de parois latérales/murs (10a), les parois (10a ; 10b) de ladite cuve (10) comportant au moins, de l’extérieur vers l’intérieur, une sous-couche externe ultra isolante (11), une ou plusieurs sous-couche(s) intermédiaire(s) isolante(s) (12 ; 13), et une couche interne en béton alumineux dense (17) formant une couche d’usure prévue pour être au contact direct dudit métal liquide fondu, caractérisé en ce que les parois (10a ; 10b) de ladite cuve (10) comporte en outre, entre la/les sous-couche(s) intermédiaire(s) isolante(s) (12 ; 13) et la couche interne de béton alumineux dense (17), au moins une parmi une sous-couche de sécurité anti-infiltration (16) et une couche intermédiaire (15) réalisée en mica. Figure pour l’abrégé : Fig. 4 Garnissage réfractaire pour revêtement interne d’une carcasse métallique externe d’un four de fonderie Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un garnissage réfractaire pour revêtement interne d’une carcasse métallique externe d’un four de fonderie. Elle s’applique, en particulier à l’industrie des fonderies d’alliages légers d’aluminium et non ferreux et dans tous types de secteur d’activité (automobile, aéronautique, industrie mécanique, bâtiment, etc.). Elle est également applicable dans le domaine des fonderies de matériaux ferreux. Actuellement, les fours de fusion ou de maintien en température pour le métal nécessitent la réalisation d’un coffrage pour le coulage des bétons utilisés pour les parois (sole, voûte, murs). Pour la réalisation de la sous-couche isolante de sécurité et de la voute, le coulage sous coffrage du béton isolant apporte en général entre 15 à 45% d’eau de gâchage. Pour la réalisation de la couche d’usure en béton dense, le coulage sous coffrage apporte en général de 5 à 10% d’eau de gâchage. Une grande quantité d’eau est donc nécessaire. Or, un problème récurrent et inévitable avec un garnissage réfractaire traditionnel par coulage/vibration sous coffrage est la formation d’un phénomène de gazage du métal par une humidité résiduelle des réfractaires encore trop importante à cause d’un séchage insuffisant ou inefficace. Les fours de maintien/coulé basse-pression sont très sensibles à la présence d’humidité car il est très difficile voire impossible de l’évacuer après sa mise en métal. La température de l’aluminium à 750°c est insuffisante dans l’équilibre thermique du four pour pouvoir chasser efficacement l’humidité dans le garnissage réfractaire, ce qui crée inexorablement de gros problèmes de défauts de gazage du métal et des couts élevés de non conformités. La mise en production d’un four aluminium traditionnel requiert un délai de séchage minimal de 8 jours sans pour autant garantir un métal non gazé lors de la mise en production. La présence d’un métal gazé peut être constatée après le moulage des pièces moulées dans le cas des fours basse-pression ce qui traduit par une perte de production et des couts de non qualité. Le constat d’un métal gazé oblige à traiter le métal par des cannes de dégazage avant production. Les conditions de la mise en œuvre par coulage/vibration du béton dans un coffrage bois réalisé dans le four s’effectue dans le sens vertical pour les parois et à plat pour la sole. La densification du béton par vibration crée du bullage sur les surfaces verticales du coffrage, ne garantissant pas une fermeture optimale de la porosité du béton au contact de la face de feu et de l’aluminium liquide. Une vibration et une teneur en haut généralement visée au maximum des spécifications de la fiche technique ne sont pas optimales, de sorte que les caractéristiques mécaniques s’en trouvent affaiblies et la porosité augmentée. Une teneur en eau aux limites supérieures ainsi qu’un risque réel de sur-vibration ont pour conséquence la formation d’une ségrégation de la matrice du béton, se traduisant par une remontée des fines du béton. Ce phénomène est critique dans le cas du coulage de grandes surfaces planes telles que les soles de four. Par ailleurs, de manière connue, les garnissages réfractaires sont sollicités aux hautes températures, à l’encrassement, au traitement métallurgique, aux chocs thermiques, aux chocs mécaniques & thermomécaniques, à l’usure par réaction chimique et à l’encrassement par réaction chimiques. L’objectif de la présente invention est la mise en production rapide d’un four de fonderie de maintien/coulée pour produire des pièces de moulage avec un métal non gazé après une réfection complète du garnissage réfractaire. A cet effet, divers critères ou contraintes ont été pris en considération pour la conception novatrice de ce garnissage, à savoir la réduction des déperditions thermiques et de l’encrassement par réaction chimique (corindon), la qualité de l’alliage à élaborer, la densité du métal fusionné, l’optimisation de la température de fusion/maintien du four, le tonnage de métal à produire, la facilité d’entretien du four par le personnel en cours de production ou à froid en période d’arrêt. Présentation de l'invention La présente invention vise à remédier à ces inconvénients avec une approche totalement novatrice, fiable, résistante et économe en