FR2684667A1 - Process for the manufacture of a rigid insulating refractory material and material thus obtained - Google Patents

Process for the manufacture of a rigid insulating refractory material and material thus obtained Download PDF

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Abstract

Process for the manufacture of a rigid insulating refractory material capable of working in contact with a molten metal, in which: - first of all, a base refractory ceramic material is impregnated with a solution of a precursor of a refractory oxide; - then, the impregnated ceramic material is dried; - and finally this dried material is pyrolysed; characterised: - in that the precursor is a rare-earth salt or sol; - in that the base refractory ceramic material is a highly porous material which has a porosity of between 75 and 95%; - and in that pyrolysis is carried out at a temperature of between 800 and 1000@C for two to six hours, so that the walls of the pores of the base ceramic material are covered with a fine protective layer of rare-earth oxides. Applications: moulds for casting iron- or copper-based alloys.

Description

PROCEDE POUR LA FABRICATION D'UN MATERIAU REERACTAIRE
ISOLANT RIGIDE ET MATERIAU AINSI OBTENU.
PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF A REERACTIVE MATERIAL
RIGID INSULATION AND MATERIAL THUS OBTAINED.

L'invention concerne un procédé pour la fabrication d'un matériau réfractaire isolant poreux et rigide, susceptible de travailler au contact d'un métal fondu, notamment des alliages fondus de fer ou de cuivre; ces matériaux réfractaires sont susceptibles d'être utilisés lors de la coulée de ces alliages. Elle vise également le matériau réfractaire poreux isolant rigide ainsi obtenu. The invention relates to a process for the manufacture of a porous and rigid insulating refractory material, capable of working in contact with a molten metal, in particular molten alloys of iron or copper; these refractory materials are likely to be used during the casting of these alloys. It also relates to the rigid insulating porous refractory material thus obtained.

Il est bien connu d'utiliser des matériaux réfractaires au contact d'un métal en fusion, notamment lors de la coulée de l'acier ou des alliages de cuivre. Il importe que ce matériau puisse résister sans dommage, sans altération, ni corrosion à des températures de plus de 1000"C, notamment de 1400 à 16000C (dans le cas de l'acier). It is well known to use refractory materials in contact with a molten metal, in particular during the casting of steel or copper alloys. It is important that this material can resist without damage, without alteration, or corrosion at temperatures of more than 1000 "C, in particular from 1400 to 16000C (in the case of steel).

En pratique, on utilise essentiellement de la brique ou du béton, c'està-dire des matériaux denses et massifs. Or, on le sait, ces matériaux, du fait de leur faible caractère isolant thermique, sont peu adaptés pour une utilisation dans les procédés de coulée continue. Il en résulte une grande difficulté à maîtriser les pertes thermiques et donc la température du métal, ce qui est pourtant essentiel dans les procédés de coulée continue pour obtenir une qualité métallurgique régulière. In practice, brick or concrete are mainly used, that is to say dense and massive materials. However, as we know, these materials, because of their low thermal insulating nature, are not very suitable for use in continuous casting processes. This results in great difficulty in controlling the heat losses and therefore the temperature of the metal, which is however essential in the continuous casting processes in order to obtain a regular metallurgical quality.

On connait par ailleurs des matériaux céramiques composites isolants, utilisés essentiellement pour minimiser les pertes thermiques d'une enceinte, telle qu'un four, du fait de leur très faible conductivité thermique. Malheureusement, ces produits, s'ils sont bien réfractaires et isolants, sont facilement mouillés et pénétrés par l'acier fondu, et surtout par les alliages de cuivre. Le métal non seulement ruine le caractère isolant en pénétrant dans les pores du matériau, mais de plus, il tend à corroder la céramique en s'oxydant au contact de celle-ci.  There are also known ceramic insulating materials, used essentially to minimize the heat losses of an enclosure, such as an oven, due to their very low thermal conductivity. Unfortunately, these products, if they are well refractory and insulating, are easily wetted and penetrated by molten steel, and especially by copper alloys. The metal not only ruins the insulating character by penetrating into the pores of the material, but moreover, it tends to corrode the ceramic by oxidizing on contact with it.

Dans le document FR-A-I 438 091, on a proposé d'améliorer la blancheur de la porcelaine en l'imprégnant, notamment sous vide, d'acétate de zircone, puis en la séchant et en la cuisant. Au cours de la cuisson, la zircone est fixée par des liaisons silicatées, ce qui confère à la céramique une blancheur améliorée. In the document FR-A-I 438 091, it has been proposed to improve the whiteness of the porcelain by impregnating it, in particular under vacuum, with zirconia acetate, then by drying and baking it. During firing, the zirconia is fixed by silicate bonds, which gives the ceramic an improved whiteness.

