Perfectionnements apportés aux articles conformés isolants de chaleur.
La présente invention concerne des articles conformés
isolants de chaleur servant à former des revêtements qui
viennent en contact avec du métal fondu pour moules métallurgiques,
et elle concerne plus particulièrement des planches réfractaires préformées, blocs ou buselures destinés à être employés
par exemple pour le revêtement des parties supérieures chaudes
(têtes de moules de lingots) et des baguettes pour moules de
fonderie.
Le but de la prévision de revêtements réfractaires isolants de chaleur à la partie supérieure chaude d'un moule
de lingot ou d'une baguette de moule de fonderie est
d'abaisser le taux de perte de chaleur du métal fondu contenu dans le moule et de prolonger la durée de solidification de ce métal fondu au-delà de celle nécessaire pour le métal fondu à l'intérieur du corps principal du moule pour la solidification. Un réservoir de métal fondu est ainsi prévu à la partie chaude supérieure du moule ou baguette tendant à empêcher la formation de vides dans le lingot ou dans la pièce coulée par contraction lors du refroidissement. Afin de réaliser ce but, le revêtement pourrait fonctionner simplement comme isolateur de chaleur, c'est-à-dire d'une barrière réduisant au minimul la perte de chaleur de la partie supérieure du moule ou de la baguette, et
de tels revêtements comprennent en général une matière réfractaire granulaire ou un mélange de telles matières qui ont reçu la forme requise leur permettant de se supporter d'eux-mêmes au moyen d'un liant. Il est connu que la conductibilité de la chaleur d'un tel revêtement réfractaire peut être réduite en diminuant sa densité, et une méthode potr obtenir cela est d'incorporer des matières fibreuses réfractaires dans le revêtement, ce qui a pour résultat une réduction de la densité, sans réduire de trop la résistance mécanique du revêtement. Par
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réfractaire isolante de la chaleur comprenant de l'aluminium,
du magnésium, du silicium ou du zirconium sous la forme
de fines particules, une matière fibreuse formée de silicate d'alumine.
<EMI ID=2.1> un liant organique et un sol de silice colloïdale.
Une méthode alternative de réduction de la perte de
<EMI ID=3.1>
d'utiliser un revêtement exothermique qui contient une matière anorganique facilement oxydable (désignée ci-après par l'expression "combustible") et un agent oxydant, qui
réagissent exothermiquement lorsque la température du revêtement est élevée par le métal fondu qui vient en contact avec ce revêtement. De l'aluminium en poudre constitue un
combustible particulièrement approprié mais des poudres de magnésium, ferrosilicium, silicium et calcium ont également été proposées dans ce but. La réaction exothermique élève la température d'un tel revêtement sur toute l'épaisseur et maintient de manière idéale la face du revêtement éloignée
de sa face qui vient en contact avec le métal fondu à une température égale ou rapprochée de la température de la face qui vient en contact avec le métal fondu. Dans des conditions se rapprochant de celles-ci, il existe une différence négligeable de température dans le revêtement et ce revêtement constitue approximativement une barrière dite exothermique et il n'yaura qu'une perte négligeable de chaleur à travers cette barrière. Lors de la terminaison de la réaction exothermique, la perte de chaleur sur toute épaisseur donnée du revêtement dépendra dans une large mesure de toute propriété isolante de chaleur que le revêtement contenant les matières exothermiques consommées pourrait posséder.
A l'heure actuelle les critères principaux qui sont considérés pour former les revêtements exothermiques sont la durée et l'intensité de la réaction exothermique et on a accordé peu d'attention aux propriétés isolantes lors de la terminaison de la réaction exotherm�ique. Par conséquent, les revêtements exothermiques sont en général des corps denses et sont inférieurs du point de vue purement isolant de la chaleur, aux meilleurs revêtements
<EMI ID=4.1>
Il a été suggéré que plus la différence de température est grande à travers un revêtement isolant de chaleur (ou en d'autres mots plus la face du revêtement éloignée de la surface venant en contact avec le métal fondu est froide) plus le degré
<EMI ID=5.1>
noter que cela forme le principe sur lequel la présente invention est basée, c'est-à-dire que dans certaines conditions l'inverse de cela est vrai, c'est-à-dire plus la différence de température à travers le revêtement est basse, plus le rendement de l'isolement de la chaleur est grand.
