LU84293A1 - Compositions pour revetir des moules servant au traitement de metaux fondus,procedes pour l'application de telles compositions,et moules ainsi revetus - Google Patents

Description

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? * L'invention concerne des compositions pour revêtir des 5 moules servant au traitement de métaux fondus, aussi bien que des moules revêtus avec de telles compositions et des procédés pour leur application.

De tels moules meuvent être formés de fonte, métal di- 4 rectement obtenu à partir de hauts fourneaux, ou bien ils 10 peuvent être formés de sable dont les grains sont liés ensemble avec de la bentonite ou d'autres liants chimiques.

Au cours de la description suivante, on se réfère plus particulièrement à la coulée d'acier fondu dans des moules en fonte reposant sur un socle en fonte et aux problèmes qui y 15 sont associés. Il convient toutefois de ne pas perdre de vue que la portée de l'invention est plus large et qu'elle s'applique tout aussi bien à la coulée de métaux en général, et à sa mise en oeuvre dans le cas de moules et de noyaux formés de sable (de la manière décrite ci-après).

20 Dans le passé, pour le traitement de métaux fondus, il a été de pratique courante d'appliquer un revêtement sur la surface des moules avant de couler du métal dans ces moules. Cette pratique a été systématiquement suivie dans l'industrie 1 sidérurgique, où des moules à lingots en fonte sont normale- 25 ment revêtus avant la coulée des lingots d'acier. Les fonctions des revêtements de moules utilisés lors du traitement de l'acier fondu sont de diminuer l'usure des moules et d’établir un bon plan de démoulage, en protégeant ainsi les qualités superficielles du métal moulé.

30 Lors de la coulée d'acier fondu dans un ensemble compre nant un socle et un moule en fonte, des dommages tels qu'une érosion et une croissance des grains provoquent l'apparition de fissures microscopiques dans le moule en fonte ayant pour » 3

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conséquence une forte adhérence du lingot ou de la hillette aux parois du socle et du moule. Par conséquent, on a recours d’une manière classique à l'application d'un revêtement sur le socle et le moule afin de remplir les vides sur 5 leurs faces, ce qui permet un démoulage facile du lingot ou de la billette à partir de l'ensemble que constituent le moule et son socle.

Dans le cas de moules en sable, du sable, et communément un sable siliceux, est normalement mélangé avec un 10 liant chimique et un catalyseur, est moulé autour d'un gabarit et est durci en un corps possédant la forme désirée.

A titre de variante, du sable peut être lié avec de la ben-v tonite et damé autour d'un gabarit pour former un corps du profil désiré. De tels moules en sable sont, de par leur 15 nature même, poreux, et leur porosité interdit de les utiliser sans l'application préalable d'un revêtement de moule, faute de quoi une pénétration du métal dans les vides du sable provoquerait une forte adhérence du moule à la surface de la pièce coulée, l'élimination d'une croûte agglomé-20 rée de sable et de métal à la surface de la pièce nécessite la mise en oeuvre d'une coûteuse opération de sablage ou d'écroûtage à l'outil. Diverses formes de revêtement de moule ont été mises au point pour de tels moules en sable.

Des combinaisons de goudron bitumineux, de charbon de 25 bois et de talc figurent parmi les premiers matériaux utilisés pour constituer des revêtements de moules ; ils ont toutefois été écartés car leur application sur les moules est „ une opération coûteuse et difficile.

. Des matériaux de revêtement plus récents comprennent 30 une grande diversité de charges minérales réfractaires, de liants, de liquide servant de véhicule, d'agents de gélification ou de mise en suspension, et d'agents permettant d'éviter des fermentations. Toutefois, l'inconvénient de la plupart de ces revêtements connus est leur tendance à. provo-35 quer la formation d'inclusions non métalliques dans le métal coulé. Ceci se produit chaque fois que le revêtement du moule n'adhère pas solidement à la surface du socle, du moule ou d'un noyau. Une raison habituelle de cet accident ♦ 4 * *

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est la destruction du liant par suite de la chaleur transmi-J se par rayonnement ou par convection à partir du métal en fusion avant que la cavité du moule soit remplie par le métal fondu, ce qui permet une pénétration du métal fondu dans 5 la substance minérale résiduelle.

