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iO93'7Z~
La présente invention concerne de façon générale
des compositions mixtes pour le bouchage de trous de coulée de
hauts fourneaux et elle se rapporte en particulier à une
masse de bouchage améliorée de ce genre.
Il a déjà été proposé, par le brevet des Etats-Unis
n~. 2 709 659, d'utiliser un produit constitué d'environ 80 %
d'argilé et de brique pilée et d'un liant formé :
- soit par 10 à 12 % de goudron de houille et 5 à 7 % d'un
aldéhyde tel que le furfuraldéhyde;
- soit par 15 à 25 ~ de résine phénolique additionnée d'un
catalyseur acide ou basique.
Malheureusement, cette masse durcit très vite dans
le cylindre de la boucheuse, ce qui nécessite le démontage de
celle-ci après chaque coulée. Il en résulte une perte de
temps condisérable. D'autre part, dans le premier cas, le
goudron brûle et il s'établit autour du trou de coulée et de
la machine à boucher une atmosphère de vapeurs nocives ainsi
dégagées. Par ailleurs, le pourcentage important de matières
organiques légères conduit dans la pratique à des inconvénients
graves tels que projections, flammes, etc.
On connait aussi, par les articles du Dr. Walter
Horn publiés dans "Stahl un Eisen", vol. 23, pp. 1497 à 1502,
le procédé consistant à préparer une masse anhydre de bouchage
des trous de coulée constituée par un mélange de 70 % de sable
argileux, 10 % de charbon ou de coke et 20 % de goudron. Toute-
fois, la cokéfaction est relativement lente, de grandes quantités
de vapeurs de goudron sont dégagées et le goudron non cuit
provoque des projections de fonte dangereuses.
Pour pallier ces inconvénients, il a été déjà proposé,
30 par le brevet des Etats-Unis n~ 3 607 809, d'employer une masse
de bouchage composée de 70 % d'un mélange de sable et d'argile
dans des proportions telles que le taux d'alumine soit supérieur
.. ,~ .
~ .
' .. ' ~, ' . '
de l ou 2 % à la valeur eutectique, de 10 % de charbon ou de
coke bro~é, d'un liant constitué par seulement 15 à 17 % de
goudrons liquide additionné de 3 à 4 % d'une résine liquide
thermostable jusqu'à 200 C, de la famille des amino- ou
phénoplastes, et de 1 à 3 % d'un retar-
10~3'7Zll
dateur de prise. Avec cette composition, on a constaté une
cokéfaction ou carbonisation rapide, de l'ordre de 10 à 15 mn,
un dégagement infime de vapeurs nocives de goudron, un dépôt
insignifiant dans le cylindre de la boucheuse et jamais de pro-
jections de fonte.
L'explication du phénomene qui a abouti à
des résultats aussi avantageux est que certains amino- ou
phénoplastes forment une sorte de squelette carboné a l'intérieur
duquel le goudron est pyrolysé en totalité.
Toutefois, on déplore encore un certain
dégagement de fumées de goudron de houille au moment du bouchage,
du fait de la chute de la masse en excédent dans la rigole
chaude, fumées qui indisposent les fondeurs lors du nettoyage
de cette rigole.
Or, il a été découvert, d'apres la présente
invention, qu'~l était possible d'élaborer une composition
mixte de bouchage des trous de coulée qui donne des résultats
au moins aussi satisfaisants que ceux que l'on observe avec
les masses anhydres précitées, tout en éliminant ou en réduisant
de fa~on significative tout dégagement de fumées nocives.
