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La présente invention est relative à la coulée du fer et de ses alliages (fontes et aciers) en lingotièreso
On sait que la fabrication d'un lingot ou d'une pièce moulée dont la forme s'apparenteà.celle d'un lingot, telle que cylindre de laminoir par exemple, présente les difficultés connues résultant de l'apport d'impu- retés par le jet de coulée, impuretés d'affinage ou particules en provenan- ce du réfractaire des divers appareils d'élaboration, de transvasement jus- qu'à la lingotière.
D'autres difficultés sont dues à l'effet dynamique du jet de coulée et au refroidissement du bain de métal jusqu'à sa solidification.
De ces diverses difficultés résultent de nombreux défauts sur les lingots et autres pièces coulées, et en particulier les suivants: - les pailles de pied dues à la vague d'étalement occasionnée au début de la coulée par le jet; - les piqûres provenant des petites projections latérales du métal émanant du bain ou du jet de coulée pendant le remplissage de la lin- gotière; - les incrustations de scories à la surface du lingot du fait de l'accrochage de ces scories à la paroi de la lingotière; - les inclusions non métalliques et certaines soufflures dues aux gaz occlus provenant des impuretés qui n'ont pas eu le temps de se dé- canter pendant la solidification et sont restées bloquées dans le lingot.
Pour pailler ces inconvénients on a songé notamment à enduire la paroi intérieure de la lingotière de goudron, ou de bitume ou autres enduits qui en dérivent, de lait de chaux, de graphite, de terres réfractaires silico-alumineuses, etc. On a ajouté à ces divers produits des désoxy- 'dants, tels que aluminium, ferro-silicium, etc..
On a recherché, pour se conformer aux prescriptions classiques relatives à l'enduisage de la surface interne de la paroi de la lingotière, à obtenir une pellicule exempte de toute trace d'humidité, ne produisant aucun' dégagement de gaz ou de vapeur, tout au moins lorsque le niveau du bain arrive à son contacte On a proposé également des revêtements produisant par les gaz de combustion qu'ils contiennent, une légère turbulence périphérique. On a notamment collé, à l'empois d'amidon sur la paroi de la lingotière, un carton pour provoquer ladite légère turbulence périphérique.
En bref, jusqu'à ce jour, dans le revêtement de la surface interne de la paroi dès¯lingotières, on s'est appliqué, d'une part, d'éviter que ne subsiste toute trace d'humidité au. moment où le bain vient au contact du revêtement et; d'autre part, qu'une grande turbulence périphérique ne soit produite au même moment.
Tous les enduits ou autres moyens proposés, s'ils évitent de nombreux défauts, sont impuissants à éviter en totalité les inclusions non métalliques dans les cas difficiles, par exemple, celui de la coulée en source d'une acier à grande viscosité.
Quant aux pailles de pied, elles n'ont été évitées par aucun enduit. On a cependant prévu des dispositifs efficaces, dénommés "amortis seurs", qui utilisés conjointement avec les enduits, peuvent les éviter.
L'invention a pour objet, un nouveau produit pour le revêtement de la surface interne des parois des lingotières, destinées à la coulée du fer et de ses alliages (fontes et aciers) qui permet: d'une part, d'éliminer toutes les inclusions non métalliques, même celles qui se logent au sein du lingot, loin de la surface et ce, dans les cas les plus difficiles d'aciers à grande viscosité coulés en source;
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et, d'arbre part, d'éviter les pailles de pied dans les cas les plus difficiles de la coulée en chute.
Ce produit est remarquable notamment en ce qu'il contient au moins une substance riche en eau de cristallisation et/ou de composition , destinée à être libérée dans l'atmosphère sous forme de vapeur et/ou de ses composants (hydrogène et oxygène) au contact du bain de métal coulé.
On utilisera de préférence, comme substance, le borax et l'acide borique ou un mélange de ces corps, qui, l'expérience l'a montré, permettent d'obtenir la formation de vapeurs ou de gaz en provenant de l'eau de composition et/ou de cristallisation à des températures bien déterminées s'accordant avec les métaux et alliages ferreux coulés.
