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Perfectionnements aux tuyères réfractaires, notamment pour poches de coulée, et procédé de fabrication de ces tuyères.
La présente invention se rapporte aux tuyères réfractaires utilisées dans les poches métalliques à revêtement réfractaire destinées à la coulée des métaux en fusion.
On a construit des tuyères entièrement en argile qui, à l'usage, ont révélé que le métal fondu, passant au travers de l'orifice de la tuyère, avait très f acilement une action érosiv sur la paroi de la tuyère, d'où il est résulté que l'orifice devenait fréquemment trop grand pour permettre la
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coulée efficace du métal.
Pour essayer de pallier à cet inconvénient, on a réalisé une construction de la tuyère en plusieurs parties distinctes en magnésite ou autre constituant plus réfractaire que l'argile, sous la forme soit de tranches, soit de pièces rapportées, quelquefois cimentées dans leur position définitive; ces parties aidant l'argile à résister en quelque mesure à l'érosion ou à mieux jouer son rôle.
Toutefois, en raison du fait que la magnésite et les autres matières employées dans ce but, conduisent rapidement la chaleur, on s'est aperçu qu'elles ont un effet destructeur en produisant le figement ou la solidifica- tion d'une certaine quantité de métal fondu qui, par suite, adhère à la paroi de l'orifice et en réduit les dimensions, empêchant ainsi le passage d'un courant uniforme de métal, en particulier quand la densité du métal fondu diminue au cours de la coulée. De plus, la présence de plusieurs tranches ou parties rapportées dans une tuyère constitue une source de danger parce qu'elles peuvent se fissurer ou se briser et tomber dans le trou de la tuyère en l'engorgeant.
D'autres tentatives d'éviter l'inconvénient précité ont consisté à fabriquer des tuyères en partant d'un mélange d'argile et de graphite dans les proportions approximatives en poids de 25 % de graphite et 75 % d'argile, mais cet inconvénient n'a pas pu être écarté à cause de la présence, à travers ces tuyères, de graphite bon conducteur de la chaleur. Il n'en est pas moins indispensable, en vue d'éviter la combustion complète du graphite, de cuire la tuyère dans une atmosphère réductrice et l'entretien d'une telle atmosphère dans le four de cuisson ou four à briques grève alourdement le prix de revient de pareilles tuyères.
Les perfectionnements faisant l'objet de la présente invention permettent d'obtenir les avantages désirés sans devoir subir les défauts rappelés ci-dessus.
Conformément à la prés-ente invention, on fabrique la
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tuyère en la conformant d'abord à partir d'un mélange plastique d'argile et de graphite ou d'argile et d'une autre matière à base de carbone, à brûler ou cuire ensuite la tuyère au sein d'une atmosphère oxydante dans un fourneau ou,un four à briques, mais en ayant soin d'engendrer une atmosphère réductrice à l'intérieur de l'orifice de la tuyère. Dans le mélange en question, la proportion de graphite ou autre matière à base de carbone ou de composé quelconque de cet élément peut varier de 10 % à 33 1/3 % du poids total.
On crée l'atmosphère réductrice en garnissant l'orifice d'un agent réducteur convenable, en sorte .d'en exclure l'air pendant la cuisson de la tuyère.
L'agent réducteur peut être du poussier de coke, des morceaux de coke, de la houille, de l'anthracite, de l'argile et du coke, une matière carbonifère argileuse ou tout autre agent réducteur approprié. L'utilisation de ces matières comme agents de réduction a pour but d'éliminer l'air de l'orifice de la tuyère et quoique le sable siliceux ne soit pas un agent réducteur, on peut l'utiliser dans l'espace de l'orifice puisqu'il a la propriété d'en chasser l'air.
Les matières à base de carbone autres que le graphite, utilisables en mélange avec l'argile réfractaire-, sont la houille, l'anthracite, la poussière de coke et des morceaux de coke; on peut les ajouter au graphite ou les substituer à ce dernier.
Un procédé particulièrement approprié à la cuisson des tuyères consiste à les placer dans une cuvette ou autre récipient contenant une couche d'agent réducteur, les tuyères ayant une extrémité immergée dans la matière réductrice, tandis que leurs orifices sont aussi remplis ou garnis de cette matière, les extrémités émergées de ces tuyères étant obturées par un couvercle de briques ou par le fond des récipients qui supportent d'autres tuyères dans les dispositions où les tuyères sont empilées les unes sur les autres. On place alors les récipients
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dans un four à briques et l'on y cuit les tuyères dans une atmosphère oxydante.
