Article et composition d'isolation en fibres réfractaires.
La_présente invention concerne une composition d'isolation
en fibres réfractaires se prêtant en particulier à une utilisation
comme récipient pour métaux en fusion, ainsi qu'à d'autres applications nécessitant une matière robuste et résistant à la chaleur.
Dans une forme de réalisation de la présente invention,
la composition de fibres réfractaires est utilisée dans un manchon
d'évent destiné à être employé dans la coulée des métaux en fusion,
plus particulièremnt, des métaux ferreux à point de fusion élevé.
Lors de la coulée d'un métal en fusion, on prévoit habituellement un évent ou un réservoir communiquant avec la cavité
d'un moule. En refroidissant, le métal contenu dans cette cavité
se contracte et l'évent fait alors office de réserve supplémentaire de métal en fusion en vue de maintenir une quantité requise de métal dans la cavité de moule. Etant donné que l'évent lui-même se solidifie également lors du refroidissement, un moyen doit être prévu pour maintenir le métal contenu dans l'évent à l'état fondu aussi longtemps que possible afin que l'évent puisse jouer son rôle de réservoir et de source de métal en fusion. La pratique couramment adoptée à cet effet consiste à revêtir la surface intérieure d'un trou d'évent avec une matière isolante ou exothermique. Ces revêtements intérieurs sont généralement destinés aux manchons d'évents ou aux calottes chaudes . Un manchon d'évent de type isolant sert à retenir la chaleur du métal en fusion dans l'évent en retardant ainsi
le refroidissement et la solidification du métal. Un manchon d'évent de type exothermique contient une matière qui brûle au contact du métal en fusion et constitue ainsi une source de chaleur externe
qui contribue à maintenir le métal à l'état fondu. Les manchons d'évents de type exothermique présentent un inconvénient en ce sens que la combustion donne généralement lieu à un dégagement de fumées nocives (par exemple, des oxydes de fer). Les manchons d'évents fabriqués à partir de la composition de la présente invention sont du type isolant et ils suppriment ainsi le problème de pollution
que pose le dégagement de fumées.
Les manchons d'évents destinés à être utilisés avec des métaux ferreux en fusion doivent être capables de supporter des températures et des chocs thermiques plus rigoureux que ceux auxquels sont exposés les manchons d'évents utilisés lors de la coulée de métaux non ferreux. Cette caractéristique est due au fait que que les points,de fusion des métaux ferreux sont généralement de loin supérieurs à ceux de nombreux métaux ordinaires non ferreux <EMI ID=1.1>
ainsi que de plusieurs alliages ordinaires tels que les bronzes
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fication, l'expression "m�taux ferreux" désigne des métaux consti- tués principalement de fer, de nickel, de chrome, ainsi que des éléments apparentés tels que les divers aciers et fontes. Dans la pratique, l'application de l'invention s'avère très avantageuse dans la coulée de l'acier et des alliages d'acier.
Etant donné que la coulée des métaux en fusion constitue
une technique ancienne et parfaitement mise au point, il existe un grand nombre de brevets concernant des compositions d'isolation, des configurations et des procédés de fabrication de manchons d'évents. Bon nombre de ces compositions d'isolation réfractaires contiennent des fibres réfractaires. Les articles fabriqués à partir de ces compositions de fibres réfractaires connues sont susceptibles d'être attaqués par des matières à point de fusion élevé telles que les métaux ferreux et, à la longue, la matière en fusion ronge la paroi
de l'article (par exemple, un manchon d'évent) avec, pour résultat, une réduction du rendement thermique. La réduction du rendement thermique d'un manchon d'évent se traduit par une réduction de son efficacité en tant que réservoir de matière en fusion à haute température convenant pour fournir la matière en fusion à un moule de coulée. Dès lors, les compositions d'isolation en fibres réfractaires de la technique antérieure se sont généralement avérées inappropriées pour une application avec des matières à point de fusion élevé, en particulier, avec les métaux ferreux à point de fusion élevé.
Certaines compositions d'isolation en fibres réfractaires
de la technique antérieure présentent d'autres inconvénients, notamment l'utilisation de liants de résines phénoliques comme composant
de la composition de fibres réfractaires. Les résines phénoliques telles que les résines d'urée/formaldéhyde, brûlent au contact d'une matière en fusion en dégageant des fumées nocives. Ces fumées posent un sérieux problème de pollution, étant donné qu'elles sont souvent toxiques. Dès lors, il est préférable d'utiliser un liant organique qui ne dégage pas de fumées nocives.