Les caractéristiques du. borax et de l'acide borique sont les sui- vantes :
Le borax de formule
EMI2.1
B tO7N a2 10 H20 contient en poids:
36,52% de B2O3
16,25% de Na2O
47,23 % d'eau de cristallisation
Il est très stable à la température ordinaire mais fond dès que la température dépasse 62 C environ, au-delà, il perd son eau de cristallisation, soit environ :
5 H20 jusqu'à 130 C
3 H2O de 130 à 150 C
2 H20 de 150 à 180 C
1 H20 de 180 à 318 C température à laquelle on obtient du bo- rax anhydre B4O7Na2 dont la température de fusion est de 741 C, mais les solutions aqueuses de borax s'hydrolysent en donnant de l'acide métaborique, puis de l'acide bo- rique
Quant à l'acide borique qui répond à la formule :
B03H3 et qui contient 56,3% d'anhydre borique et 43,7% d'eau de composition, il perd une partie de son eau au-delà, de 120 C et se transforme en acide métaborique. Au-delà de cette température, vers 230 C, il se transforme en anhydride borique,
B203 se présentant par chauffage sous forme vitreuse, laquelle fond à 450 C en un verre visqueux dont la viscosité diminue progressivement dans le large intervalle de température que présente le métal en fusion et dissout au rouge les oxydes métalliques.
Les comportements suivant l'invention du borax et de l'acide borique sont sensiblement les mêmes dufait que sous l'effet de la chaleur du bain, le borax se transforme finalement en acide borique. La différence essentielle réside dans la formation de
Na2O dans le cas de l'emploi du borax, ce qui est, généralement, favorable au bain d'acier sauf, peut-être,dans le cas des aciers élaborés avec une for- te teneur en soufre, Na2O, produisant la réaction désulfurante connue dans un bain de métaux ferreux.
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Le borax et l'acide borique possèdent la propriété de transfor- mer les oxydes en borates correspondants; d'autre part, l'acide borique agis- sant in extremis par son eau de composition, qu'on parte du borax, de l'aci- de borique ou des deux, dissout au rouge les oxydes métalliqueso On peut, cependant, utiliser l'eau de cristallisation du borax pour renforcer l'ef- fet recherché ou le produire plus tôt sur une grande gamme de températures.
Ces propriétés, on le comprend, donnent, en outre, à l'enduit de revêtement, une sorte d'effet décapant et fluidifiant qui. l'expérience l'a montré, est des plus favorables. .
Le borax et l'acide borique sont utilisés à l'état pulvérulent et sont mélangés, de préférence, à des matières carbonées, également utili- sées à l'état pulvérulent ou à l'état liquide et ce, pour donner un peu plus de corps à l'enduit de revêtement,en l'empêchant de coulerà trop basse tem- pérature, notamment sous l'effet des radiations du bain de métal fondu.
Il est à remarquer que la formation de CO ou de CO2,due à la présence de ces matières carbonées, augmente dans des conditions bien déterminées, les ef- fets recherchés de turbulence périphérique et l'effet du CO ou CO2 combiné à celui du dégagement de vapeur d'eau ou de ses gaz constitutifs peut être avantageusement utilisé, alors que la turbulence produite par le CO et/ou
CO2 seuls serait tout à fait insuffisante pour obtenir l'effet recherché.On notera par ailleurs que le produit suivant l'invention présente l'avantage de ne donner lieu à aucun dégagement toxique,
ce qui n'est pas le cas des pro- duits dérivés des goudrons ou des bitumes délayés dans des gas-oils ou des di- luants provenant de la distillation de la houille ou des huiles lourdes de pé- troleo
Les substances carbonées entrant dans la constitution du pro- duit suivant l'invention, en même temps que le borax et/ou l'acide borique, peuvent être du charbon de bois, de la tourbe, un charbon minéral, une matière cellulosique naturelle ou synthétique, de la sciure de bois très fine ou de la poudre de bois, un résidu de la fabrication du sucre, de la mélasse, de la vinasse, etc.