Un autre et important inconvénient des revêtements présentement connus se trouve clairement mis en évidence lors du démoulage du lingot. Par suite de la destruction du liant par la chaleur, le revêtement du moule se trouve dé-10 composé en ses ingrédients constitutifs. Par conséquent, la matière réfractaire finement divisée a tendance à se mettre en suspension dans l'air environnant par suite de la présence de courants de convection.

v la présente invention vise à supprimer ou à atténuer 15 considérablement les inconvénients susmentionnés. l'invention apporte de remarquables améliorations : (1) à des compositions pour le revêtement de moules ; (2) à des procédés pour l'application de revêtements de moules ; 20 (5) à des moules revêtus avec les susdites compositions ou par mise en oeuvre des susdits procédés.

Sous un de ses aspects les plus larges, l'invention a pour objet une composition utilisable pour l'application d' un revêtement protecteur sur des moules métalliques ou au-25 très du type dans lequel sont effectuées des opérations de coulée ou d'autres traitements de métaux, ladite composition comprenant un premier composant minéral réfractaire finement divisé et, en association avec ledit premier composant, un deuxième composant propre à maintenir les deux composants 50 en une relation mutuelle de liaison résistante à la chaleur, ledit deuxième composant comprenant au moins une substance qui contient des radicaux phosphate et des radicaux chrome et/ou au moins une substance à partir de laquelle de tels radicaux peuvent être conjointement et/ou séparément déri-35 vés, la composition étant telle que, lorsqu'elle est appliquée à la surface d'un moule et lorsque le moule est soumis aux conditions dans lesquelles lesdites opérations de coulée ou analogues sont effectuées, le deuxième composant 4 5 * f » soit efficace pour maintenir ladite relation mutuelle de liaison tout en fonctionnant lui-même à la manière d'un matériau réfractaire protégeant la surface.

L'invention a également pour objet un procédé pour la 5 production d'une composition utilisable pour constituer le revêtement protecteur de moules métalliques ou en d'autres matériaux, moules du type dans lequel des opérations de coulée ou d'autres opérations de traitement de métaux sont effectuées, lequel procédé consiste à mélanger ensemble, sous 10 la forme par exemple d'une mise en suspension aqueuse, un premier composant et un deuxième composant tels que définis ci-dessus.

Sous un autre aspect, l'invention a pour objet un procédé pour l'application d'un revêtement protecteur sur une 15 surface d'un moule métallique ou en autre matériau, moule du type dans lequel des opérations de coulée ou d'autres opérations de traitement de métaux sont effectuées, lequel procédé consiste à appliquer, sur ladite surface, une composition telle que définie ci-dessus, ou un deuxième composant 20 du type défini.

Enfin, l'invention a aussi pour objet un moule utilisable pour la coulée ou pour d'autres opérations de traitement de métaux, tel qu'un moule dit lingotière pour la coulée de lingots d'acier, lequel procédé consiste à revêtir la surface travaillante ou chacune des surfaces travaillantes du moule avec une composition telle que définie ci-des-sus, ou avec un deuxième composant du type défini ci-dessus.

, La composition selon l'invention, pour le revêtement de moules, est caractérisée par les avantageuses propriétés suivantes : (1) Facilité d'application.

(2) Aptitude à durcir ou à sécher de manière à former une peau lisse qui adhère fortement et comble tous les défauts éventuellement présents dans la surface du socle, du moule ou du noyau.

(3) Elle est résistante à de hautes températures et demeure efficace pendant que du métal en fusion, typiquement à une température comprise entre 1500°C et 1700°C, est 6 * τ * versé dans la cavité du moule, et jusqu'au démoulage du lingot.