Selon la présente invention un article conformé isolant de chaleur qui doit donner un revêtement venant en contact avec
du métal fondu pour moules métallurgiques comprend une
matière réfractaire granulaire et/ou fibreuse présentant une opacité élevée à l'égard des rayons infrarouges et ultra-violets, un mélange exothermique d'un combustible , un agent oxydant
<EMI ID=6.1>
Les ingrédients exothermiques dans le revêtement
ont ce résultat que la température du revêtement qui
augmente sur toute son épaisseur et sur la face du revêtement éloignée de la face en contact avec le métal fondu, se rapproche de la température de la face en contact avec le métal fondu, et la différence de température à travers le revêtement
est réduite à une valeur basse. Cependant, en plus de la nature exothermique,le revêtement selon la présente invention est également formé en bon isolateur de la chaleur, et cela est
obtenu en incorporant dans la composition une matière
réfractaire présentant une opacité élevée aux rayons infra-rouges
et ultra-violets, la conductibilité thermique d'un isolateur
de chaleur dépendant entre autres de la facilité avec laquelle
les rayons infra-rouges et ultra-violets peuvent pénétrer dans cette matière réfractaire et être absorbés par la matière environnante.
<EMI ID=7.1>
et ultra-violets ne varie que légèrement avec la température et ainsi l'augmentation de la température du revêtement à cause de la réaction exothermique n'a pour résultat qu'une faible augmentation de la conductibilité thermique et le taux réel de la perte de chaleur, étant proportionnel pour une épaisseur donnée à la différence de température à trave:s le revêtement et à sa conductibilité thermique, est substantiellement réduit. Cela
est opposé à la situation obtenue avec les matières de transparence plus grande aux rayons infra-rouges et ultra-villets, telle la silice, où la conductibilité thermique augmente substantiellement lorsque la température augmente, et les bénéfices de la réduction de la différence de température à travers le revêtement sont appréciablement neutralisés par l'augmentation de la conductibilité thermique. La réaction
est exothermique et de plus avantageuse en cela qu'elle réduit
la durée nécessaire pour que la gradient de température
à travers le revêtement atteigne un état constant, le taux de transfert de la chaleur à l'état constant étant inférieur au
taux de transfert de la chaleur dans des conditions d'état non constant.
Les propriétés isolantes de chaleur du revêtement selon la présente invention sont augmentées davantage par leur densité basse laquelle normalement ne sera pas en dehors des limites
<EMI ID=8.1>
les limites les plus préférentielles étant de 0,32 à 0,34 gr/cm<3>. La / densité basse nécessaire pourra être obtenue soit en ajoutant la matière réfractaire à la composition, totalement ou en partie,
<EMI ID=9.1>
la magnésie, l'oxy_de de chrome, l'oxyde de titane et l'oxyde
de zirconium,ou bien des mélanges de deux ou plusieurs de ces matières.
La matière réfractaire fibreuse préférentielle est la fibre d'aluminosilicate, mais d'autres matières appropriées sont l'oxyde de zirconium, le silicate de calcium et les fibres d'aluminium ou des mélanges de ces substances. Un avantage que présente la présente invention est qu'elle convient pour la production de revêtements là où l'emploi d'asbeste comme matière réfractaire fibreuse est indésirable.
Le liant préférentiel comprend un liant organique tel que des résines phénoliques (par exemple la résine phénol-formaldéhyde), les résines à base d'urée, (par exemple la résine urée-formaldéhyde), résines furane, ou amidon ensemble avec un liant anorganique,
lequel de préférence est la silice colloïdale, mais qui pourra
être un autre liant anorganique approprié, tel le monoorthophosphate d'aluminium ou l'alumine colloïdale.