Lorsqu'on emploie une matière carbonée ne contenant pas exclusivement du carbone, ce qui est le cas général, il est généralement avantageux de la traiter par la soude caustique, afin de transformer les matières étrangères au carbone en sels alcalins fusibles qui sontentraînés dans la partie liquide du bain,en même temps que les résidus du borax et de l'acide borique, après la déshydratation et les réactions se produisant au contact de l'enduit et du bain de métal coulée
Le résidu de la couche d'enduit suivant l'invention et les impuretés du bain sont rigoureusement localisés dans la partie centrale de la surface du bain et, finalement, se logent tout à fait en tête du lingot, dans la partie qui doit être obligatoirement éliminée, ce qui ne constitue qu'une très faible proportion de rebut;
au contraire, les lingots traités suivant d'autres procédés continuent à présenter des défauts de surface et des inclusions au sein du lingot qu'il était impossible d'éliminer entièrement jusqu'à ce jour.
Il est à remarquer que le fait de produire de la vapeur d'eau ou des gaz qui la composent,hydrogène et oxygène,sur la paroi intérieure de la lingotière et contrairement aux assertions théoriques classiques, ne peuvent en aucune façon créer des méfaits quelconques au sein du lingot, du fait que leur formation et leur dégagement s'effectuent dans des conditions bien déterminées de température, de vitesse et d'orientation.
Le tableau I ci-après donne quelques exemples de compositions suivant l'invention qui ont donné d'excellents résultats au cours d'essais pratiques, les compositions étant données sous forme pulvérulente et pour une tonne de produits
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TABLEAU I.
EMI4.1
<tb>
<tb>
Matières <SEP> 1 <SEP> exemple <SEP> 2 <SEP> exemple <SEP> 3 <SEP> exemple
<tb> kg <SEP> kg <SEP> kg
<tb> Charbon <SEP> de <SEP> bois <SEP> très
<tb> finement <SEP> pulvérisé <SEP> 470 <SEP> 280Graphite <SEP> naturel <SEP> 70%C <SEP> - <SEP> 485 <SEP> 820
<tb> Soude <SEP> caustique <SEP> 23 <SEP> 55 <SEP> 60
<tb> Mêlasse <SEP> 410 <SEP> - <SEP> Borax <SEP> et/ou <SEP> acide
<tb> borique <SEP> 97 <SEP> 180 <SEP> 120
<tb> 1.000 <SEP> 1.000 <SEP> 1.000
<tb> Eau. <SEP> pour <SEP> solution
<tb> de <SEP> soude <SEP> caustique <SEP> 16 <SEP> 10 <SEP> 10
<tb>
Le tableau ci-dessus indique les quantités d'eau, prévues pour former la solution de soude caustique qui laisse aux produits suivant l'invention sa forme pulvérulente.
Par suite de la réaction exothermique qui se produit pendant la fabrication, cette eau d'apport s'évapore pour une grande part, ce qui explique qu'elle n'ait pas été comptée dans l'addition pour 1.000.
La fabrication de ces trois produits, dont la composition diffère sensiblement, est des plus faciles.
1 EXEMPLE.
On mélange le charbon de bois et la lessive de soude caustique et pendant que le mélange continue à s'effectuer on verse progressivement la quantité de mélasse jusqu'à ce que la masse en mouvement prenne un aspect pulvérulent. A ce moment, on ajoute au premier mélange le borax et/ou l'acide borique très finement pulvérisé et l'on continue à mélanger jusqu'à ce que le produit soit très homogène. Le produit obtenu suivant l'invention et pour les motifs précédemment indiqués, convient à tous les lingots mais plus particulièrement aux lingots à grande section transversale, coulés en chute tels que les lingots de forge ou encore les lingots coulés en source, lorsqu'il s'agit notamment d'acier à forte viscosité.
2 EXEMPLE .
On mélange le charbon de bois et le graphite. On y ajoute ensuite la lessive de soude caustique et l'on mélange un peu plus longtemps que dans l'exemple précédent pour que l'attaque des constituants du graphite autres que le carbone ait le temps de se produire. On ajoute ensuite le borax et/ou l'acide borique et l'opération de mélange se continue pendant quelque temps pour obtenir l'homogénéité nécessaire; ce produit convient, également, pour la coulée de tous les lingots, mais plus particulièrement pour celle des lingots à petites sections transversales et pour les aciers calmés à faible viscosité ou pour les aciers effervescents.