(4) Elle fonctionne de manière à empêcher la "brûlure" (croûte constituée par un conglomérat de métal et de 5 sable qui se forme sur des moules en sable) en s'opposant à la pénétration du métal en fusion jusque dans les vides autour des grains de sable ou jusque dans d'autres ouvertures sur la surface du moule.

(5) Etant en contact direct avec le métal, elle minimise 10 les effets défavorables sur les caractéristiques et la qualité de la pièce finalement obtenue, telle qu'un lingot.

1 (6) L'érosion de la surface d'un socle est considérablement réduite quand la composition selon l'invention y est 15 appliquée.

(7) Enfin, elle est économiquement intéressante en ce qui concerne les frais de matériaux, de main-d'oeuvre et d'équipement pour son application.

On décrit ci-après l'invention en se référant à des 20 particularités préférées de ces différents aspects, à des exemples de mise en oeuvre, aux dessins ci-annexés, et à un essai comparatif portant sur une composition typique de la présente invention et à une composition établie selon les principes de la technique antérieure. Il ne faut pas per-25 dre de vue que cette description n'est pas limitative de la portée plus étendue de la présente invention.

La fig. 1, des dessins ci-annexés, représente en coupe verticale un moule à lingots à ouverture supérieure du type en "goulot de bouteille", du genre utilisé avec des compo-30 sitions selon la présente invention.

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La fig. 2 représente en coupe verticale un moule à lingots du type à large culot inférieur utilisé avec des compositions de la technique antérieure, et montre l'érosion du socle.

35 Selon l'invention, le deuxième composant de la composition de revêtement, comme on l'a mentionné ci-dessus, est, de la manière la plus avantageuse, un aluminochromophospha-/ te qui peut être utilisé en une proportion en poids allant Η ? Λ de 1 à 100 % sur la base de laquelle il ne faut pas perdre de vue que, ainsi que cela se trouve spécifié dans les définitions ci-dessus des procédés et des particularités de construction des moules selon les différents aspects 5 de l’invention, le deuxième composant de la composition est aussi capable d’exercer par lui-même une fonction de protection par l’établissement d’un revêtement réfractaire (jusqu’ à un degré dont l'importance peut être dictée par des considérations économiques). Conjointement avec cette substan-10 ce et/ou à sa place, à condition que des radicaux chrome, et phosphate, soient simultanément présents ou puissent en dériver, un aluminochromophosphate peut être assisté, ou ’ remplacé, par d'autres composants contenant des radicaux chrome, et phosphate, tels qu'orthophosphate de mono-alumi-15 nium, phosphate de chrome, acide phosphorique, acide chromi-que et les oxydes de chrome. Parmi ces produits, l'orthophosphate de mono-aluminium, conjointement avec un alumino-chromophosphate et à raison de 1 à. 70 °/o en poids, ou plus avantageusement de 1 à 30 5¾ en· poids, est efficace.

20 Le premier composant, qui fonctionne à la manière d'u ne charge réfractaire inerte, d'une façon bien connue dans la technique, et qui abaisse le prix de revient de la composition pour revêtement des moules au point de la rendre économiquement attrayante (ce qui ne serait pas le cas si ledit 25 deuxième composant était utilisé comme seul matériau réfractaire) est de préférence de la pyrophyllite ou de la silice en poudre fine. D'autres premiers composants préférés peuvent être choisis parmi graphite, zircone, mica, talc, magnésie calcinée, alumine calcinée, divers silicates 30 d'alumine, chamotte, olivine et chromite. Le premier composant est normalement présent en une proportion atteignant jusqu'à 75 i° en poids.

Selon un autre aspect préféré de l'invention, la charge minérale réfractaire finement divisée (premier composant) 35 est utilisée en une proportion comprise entre 10 et 70 i» en poids. Par conséquent, 1'aluminochromophosphate (deuxième composant) est utilisé en une proportion comprise de 1 à 30 °fo en poids, et de la manière la plus avantageuse de 5 ’ . « » à 15 en poids, le reste de la composition étant de l'eau.

