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PERFECTIONNEMENTS APPORTES AUX MASSELOTTES.POUR LINGOTIERES ET
ANALOGUES.
La présente invention concerne des masselottes ou hausses pour lin- gotières ou autres moules pour la coulée de l'acier et d'autres métaux.
On sait quune hausse ou, comme on l'appelle parfois, une "tête chaude", consiste en une réserve de métal en fusion, prévue à l'extrémité supé- rieure d'un. moule rempli de métal, en vue de maintenir une alimentation en mé- tal en fusion pouvant descendre dans les cavités et les interstices qui se présentent généralement à l'extrémité supérieure du corps principal qui consti- tue le lingot ou le moulage.
Dans les hausses établies selon la pratique courante, on a consta- té que, afin de remplir la condition ci-dessus, le poids du métal que l'on peut laisser se solidifier dans la hausse doit s'élever en moyenne à 15 % environ du poids total du lingot ou d'un autre moulage en cours d'exécutiono Cette quantité de métal, qui fait partie du lingot ou du moulage obtenu, doit toujours être chutée,en raison de son caractère défectueux, au cours du traitement ul- térieur de ce lingot ou moulageo @
On sait également que la réserve de métal en fusion comprise dans la hausse est contenue dans un assemblage réfractaire constitué par des blocs réfractaires solides ou plaques réfractaires, ci-après dénommées dalles,
fixées convenablement les unes aux autres ou maintenues à l'intérieur d'une enceinte non réfractaire formée par la partie supérieure du moule ou par un châssis pla- ,ce sur celle-ci de façon à formera une enceinte en forme de caisson, ouverte au- dessus et au-dessous.
La perte de chaleur par transmission de la réserve de métal en fu- sion à la paroi réfractaire formée par les dallestout en étant inférieure à ce qu'elle aurait été s'il s'agissait d'une paroi métallique est néanmoins appréciable et provoque une solidification instantanée du métal sur la pa@ei,
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ce qui constitue un facteur important dans la détermination de la quantité de chutage du lingot. On a démontré que, pendant la période de solidification, la perte de chaleur par transmission à la paroi réfractaire dépend dans une grande mesure de la capacité calorifique de la matière réfractaire et, dans une mesure moindre, de la conduction vers le châssis ou le dessus du moule, qui entoure la paroi réfractaire.
L'emploi, dans une mesure tant soit peu importante, de matières ayant une chaleur spécifique ou une conductivité moindres, en lieu et place des matières consistant essentiellement en argile réfractaire, telles qu'uti- lisées, n'offre pas un intérêt pratique. Ceci est dû au fait que ces autres matières permettent toujours un nombre d'utilisations inférieur à celui réali- sable avec les dalles en argile réfractaire, lesquelles peuvent être employées huit à seize fois,mais généralement pas plus de douze fois.
La nature des argiles réfractaires est telle qu'elle oblige de prendre en considération certaines précautions lors de la transformation de celles-ci en dalles réfractaires et autres produits réfractaires, afin que ceux-ci puis- sent résister avec certitude aux températures élevées auxquelles il sont soumis pendant leur emploi et à la manipulation très brutale à laquelle ils sont sou- mis depuis le moment de leur achèvement jusqu'à celui de leur mise en service.
Pour satisfaire à ces exigences, les dalles réfractaires doivent présenter une épaisseur minima par rapport à leurs dimensions; jusqu'à présent, elles présentaient généralement une épaisseur minima de un et un quart de pouce à un et un demi-pouce (un pouce = 2,54 cm).
En outre, pendant assez longtemps, on était d'avis que, plus les dalles de la hausse étaient épaisses, et plus grand était leur pouvoir de con- server la chaleur dans l'intérieur de la hausse ; toutefois, en dépit de cette épaisseur quelque peu élevée, la désintégration en cours de service, des dalles courantes pour hausses a lieu généralement au bout de huit à douze utilisations.
La cause du mécompte réside dans une chute de température abrupte qui se produit, dans la face de la dalle, en contact avec le métal en fusion. Il en résulte la formation d'une zone vitrifiée ou modifiée physiquement, nettement délimitée, qui ne comprend qu'une faible partie de l'épaisseur de la dalle en partant de la face chaude de celle-ci, cependant que la partie restante de l'épaisseur de la dalle constitue une zone essentiellement non modifiée, contiguë à la pre- mière. Le fait que la zone modifiée affecte seulement une faible épaisseur, laquelle, comme on l'a cpnstaté dans certains cas, peut être inférieure à un demi-pouce, indique que, au-delà de cette épaisseur, le reste de l'épaisseur de la dalle ne sert qu'à déterminer l'évacuation, inutile, d'une certaine quan- tité de chaleur depuis le métal en fusion.