Dans le document US-A4 568 652, on a proposé de diminuer les effets nocifs des impuretés contenues dans les bauxites réfractaires à basset teneur en alumine (42 à 70 %) et de faible porosité (porosité inférieure à 20 %), en les imprégnant d'une solution contenant au plus dix pour cent (10 %) d'un métal susceptible de former un oxyde réfractaire, tel que du chrome, du fer, du calcium, du molybdène, du zirconium, par exemple sous vide, puis, après séchage à 110 C, en chauffant le matériau imprégné au moins à 1450 C. Les oxydes formés réagissent alors avec les impuretés pour augmenter la réfractarité du matériau de base et diminuer la mouillabilité externe par le verre ou les laitiers. In document US-A4 568 652, it has been proposed to reduce the harmful effects of the impurities contained in refractory bauxites with low alumina content (42 to 70%) and of low porosity (porosity less than 20%), by impregnating them of a solution containing at most ten percent (10%) of a metal capable of forming a refractory oxide, such as chromium, iron, calcium, molybdenum, zirconium, for example under vacuum, then, after drying at 110 C, heating the impregnated material at least to 1450 C. The oxides formed then react with the impurities to increase the refractoriness of the base material and reduce the external wettability by glass or slag.

L'invention pallie ces inconvénients. Elle vise un procédé pour préparer un matériau réfractaire isolant, poreux et rigide, non mouillé ni pénétré, ni corrodé par un métal fondu liquide, notamment de l'acier fondu ou un alliage de cuivre fondu, facile à usiner et à mettre en oeuvre, et adapté en particulier à une utilisation dans les différents procédés de coulée continue ou sous pression du métal fondu, notamment en permettant de maîtriser les vitesses de refroidissement du métal.  The invention overcomes these drawbacks. It relates to a process for preparing an insulating refractory material, porous and rigid, neither wet nor penetrated, nor corroded by a molten molten metal, in particular molten steel or a molten copper alloy, easy to machine and to use, and suitable in particular for use in the various processes for continuous or pressure casting of the molten metal, in particular by allowing the cooling rates of the metal to be controlled.

Ce procédé pour la fabrication d'un matériau réfractaire isolant, rigide, susceptible de travailler au contact d'un métal fondu à base de fer ou de cuivre fondu dans lequel:
tout d'abord, on imprègne un matériau céramique réfractaire de
base, avec une solution d'un précurseur d'oxyde réfractaire;
puis, on sèche ce matériau céramique ainsi imprégné;
et enfin, on pyrolyse ce matériau séché, se caractérise:
- en ce que le précurseur est un sel ou un sol de terres rares;
- en ce que le matériau céramique de base, est un matériau fortement poreux présentant une porosité comprise entre 75 et 95 %;
- et en ce que on pyrolyse à une température comprise entre 800 et 1000 C pendant deux à six heures, de sorte que les parois des pores du matériau céramique de base soient recouvertes d'une fine couche protectrice d'oxydes de terres rares.
This process for the manufacture of an insulating, rigid refractory material capable of working in contact with a molten metal based on molten iron or copper in which:
first of all, a refractory ceramic material is impregnated with
base, with a solution of a refractory oxide precursor;
then, this ceramic material thus impregnated is dried;
and finally, this dried material is pyrolysed, is characterized:
- in that the precursor is a rare earth salt or soil;
- in that the basic ceramic material is a highly porous material having a porosity of between 75 and 95%;
- And in that one pyrolyses at a temperature between 800 and 1000 C for two to six hours, so that the walls of the pores of the basic ceramic material are covered with a thin protective layer of rare earth oxides.

En d'autres termes, l'invention consiste à immerger un matériau céramique réfractaire fortement poreux dans un sol ou dans une solution de sels de terres rares, puis, après séchage, à pyrolyser cette solution ou ce sol, de manière à transformer ce précuseur en oxyde réfractaire, et ainsi à former une fine couche d'oxyde qui recouvre les parois des pores (ou des fibres) du matériau céramique de base, qui reste néanmoins fortement poreux donc isolant, qui est rigide et réfractaire. In other words, the invention consists in immersing a highly porous refractory ceramic material in a soil or in a solution of rare earth salts, then, after drying, in pyrolyzing this solution or this soil, so as to transform this precusor made of refractory oxide, and thus to form a thin layer of oxide which covers the walls of the pores (or fibers) of the basic ceramic material, which nevertheless remains highly porous therefore insulating, which is rigid and refractory.