Outre la charge minérale réfractaire et la substance contenant des radicaux chrome et contenant des radicaux phosphate, la composition contient de préférence au moins un 5 agent de mise en suspension. Un tel agent peut être une gomme de Xanthane, un colloïde de Xanthomonas ou un algina-te, et il peut être présent en une proportion préférée comprise de .0,1 à'2,0 $ en poids, et plus avantageusement de 0,1 a 0,5 en poids. On peut aussi utiliser un 10 agent s'opposant aux fermentations, par exemple du penta-chlorophénate de sodium, mis en oeuvre en une proportion préférée comprise de · 0,001 à- 0,03 en poids, et plus avantageusement de 0,01 à 0,02 $ en poids. La fonction de ces agents est indiquée ci-après.

15 Comme on l'a déjà indiqué ci-dessus, le deuxième compo sant fonctionne de manière à protéger la surface sur laquelle il est appliqué, ou sur laquelle la composition à laquelle il est incorporé est appliquée. Bien que l'on désire n' être lié par aucune explication théorique particulière, on 20 peut cependant indiquer que, selon toute vraisemblance, le deuxième composant, par chauffage, durcit en formant un com-plaxe contenant des radicaux chrome et phosphate qui agit de manière à lier l'autre (ou les autres) composant(s) et à améliorer la nature réfractaire et protectrice de la compo-25 sition. Dans le cas particulier d'un aluminochromophosphate, un durcissement (ou séchage) intervient à une basse température d'environ 120°C, ce qui élimine la nécessité de chauffer séparément les moules afin de former un revêtement efficace sur leur surface travaillante. La composition 30 pour le revêtement de moules selon la présente invention peut donc être convenablement appliquée au moule avant utilisation, sans interrompre le cycle de production.

Des compositions selon la présente invention peuvent être préparées en mettant le premier composant et le deuxiè-35 me composant en suspension avec de l'eau. Pour faciliter la formation du mélange des composants solides et liquides, il est avantageux d'ajouter un agent de mise en suspension, Ύ 3 choisi parmi ceux indiqués ci-dessus, avant l'incorporation de la charge minérale réfractaire. Etant donné que certains agents de mise en suspension ne forment pas un gel à moins que le pH de la solution soit convenablement ajusté 5 (la méthyl-cellulose est sensible au pH tandis que la gomme Xanthane n'exige pas un ajustement du pH pour gélifier), un tel ajustement, quand il apparaît nécessaire, peut être effectué d'une manière classique, les compositions selon la présente invention peuvent aussi être améliorées en y ajou-10 tant un ou plusieurs agents permettant de lutter contre des fermentations et choisis parmi ceux qui ont été spécifiés ci-dessus. De tels agents fonctionnent de façon à empêcher une dégradation chimique de la composition lorsque celle-ci doit être conservée pendant une période d'une longue durée. 15 les compositions selon l'invention peuvent être facile ment appliquées, par tous moyens appropriés, aux surfaces choisies de moules du type ligotière ou de tout autre type.

la composition, ainsi que son mode de fabrication, est décrite à l’aide des exemples particulier suivants, qui bien 20 entendu ne sont en aucune manière limitatifs.

Exemple 1

Une silice du type quartz est transformée par broyage en une poudre fine dont les particules mesurent approximativement 75 microns.

25 Dans une cuve d'une capacité de 6 000 litres, on place ensemble 2045 kg d'eau et 14 kg de gomme Xanthane. On agite la solution à grande vitesse (200 tours/minute) jusqu'à gélification et on ajoute alors 300 kg d'aluminochromophosphate et 300 kg d'orthophosphate de mono-aluminium que l'on 30 disperse par agitation. On ajoute 3330 kg de fine poudre de silice (75 microns) et on homogénéise le mélange résultant jusqu'à obtention d'une consistance lisse et uniforme. On ajoute enfin 600 grammes de pentachlorophénate de sodium, la mesure des propriétés physiques de la composition 35 résultante donne les résultats suivants :