Par ce procédé, on engendre une atmosphère réductrice à l'intérieur des tuyères et le graphite contenu dans les orifices est retenu aux parois de ceux-ci et à leur périphérie immédiate grâce à l'atmosphère réductrice. Au contraire, le graphite 'brûle contre les parois extérieures des tuyères et à leur voisinage proche, à cause de l'atmosphère oxydante régnant dans le four ou le foyer. On obtient par conséquent une couche d'argile réfractaire et de graphite, ou dtargile et d'une autre matière carbonifère sur la paroi de l'orifice, et autour de celle-ci, et une couche d'argile réfractaire s'étendant de l'orifice à toute la paroi extérieure de chaque tuyère.
Il en résulte que, lors de la coulée du métal en fusion à travers la tuyère, la couche d'argile réfrac- taire, à bas coefficient de conductibilité thermique, met un obstacle à la propagation rapide des calories à travers les parois de l'orifice qui ont un coefficient élevé de conductibilité thermique, en raison de la présence de graphite.
Une tuyère fabriquée d'après le procédé de l'invention se présente comme constituée en une seule pièce dont la paroi intérieure possède une haute résistance à l'érosion et la paroi extérieure, une faible conductibilité calorifique, de sorte que l'on évite une transmission rapide de la chaleur du métal en fusion passant dans la tuyère, et supprime, par suite, la tendance de ce métal à se figer ou se solidifier.
Etant donné que, selon l'invention, les tuyères sont brûlées ou cuites dans l'atmosphère oxydante du fourneau ou four à briques, on récupère une partie notable du coût par rapport à celui des tuyères qui doivent être brûlées ou cuites dans une atmosphère réductrice maintenue dans le four, en vue de retenir le graphite ou autre matière à base de carbone dans la tuyère.
La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien com-
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prendre comment l'invention peut être réalisée, les particu- larités qui ressortent tant du dessin que du texte faisant bien entendu partie de celle-ci.
La fig. 1 est une coupe axiale d'une tuyère fabriquée selon l'invention.
La fige 2 montre en élévation et en coupe, à échelle réduite, un empilage de tuyères prêtes pour la cuisson.
La tuyère a est de forme extérieure cylindrique, avec un orifice b en forme d'entonnoir et une extrémité inférieure pro- tubérante c. La fige 2 représente les tuyères avant leur in- troduction dans un fourneau ou un four à briques ; ces tuyères, consistant en un mélange plastique d'argile et de graphite, sont placées dans des cuvettes réfractaires d en position re- tournée, avec leurs extrémités immergées dans une nappe e d'agent réducteur contenu dans les cuvettes. L'orifice b de chaque tuyère est aussi garni d'agent réducteur et obturé par une brique réfractaire f ou par la cuvette d'une tuyère su- perposée, afin d'éviter l'entrée de l'air pendant la cuisson.
La concentration de l'agent réducteur dans l'orifice donne lieu à une atmosphère désoxydante qui empêche la combustion du gra- phite de la tuyère à proximité immédiate du contour de l'ori- fice, mais grâce à l'atmosphère oxydante du fourneau ou du four à briques à laquelle est exposée la paroi extérieure de la tuyère, le graphite y brûle sauf sur la faible épaisseur de paroi qui est immergée dans la couche d'agent réducteur. contenue dans la cuvette.
Il résulte de ce processus que la tuyère se revêt d'une couche intérieure en argile et graphite à peu près de la forme désignée par g, entourée par la couche ou partie constitutive extérieure qui est constituée seulement par de l'argile réfractaire* La couche Intérieure ± d'argile réfractaire et de graphite forme la paroi de l'orifice b qui possède une haute résistance à l'érosion.
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Improvements to refractory nozzles, in particular for ladles, and method of manufacturing these nozzles.
The present invention relates to refractory nozzles used in metal pockets with a refractory lining intended for the casting of molten metals.
Nozzles were constructed entirely of clay which, in use, revealed that the molten metal, passing through the orifice of the nozzle, had an erosive action very easily on the wall of the nozzle, hence as a result, the orifice frequently became too large to allow the
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efficient metal casting.
To try to overcome this drawback, a construction of the nozzle was made in several distinct parts in magnesite or another constituent more refractory than clay, in the form either of slices or of added parts, sometimes cemented in their final position. ; these parts help the clay to resist erosion to some extent or to play its role better.
However, due to the fact that magnesite and the other materials used for this purpose quickly conduct heat, it has been found to have a destructive effect by causing a certain amount of solidification or solidification. molten metal which as a result adheres to the wall of the orifice and reduces its size, thereby preventing the passage of a uniform stream of metal, particularly when the density of the molten metal decreases during casting. In addition, the presence of several slices or added parts in a nozzle constitutes a source of danger because they can crack or break and fall into the hole of the nozzle by clogging it.