On ne pouvait pas penser que le dépot d'une fine couche d'oxyde réfractaire par la pyrolyse d'un sel ou d'un sol approprié sur les parois des pores d'un matériau céramique évite la mouillabilité de ce matériau par un métal fondu, ferreux ou à base de cuivre, alors que jusqu'alors, ce matériau était facilement mouillé par ces métaux. En d'autres termes, cette sélection permet de résoudre avec efficacité un problème qui se posait depuis longtemps, notamment pour les alliages fondus à base de cuivre.  One could not think that the deposit of a thin layer of refractory oxide by the pyrolysis of a salt or a suitable soil on the walls of the pores of a ceramic material prevents the wettability of this material by a molten metal , ferrous or copper-based, whereas until then this material was easily wetted by these metals. In other words, this selection makes it possible to effectively solve a problem which has been posed for a long time, in particular for molten alloys based on copper.

Par "terres rares", on désigne les éléments de la classification périodique connus également sous la dénomination "lanthanides" ou de "lanthanes", tels que yttrium, cérium, praséodyme, etc.. . I1 importe que ces précurseurs se présentent sous une forme liquide susceptible d'imprégner le matériau de base. Ce peut être un sol, c'est-à-dire une pseudo-solution d'un précurseur chimique d'un oxyde réfractaire à base de terres rares, ou une solution, de préférence aqueuse, de ce précurseur. By "rare earths" is meant the elements of the periodic table also known by the name "lanthanides" or "lanthanides", such as yttrium, cerium, praseodymium, etc. It is important that these precursors are in a liquid form capable of impregnating the base material. It may be a sol, that is to say a pseudo-solution of a chemical precursor of a refractory oxide based on rare earths, or a solution, preferably aqueous, of this precursor.

Avantageusement, la solution ou le sol peuvent contenir en mélange plusieurs précurseurs d'oxydes de différentes terres rares, ce qui présente l'avantage d'abaisser considérablement le coût de cette matière première, puisque de tels mélanges sont plus facilement disponibles. Advantageously, the solution or the soil can contain a mixture of several precursors of oxides of different rare earths, which has the advantage of considerably lowering the cost of this raw material, since such mixtures are more readily available.

En pratique, les terres rares les plus appropriées sont choisies dans le groupe comprenant l'yttrium et le cérium. In practice, the most suitable rare earths are chosen from the group comprising yttrium and cerium.

Selon une première caractéristique fondamentale de l'invention, le matériau céramique de base doit présenter une porosité comprise entre 75 et 95 %. Cette porosité est de préférence voisine de 85 %. According to a first fundamental characteristic of the invention, the basic ceramic material must have a porosity of between 75 and 95%. This porosity is preferably close to 85%.

Dans l'état antérieur de la technique, seuls des matériaux réfractaires denses étaient utilisés, matériaux qui ne présentent pas le caractère isolant recherché, car leur porosité est inférieure à 15 %. Ce matériau céramique de base doit en outre présenter une réfractarité suffisante pour supporter la température du métal fondu, notamment de l'acier. En pratique, on fait appel à des céramiques de structure fibreuse ou à des mousses céramiques à cellules au moins partiellement ouvertes. In the prior art, only dense refractory materials were used, materials which do not have the desired insulating character, since their porosity is less than 15%. This basic ceramic material must also have sufficient refractoriness to withstand the temperature of the molten metal, in particular steel. In practice, ceramics with a fibrous structure or ceramic foams with at least partially open cells are used.

On a observé que si la porosité du matériau céramique de base est inférieure à 75 %, le caractère isolant du produit final est trop fortement abaissé pour l'utilisation envisagée, et de plus l'usinabilité décroit rapidement. De même, si la porosité initiale excède 90 %, la tenue mécanique du matériau devient trop faible pour contenir la pression du métal fondu, l'usinage devient lui aussi difficile par manque de rigidité, et enfin le caractère isolant décroit de nouveau rapidement en dessous d'un seuil de densité optimum. It has been observed that if the porosity of the basic ceramic material is less than 75%, the insulating character of the final product is too greatly reduced for the intended use, and moreover the machinability decreases rapidly. Similarly, if the initial porosity exceeds 90%, the mechanical strength of the material becomes too weak to contain the pressure of the molten metal, machining also becomes difficult due to lack of rigidity, and finally the insulating character decreases again quickly below an optimum density threshold.