L'objet de la présente invention est de remédier aux inconvénients des compositions d'isolation en fibres réfractaires de la technique antérieure en fournissant une composition de fibres réfractaires possédant de meilleures caractéristiques de rendement thermique qui la rendent particulièrement appropriée pour une utilisation avec des métaux à point de fusion élevé, ainsi que pour d'autres applications nécessitant une matière isolante et robuste.
En conséquence, la présente invention fournit une composition d'isolation en fibres réfractaires comprenant, en % en poids,
30 à 50% de fibres réfractaires, 5 à 45% d'un liant inorganique,
2 à 10% d'un liant organique et 5 à 35% d'une charge réfractaire, cette composition étant caractérisée en ce qu'elle conprend également 1 à 35% de carbure de silicium granulaire, plus de la moitié ducomposant de fibres réfractaires étant constituée de fibres d'aluminosilicate.
La présente invention fournit également un article thermiquement et chimiquement résistant, élastique, autoportant et conservant sa forme, cet article étant caractérisé en ce qu'il est constitué de la composition d'isolation en fibres réfractaires suivant la présente invention.
Dans une forme de réalisation de la présente invention,
la composition réfractaire est façonnée en manchons d'évents destinés à contenir un métal ferreux en fusion; à titre de variante, la composition peut être appliquée à l'état "humide" ou semi-solide
sous forme d'un revêtement intérieur conservant sa forme sur la surface intérieure d'un trou d'évent.
Comme l'indiquent les pourcentages précités, un composant principal de la composition de la présente invention est constitué
de fibres réfractaires. Ces fibres réfractaires sont des matières fibreuses inorganiques obtenues par synthèse contrairement aux fibres minérales naturelles telles que l'amiante. Dans la composition de la présente invention, plus de la moitié du composant fibreux
doit être constituée de fibres synthétiques d'aluminosilicate. Ces fibres sont formées à partir d'une masse fondue d'alumine et de silice ou d'une masse fondue constituée principalement d'alumine et de silice avec addition d'oxydes tels que l'oxyde de titane, de zirconium ou de chrome. Dans la forme de réalisation préférée de la présente invention, le composant de fibres réfractaires est constitué entièrement de ces fibres synthétiques d'aluminosilicate. Toutefois, pour des raisons économiques, il peut être parfois souhaitable d'incorporer une faible proportion (moins de la moitié) de fibres réfractaires autres que les fibres d'aluminosilicate prédominant dans la composition.
Ces autres fibres Téfractaires sont généralement des fibres formées à partir de masses fondues de compositions constituées principalement de silicates de calcium, d'aluminium, ainsi que des oxydes de métaux bivalents ou trivalents analogues et elles peuvent également contenir des matières telles que les laines de roches, des laines minérales ou de laitier, ainsi que différentes fibres céramiques. Le composant de fibres réfractaires de la composition suivant la présente invention constitue 30 à 50% en poids
de la composition, de préférence, 35 à 45% en poids.
Un autre composant de la présente invention qui confère, à la composition, ses caractéristiques de rendement particulièrement supérieures en présence de métaux ferreux en fusion, est le carbure de silicium granulaire. Outre le fait qu'il fait office de charge, le carbure de silicium est également responsable de la propriété
non imprégnante de la composition et de son opacité à l'énergie de rayonnement. Ces propriétés supplémentaires conférées à la composition de la présente invention la rendent appropriée pour la fabrication d'un article à haut rendement thermique moins sujet à l'attaque par le métal en fusion que les compositions de fibres réfractaires de la technique antérieure. La meilleure opacité à l'énergie
de rayonnement maintient l'article (par exemple, un manchon d'évent) à une plus basse température, réduisant ainsi sa sensibilité
à l'attaque par le métal en fusion. La propriété non imprégnante atténue également les risques d'une réduction du rendement thermique suite à l'attaque de l'isolation par le métal, étant donné que le composant de carbure de silicium de la présente invention réduit la tendance du métal ferreux,en fusion à imprégner l'article, par exemple, l'intérieur d'un manchon d'évent.
Le composant de carbure de silicium est constitué de particules broyées de carbure de silicium formé par la réaction de silicium et de carbone. Le carbure de silicium granulaire disponi-
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licium, le reste de la matière étant constitué de carbone et de silicium n'ayant pas réagi. La granularité des particules est d'au moins -60 mailles et elle se situe, de préférence, dans l'intervalle de -60 à +325 mailles (toutes ces dimensions de mailles étant celles de la série des tamis américains), mieux encore, dans l'intervalle de -200 à +325 mailles. Le carbure de silicium granulaire est pré-
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sur le poids de la composition.