La masse de bouchage pour trous de coulée de
hauts fourneaux selon la présente invention, qui est exempte de
goudron, comprend environ 70 a 85% en poidsd'un élément minéral
constitué par (a) une argile réfractaire présentant un point de
fusion supérieur a 1450~C et une teneur en alumine comprise
entre 4 à 42% en poids, (b) un agrégat réfractaire a haute
résistance mécanique constitué par une matiere granulaire inerte
et (c) un matériau a haute teneur en carbone, et une résine
thermodurcissable qui est stable aux températures de l'ordre de
200~C et qui contient un additif permettant que le déclenchement
du processus de durcissement de ia masse puisse être réglé ~
partir de 130~C, et est caracterisee par le fait qu'elle comprend
~'
'7~1
en outre au moins 5% en poids d'un liant hydrocarboné polymerisa-
ble consistant en un dérivé hydrocarboné issu de la distillation
d'huile de pétrole brute et ayant un point d'ébullition débutante
supérieur a 200~C, le derive hydrocarbone et la resine
thermodurcissable constituant ensemble un liant hydrocarboné
polymérisable présent à raison d'environ 30 à 15~ en poids.
Bien que les proportions d'argile, d'agrégat
réfractaire et de matiere a haute teneur en carbone dans la
charge puissent varier considérablement selon les conditions
du trou de coulee dans lequel la masse doit etre utilisée, il
s'est révelé souhaitable d'adopter approximativement les pour-
centages suivants: argile 15 à 30%, agrégat réfractaire 30 à 45%,
matiere à haute teneur en carbone 10 a 25~.
. L'élément argileux de la charge est constitué
par une seule argile ou par un melange d'argiles dont le point
de fusion est supérieur a 1450~C et dont la teneur en alumine
est compri.se entre 4 à 42%. Par exemple, l'élément argileux
qui constitue 25% de la masse de boucha~e peut être un mélan-
~ . ~
lV93'~Zl
ee d'argiles, composé de 20 parties d'une ar~ile ayant unetencur on alumin~ de 30 ~,' et un polnt de fusion de 16400C
et de 80 parties d'~e argile ou sable argileu~ ayant une te-
neur en alumine de 8 ,o et un point de fusion supérieur à 1450~C.
L'agrégat réfractaire est constitué par une matière
granulaire inerte à haute résistance, notamment un sable
siliceux à haute densité, une chamotte, un corindon, une
magnésie, une dolomie, un carbure de silicium, une bauxite~
une mullite, une sillimanite~ etc. Par exemple~ l'agrégat
réfractaire, qui entre pour 41 ~O dans la composition de la
masse de bouchage, peut se composer d'une chamotte ayant
une grosseur de grains de 2 mm, une teneur en alu~ine de
42 % et un point de fusion de 1770~C.
La matière à haute teneur en carbone est constituee
par un matériau pulvérulent ou en grains composé principaLement
de carbone tel que le charb4n gras~ le charbon maigre~ le
poussier de col~e, le graphîte, des dé ch et s b r o y é 9
dl~loctrodes de carbone, etç. A titre d'exemple dans
mat~ère à haute teneur en carbone, entrant pour 15 ~o dans
1 20 la composition de la masse de bouchage~ on citera un anthra-
cite contenant 4 % de substances volatiles et 6 ~~ de cendres.
Le liant hydrocarboné est constitué par un dériv~
d'hydrocarbure dont la température de début de distillation
est supérieure à 200~C et qui est choisi dans le groupe cons-
titué par des hydrocarbures saturés ou insaturés, provenant
I de la distillation du pétrole brut~ par une résine thermodur-
cissable capable de conserver sa stabilité jusqu'à des tempé-
ratures atteignant 200~C ou par une combinaison d'un sembla-
bl~ dérivé hydrocarboné et d'une semblable résine thermodur-
cissable. De préférence~ le dérivé hydrocarbon~ doitavoirune
viscosité comprise entre 20 et 100 centipoises à 100~C.
La résine thermodurcissable ovhtient un additlf p~t~t que le
déclenchement du processus de durcissement delamassepu~c8tre
réglé à partlr de 130~C. C'est ainsi par exemple que~ com-
me chacun sait~ la composition de résine peut contenirun accélérateur, un modérateur ou un inhibiteur de la vitesse
de polymérisation, par exemple en raison de la présence de
radicaux libres tels qu'anhydrides d'acides, amines~ hydroxy-
. '' lU~37Zl
les qui 90 comp~rtent comme des acc~l~ratour~ ou d'hydroqulno-
ne~ de phtalato dc cobalt~ etc. qui 9e comportent comme des
inhiblteur~.