Avantageusement, en pratique:
- le sel de terres rares soluble est un sel organique tel que notamment un acétate, voire un formiate, un propionate ou un nitrate, voire un sol aqueux d'hydroxyde de terres rares ; il importe que le sel utilisé soit facilement soluble dans l'eau, notamment à température ambiante, pour bien pénétrer au coeur même du matériau poreux et ainsi en remplir tous les pores et aussi pour mieux respecter l'environnement; il importe que l'oxyde formé soit le seul résidu solide de la pyrolyse pour conserver au maximum la réfractarité du produit de base;
- la concentration de la solution aqueuse d'imprégnation est comprise entre 5 et 23 % en poids d'oxyde résiduel après pyrolise, et de préférence entre 15 et 20 %, pour obtenir une fine couche continu d'oxydes tapissant les parois des pores ; si la concentration est inférieure à 5 %, on n'obtient aucun résultat significatif; si cette concentration est inférieure à 15 %, la fine couche d'oxydes ne sera pas toujours continue, ce qui altérera ultérieurement la non-mouillabilité par le métal fondu; si cette concentration excède 25 %, la solution d'imprégnation non seulement n'est pas commercialement disponible, mais serait trop visqueuse pour pénétrer et imprégner facilement les pores; on a observé que l'on obtient de bons résultats avec une concentration comprise entre 18 et 20 % en poids de solution ou de sol;
- l'imprégnation s'effectue par simple trempage ou immersion plein bain à température ambiante; du fait de la forte porosité du matériau de base, il n'est pas utile, comme dans 11 état de la technique antérieur, de faire pénétrer la solution par aspiration ou par action du vide;
- le séchage s'effectue à l'étuve pendant plusieurs heures à 110-130 C, ce temps étant fonction du volume de la pièce à sécher;
- la solution d'imprégnation peut contenir des ajouts connus, afin d'accélérer, d'éviter ou de minimiser la migration des précurseurs en surface pendant la phase de séchage;
- la solution ou le sol d'imprégnation est formé d'un mélange de précurseurs, par exemple d'yttrium et autres terres rares dans le rapport
Y203/REO =99%;
- la pyrolyse est effectuée entre 800 et 1000 C, pendant deux à six heures, notamment quatre heures, en présence d'air pour faciliter la formation des oxydes ; il est totalement inutile de chauffer à des températures aussi élevées que 1450"C, comme dans l'état de la technique rappelé dans le préambule, puisque l'on ne cherche pas à combiner chimiquement des impuretés avec les oxydes formés, mais simplement à former une très fine couche homogène et protectrice (de l'ordre du manomètre) d'oxydes sur les parois des pores du matériau céramique de base.
Advantageously, in practice:
the soluble rare earth salt is an organic salt such as in particular an acetate, or even a formate, a propionate or a nitrate, or even an aqueous sol of rare earth hydroxide; it is important that the salt used is easily soluble in water, in particular at room temperature, to penetrate well into the very heart of the porous material and thus fill all the pores and also to better respect the environment; it is important that the oxide formed is the only solid residue from pyrolysis in order to preserve the refractarity of the basic product as much as possible;
- The concentration of the aqueous impregnation solution is between 5 and 23% by weight of residual oxide after pyrolysis, and preferably between 15 and 20%, to obtain a thin continuous layer of oxides lining the walls of the pores; if the concentration is less than 5%, no significant result is obtained; if this concentration is less than 15%, the thin layer of oxides will not always be continuous, which will subsequently alter the non-wettability by the molten metal; if this concentration exceeds 25%, the impregnation solution not only is not commercially available, but would be too viscous to easily penetrate and impregnate the pores; it has been observed that good results are obtained with a concentration of between 18 and 20% by weight of solution or soil;
- the impregnation is carried out by simple soaking or full bath immersion at room temperature; due to the high porosity of the base material, it is not useful, as in the prior art, to penetrate the solution by suction or by the action of vacuum;
- drying takes place in an oven for several hours at 110-130 C, this time being a function of the volume of the part to be dried;
- The impregnation solution may contain known additions, in order to accelerate, avoid or minimize the migration of the precursors to the surface during the drying phase;
- the solution or the impregnation soil is formed of a mixture of precursors, for example of yttrium and other rare earths in the report
Y203 / REO = 99%;
- Pyrolysis is carried out between 800 and 1000 C, for two to six hours, in particular four hours, in the presence of air to facilitate the formation of oxides; it is completely unnecessary to heat to temperatures as high as 1450 "C, as in the prior art mentioned in the preamble, since one does not seek to chemically combine impurities with the oxides formed, but simply to form a very thin homogeneous and protective layer (of the order of a pressure gauge) of oxides on the walls of the pores of the basic ceramic material.