La composition de la présente invention contient également un composant de liant inorganique pouvant être choisi parmi une variété de liants réfractaires inorganiques tels que l'argile, les liants de silicates de métaux alcalins tels que le silicate de sodium ou le silicate de potassium, le borax, l'acide phosphorique, ainsi que les sels ou les phosphates apparentés tels que les phosphates d'aluminium, le mica colloïdal, la silice colloïdale, l'alumine colloïdale et analogues. Dans de nombreux cas, il est souhaitable d'utiliser une combinaison de deux de ces matières inorganiques ou plus pour former le composant liant. Le liant inorganique constitue 5
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traitement sont conférées par l'incorporation d'un liant organique tel que les résines, l'amidon, les colles, la dextrine et analogues, l'amidon colloïdal étant préféré. Afin d'éviter les problèmes de pollution que pose le dégagement de fumées toxiques pouvant se pro-duire en cas de combustion du liant organique, il est préférable
de choisir un liant ne dégageant pas de fumées toxiques. L'amidon est le liant qui s'est avéré partuculièrement approprié pour une utilisation dans la composition suivant la présente invention et
qui ne dégage pas de fumées nocives lorsqu'il brûle. Le liant organique est présent en quantités de 2 à 10%, calculés sur le poids
de la composition.
Une charge réfractaire inorganique est également incorpo-
rée à la composition, généralement sous forme d'une matière granu- laire. Parmi les charges appropriées, il y a les déchets ou les produits récupérés des articles non utilisés ou usés, par exemple,
des manchons d'évents constitués de la composition de la présente invention, les argiles réfractaires cuites assorties et les particules de composition d'aluminosilicate, la kyanite, la mullite,
le kaolin calciné, l'alumine et la silice. On peut également utiliser des mélanges de ces matières. Ces charges servent à accroître
la densité de la composition et à renforcer sa nature réfractaire.
Les charges elles-mêmes doivent évidemment être suffisamment rêfractaires pour ne pas altérer le rendement de la composition lorsque celle-ci est utilisée comme matière réfractaire. C'est pourquoi,
bon nombre de charges ordinaires à la fois organiques et inorganiques ne conviennent pas pour l'application de la présente invention en raison de leurs propriétés réfractaires insuffisantes. L'homme
de métier sera parfaitement à même de reconnaître les charges pouvant être avantageusement utilisées suivant l'invention. Les charges particulièrement préférées sont les matières constituées principalement d'aluminosilicate telles que la bauxite, la mullite et la
kyanite broyées. La charge de la composition constitue
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dernière.
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être utilisé avec un métal ferreux en fusion est constitué de la composition de la présente invention et il est fabriqué par des
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i de fibres, d'un liant et d'une matière en particules en configura- tions conservant leur forme. Ces techniques englobent les moyens habituels de coulée, de moulage, de fusion et analogues. Dans un procédé préféré donnant une bonne uniformité et une bonne consis- tance , les matières sont intégrées et comprimées en un corps ayant
la forme désirée en soumettant, à un moulage par filtration, une bouillie constituée des composants de la composition dispersés dans
un milieu aqueux ou un milieu de mise en suspension analogue. Par exemple, on forme avantageusement un manchon d'évent ayant une configuration spécifique moyennant un moulage par filtration sous vide
au moyen de moules mâles ou femelles perforés ou à tamis définissant la configuration. Les composants solides sont séparés de la bouillie diluée par filtration et agglomérés par concrétion au fur et à mesure
que le milieu liquide est entraîné à travers le moule perforé sur lequel les solides sont retenus. Apres !-obtention de l'épaisseur désirée de matière solide, on retire, du milieu, le moule et les solides qui y sont fixés. On démoule le corps ainsi formé, puis
on le sèche.
Il est à noter que la composition suivant l'invention permet d'obtenir une configuration conservant sa forme immédiatement après
le démoulage, de sorte que l'article humide est à la fois apte à
être manipulé et à conserver sa forme avant le séchage. On peut également obtenir des articles aptes à être manipulés et à conserver leur forme en adoptant des techniques telles que la coulée en cuve
ou le moulage sous pression de bouillies plus concentrées, suivi
de l'élimination de l'eau et du démoulage de l'article façonné. Sous la forme humide, la composition peut être moulée en feuilles planes qui sont ensuite emballées hermétiquement dans des récipients en matière plastique en vue de conserver leur teneur en humidité (la composition n'étant,dès lors, pas soumise à un séchage à ce stade). L'emballage hermétique est habituellement appelé "paquet humide". L'utilisateur retire ensuite la composition humide (mais conservant
sa forme) de l'emballage et il la moule en une configuration désirée.
Le rendement n'est nullement altéré par cette technique de moulage qui trouve une application particulière dans la formation de revêtements intérieurs pour les paniers de coulée, les poches de coulée et les calottes chaudes pour la coulée de l'acier.