De plus~ lorsque le llant hydrocarbone comprend ~.la foi~
une r~sine thermodurclssable et un dérlvé hydrocarboné~ les
proportions respectives de la r~sine et du d~riYé hydrocarbon~
sont choisies de sortQ que l'on obtienne~ au moment de l'emplol
de la masse~ un durcissement qui ost plus ou moins rapide en
fonction do~ caract~ristiques ot du mode dle~ploltation du
haut fourneau. Les proportionq des deu~ éléments sont dono
choisies dans les gammos indiquées ci-apr~s~ selon les trois
condltions sui~antes
t. Durcisscment très rap~de 2.
Ré~lne thermodurcissable~ 45 ~ 85 %
Dérivé hydrocarboné~ 15 à 55 '~
2. Durcissement rapide s
R~sine thermodurcis-cablQ~ 20 ~ 45 '~
Déri~é hydrocarboné~ 55 ~ 80 %
3. ~urclssement modéré ~ .
~ 20 R~sine thermodurcissable~ 5 ~ 20
D~rivé hydrocarboné~ 80 à 95 ~ .
A titred'exemple~ danslacompositiond'une masse de bouchage pour
trous de couléc., susceptible d'8tre utilisée dans les conditions
où l'on souhaite un durcis~ement rapide~ le liant hydrocarboné~
1 25 qui entre pour 17 ~o dans la composition de la mas~e, se compose
de 5 ~~ de résine.thermodurcissable et de 12 ~/0 d'un d~ri~é h~dro-
carboné. Ainsi~ 1Q proportion de la résine thermodurcissable
au dérivé hydrocarbon~ dans le liant hydrocarbon~ est de l'ordre
de 30 ~ 70 %0
Outre le liant hydrocarboné~-qui peut ~tre consid~r~ comme
un liant primaire~ la masse de bouchage des trous de coulée
selon la présente invention peut aussi contenir un liant secon-
daire constitué par une matière 301ide a 2t)~C, ~ haute teneur en car
ne f~xe, ~ossédant un pouvoir cokéfiant elevé et suscepti~le de se ~e-
langer au liant primaire à une température comprise entre
130 et 200~Co L'assoclation des él~ments de la composltlon
oYt telle que la telupcrature initiale pui~se 8tre a~ustée de
1093721
30rte que la ma~e de bouchage durclsse ~ 130~C ou à une
temp~rature plu8 élevée, d~terminée on fonction des contraintes
dues aux conditions ~ariables d~utilisation envisagées pour
cette masse de bouchage des trous de coulée.
S La proportion des éléments entrant dan~ la compos~tion de
la ma~se de bouchage peut ~arier dan~ le~ limites sui~antes
qui sont donnée~ à titre indicatif et non limitatif t
Elément mlnéral 70 à 85 %
Liant hydrocarboné 5 à 20
Liant secondaire 0 ~ 15 ~
Cette mas~e de bouchage pré~ent~, les caractéristiques avan-
tageuses suivantes t
1. La plasticité reste pratiquement inchangée au stockage~
du fait de l~ab~ence de produits volatils~ ce qui évite tout
problème au moment de l~injection.
2. La masse de bouchage ne durcit pas à l~intérieur du oy-
lindre de la boucheuse où la température est de l~ordre de
60 à 80~C,
3. Par contre~ le durcissement de la masse de bouohage dansle
troudeco~eo~l~ temp~rature e~t ~up~rieure à 200~C e~t a¢oél~rée
au point 4~e 1~ on peut ret~rer la boucheuse au bout de 10 mn
oeulement.
4. Le durcis~ement chimique du liant évite la pr~sence des
poches gazeuses que l'o~ observait avec des masses de bouchage
antérieurement connue~ phénomène qui était d~ à la distillation
suivie du craquage du goudron entrant dan~ la composition de
ces masses connues.