On a observé que si la pyrolyse est conduite à une température inférieure à 800"C, celle-ci est incomplète et il reste dans les pores une proportion plus ou moins grande de carbone ou autres (selon la nature du précurseur). De même, si la température excède 1000"C, les oxydes naissants ont tendance à se combiner au support plutôt que de cristalliser en une couche mince et continue. It has been observed that if the pyrolysis is carried out at a temperature below 800 ° C., it is incomplete and a greater or lesser proportion of carbon or the like remains in the pores (depending on the nature of the precursor). if the temperature exceeds 1000 "C, the incipient oxides tend to combine with the support rather than crystallize in a thin and continuous layer.

Le produit réfractaire fini obtenu est fortement poreux (porosité de 75 % et plus), et donc fortement isolant. Malgrè cette forte porosité, ce matériau reste parfaitement rigide. Comme il présente une bonne tenue mécanique, il est donc facile à usiner, Selon une caractéristique originale, les parois de ses pores ou des fibres constituant ce matériau céramique, sont recouvertes d'une fine couche régulière et homogène d'oxydes de terres rares d'épaisseur de l'ordre du nanomètre. De manière inattendue, malgré la forte proportion de pores, donc d'ouvertures, le métal fondu ne pénètre pas le matériau et ne le traverse pas, alors que l'on sait que le métal fondu mouille et pénètre facilement les matériaux céramiques poreux. De la sorte, ce matériau peut être utilisé pour la coulée continue ou la coulée sous pression des alliages ferreux, de l'acier notamment ou surtout des alliages de cuivre. The finished refractory product obtained is highly porous (porosity of 75% and more), and therefore highly insulating. Despite this high porosity, this material remains perfectly rigid. As it has good mechanical strength, it is therefore easy to machine. According to an original characteristic, the walls of its pores or of the fibers constituting this ceramic material, are covered with a thin regular and homogeneous layer of rare earth oxides d thickness of the order of a nanometer. Unexpectedly, despite the high proportion of pores, and therefore of openings, the molten metal does not penetrate the material and does not pass through it, whereas it is known that the molten metal wets and easily penetrates porous ceramic materials. In this way, this material can be used for the continuous casting or the casting under pressure of ferrous alloys, of steel in particular or especially of copper alloys.

On pense que la fine couche d'oxydes formée sur les parois des pores ou sur les fibres, crée des forces de tensions superficielles qui repoussent le métal fondu et l'empêchent ainsi de pénétrer les pores. It is believed that the thin layer of oxides formed on the walls of the pores or on the fibers creates surface tension forces which repel the molten metal and thus prevent it from penetrating the pores.

Par rapport à l'état de la technique connu et rappelé dans le préambule, l'invention se différencie
d'une part, par le choix de conditions opératoires précises, à savoir
matériau réfractaire céramique de base fortement poreux, choix
d'un sel soluble ou d'un sol de terres rares, et pyrolyse à des
températures comprises entre 800 et 10000C;
d'autre part, par les résultats obtenus, à savoir forte porosité, donc
caractère isolant ; rigidité donc usinabilité, et enfin non
mouillabilité par les métaux fondus, notamment l'acier ou les
alliages à base de cuivre.
Compared to the known state of the art and mentioned in the preamble, the invention differs
on the one hand, by the choice of precise operating conditions, namely
highly porous ceramic refractory base material, choice
a soluble salt or rare earth, and pyrolysis to
temperatures between 800 and 10000C;
on the other hand, by the results obtained, namely high porosity, therefore
insulating character; rigidity therefore machinability, and finally not
wettability by molten metals, especially steel or
copper-based alloys.

La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent
Exemple 1:
On utilise comme matériau céramique réfractaire poreux de base une plaque commercialisée par la Demanderesse sous la marque déposée "PROCELIT 160", ayant des dimensions de 650 x 320 x 30 mm, résistant à 16000C. Cette plaque en matériau céramique réfractaire poreux présente une composition ayant 85 % d'alumine et 15 % de silice, et une densité voisine de 0,3 (soit une porosité de 92 %).
The manner in which the invention can be carried out and the advantages which ensue therefrom will emerge more clearly from the exemplary embodiments which follow.
Example 1:
As a basic porous refractory ceramic material, a plate sold by the Applicant under the registered trademark "PROCELIT 160", having dimensions of 650 x 320 x 30 mm, resistant to 16000C, is used. This plate of porous refractory ceramic material has a composition having 85% of alumina and 15% of silica, and a density close to 0.3 (that is to say a porosity of 92%).

A température ambiante, on immerge cette plaque pendant dix minutes environ (jusqu'à disparition des dernières bulles) dans une solution aqueuse contenant 20 % en poids d'acétate d'yttrium. La plaque poreuse absorbe environ 2,5 fois son poids sec de solution. At room temperature, this plate is immersed for approximately ten minutes (until the last bubbles have disappeared) in an aqueous solution containing 20% by weight of yttrium acetate. The porous plate absorbs about 2.5 times its dry weight of solution.