énergie. A cet effet, selon un premier aspect, la présente invention se rapporte à un garnissage réfractaire pour revêtement interne d’une carcasse métallique externe d’un four de fonderie, par exemple pour la fonte d’alliages d’aluminium ou de métaux non ferreux, comprenant une voûte surplombant une cuve munie d’une paroi de fond/sole et de parois latérales/murs, les parois de ladite cuve comportant au moins, de l’extérieur vers l’intérieur, une sous-couche externe ultra isolante, une ou plusieurs sous-couche(s) intermédiaire(s) isolante(s), et une couche interne en béton alumineux dense formant une couche d’usure prévue pour être au contact direct dudit métal liquide fondu, caractérisé en ce que les parois de ladite cuve comporte en outre, entre la/les sous-couche(s) intermédiaire(s) isolante(s) et la couche interne de béton alumineux dense, au moins une parmi une sous-couche de sécurité anti-infiltration et une couche intermédiaire réalisée en mica. L’invention est mise en œuvre selon les modes de réalisation et les variantes exposées ci-après, lesquelles sont à considérer individuellement ou selon toute combinaison techniquement opérante. Avantageusement, les parois de la cuve comporte une couche de sécurité anti-infiltration disposée entre la/les sous-couche(s) intermédiaire(s) isolante(s) et la couche interne de béton alumineux dense, et une feuille de mica disposée entre ladite couche de sécurité anti-infiltration et la/les sous-couche(s) intermédiaire(s) isolante(s). Selon un aspect complémentaire, une couche de feutre est disposée entre la feuille de mica et la sous-couche intermédiaire isolante. Selon un mode préféré de réalisation, la sous-couche externe ultra-isolante est réalisée en produit micro poreux à base de substances silicatées minérales telles que des silices pyrogénées, combinées à du carbure de silicium, et se présente par exemple sous la forme de panneaux rigides. De même, la couche interne d’usure est un béton alumineux dense titrant une teneur en Al 2 O 3 comprise entre environ 45 et 95%. la couche interne d’usure est quant à elle un béton avec des additifs de non mouillabilité vis-à-vis des alliages d’aluminium. Enfin, la sous-couche de sécurité anti-infiltration est une masse sèche alumineuse titrant une teneur en Al 2 O 3 comprise entre environ 42 et 80%. Avantageusement, chaque sous-couche intermédiaire isolante est constituée soit de panneaux isolants rigide à base de silicate de calcium, de silice/alumine ou de silice/magnésie, soit de briques isolantes à base de terre silico-argileuse et/ou de silicate de calcium. Selon un mode particulier de réalisation, la couche interne d’usure de la paroi de fond et/ou des parois latérales est réalisée en plusieurs portions reliées entre elles deux à deux par un joint de dilatation chicané pour réduire/empêcher les infiltrations de métal liquide ou gazeux en direction des autres couches plus externes. Avantageusement, chaque joint chicané présente une section transversale en forme de demi rond entouré latéralement de part et d’autre d’un méplat de manière à former une chicane à section sensiblement circulaire remplie de béton réfractaire ou d’une masse plastique réfractaire. Plus précisément, la couche interne d’usure présente, au niveau de sa jonction entre les parois latérales et la paroi de fond, un second joint de dilatation plan de quelques millimètres avec dépouille, ledit joint plan étant rempli d’un ciment réfractaire de type plastique ou coulis. Selon un autre aspect de la présente invention, la voûte comporte, de l’extérieur vers l’intérieur, une sous-couche externe ultra isolante, une ou plusieurs sous-couche(s) intermédiaire(s) isolante(s), une couche de ciment plastique et une couche interne en béton réfractaire formant une couche d’usure. De manière préférée, la couche interne d’usure est un béton réfractaire titrant une teneur en Al 2 O 3 comprise entre environ 38 et 45% dans le cas d’un four électrique et de entre environ 42 et 88% dans le cas d’un four à gaz. Avantageusement, la couche interne d’usure de la cuve est recouverte d’un ciment plastique anti-scories. De même, la couche interne d’usure de la voûte est recouverte d’un enduit liquide anti-scories. Enfin, le garnissage présente au moins une paroi interne suspendue formant barrage pour séparer la cuve en plusieurs volumes distincts formant chacun un bain, par exemple au moins un auget de remplissage, un bassin de fusion/maintien, et un auget de puisage. Brève description des figures D’autres avantages, buts et caractéristiques de la présente invention ressortent de la description qui suit faite, dans un but explicatif et nullement limitatif, en regard des dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une vue en perspective d’un four de fonderie, la figure 2 est une vue en perspective d’une partie inférieure d’un garnissage de four de fonderie, la figure 3 est une vue de dessus de la figure 2, la figure 4 est une vue en coupe transversale de la figure 3, la figure 5 est une variante de la figure 4, la figure 6 est une vue en coupe transversale d’une partie supérieure d’un garnissage de four de