Vu la dilatation inégale entre les deux zones adjacentes, à savoir la zone vitrifiée et la zone non modifiée, il se produit une crevasse à la jonc- tion de ces zones, parallèlement à la face chaude, créant ainsi deux couches distinctes. Cette couche vitrifiée se détache parfois en totalité ou en partie et tombe dans la réserve de métal en fusion ou, même lorsque cette chute ne se produit pas, cette couche se détache nettement sous la forme d'une lame dis- tincte lors du démoulage du lingot ou de la pièce moulée, après quoi la dalle devient inutilisable. Par conséquent, s'il était possible d'exécuter et d'em- ployer une dalle réfractaire d'une épaisseur limitée à la valeur habituelle de l'épaisseur de la couche vitrifiée, cette dalle répondrait aux conditions auxquelles doivent satisfaire les dalles utilisées pour les hausses.
Cependant, il est malheureusement impossible d'utiliser des dalles d'une épaisseur aussi réduite, cela pour les raisons déjà indiquées, la présente invention ayant pour but d'établir une dalle réfractaire de construction perfectionnée, qui offrira l'avantage recherché de posséder généralement une faible capacité du point de vue du transfert de la chaleur et une faible conductivité, sans présenter les désavantages indiqués ci-dessus.
L'invention vise en outre à apporter des perfectionnements aux haus- ses, afin que la perte de chaleur par transmission de la réserve de métal en fusion à la paroi réfractaire formée par les dalles soit réduite, de façon à permettre une réduction du volume de la hausse, assurant ainsi une augmentation
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de la proportion de métal sain dans le lingot ou moulage.
L'invention vise également à établir une dalle réfractaire de cons- truction perfectionnée telle que le nombre de ses utilisations soit augmenté dans une large mesure, réduisant ainsi le nombre de dalles nécessaires pour un débit donné de lingots ou moulages, et réduisant aussi la main-d'oeuvre nécessaire pour les remplacements, de même que les retards occasionnés par ceux- ci.
L'invention vise aussi à réduire le coûte de la production des lin- gots et moulages.
Dans une hausse ou "tête chaude", destinée à une lingotière ou ana- logue, et suivant l'invention, la réserve de métal.est contenue dans un assem- blage en forme de châssis ouvert, dont au moins la plus grande partie se compose d'une série de dalles réfractaires, la disposition étant telle que., dans chaque dalle,une surface de celle-ci, exposé au métal en fusion constituant la dite réserve, présente, en considérant sa section, une moindre capacité volumétrique déterminante pour l'absorption de la chaleur et la conductivité thermique, com- parativement au restant de la dalle.
Cette capacité calorifique et cette conductivité thermique réduites de la dalle peuvent être obtenues par le fait que la face de chaque dalle, é- loignée de celle exposée au métal en fusion, présente une face creusée. Cette face creusée peut être obtenue par la prévision d'une ou de plusieurs cavités pénétrant en profondeur et situées au-dedans de l'espace compris entre les bords supérieur et inférieur de la dalle, ou s'étendant à partir du bord inférieur jusqu'à un point situé à une certaine distance du bord supérieur, ces cavités pouvant s'étendre soit d'une traite ou à intervalles sur toute la longueur de la dalle, soit seulement en des points situés en-dedans des extrémités de celle- ci, de telle façon qu'au moins une cavité soit située entre la face arrière de chaque dalle et le support prévu dans le dos de celle-ci.
La cavité ou les cavités ainsi formées dans le dos de chaque dalle faisant partie d'une hausse peuvent constituer une ou plusieurs cavités isolantes à air dans la hausse ou être remplies d'une matière formant isolant thermique.
Suivant une variante, la capacité calorifique et la conductivité thermique réduites peuvent être obtenues en donnant à chaque dalle une formé creuse, de façon que les parois intérieure et extérieure soient séparées par une cavité d'air dans la zone de la dalle, opposée à la réserve de métal en fusion,la paroi intérieure de la dalle étant celle qui se trouve en contact avec le métal en fusion.