30 EXEMPLE .
La fabrication est semblable à celle du 2 exemple. Il faut cependant laisser attaquer le graphite par la lessive de soude caustique plus longtemps encore que pour le 2 exemple, avant d'ajouter le borax et/ou l'acide borique. Le produit obtenu est également à l'état pulvérulent, comme
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dans les deux exemples précédentso Ce produit, appliqué sur la paroi de la lingotière, donne une pellicule très dure. De ce fait, il convient plus particulièrement dans le cas d'aciers effervescents coulés par le haut dans le but d'éviter plus spécialement les pailles de pied.
Bien que les produits suivant l'invention peuvent d'emblée être dilués à l'eau à la consistance voulue pour des cas déterminés d'emploi, de préférence ces produits sont obtenus à l'état pulvérulent pour plus de com- modité d'expédition et d'emmagasinage.
Pour obtenir l'enduit à la consistance voulue d'utilisation, il suffit,au moment de l'emploi, de diluer la poudre à l'eau à pied d'ouvre, jusqu'à ce qu'on obtienne le degré de fluidité qui permette, par le moyen choisi, lance à air comprimé, pinceau, brosse, spatule, raclette, etc. d'ob- tenir le revêtement désiré. Pour fixer les idées pour l'application du pro- duit avec une lance à air comprimé, on peut généralement délayer à poids sensiblement égaux, la poudre dans l'eau.
La température des lingotières qui convient le mieux pour l'application de l'enduit est comprise entre 60 et 80 C; on peut néanmoins, sans difficultés, appliquer l'enduit selon l'invention sur des lingotières froides.
On notera que le produit selon l'invention peut être redélayé dans l'eau après un séchage, sans que ce produit perde son efficacité, même après être resté longtemps desséché dans le bac d'enduisage et à diverses reprises, cette stabilité, due aux propriétés physicochimiques des constituants choisis, est remarquable.
Le séchage du revêtement s'effectue très rapidement avant la coulée, une dizaine de minutes suffisent à la température ambiante. Au surplus, s'il restait un peu d'eau de délayage, elle s'éliminerait très vite dès le début de la coulée sous l'effet de la chaleur intense de rayonnement du jet de coulée, de telle sorte qu'il ne reste en fait, au contact du bain de coulée, que les éléments dégageant l'eau de cristallisation et/ou de composition, l'eau de gâchage n'intervenant pas dans l'effervescence recherchée.
Une deuxième série d'exemples de produits suivant l'invention est donnée dans le tableau II ci-après; ces produits sont d'une utilisation particulièrement avantageuse dans le cas d'un acier fortement allié contenant, par exemple, 4% de Cr (chrome) , cet acier étant fortement calmé à l'aluminium à raison, par exemple, de 10 kg à la tonne d'acier, ou encore d'un acier contenant une forte teneur en Si, 2% par exemple, etc. De tels aciers sont très difficiles à couler, du fait de leur grande viscosité.
Il faut donc, tout en produisant l'effet voulu , que l'enduit prévu pour repousser les impuretés du bain à la partie centrale de son ni veau soit tel que ses constituants s'éliminent surement.
Précisément, l'emploi d'acide borique mélangé à un carbone minéral ou un graphite épuré analogue à celui d'électrodes de four électrique ou encore à un charbon de bois aussi pur que passible, convient parfaitement dans ce cas particulièrement délicat.
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TABLEAU II (compositions sous forme pulvérulente au légèrement pâteuse)
EMI6.1
<tb>
<tb> Matières <SEP> 2 <SEP> série <SEP> d'exemples
<tb> gammes <SEP> de <SEP> compositions
<tb> kg <SEP> kg
<tb> Graphite <SEP> et/ou
<tb> charbon <SEP> quelconque
<tb> contenant <SEP> plus <SEP> de <SEP> 90%
<tb> de <SEP> C <SEP> - <SEP> en <SEP> poudre <SEP> 500 <SEP> à <SEP> 900
<tb> Acide <SEP> borique <SEP> en <SEP> poudre <SEP> 500 <SEP> à <SEP> 100
<tb> 1.000 <SEP> 1.000
<tb>
De la soude caustique peut être ajoutée, soit sous forme de solution aqueuse, de poudre ou d'écailles dans une proportion très facile à établir et permettant.de transformer en sels alcalins les impuretés du carbone contenues dans le charbon minéral ou végétal.