Pour éliminer entièrement l'eau, on sèche ensuite à l'étuve ventilée à 1300C pendant vingt-quatre heures. To completely remove the water, it is then dried in a ventilated oven at 1300C for twenty-four hours.

On pyrolyse ensuite au four électrique à 800"C pendant quatre heures. Pendant cette pyrolyse, l'acétate d'yttrium est transformé en oxyde d'yttrium, et simultanément de l'eau et du gaz carbonique résiduels sont éliminés dans l'atmosphère. Pyrolysis is then carried out in an electric oven at 800 ° C. for four hours. During this pyrolysis, yttrium acetate is transformed into yttrium oxide, and simultaneously water and residual carbon dioxide are eliminated in the atmosphere.

On obtient une plaque ayant les mêmes dimensions que la plaque de départ, constituée par un matériau céramique composite à haute porosité (porosité de 80 %), dont les parois des pores sont recouvertes d'une fine couche d'oxyde d'yttrium (épaisseur de l'ordre du nanomètre, notamment comprise entre 0,2 et 0,4 nanomètre), ce qui en outre augmente favorablement la rigidité du matériau. A plate is obtained having the same dimensions as the starting plate, consisting of a composite ceramic material with high porosity (80% porosity), the walls of the pores of which are covered with a thin layer of yttrium oxide (thickness of the order of a nanometer, in particular between 0.2 and 0.4 nanometers), which also favorably increases the rigidity of the material.

Cette plaque, pour une densité voisine de 0,45 (contre 0,3), et une résistance à la compression de 1,5N/mm2, présente une composition moyenne en poids, de:
- 68 % d'alumine (contre 85 %);
-12 % de silice (contre 15 %);
- 20 % d'yttrium.
This plate, for a density close to 0.45 (against 0.3), and a compressive strength of 1.5N / mm2, has an average composition by weight, of:
- 68% alumina (against 85%);
-12% silica (against 15%);
- 20% yttrium.

Malgré sa très forte porosité, cette plaque à laquelle n'adhère pas l'acier fondu, ne présente aucune infiltration lorsqu'on la soumet à une pression résultant d'une couche de 300 mm de hauteur d'acier fondu pendant cent vingt minutes et plus.  Despite its very high porosity, this plate to which the molten steel does not adhere, does not show any infiltration when it is subjected to a pressure resulting from a layer of 300 mm in height of molten steel for one hundred and twenty minutes and more.

Ces plaques rigides sont faciles à usiner et conviennent parfaitement pour la fabrication de masselottes, de busettes ou autres pièces pour la coulée continue ou sous pression d'acier et pour la coulée d'alliages de cuivre. These rigid plates are easy to machine and are perfectly suited for the production of weights, nozzles or other parts for the continuous or pressure casting of steel and for the casting of copper alloys.

L'oxyde d'yttrium déposé sur la paroi des pores affecte légèrement la réfractarité de la plaque, mais surtout empêche l'acier liquide fondu de pénétrer dans les pores du matériau et/ou le corroder, malgré la forte porosité de la plaque finie. The yttrium oxide deposited on the wall of the pores slightly affects the refractoriness of the plate, but above all prevents molten molten steel from entering the pores of the material and / or corroding it, despite the high porosity of the finished plate.

Comme le traitement d'immersion est effectué à partir d'une solution, on obtient une bonne pénétration à coeur. De la sorte, ce traitement peut être effectué sur des ébauches, ce qui limite les pertes d'oxydes lors des usinages ultérieurs en finition quand des cotes très précises doivent être obtenues. As the immersion treatment is carried out from a solution, good penetration to the core is obtained. In this way, this treatment can be carried out on blanks, which limits the loss of oxides during subsequent machining in finishing when very precise dimensions must be obtained.

Exemple 2:
La même plaque de PROCELIT 160 utilisée telle quelle en contact de l'acier fondu, voit sa porosité pénétrée par ltacier sur plus de quinze millimètres de profondeur après trois minutes de contact avec le métal fondu. Cette infiltration altère complètement le caractère isolant du matériau et le rend impropre pour cette application.
Example 2:
The same PROCELIT 160 plate used as it is in contact with molten steel, has its porosity penetrated by steel over a depth of fifteen millimeters after three minutes of contact with the molten metal. This infiltration completely alters the insulating nature of the material and makes it unsuitable for this application.