Viscosité 2600 centipoises pH 1,8

Masse volumique 1,65 g/cin^ //0 v » «

Exemple 2

On utilise un mode opératoire semblable à celui de l’exemple 1 ci-dessus, mais en changeant les proportions de constituants comme suit : 5 orthophosphate de mono-aluminium néant aluminochromophosphate 600 kg

Exemple 5

On utilise de nouveau un mode opératoire semblable à celui de l'exemple 1 ci-dessus, mais en changeant les pro-10 portions de constituants comme suit : poudre fine de silice remplacée par de la pyrophyllite 3000 kg orthophosphate de mono-aluminium néant aluminochromophosphate 600 kg 15 Enfin, on illustre encore l'invention en se référant aux dessins ci-annexés et à une série d'essais comparatifs dans lesquels des moules revêtus conformément à l'invention sont comparés à des moules revêtus conformément à la technique antérieure. En ce qui concerne ces essais, les critères 20 sur la base desquels les comparaisons sont faites (à savoir le taux d'application moyen, etc.) sont choisis parmi ceux qui sont les plus importants en pratique.

Sur les fig. 1 et 2 des dessins ci-annexés, les moules à lingots sont globalement désignés par la référence 1. Le 25 moule comprend un socle 2 sur lequel repose un corps de moule proprement dit 3·

Dans le cas du moule représenté fig. 1, les parois intérieures , le sommet du moule, la surface supérieure 5 du moule et la surface intérieure 6 du socle sont revêtus avec 30 une composition selon la présente invention.

Sur la fig. 2, on peut voir une cavité 7 due à une érosion provoquée par des coulées répétées de métal en fusion dans le moule. Plus une telle cavité formée par érosion est grande, plus grande est la probabilité d'une adhérence entre 35 le socle et le lingot en cours de refroidissement, ce qui nécessite une séparation physique du socle. Selon la technique antérieure, une plaque en acier représentée par la ligne en pointillé 8 peut être placée au-dessus de la cavité for-

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mée par érosion afin d'empêcher une telle adhérence et les dommages qui en sont la conséquence sur la surface du lingot. On a constaté qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser une telle plaque en acier 8 lorsqu'on applique des revête-5 ments de moules selon la présente invention.

Bien que la fig. 1 illustre le cas d'un moule à partie supérieure en forme de "goulot de bouteille'', il ne faut pas perdre de vue que l'invention est également applicable à d'autres formes de moules et, aussi, à des moules en sable.

10 A titre de comparaison avec des compositions connues, on procède à un essai portant sur une campagne de production prolongée au cours d'une période de vingt-huit (28) jours. Au cours de cette campagne d'essais, 292 600 tonnes d'acier brut ont été produites. On obtient les résultats 15 indiqués dans le Tableau I ci-dessous.

Tableau I

Composition

Composition connue de de poudre de 20 l'exemple 2 et de silice colloïdale comme liant

Taux d'application moyen 0,25 kg/tonne 0,55 kg/tonne

Taux d'adhérence moyen global 6,8 $ 7,4 $ 25 Intervalle de taux d'adhérence signalé par 24 h de production 0-16 $ 0-50$

Nombre d'utilisations répétées du socle attendu avant remise en état 40 17-32 30 II convient de noter que, au cours de l'essai, aucune plaque d'acier protectrice n'a été utilisée au-dessus de la cavité formée par érosion.

De l'examen du Tableau comparatif ci-dessus, il ressort que la composition selon l'invention permet d'obtenir une 35 amélioration très appréciable pour chacun des critères retenus. La composition selon l'invention permet donc d'accomplir des progrès substantiell dans le domaine technique en question.