<EMI ID=10.1>
qui de préférence possède des dimensions des particules telles qu'au moins 99% en poids traverseront un tamis de 100 B.S.S. mesh
et au moins 75% ne traverseront pas un tamis de 270 B.S.S. mesh
<EMI ID=11.1>
de 400 P.B.S. mesh. Il est bien connu que le taux auquel
la poudre d'aluminium s'allumera et sa sensibilité, c'est-à-dire la vitesse avec laquelle l'allumage se
produit dépend de la finesse de la/poudre, et en général plus la poudre sera de fortes dimensions plus la proportion qui doit être ajoutée à la composition sera grande. D'autres combustibles appropriés pouvant être utilisés sont le ferrosilicium, le silicium, le magnésium ou le zirconium,
ou des mélanges de deux ou plusieurs de ces matières.
Des agents oxydants appropriés, qui de préférence sont
<EMI ID=12.1>
l'oxyde de fer, la bioxyde de manganèse, le nitrate de baryum,
ou des mélanges de deux ou plusieurs de ces matières.
La composition du revêtement comprend de préférence un fluorure qui agit comme catalyseur pour la réaction exothermique, et des fluorures appropriés comprenant la cryolite, le spath-fluor, le silico-fluorure de sodium,
ou des mélanges de deux ou plusieurs de ces substances.
Une composant isolante de chaleur selon l'invention présente de préférence la composition pondérale suivante :
<EMI ID=13.1>
(Le sol de silice colloïdale et le liant organique ont
<EMI ID=14.1>
Un revêtement isolant de chaleur selon l'invention plus préférentiel encore, est de la composition pondérale suivante :
<EMI ID=15.1>
Un revêtement selon la présente invention
convient particulièrement bien pour être employé comme buselure de baguette dans la coulée de fer et d'acier à
cause des températures élevées impliquées dans le traitement de ces matières.
La méthode préférentielle de formation de revêtement selon la présente invention consiste à former une boue aqueuse de la composition, déshydratation de la boue sur un formateur poreux de la forme requise, et le séchage dans un four de la forme ainsi formée. Un agent de dispersion, tel le sulfate d'aluminium ou le chlorure ferrique, pourra être ajouté pour faciliter la formation de la boue.
Les exemples qui suivent indiquent des modes de réalisation de l'invention.
<EMI ID=16.1>
<EMI ID=17.1>
<EMI ID=18.1>
<EMI ID=19.1>
Exemple 4.
<EMI ID=20.1>
Des formes préformées ont été faites pour la composition des quatre exemples ci-dessus par la méthode de boue mentionnée ci-dessus et ces formes présentaient
.
<EMI ID=21.1>
Exemple 5.
<EMI ID=22.1>
Il est à noter que dans cet exemple la densité basse
<EMI ID=23.1>
requise/obtenue par l'emploi d'une matière réfractaire granulaire de densité basse et on n'ajoute aucune
matière réfractair_e fibreuse. Une forme préformée a été obtenue avec cette composition en mélangeant les ingrédients
<EMI ID=24.1>
Ce mélange fut soufflé (ou alternativement formé à la main)
dans une boite de noyau appropriée et fut ensuite étripé
et séché à une température de 180 à 190[deg.]C. La forme préformée avait
<EMI ID=25.1>
REVENDICATIONS;
1. Article conformé isolant de chaleur servant à former un revêtement venant en contact avec un métal fondu pour
moules métallurgiques, comprenant une matière réfractaire granulaire et/ou fibreuse, un mélange exothermique
de combustible et d'un agent oxydant, et un liant,
caractérisé en ce que la matière réfractaire possède une opacité élevée aux rayons infra-rouges et ultr�-violets et le revêtement possède une densité inférieure à 0,7 gr/cm .
2. Article conformé isolant de chaleur selon la
Improvements to conformed heat insulating items.
The present invention relates to articles shaped
heat insulators used to form coatings that
come into contact with molten metal for metallurgical molds,
and it relates more particularly to preformed refractory boards, blocks or nozzles intended to be used
e.g. for coating hot upper parts
(heads of ingot molds) and rods for
foundry.