Exemple 3:
La même plaque de PROCELIT 160 imprégnée cette fois-ci par un sel d'un autre métal, tel que le chrome, le magnésium et/ou tout autre métal dont les oxydes réfractaires sont couramment utilisés en sidérurgie, est également pénétrée par l'acier fondu et mise rapidement hors d'usage. Sauf l'aluminium dont l'oxyde est sans effet sur la réfractarité et la mouillabilité, tous se sont révélés nuisibles.
Example 3:
The same PROCELIT 160 plate, this time impregnated with a salt of another metal, such as chromium, magnesium and / or any other metal whose refractory oxides are commonly used in the steel industry, is also penetrated by steel. melted and quickly put out of use. With the exception of aluminum, the oxide of which has no effect on the refractoriness and wettability, all have been found to be harmful.

Exemple 4:
La même plaque préparée selon le procédé de l'exemple 1, mais pyrolysée à 1450 "C, présente une mouillabilité par l'acier fondu légèrement réduite par rapport à l'exemple 2. La couche d'oxyde naissante a réagi avec la silice et l'alumine du substrat pour former des combinaisons chimiques nouvelles et les forces de tension superficielles qui empêchaient la pénétration du métal dans les pores sont perdues.
Example 4:
The same plate prepared according to the method of Example 1, but pyrolyzed at 1450 "C, has a slightly reduced wettability by molten steel compared to Example 2. The nascent oxide layer reacted with the silica and the alumina of the substrate to form new chemical combinations and the surface tension forces which prevented the penetration of the metal into the pores are lost.

Exemple 5:
La même plaque de PROCELIT 160 est trempée selon le procédé de l'exemple 1, mais dans une solution contenant un mélange de précurseurs d'oxydes de toutes les différentes terres rares dans une proportion Y203/Oxydes de Terres Rares total de 80 % en poids mesuré sur l'extrait sec pyrolisé. Un tel mélange permet une réduction sensible du coût de la matière première, car il est directement disponible en futs de 50 litres prêts à l'emploi, avec une concentration garantie entre 15 et 18 % en poids d'oxydes par litre de mélange.
Example 5:
The same PROCELIT 160 plate is soaked according to the method of Example 1, but in a solution containing a mixture of precursors of oxides of all the different rare earths in a proportion Y203 / Oxides of Rare Earths total of 80% by weight measured on the dry pyrolized extract. Such a mixture allows a significant reduction in the cost of the raw material, since it is directly available in 50 liter drums ready for use, with a guaranteed concentration between 15 and 18% by weight of oxides per liter of mixture.

Après séchage et pyrolise à 9000C, le matériau présente une densité voisine de 0,40 et est tout à fait imperméable aux alliages de cuivre fondus. Cette plaque peut servir sans dommage de canal ou de moule en contact du métal en fusion. After drying and pyrolizing at 9000C, the material has a density close to 0.40 and is completely impermeable to molten copper alloys. This plate can be used without damage to the channel or mold in contact with the molten metal.

Dans les mêmes conditions, une plaque non traitée serait pénétrée et détruite par le métal en fusion en quelques minutes. Under the same conditions, an untreated plate would be penetrated and destroyed by the molten metal in a few minutes.

Le mélange d'oxydes introduit n'affecte pas sensiblement la réfractarité de la plaque, ni son caractère isolant, comme dans l'exemple I.  The mixture of oxides introduced does not appreciably affect the refractoriness of the plate, nor its insulating character, as in Example I.

Le procédé selon l'invention présente de nombreux avantages, notamment par rapport aux solutions connues à ce jour. On peut citer:
- la simplicité de fabrication;
- la facilité de finition des pièces en usinage, même avec des outils habituels en acier ou en carbure;
- la non mouillabilité du matériau par l'acier ou les alliages de cuivre fondus, malgré sa forte porosité, alors que l'on savait que ces métaux fondus mouillaient facilement les céramiques poreuses
- la possibilité de maîtriser avec une bonne précision la température de coulée du métal fondu en réduisant considérablement les pertes thermiques au travers des réfractaires;
- une bonne résistance aux chocs thermiques, ce qui évite de préchauffer ces pièces avant la coulée.
The method according to the invention has many advantages, in particular compared to the solutions known to date. We can cite:
- simplicity of manufacture;
- the ease of finishing the machined parts, even with usual steel or carbide tools;
- the non-wettability of the material by steel or molten copper alloys, despite its high porosity, when it was known that these molten metals easily wetted porous ceramics
- the possibility of controlling with good precision the temperature of casting of the molten metal by considerably reducing the heat losses through the refractories;
- good resistance to thermal shock, which avoids preheating these parts before casting.

De la sorte, ces matériaux réfractaires conviennent parfaitement pour la coulée continue ou sous pression de l'acier ou la coulée des alliages de cuivre.  In this way, these refractory materials are perfectly suitable for the continuous or pressure casting of steel or the casting of copper alloys.