Dans une dalle établie de la façon décrite ci-dessus et conformé- ment à l'invention, la masse, et donc la capacité calorifique des dalles d'une hausse se trouve réduite en des points de cette dalle située autour de la ré- serve de métal en fusion, les cavités remplies ou non agissant comme agent d'i- solement en vue de réduire la conduction de chaleur de la hausse à la paroi du moule ou du bassin de coulée qui entoure la dite hausse.
En se référant aux dessins schématiques annexés :
Figo 1 est une coupe verticale schématique d'une lingotière munie d'un assemblage de dalles formant une variante de la hausse établie suivant l'invention : Figo 2 est une vue en plan et en coupe suivant la ligne II-II de la Figo 1 ;
Fig. 3 est une vue fragmentaire en coupe verticale d'une autre va- riante d'une lingotière munie d'une hausse;
Fig. 4 est une vue en plan et en coupe d'une autre variante d'une lingotière et de sa hausse;
Fig. 5 est une coupe verticale fragmentaire d'une autre variante d'une lingotière et d'une hausse;
Fig. 6 est une vue d'élévation montrant une variante d'une dalle destinée à une hausse;
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Figo 7 est une coupe suivant la ligne VII-VII de la fige 6 ;
Figo 8 est une vue d'élévation montrant une autre variante d'une dalle;
Fig. 9 est une vue en coupe suivant la ligne IX-IX de la fig. 8;
Figo 10 est une vue d'élévation d'une autre variante de la dalle;
Figo 11 est une coupe suivant la ligne XI-XI de la Fige 10 ;
Figo 12 est une vue en coupe verticale fragmentaire d'une dalle de construction actuelle.
Dans les Figsa 1 et 2, la lingotière 10 est munie d'une hausse ou masselotte constituée par quatre dalles cimentées les unes aux autres par leurs bords, en vue de former un assemblage usuel en forme de caisson sur la partie supérieure de la lingotière ou à l'intérieur de cette' partie, cet'-assemblage étant appelé à contenir une réserve 12 de métal en fusion au-dessus de la masse de métal principale 13 contenue dans la lingotière 10.
Chaque dalle Il présente un évidement 14 dans sa face éloignée de la réserve 12, cet évidement étant limité à une zone située entre les bords horizontaux supérieur et inférieur, ainsi qu'entre les bords verticaux de la dalle.
Comme il ressort des Figso 1 et 2, la cavité 14 de chaque dalle 11 confère à celle-ci une épaisseur réduite sur une partie considérable de la profondeur du métal en fusion formant la réserve 12 et, par conséquent, la par- tie amincie, ainsi réalisée, de chaque dalle, présente, dans la paroi de l'en- ceinte formée par l'assemblage des quatre dalles 11, plusieurs zones dans cha- cune desquelles la capacité d'accumulation de chaleur et la conductivité se trouvent réduites, tout en déterminant des cavités isolantes 15 entre chaque dalle et la paroi de la lingotière 10 Eventuellement, on peut employer une matière isolante 16 dans les cavités 15, cette matière pouvant se présenter sous une forme granulaire ou plastique, ou sous la forme d'une feuille ou d'une plaque.
La matière isolante sous une forme granulaire ou plastique peut être solidifiée par la chaleur et la pression, avec ou sans liant.
Suivant une variante non représentée, on peut introduire une feuille ou plaque de matière réfractaire ou isolante, ou d'une autre matière convenable, entre les dalles évidées 11 et la paroi 10 de la lingotière. Une telle feuille ou plaque peut demeurer en permanence dans la lingotière et agira comme isolant supplémentaire, en assurant efficacement l'herméticité de l'espace d'air conte- nu dans la cavité 15.
Gomme exemple de matière appropriée, on peut citer la vermiculite, l'amiante et la diatomite qui, après avoir été introduites sous uns forme gra- nulaire ou plastique, peuvent être solidifiées par l'addition d'un liant avec ou sans l'application de la chaleur ou de la pression. Suivant une variante, la matière peut être introduite en vrac ou être maintenue dans la position vou- lue par une feuille de matière appropriée, un papier résistant par exemple.
D'autres matières offrant des caractéristiques appropriées peuvent être employées pour réduire la transmission de la chaleur dans la partie évidée.