The purpose of providing heat insulating refractory linings at the hot top of a mold
ingot or a foundry mold rod is
to lower the rate of heat loss of the molten metal contained in the mold and to prolong the solidification time of this molten metal beyond that required for the molten metal inside the main body of the mold for solidification. A molten metal reservoir is thus provided at the upper hot part of the mold or rod tending to prevent the formation of voids in the ingot or in the casting by contraction during cooling. In order to achieve this goal, the coating could function simply as a heat insulator, i.e. a barrier minimizing heat loss from the top of the mold or rod, and
such coatings generally comprise a granular refractory material or a mixture of such materials which have been given the required shape allowing them to support themselves by means of a binder. It is known that the heat conductivity of such a refractory lining can be reduced by decreasing its density, and one method to achieve this is to incorporate refractory fibrous materials into the lining, which results in a reduction in the density. density, without excessively reducing the mechanical resistance of the coating. By
<EMI ID = 1.1>
heat insulating refractory comprising aluminum,
magnesium, silicon or zirconium in the form
fine particles, a fibrous material formed of alumina silicate.
<EMI ID = 2.1> an organic binder and a colloidal silica sol.
An alternative method of reducing loss of
<EMI ID = 3.1>
to use an exothermic coating which contains an easily oxidizable inorganic material (hereinafter referred to as "fuel") and an oxidizing agent, which
react exothermically when the temperature of the coating is raised by the molten metal which comes into contact with this coating. Powdered aluminum is a
particularly suitable fuel but powders of magnesium, ferrosilicon, silicon and calcium have also been proposed for this purpose. The exothermic reaction raises the temperature of such a coating throughout the thickness and ideally keeps the face of the coating away.
of its face which comes into contact with the molten metal at a temperature equal to or close to the temperature of the face which comes into contact with the molten metal. Under conditions approaching these, there is a negligible difference in temperature in the coating and this coating constitutes approximately a so-called exothermic barrier and there will be only negligible loss of heat through this barrier. Upon termination of the exothermic reaction, the heat loss over any given thickness of the coating will depend to a large extent on any heat insulating properties that the coating containing the consumed exothermic materials might possess.
At present the main criteria which are considered to form exothermic coatings are the duration and intensity of the exothermic reaction and little attention has been paid to insulating properties upon termination of the exothermic reaction. . Therefore, exothermic coatings are generally dense bodies and are purely heat insulating inferior to the best coatings.
<EMI ID = 4.1>
It has been suggested that the greater the temperature difference across a heat insulating coating (or in other words the cooler the side of the coating from the surface contacting the molten metal) the lower the degree.
<EMI ID = 5.1>
note that this forms the principle on which the present invention is based, i.e. under certain conditions the reverse of this is true, i.e. the greater the temperature difference across the coating. lower, the greater the efficiency of heat insulation.
According to the present invention a shaped heat insulating article which is to provide a coating contacting
molten metal for metallurgical molds includes a
granular and / or fibrous refractory material exhibiting high opacity to infrared and ultraviolet rays, an exothermic mixture of a fuel, an oxidizing agent
<EMI ID = 6.1>
The exothermic ingredients in the coating
have this result that the temperature of the coating which
increases over its entire thickness and on the side of the coating away from the side in contact with the molten metal, approaches the temperature of the side in contact with the molten metal, and the temperature difference across the coating
is reduced to a low value. However, in addition to the exothermic nature, the coating according to the present invention is also formed as a good heat insulator, and this is
obtained by incorporating into the composition a material
refractory with high opacity to infra-red rays
and ultra-violet, the thermal conductivity of an insulator
of heat depending among other things on the ease with which
infra-red and ultra-violet rays can penetrate this refractory material and be absorbed by the surrounding material.
<EMI ID = 7.1>
and ultraviolet light varies only slightly with temperature and thus increasing the temperature of the coating due to the exothermic reaction results in only a small increase in thermal conductivity and the actual rate of heat loss , being proportional for a given thickness to the temperature difference through: s the coating and its thermal conductivity, is substantially reduced. This
is opposed to the situation obtained with materials of greater transparency to infra-red rays and ultra-villets, such as silica, where the thermal conductivity increases substantially as the temperature increases, and the benefits of reducing the temperature difference at through the coating are appreciably neutralized by the increase in thermal conductivity. The reaction
is exothermic and more advantageous in that it reduces
the time required for the temperature gradient
through the coating reaches a constant state, the rate of heat transfer in the constant state being less than
rate of heat transfer under non-constant state conditions.