Un manchon d'évent fabriqué à partir de la composition suivant la présente invention est spécifiquement un manchon cylindrique creux mesurant jusqu'à environ 30,48 cm de long et ayant un diamètre intérieur d'environ 2,54 à 60,96 cm. Selon la pratique couramment adoptée en fonderie, on doit fréquemment disposer d'un assortiment de manchons d'évents dont les diamètres vont de 2,54 à
60,96 cm avec des accroissements progressifs de 1,27 cm. L'épaisseur de paroi est habituellement d'environ 0,96 à 2,54 cm et un manchon d'évent a une densité à sec approximative d'environ 160,2 à
480,6 kg/m3.
On forme un manchon d'évent d'essai à partir de la composition suivant la présente invention et on le compare avec deux manchons d'évents ordinaires disponibles dans le commerce. Le manchon d'évent d'essai ayant une épaisseur de paroi de 1,59 cm est formé à partir de la composition suivante dans laquelle tous les pourcentages sont en poids:
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On compare le manchon d'évent d'essai avec un manchon d'évent isolant A d'une épaisseur de 1,27 cm disponible dans le commerce et un manchon d'évent légèrement exothermique d'une épaisseur de 2,54 cm également disponible dans le commerce. Dans cet exemple, on forme un moule de sable constitué de trois pièces coulées d'essai à grille de fond ayant une largeur de 30,48 cm, une longueur de 30,48 cm et une profondeur de 12,7 cm. Les pièces coulées d'essai sont disposées de manière équidistante et un des trois manchons d'évents est adapté sur chacune d'elles. Chaque manchon a un diamètre intérieur de 20,32 cm et une hauteur de 30,48 cm. Les pièces coulées et les évents sont simultanément remplis, par le fond, d'acier au carbone en fusion à une température de
1643[deg.]C jusqu'à ce que le niveau de l'acier atteigne le dessus des manchons.
Sur le dessus de chaque évent, on coule 600 g de composé de revêtement de calottes chaudes. Sur la surface extérieure de chaque manchon, sont placés des thermocouples s'étendant vers le bas sur une distance de 15,24 cm à partir du bord supérieur et raccordés à un enregistreur de température à plusieurs points qui contrôle l'élévation de température et mesure ainsi la déperdition de chaleur par la paroi du manchon.
Après 75 minutes, la surface extérieure du manchon commercial A atteint une température maximale de 727[deg.]C. Après 90 minutes, la surface extérieure du manchon commercial B atteint une température maximale de 682[deg.]C tandis que, après 90 minutes, la surface extérieure du manchon d'essai constitué de la composition de la présente invention atteint une température maximale de 599[deg.]C, ce qui indique que la composition suivant la présente invention retient une plus grande quantité de chaleur, de sorte que l'évent reste à l'état fondu pendant une plus longue période, tandis que la pièce coulée se trouvant en dessous est alimentée plus efficacement.
On laisse refroidir le moule de sable pendant 24 heures, puis on en retire les pièces coulées et les évents. L'évent qui a été recouvert du manchon d'essai; possède la surface la plus et présente le degré de brûlage minimal pies de la pièce coulée, ce qui indique une réduction de l'affaissement du manchon et de l'attaque par l'acier en fusion. On retire alors la grille et on
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retassure formée dans l'évent isolé par le manchon d'essai est plus profonde que celles formées dans chacun des deux autres évents iso- lés par les manchons commerciaux A et B. Une mise en corrélation des données concernant la profondeur des retassures avec celles concernant la déperdition de chaleur, permet de confirmer l'indication selon laquelle le manchon d'essai constitué de la composition suivant la présente invention assure une alimentation plus efficace
de la pièce coulée en dessous de l'évent.
Outre son application sous forme de manchons d'évents, la composition de fibres réfractaires de la présente invention est utile pour la fabrication d'un élément de n'importe quelle configu- i
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tements intérieurs pour paniers de coulée en continu, poches de cou- lée, etc.
De plus, la composition de fibres réfractaires de la pré- sente invention n'est pas limitée à une utilisation avec des métaux
en fusion. La composition de la présente invention est également particulièrement appropriée pour des applications nécessitant une matière résistant à la chaleur et possédant d'excellentes propriétés de robustesse, c'est-à-dire, une bonne résistance à la pression, à la rupture, etc.
Comme exemple d'une application de ce type, on mentionnera une plaque d'isolation en fibres réfractaires utilisée dans une machine de photocopie.
REVENDICATIONS
1. Composition d'isolation en fibres réfractaires compre-
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de fibres rêfractaires étant constituée de fibres d'aluminosilicate.
2. Composition d'isolation en fibres réfractaires selon