Dans la fige 3, la lingotière 17 est munie d'un caisson ou châssis supérieur 18 destiné à recevoir un assemblage de dalles évidées 19, semblables à celles des Figs. 1 et 2, ces dalles pouvant être enlevées de la lingotière 17 ensemble avec le châssis 18 préalablement à l'enlèvement du lingot de celle- ci.
Dans la Figo 4, les dalles 20 sont logées dans des évidements sépa- rés 21 prévus dans les parois opposées de la lingotière 22 ; l'évidement 23 de la face arrière de chaque dalle formant une cavité comprise entre cette dalle et la paroi adjacente de la lingotière, cet-e cavité s'étendant au-dedans des bords-limites de la dalle.
Dans une autre variante de la hausse, représentée dans la Fig. 5. on emploie des dalles creuses 24, le creux 25 s'étendant d'une extrémité à l'au- tre de chaque dalle, maus étant fermées aux bords supérieur et inférieur de celle- @
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Les figs. 6 et 7 représentent une variante de dalle 26, dans laquel- le la face postérieure est munie d'un évidement 27 s'étendant d'une extrémité à l'autre de la dalle, à l'exception d'une nervure de renforcement intermédiai- re 28.
Les figso 8 et 9 représentent une variante de dalle 29 munie d'un: évidement principal 30, des évidements supplémentaires 31 étant prévus dans l'épaisseur de la dalle, déjà réduite par la présence de la cavité principale 30, tandis qu'une nervure 32 est prévue en vue de renforcer cette dalle.
Les figso 10 et 11 montrent une autre variante de dalle, laquelle constitue une dalle composite établie en deux parties distinctes, une partie supérieure 33 et une partie inférieure 34, cette dernière présentant une sec- tion moindre que la partie 330 La partie inférieure est munie d'une nervure de renforcement 350
L'épaisseur de la partie amincie de la dalle ne doit pas nécessai- rement être uniforme, mais peut varier conformément au flux calorifique tel qu'il aura été calculé dans l'enceinte formant la réserve de métal én fusion.
Il ressort de la description ci-dessus que, dans une hausse compor- tant un assemblage de dalles suivant l'invention, chaque dalle présente une zone en contact avec un encadrement non réfractaire, zone qui, en considérant les dimensions de sa section, offre une capacité maxima pour l'absorption de la chaleur et une conductivité thermique maxima, cette dalle comprenant, à une certaine distance du dit encadrement, une autre zone qui, toujours en considé- rant les dimensions de sa section, offre une capacité minima en ce qui concerne l'absorption de la chaleur et la conductivité thermique.
Dans certains cas, les dalles peuvent présenter chacune sur un bord au moins une zone marginale destinée, dans un assemblage de hausse, à s'abouter contre l'encadrement non réfractaire et à déterminer ainsi l'écartement de la superficie restante de la dalle par rapport au dit encadrement.
Dans la figo 12, une coupe fragmentaire d'une dalle de construction courante,ayant déjà servi, montre que l'emploi d'une telle dalle donne lieu à la naissance de la zone vitrifiée ou modifiée physiquement A, qui s'étend sur une faible partie de la section de la dalle à partir de la face chaude de celle-ci, c'est-à-dire, la face en contact avec le métal en fusion, cette zone modifiée se séparant finalement d'avec une zone sensiblement non changée B qui comprend l'épaisseur restante de la dalle.
La zone modifiée A, qui comprend environ un tiers seulement de l'é- paisseur de la dalle, indique que les deux tiers restants'de l'épaisseur de cette dalle constituent une capacité supplémentaire et superflue en ce qui con- cerne la conductivité thermique, et que l'épaisseur de la zone modifiée A re- présente l'épaisseur maxima requise., La présente invention tire parti de ce fait en établissant des dalles pour hausses, qui présentent une épaisseur mi- nima, de façon à réduire leur conductivité thermique dans une zone de ces dal- les, exposée au métal en fusion, tout en leur donnant une épaisseur suffisante dans d'autres zones, notamment sur leurs bords,
de fagon qu'elles soient suf- fisamment résistantes et robustes pour empêcher leur déformation en cours de fabrication et qu'elles offrent une résistance suffisante dans toutes les con- ditions d'utilisation.