Claims (14)

1. Composition utilisable pour l'application d'un revêtement protecteur sur des moules métalliques ou autres du type dans lequel sont effectuées des opérations de coulée 5 ou d'autres traitements de métaux, ladite composition comprenant un premier composant minéral réfractaire finement divisé et, en association avec ledit premier composant, un deuxième composant propre à maintenir les deux composants en une relation mutuelle de liaison résistante à la chaleur, 10 ledit deuxième composant comprenant au moins une substance qui contient des radicaux phosphate et des radicaux chrome et/ou au moins une substance à partir de laquelle de tels radicaux peuvent être conjointement et/ou séparément dérivés, la composition étant telle que, lorsqu'elle est appli-15 quée à la surface d'un moule et lorsque le moule est soumis aux conditions dans lesquelles lesdites opérations de coulée ou analogues sont effectuées, le deuxième composant soit efficace pour maintenir ladite relation mutuelle de liaison tout en fonctionnant lui-même à la manière d'un matériau 20 protégeant la surface.

2. Composition utilisable pour l'application d'un revêtement protecteur sur des moules métalliques ou autres du type dans lequel sont effectuées des opérations de coulée ou d'autres traitements de métaux, ladite composition compre-25 nant un premier composant minéral réfractaire finement divisé et, en association avec ledit premier composant, un deuxième composant propre à maintenir les deux composants en > une relation mutuelle de liaison résistante à la chaleur, le deuxième composant comprenant un aluminochromophosphate 30 ou un équivalent fonctionnel d'une telle substance, et plus particulièrement de 1'orthophosphate de mono-aluminium.

3. Composition selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle se trouve sous la forme d'une suspension aqueuse et en ce qu'elle comprend, en outre, au moins un 35 agent de mise en suspension.

4. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la substance minérale réfractaire finement divisée est présente en une pro- « « » portion en poids atteignant jusqu'à 75 et de préférence comprise de 10 à 70

5. Composition selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que le phosphate ou chaque 5 phosphate est présent en une proportion en poids comprise d e· 1 à 70 fof et plus avantageusement de 1 à 30

6. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en-ce que la substance minérale réfractaire finement divisée est une fine poudre de 10 silice ou de la pyrophyllite.

7. Composition selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend aussi au moins un agent destiné à lutter contre des fermentations .

8. Procédé pour la production d'une composition uti lisable pour l'application d'un revêtement protecteur sur des moules métalliques ou en d'autres matériaux, moules du type dans lequel des opérations de coulée ou d'autres opérations de traitement de métaux sont effectuées, lequel 20 procédé consiste à mélanger ensemble, comme par mise en suspension aqueuse, un premier composant et un deuxième composant tels que définis dans la revendication 1 ou 2.

9· Composition caractérisée en ce qu'elle a été produite par mise en oeuvre d'un procédé selon la revendica- 25 tion 8.

10. Procédé pour l'application d'un revêtement protecteur sur une surface d'un moule métallique ou autre du * type dans lequel sont effectuées des opérations de coulée ou analogues, lequel procédé est caractérisé en ce que l'on 30 applique, sur ladite surface, une composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 et 9·

11. Procédé pour l'application d'un revêtement protecteur sur une surface d'un moule métallique ou autre du type dans lequel sont effectuées des opérations de coulée 35 ou analogues, lequel procédé est caractérisé en ce que l'on applique, sur ladite surface, un deuxième composant du type spécifié dans la revendication 1 ou 2. * AH & '* «

12. Moule utilisable pour effectuer des opérations de » coulée ou d'autres opérations de traitement, caractérisé en ce que la surface travaillante ou chaque surface travaillante est revêtue avec une composition selon l'une quelconque 5 des revendications 1 à 7 ou 9 ou avec un deuxième composant tel que spécifié dans la revendication 1 ou 2.

13· Moule à lingots, utilisable pour la coulée de lingots d'acier, caractérisé en ce que la surface travaillante ou chaque surface travaillante est revêtue avec une 10 composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 ou 9 ou avec un deuxième composant tel que spécifié dans la revendication 1 ou 2.

‘ 14. Composition selon l'une quelconque des revendica tions précédentes, caractérisée en ce que le revêtement 15 demeure lié même après le démoulage du lingot ou de la pièce coulée.