Claims (5)

REVENDICATIONS 1/ Procédé pour la fabrication d'un matériau réfractaire isolant, rigide, susceptible de travailler au contact d'un métal fondu à base de fer ou de cuivre, dans lequel: 1 / Process for the manufacture of an insulating, rigid refractory material capable of working in contact with a molten metal based on iron or copper, in which: tout d'abord, on imprègne un matériau céramique réfractaire de first of all, a refractory ceramic material is impregnated with base, avec une solution d'un précurseur d'oxyde réfractaire; base, with a solution of a refractory oxide precursor; . puis, on sèche le matériau céramique imprégné; . then, the impregnated ceramic material is dried; et enfin, on pyrolyse ce matériau séché; caractérisé: and finally, this dried material is pyrolyzed; characterized: - en ce que le précurseur est un sel ou un sol de terres rares; - in that the precursor is a rare earth salt or soil; - en ce que le matériau céramique réfractaire de base est un matériau fortement poreux présentant une porosité comprise entre 75 et 95 %; - in that the basic refractory ceramic material is a highly porous material having a porosity of between 75 and 95%; - et en ce que on pyrolyse à une température comprise entre 800 et 1000"C pendant deux à six heures, de sorte que les parois des pores du matériau céramique de base soient recouvertes d'une fine couche protectrice d'oxydes de terres rares. - And in that it is pyrolyzed at a temperature between 800 and 1000 "C for two to six hours, so that the walls of the pores of the basic ceramic material are covered with a thin protective layer of rare earth oxides. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la solution d'imprégnation est une solution d'acétate de terres rares à une concentration comprise entre 15 et 20 % en poids. 2 / A method according to claim 1, characterized in that the impregnation solution is a solution of rare earth acetate at a concentration between 15 and 20% by weight. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'imprégnation s'effectue par simple immersion plein bain à température ambiante, puis en ce que le séchage s'effectue à l'étuve à 110 1300C.  3 / A method according to claim 1, characterized in that the impregnation is carried out by simple full bath immersion at room temperature, then in that the drying is carried out in an oven at 110 1300C. 4/ Procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce que la solution ou le sol d'imprégnation est formé d'un mélange de précurseurs.  4 / A method according to claim 1, characterized in that the solution or the impregnating sol is formed of a mixture of precursors. 5/ Matériau céramique réfractaire poreux, à haute porosité, obtenu par la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé: 5 / Porous refractory ceramic material, with high porosity, obtained by implementing the method according to claim 1, characterized: - en ce que le matériau est rigide et présente une porosité d'au moins quatre-vingt pour cent (80 %), et; - in that the material is rigid and has a porosity of at least eighty percent (80%), and; - en ce que la paroi des pores est recouverte d'une fine couche d'oxydes de terres rares d'épaisseur de l'ordre du nanomètre.  - in that the wall of the pores is covered with a thin layer of rare earth oxides with a thickness of the order of a nanometer.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP2216308A1 (en) * 2009-01-26 2010-08-11 General Electric Company Treated Refractory Material and Methods of Making

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111390149B (en) * 2020-04-24 2021-06-22 中信戴卡股份有限公司 Casting ladle for casting aluminum alloy

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3817781A (en) * 1967-06-01 1974-06-18 Kaman Sciences Corp Ceramic treating process and product produced thereby
US4276203A (en) * 1979-04-26 1981-06-30 Acurex Corporation Catalytic system and process for producing it
GB2097777A (en) * 1981-05-06 1982-11-10 Rolls Royce Ceramic foam
EP0263468A1 (en) * 1986-10-10 1988-04-13 Societe Des Ceramiques Techniques Ceramic filter membrane and process for the preparation thereof
EP0311258A1 (en) * 1987-10-08 1989-04-12 The Standard Oil Company Graphite composites and process for the manufacture thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3817781A (en) * 1967-06-01 1974-06-18 Kaman Sciences Corp Ceramic treating process and product produced thereby
US4276203A (en) * 1979-04-26 1981-06-30 Acurex Corporation Catalytic system and process for producing it
GB2097777A (en) * 1981-05-06 1982-11-10 Rolls Royce Ceramic foam
EP0263468A1 (en) * 1986-10-10 1988-04-13 Societe Des Ceramiques Techniques Ceramic filter membrane and process for the preparation thereof
EP0311258A1 (en) * 1987-10-08 1989-04-12 The Standard Oil Company Graphite composites and process for the manufacture thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2216308A1 (en) * 2009-01-26 2010-08-11 General Electric Company Treated Refractory Material and Methods of Making

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