The heat insulating properties of the coating according to the present invention are further enhanced by their low density which normally will not be out of range.
<EMI ID = 8.1>
the most preferred limits being from 0.32 to 0.34 gr / cm <3>. The necessary low density can be obtained either by adding the refractory material to the composition, totally or in part,
<EMI ID = 9.1>
magnesia, chromium oxide, titanium oxide and oxide
zirconium, or mixtures of two or more of these materials.
The preferred fibrous refractory material is aluminosilicate fiber, but other suitable materials are zirconium oxide, calcium silicate and aluminum fibers or mixtures thereof. An advantage of the present invention is that it is suitable for the production of coatings where the use of asbestos as a fibrous refractory material is undesirable.
The preferred binder includes an organic binder such as phenolic resins (eg, phenol-formaldehyde resin), urea-based resins, (eg, urea-formaldehyde resin), furan resins, or starch together with an inorganic binder. ,
which preferably is colloidal silica, but which may
be another suitable inorganic binder, such as aluminum monoorthophosphate or colloidal alumina.
<EMI ID = 10.1>
which preferably has particle sizes such that at least 99% by weight will pass through a 100 B.S.S. screen. mesh
and at least 75% will not pass through a 270 B.S.S. mesh
<EMI ID = 11.1>
of 400 P.B.S. mesh. It is well known that the rate at which
the aluminum powder will ignite and its sensitivity, i.e. the speed with which the ignition takes place
product depends on the fineness of the / powder, and in general the larger the powder, the greater the proportion which must be added to the composition. Other suitable fuels which can be used are ferrosilicon, silicon, magnesium or zirconium,
or mixtures of two or more of these materials.
Suitable oxidizing agents, which preferably are
<EMI ID = 12.1>
iron oxide, manganese dioxide, barium nitrate,
or mixtures of two or more of these materials.
The coating composition preferably comprises a fluoride which acts as a catalyst for the exothermic reaction, and suitable fluorides including cryolite, fluorspar, sodium silico-fluoride,
or mixtures of two or more of these substances.
A heat insulating component according to the invention preferably has the following weight composition:
<EMI ID = 13.1>
(The colloidal silica sol and the organic binder have
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An even more preferred heat insulating coating according to the invention is of the following weight composition:
<EMI ID = 15.1>
A coating according to the present invention
particularly suitable for use as a rod nozzle in the casting of iron and steel.
cause of the high temperatures involved in the processing of these materials.
The preferred method of coating formation according to the present invention consists of forming an aqueous slurry of the composition, dehydrating the slurry on a porous former of the required shape, and drying in an oven of the shape thus formed. A dispersing agent, such as aluminum sulphate or ferric chloride, may be added to facilitate the formation of the sludge.
The following examples indicate embodiments of the invention.
<EMI ID = 16.1>
<EMI ID = 17.1>
<EMI ID = 18.1>
<EMI ID = 19.1>
Example 4.
<EMI ID = 20.1>
Preformed shapes were made for the composition of the above four examples by the above-mentioned mud method and these shapes exhibited
.
<EMI ID = 21.1>
Example 5.
<EMI ID = 22.1>
It should be noted that in this example the low density
<EMI ID = 23.1>
required / obtained by the use of a granular refractory of low density and no added
fibrous refractory material. A preformed shape was obtained with this composition by mixing the ingredients
<EMI ID = 24.1>
This mixture was blown (or alternatively formed by hand)
in a suitable kernel box and then gutted
and dried at a temperature of 180 to 190 [deg.] C. The preformed shape had
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CLAIMS;
1. A shaped heat insulating article for forming a coating that comes into contact with molten metal to
metallurgical molds, comprising a granular and / or fibrous refractory material, an exothermic mixture
fuel and an oxidizing agent, and a binder,
characterized in that the refractory material has high opacity to infra-red and ultra-violet rays and the coating has a density of less than 0.7 gr / cm.
2. Heat insulating conformed article according to