Par conséquent, une dalle établie suivant la présente invention comporte une ou plusieurs zones ayant une épaisseur minima afin de réaliser une faible capacité calorifique et une conductivité thermique réduite, et une ou plusieurs zones présentant une épaisseur maxima en vue d'assurer la stabili- té et la résistance mécanique, avec cet avantage supplémentaire que la zone d'épaisseur maxima sert à maintenir la zone d'épaisseur minima à écartement par rapport à l'encadrement habituel, non réfractaire, qui entoure un assembla- ge des dalles dans une hausse, et à déterminer une cavité isolante entre cha- que dalle de la hausse et l'encadrement, laquelle cavité peut être laissée telle qu'elle ou être remplie d'une matière formant isolant thermique.
Bien que l'argile réfractaire constitue la matière préférée pour la confection des dalles évidées suivant l'invention, on peut employer d'autres
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matières réfractaires, la masse de la dalle, réduite comparativement aux dalles ordinaires employées précédemment, permettant l'emploi d'autres matières réfrac- taires de plus grande efficacité et d'un prix plus élevé.
La dalle réfractaire perfectionnée est applicable à l'exécution de lingots et moulages en acier, fer, métaux ferreux, métaux non ferreux et tous alliages. La hausse utilisée pèut être de n'importe quel type, tant su- perposé à la lingotière que faisant corps avec celle-ci. Il est souvent avan- tageux d'établir une hausse de grande dimension ou complexe en utilisant un nombre suffisant de dalles évidées,
Un avantage de l'invention réside en ce que son principe peut être appliqué à tous les types existants de dalles pour hausses, en modifiant conve- nablement les moules des presses, sans apporter de modifications notables à la construction.
La capacité calorifique et la conductivité thermique réduites de la dalle perfectionnée réduisent la solidification du métal sur ces dalles et permettent l'emploi de hausses de volume réduit. Cette réduction du volume peut être obtenue en réduisant la hauteur jusqu'à laquelle on laisse monter le métal dans la hausse pendant l'opération de coulée. Suivant une variante, le volume de la hausse peut être réduit en modifiant les dimensions, ce qui permet une nouvelle économie de matière réfractaire et des matières servant à la confection du moule ou du bassin de coulée.
L'efficacité accrue de la dalle perfectionnée aura pour effet d'a- méliorer la condition et la qualité métallurgique des lingots et moulages.
Dans une dalle de hausse établie suivant la présente invention, la répartition de la chaleur est plus uniforme grâce à l'effet isolant de l'é- videment (lorsque celui-ci est rempli de matière isolante ou fonctionne comme un espace d'air), tandis que les modifications physiques s'opèrent uniformément, sans donner lieu à la formation de criques (ou avec une tendance à la formation des criques, sensiblement réduite),
La désintégration de la dalle se trouve empêchée et l'on réalise un nombre d'utilisation accrue. De plus, on maintient une température plus élevée de la face chaude, ce qui a pour résultat une face de contact plus lisse, ce qui permet à son tour d'effectuer le démoulage sans déloger la dalle.
Le nombre accru d'utilisation réduit le nombre de dalles requis pour un débit donné de lingots ou moulages, et réduit plus spécialement les frais de main- d'oeuvre, ainsi que les retards importants dus aux remplacements.
Dans certains cas, les dalles de hausse ne servent qu'une fois, car en raison de la forme de la lingotière, elles sont inévitablement détruites lors du démoulage du lingot. Les dalles suivant la présente invention sont applicables dans ces cas, où elles présentent des avantages, cela pour les rai- sons suivantes : (a) La capacité calorifique réduite et l'isolement thermique permet- tent l'emploi de hausses d'un volume plus faible et assurent un plus grand ren- dement en acier sain.
(b) La masse réduite de la dalle diminue le risque du collage de la partie supérieure du lingot à la lingotière, empêchant ainsi la formation des criques transversales nuisibles et bien connues dans le corps du lingot.
Les dalles perfectionnées, destinées à une seule utilisation, doi- vent présenter une nervure inférieure longitudinale de profondeur suffisante, des nervures transversales secondaires ou une matière de bourrage inerte, afin d'empêcher les infiltrations d'acier derrière la dalle.
Grâce à la masse moindre des dalles évidées, celles-ci sont d'un maniement plus facile et laissent moins de débris dans la fosse de coulée, deux avantages qui présentent une grande importance.