5. Eh raison de la rapidité qui le caractérise~ le durcisse-
ment de la messe de bouchage permet d~une part un rendement
maximal de la cokéfaction des matières organiques et~ d~autre
part~ une rési~tance trè~ satisfaisante à l'~rosion par la
fonte et le laitier.
6, Le dégagement de vapeurs nocives à partir de la masse de
bouchage des trous de coulée au cours de son durcissement est
~liminé ou reduit considérablement~
. .
Dan~ le cas où le liant hydrocarboné se com~ose d'une
,
-- 5 --
'
1093'721
résine thermodurcissable et d'un dérivé hydrocarboné, la résine
thermodurcissable peut être choisie parmi les suivantes :
1~ Résines formophénoliques de formule :
OH .
,,~CH2----
CH2
n
A titre d'exemple de résine formophénolique qui
convient, on peut citer le Cascophen* (Borden Chemical Company,
U S A);
Z. Résines furanniques de formule :
L ~ CH2 --1
0 n
A titre d'exemples de résines furanniques qui convien-
nent, on citera le Duralon*(U.S. Stoneware Co~) et l'alcool
furfurylique (Rhône Poulenc, France),
3. Résine du type aminoplaste, comprenant :
* Marque de commerce
-- 6 --
~U93'72~
a) des r~ o~ du typo uréo formald~hyde de formul~ s
. _ I _
. - ~ N - C -
~ -C
. _ _ n
b) des résines du typo mélamine-rormaldéhyde de formule s
, ,
. - C~2 - lINC ~ \
, ~ oN~I-C112
~ C
NH
. C12 .,
~
~:
. . '.,
. A. titre d~o~e~ple d~une résino aminoplaate qui con- :
~ient~ on citera la Clbamine*(Ciba~ Suisse)O
4. X~sinos polyesters de formule
* Maryue de commerce
. ''''.'''-~
10~37Zl
_--OCC ~ COO CH2 --CH2
A trite d'exemple de resine polyester appropriée,
on peut citer la Norsodyne*(C~D.F. Chimie, France);
5- Résinesépoxy de formule :
_.
2 1 2 ~C6H4 - /C~ - C6H4 - CH2 -CH -CH
OH OH .
_ n
A titre d'exemple de résine epoxy appropriée, on
peut citer l'Epikote*(Shell).
6. Résines indène-coumarone de formule :
H H H H
I I I I
L '-
* Marque de commerce
-- 8 --
~ lU93~z~
A titro d'c~cmple de re~ino lndono-coumarono qui
convlcnt, on citora la Nccir~s*(~.C.C.~ IIoll~nde).
7. R~incs naturclles~ par cx~mplo 1~ C~llobon*(Graham~
Frallc o ) .
Lo d~rivé hydrocarbon~ pout ~tre choisi parmi lc9
sulvants s
1. Produits issuq do la distillation de p~trole brut~
notamment s
a) un e~trait non p~raffinlquo résultant du traitement sou~
vide des distillats de p~trole brut par un solvant scloctlf
tel que le ph~nol~ le nitrobenzone ou lo furfural.
~) un li~nt bitumlneux qui est obtonu par la distillation
directe de p~trole brut et dont la tempcrature à laquelle
débuto la distillation e3t supérieure ~ 250~C SOU9 une pres-
sion de 760 mm de mercureO
2. De~ huiloR naturelles~ telles que l'huile de lin
et l'huilo de ricin.
Lorsqu~il est utilis~ le liant ~econda$re ost
car~ctérisé par le fait qu~il est à l'~tat solido à 20~C ot
qu~il possede une tenour importante en carbone et un pouvoir
co~fiant elevé. Il peut ~tro choi~i p~r exemplo parml les
suivants t
1. Le brai issu de la distillation du goudron~ ayant
un point de ramollissement de Kramer et Sarnow sup~rieur à
75~C~ uno tcneur en carbone fixe de plus de 30 ~o et une vis-
cosité de 20 à 100 centipois~s à 100~C.