fusion. Garnissage réfractaire (5) pour revêtement interne d’une carcasse métallique externe (2) d’un four (1) de fonderie, par exemple pour la fonte d’alliages d’aluminium ou de métaux non ferreux, comprenant une voûte (20) surplombant une cuve (10) munie d’une paroi (10b) de fond/sole et de parois latérales/murs (10a), les parois (10a ; 10b) de ladite cuve (10) comportant au moins, de l’extérieur vers l’intérieur, une sous-couche externe ultra isolante (11), une ou plusieurs sous-couche(s) intermédiaire(s) isolante(s) (12 ; 13), et une couche interne en béton alumineux dense (17) formant une couche d’usure prévue pour être au contact direct dudit métal liquide fondu, caractérisé en ce que les parois (10a ; 10b) de ladite cuve (10) comporte en outre, entre la/les sous-couche(s) intermédiaire(s) isolante(s) (12 ; 13) et la couche interne de béton alumineux dense (17), au moins une parmi une sous-couche de sécurité anti-infiltration (16) et une couche intermédiaire (15) réalisée en mica. Garnissage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parois de la cuve (10) comporte : - une couche de sécurité anti-infiltration (16) disposée entre la/les sous-couche(s) intermédiaire(s) isolante(s) (12 ; 13) et la couche interne de béton alumineux dense (17), et - une feuille de mica (15) disposée entre ladite couche de sécurité anti-infiltration (16) et la/les sous-couche(s) intermédiaire(s) isolante(s) (12 ; 13). Garnissage (5) selon la revendication 2, caractérisé en ce qu’une couche de feutre (14) est disposée entre la feuille de mica (15) et la sous-couche intermédiaire isolante (12 ; 13). Garnissage (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sous-couche externe ultra-isolante (11) est réalisée en produit micro poreux à base de substances silicatées minérales telles que des silices pyrogénées, combinées à du carbure de silicium, et se présente par exemple sous la forme de panneaux rigides. Garnissage (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche interne d’usure (17) est un béton alumineux dense titrant une teneur en Al 2 O 3 comprise entre environ 45 et 95%. Garnissage (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche interne d’usure (17) est un béton avec des additifs de non mouillabilité vis-à-vis des alliages d’aluminium. Garnissage (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sous-couche de sécurité anti-infiltration (16) est une masse sèche alumineuse titrant une teneur en Al 2 O 3 comprise entre environ 42 et 80%. Garnissage (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque sous-couche intermédiaire isolante (12 ; 13) est constituée : - soit de panneaux isolants rigide à base de silicate de calcium, de silice/alumine ou de silice/magnésie, - soit de briques isolantes à base de terre silico-argileuse et/ou de silicate de calcium. Garnissage (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche interne d’usure (17) de la paroi de fond (10b) et/ou des parois latérales (10a) est réalisée en plusieurs portions reliées entre elles deux à deux par un joint de dilatation chicané (18) pour réduire/empêcher les infiltrations de métal liquide ou gazeux en direction des autres couches plus externes. Garnissage (5) selon la revendication 9, caractérisé en ce que chaque joint chicané (18) présente une section transversale en forme de demi rond entouré latéralement de part et d’autre d’un méplat de manière à former une chicane à section sensiblement circulaire remplie de béton réfractaire ou d’une masse plastique réfractaire. Garnissage (5) selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que la couche interne d’usure (17) présente, au niveau de sa jonction entre les parois latérales (10a) et la paroi de fond (10b), un second joint de dilatation plan (19) de quelques millimètres avec dépouille, ledit joint plan étant rempli d’un ciment réfractaire de type plastique ou coulis. Garnissage (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la voûte (20) comporte, de l’extérieur vers l’intérieur, une sous-couche externe ultra isolante (21), une ou plusieurs sous-couche(s) intermédiaire(s) isolante(s) (22), une couche de ciment plastique (25) et une couche interne (27) en béton réfractaire formant une couche d’usure. Garnissage (5) selon la revendication 12, caractérisé en ce que la couche interne d’usure (27) est un béton réfractaire titrant une teneur en Al 2 O 3 comprise entre environ 38 et 45% dans le cas d’un four électrique et entre environ 42 et 88% dans le cas d’un four à gaz. Garnissage (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche interne d’usure (17) de la cuve (10) est recouverte d’un ciment plastique anti-scories. Garnissage (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche interne d’usure (27) de la voûte (20) est recouverte d’un enduit liquide anti-scories. Garnissage (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il présente au moins une paroi interne suspendue (6 ; 7) formant barrage pour séparer la cuve en plusieurs volumes distincts formant chacun un bain, par exemple au moins un auget de remplissage (4), un bassin de fusion/maintien (8), et un auget de puisage (3).