Other attempts to avoid the aforementioned drawback have consisted in making nozzles starting from a mixture of clay and graphite in the approximate proportions by weight of 25% graphite and 75% clay, but this drawback could not be ruled out because of the presence, through these nozzles, of graphite which is a good conductor of heat. It is nonetheless essential, in order to avoid the complete combustion of the graphite, to bake the nozzle in a reducing atmosphere and the maintenance of such an atmosphere in the baking oven or brick oven weighs heavily on the price. cost of such nozzles.
The improvements which are the subject of the present invention make it possible to obtain the desired advantages without having to suffer the defects mentioned above.
In accordance with the present invention, the
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nozzle by first shaping it from a plastic mixture of clay and graphite or clay and another carbon-based material, then to burn or bake the nozzle in an oxidizing atmosphere in a furnace or a brick kiln, but taking care to generate a reducing atmosphere inside the orifice of the nozzle. In the mixture in question, the proportion of graphite or other carbon-based material or any compound thereof may vary from 10% to 33 1/3% of the total weight.
The reducing atmosphere is created by lining the orifice with a suitable reducing agent, so as to exclude the air therefrom during the firing of the nozzle.
The reducing agent can be coke dust, pieces of coke, hard coal, anthracite, clay and coke, a clayey carbonaceous material or any other suitable reducing agent. The purpose of using these materials as reducing agents is to remove air from the nozzle orifice, and although silica sand is not a reducing agent, it can be used in the nozzle space. orifice since it has the property of expelling the air.
Carbon-based materials other than graphite, which can be used as a mixture with refractory clay, are coal, anthracite, coke dust and pieces of coke; they can be added to graphite or substituted for the latter.
A particularly suitable method of cooking the nozzles is to place them in a bowl or other container containing a layer of reducing agent, the nozzles having one end immersed in the reducing material, while their orifices are also filled or lined with this material. , the emerged ends of these nozzles being closed off by a brick cover or by the bottom of the receptacles which support other nozzles in the arrangements where the nozzles are stacked one on top of the other. We then place the containers
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in a brick kiln and the tuyeres are fired there in an oxidizing atmosphere.
By this process, a reducing atmosphere is generated inside the nozzles and the graphite contained in the orifices is retained at the walls of the latter and at their immediate periphery by virtue of the reducing atmosphere. On the contrary, the graphite burns against the outer walls of the nozzles and in their close vicinity, due to the oxidizing atmosphere prevailing in the furnace or the hearth. There is therefore obtained a layer of refractory clay and graphite, or clay and other carboniferous material on and around the wall of the orifice, and a layer of refractory clay extending from the hole. orifice at the entire outer wall of each nozzle.
As a result, when the molten metal is poured through the nozzle, the refractory clay layer, with a low coefficient of thermal conductivity, hinders the rapid propagation of heat through the walls of the nozzle. orifice that have a high coefficient of thermal conductivity, due to the presence of graphite.
A nozzle manufactured according to the process of the invention is presented as a single piece, the inner wall of which has high resistance to erosion and the outer wall of low heat conductivity, so that heat loss is avoided. rapid transmission of heat from the molten metal passing through the nozzle, and therefore suppresses the tendency of this metal to congeal or solidify.
Since, according to the invention, the tuyeres are burned or fired in the oxidizing atmosphere of the furnace or brick kiln, a significant part of the cost is recovered compared to that of the tuyeres which must be burned or fired in a reducing atmosphere. maintained in the furnace to retain graphite or other carbon-based material in the nozzle.
The description which follows, with reference to the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make clear
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consider how the invention can be carried out, the particularities which emerge both from the drawing and from the text being of course part of it.
Fig. 1 is an axial section of a nozzle manufactured according to the invention.
Fig. 2 shows in elevation and in section, on a reduced scale, a stack of nozzles ready for cooking.
The nozzle a is cylindrical on the outside, with a funnel-shaped orifice b and a protruding lower end c. Fig. 2 represents the tuyeres before their introduction into a furnace or a brick kiln; these nozzles, consisting of a plastic mixture of clay and graphite, are placed in refractory cuvettes d in the inverted position, with their ends immersed in a layer of reducing agent contained in the cuvettes. The orifice b of each nozzle is also lined with reducing agent and closed by a refractory brick f or by the bowl of a superposed nozzle, in order to prevent the entry of air during firing.
The concentration of the reducing agent in the orifice gives rise to a deoxidizing atmosphere which prevents the combustion of the graphite of the nozzle in the immediate vicinity of the contour of the orifice, but thanks to the oxidizing atmosphere of the furnace or of the brick kiln to which the outer wall of the nozzle is exposed, the graphite burns there except on the small thickness of the wall which is immersed in the layer of reducing agent. contained in the bowl.
The result of this process is that the nozzle is coated with an inner layer of clay and graphite roughly in the shape designated by g, surrounded by the outer layer or constituent part which is made up only of refractory clay. Interior ± refractory clay and graphite form the wall of the hole b which has a high resistance to erosion.
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