2. Le brai obtcnu par la distillation de pétrole brut~
ayant un point de ramolli~sement de Kramer et Sarnow supér~eur
à 100~C~ ~lO t~neur sn carbone fi~e de plu~ de 30 ~~ et une
~i~coslté de 20 à 100 centipoises à 100~C,
On donnera ci-après à titre d'indication quolques
oxomplcs de mas~eq d~ bouchage d~ trous d~ coulcs pré~cntant
de~ coplposltions selon l~invention.
~.
3~ 30 ~o d'argile
37 ~o de ~able
7 ~~0 de brai
* Marque de commerce
10~'7~1
12 ~ de charbon gras broy~ poreux
9 ~ de r~ine de phénolformald~hyde
S ~ d~ r~sine polyépoxy liquide.
E~emple 2
. 30 ~ de sable
25 ~ d'argile
5 ~ de brai de petrola
: 15 ~ de coke broyé
10 ~ de corindon
9 ~ de résine furannique
6 ~ de résine coumarone l~quide~
3~ .
45 % de ~able
2~ ~ d~argile
5 % de coumarone solide
10 % de charbon gras broyé
10 ~ de r~ine phénolique (r~sol-for~aldéhyde)
5 ~ d~huile de ricinO
-- . . ,
Exemple 4
. 40 ~ d~argile . .
t5 % de sable
10 ~ de carbure de silicium
15 ~ de carbone amorphe
10 ~ de résine formophénolique
2S 5 % d~huile de pétroleO
Exemple
20 ~ d~argile
55 ~ do carbone amorphe
5 % de graphite
12 % de résine fur~urylique
:~ . 4 ~ de résine coumarone liquide.
. ' . . .
Exemple 6
30 ~ d'argile ayant une teneur en alumlne de 18
35 ~ de sable ayant une teneur en silice de 98
3~ 20 ~ de charbon tendre broy~ poreux conte~ant 25
de substances ~olatile~
15 ~ de produits de la dis*illation d'hu~le du pé-
trole~ tels que défini~ ci-dessus.
'7~1
Exempl~ I
35 % de chamotte contenant 42 ~ d'alumine
30 ~ d'argilc contenant 18 ~ d'alumine
20 ~ de charbon gras contenant 25 ~ de substances
volatlles
18 ~ de prodults de la distillation d'huile de pé-
trole~ tels que définis ci-dessus, en combinai-
. ..... . son avec une résine ~po~y.
Exemple 8
35 ~ de bau~ite calcinée contenant 88 ~a d'alumine
Z5 ~ d'argile contenant 22 ~ d'alumine
tO % de charbon maigre contenant 4 ~ de substancesvolatiles
15 % de charbon gras contenant 25 % de substances
1 5 volatiles
15 % de produits de la distillat~on d'huile de p~-
trole~ tels que définis ci-dessus~ en combinsi-
son avec la rés~ne Necires (résine indène-cou-
marone produite par N~CoC~ ~ ~ollande). ;.
Exemple 9
15 % d'argil0 ayant une teneur en alumine de 30
50 ~ de magnésie contenant 80 ~ de MgO
10 % dc charbon gras contenant 25 ~ do ~ubstances
~olatiles
~2S 10 ~ de graphite
S ~ de produits do la distillation d'huiles de p~-
trole~ tels que définis ci-dessus~ en combinal-
eon av0c la résine Cascophen (resine formophé-
nolique produite par Borden Chemical CoO~ USA).
E~em~le tO
~ . 30 ~ d'argile ayani une teneur en alumine de 25 %
20 ~ de corindon ayant une teneur en alumine de 99
15 ~ de carbure de silicium
15 ~ de charbon maigre contenant 4 c,~ de substances
volatiles
5 ~ de goudron de char~on
~ 15 ~ de produits de la distillation d'huile de pé-
:~ trole~ tels que dé~inis ci-dessus~ en combi-
naison avec la résine hpikote (reslne épo~y
:~40 produite par Shell).
~n certain no~bre dle~emples on~ ~té donnés pour
illustrer la composltion.de masses de bouchage de trous de
coulée selon l/invention, mais il est bien entendu que celle-
ci ne se limite nullement à ces exemples.