Pratiquement, pour traiter le charbon ou le graphite dans ce sens, il suffit d'en ajouter aux mélanges ci-dessus de 3 à 5% de la quantité de -charbon ou de graphite utilisée,
On peut ajouter à ces compositions de la mélasse à raison de 50 à 100 pour mille du poids total de la composition lorsque le produit obtenu n'est pas assez lié à la température d'utilisation, ce qui peut se produi- re suivant la qualité du charbon et la proportion d'acide borique.
Cette deuxième série d'exemples se comporte comme prévu du fait que J'acide borique est volatil en présence de la vapeur d'eau qui se dégage sous l'effet de la chaleur du bain. Ce dégagement, même s'il s'effectue dans l'atmosphère, ne peut en aucune façon gêner le personnel préposé à la coulée; bien au contraire, il constitue un remède dont les effets favorables sur les muqueuses sont connus.
La préparation de ces produits ne présente aucun inconvénient et est analogue à celle décrite à propos des trois premiers exemples. Leur utilisation présente les mêmes particularités.
Lors de la coulée et pendant la montée de l'acier, il s'établit, grâce à l'enduit suivant l'invention, une turbulence périphérique d'une ré- gularité remarquable et ayant une amplitude dirigée obliquement de bas en haut,de plusieurs centimètres,ce qu'aucun enduit connu n'a permis d'obtenir jusqu'ici. Cette turbulence se produit régulièrement jusqu'au haut de la lingotière, ce qui confirme que les caractéristiques du produit ne sont pas altérées par l'eau de gâchage, ni par la chaleur de rayonnement du bain.
Le résidu du produit surnage entièrement en une petite nappe grise plus ou moins abondante suivant la quantité dont on a revêtu les parois.
Cette nappe s'augmenta au fur et à mesure de la montée du niveau du bain du fait que toutes les impuretés apportées par lejet de coulée sont chassées vers le centre et vers le haut, à tel point que cette nappe grise se situe rigoureusement au centre du niveau du bain, ce qui est également essentiel pour aboutir au résultat recherché, surtout en ce qui concerne l'élimination totale des inclusions non métalliques, cela prouve d' ailleurs que les constituants du produit sont également entraînés vers le centre à la surface du bain, ce qui est dû au comportement du borax ou de l'acide borique au moment de leur fusion.
Tous les essais effectués par le demandeur ont montré que les lingots coulés dans des-lingotières enduites suivant l'invention ne présentent ni inclusions non métalliques, ni soufflures, aussi bien dans le cas
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de la coulée en source que dans le cas de la coulée en chute.
Par contre, au cours de l'un des essais, une partie de la paroi de la lingotière n'avait pas été enduite à dessein pour voir ce qui se passerait. Il est remarquable qu'il se soit produit un défaut de surface nettement apparent et localisé exactement à la partie non recouverte d'enduit suivant l'invention, alors que le reste du lingot était parfait, sans le moindre défaut et présentait une surface parfaite, sans aucune soufflure, ni inclusion sous-cutanée.
On notera que l'orientation du dégagement gazeux est un peu différente suivant qu'il s'agit de la coulée en source ou en chute dans une lingotière à parois ou verticales ou obliques, évasées ou vers le haut ou vers le bas, ce qui se comprend d'ailleurs par suite de la composante du jet decoulée et celle de la réaction de la paroi qui entrent en jeu.
Naturellement, l'invention n'est nullement limitée aux exemples numériques donnés .
REVENDICATIONS. la - Produit destiné au revêtement, sous forme d'un enduit, des surfaces internes des lingotières destinées à la coulée du fer et de ses alliages (fontes et aciers), ledit produit étant caractérisé en ce qu'il contient au moins une substance riche en eau de cristallisation et/ou de composition, destinée à être libérée sous forme de vapeur et/ou de ses composants (oxygène et hydrogène) au contact du bain de métal coulé.