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CA 02474273 2004-07-23
WO 03/061878 PCT/FR03/00181
Produits pour la protection des moules
de coulée continue des tuyaux de fonte
Domaine de l'invention
L'invention concerne un produit sous forme de poudre, destiné à la protection
des
moules de coulée des tuyaux de fonte fabriqués par coulée centrifugée ; les
moules
de coulée utilisés sont communément désignés sous le nom de coquilles .
Etat de la technique
Les revêtements utilisés pour la protection des coquilles de coulée
centrifugée des
tuyaux de fonte ont d'abord été constitués d'inoculants et de matériaux
réfractaires
en poudre, ainsi que de mélanges de silice et de bentonite, mis en place par
projection d'une suspension aqueuse. De tels revêtements sont décrits par
exemple
dans le brevet US 4.058.153 de Pont-à-Mousson.
Par la suite, ces produits ont été remplacés par des poudres projetées à sec
sur la
coquille avant coulée de la fonte, technique désignée sous le nom de dry
spray .
Quelle que soit la technique utilisée pour leur mise en place, ces produits
sont
utilisés pour obtenir d'une part un effet de barrière thermique limitant la
montée en
température de la coquille et contribuant ainsi à augmenter sa durée de vie,
et
d'autre part un effet inoculant sur la fonte coulée de façon à contrôler la
structure
métallurgique du tuyau.
Il est bien connu qu'une inoculation insuffisante entraîne dans la fonte la
formation
de carbures, un retrait important au refroidissement et un démoulage rapide,
gage
d'une productivité élevée. Mais les pièces ainsi obtenues nécessitent un
traitement
thermique ultérieur qui peut s'avérer coûteux.
On peut, selon les cas, préférer inoculer davantage, quitte à ralentir la
cadence de
production pour éviter le traitement thermique final, ou au contraire inoculer
peu,
pousser la productivité, et traiter thermiquement la pièce en fonte en aval.
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Le pouvoir inoculant du dry spray peut donc se positionner dans des
limites
assez larges, par contre les autres effets demandés au produit sont l'objet
d'exigences plus constantes.
Les produits utilisés comme dry spray sont donc en général constitués d'un
mélange de plusieurs composants, dont un inoculant d'efficacité plus ou moins
forte, qui peut constituer de 30 à 100% du produit, par exemple un ferro-
silicium
contenant de 0,1 à 3% d'aluminium et de calcium, et une charge minérale
inerte,
par exemple de la silice ou du spath fluor, qui peut constituer de 0 à 70% du
produit.
Le brevet FR 2612097 (Foseco) décrit l'utilisation comme agent de traitement
d'alliages du type FeSiMg dont les particules sont chargées électriquement par
frottement.
Ces mélanges se présentent sous la forme de poudres de granulométrie toujours
inférieure à 400 in, mais exemptes de fines. Une granulométrie comprise entre
50
et 200 m est par exemple bien adaptée.
Objet de l'invention
L'invention a pour objet un produit en poudre pour la protection des moules de
coulée centrifugée des tuyaux de fonte, comprenant un alliage métallique
inoculant
et éventuellement des poudres minérales inertes, ainsi qu'un métal fortement
réducteur et volatil à la température de la fonte liquide.
Description de l'invention
Les produits de l'art antérieur utilisés comme dry spray dans la
fabrication des
tuyaux de fonte par coulée centrifugée présentent quelques inconvénients. La
charge minérale inerte ajoutée au mélange contribue à augmenter les risques
d'encrassement des moules et de formation d'inclusions minérales inertes dans
la
fonte, pouvant faire apparaître des défauts de surface sur les tuyaux.
Par ailleurs la demanderesse a constaté que, si l'ajout d'un agent fortement
réducteur tel que l'aluminium améliore la protection des coquilles et leur
durée de
CA 02474273 2010-04-20
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Description de l'invention
Les produits de l'art antérieur utilisés comme dry spray dans la
fabrication des tuyaux
de fonte par coulée centrifugée présentent quelques inconvénients. La charge
minérale
inerte ajoutée au mélange contribue à augmenter les risques d'encrassement des
moules
et de formation d'inclusions minérales inertes dans la fonte, pouvant faire
apparaître des
défauts de surface sur les tuyaux.
Par ailleurs la demanderesse a constaté que, si l'ajout d'un agent fortement
réducteur tel
que l'aluminium améliore la protection des coquilles et leur durée de
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vie, il peut, dans certains cas, augmenter le risque d'apparition de piqûres à
la
surface des tuyaux, défaut considéré comme inacceptable.
L'objectif de la demanderesse a donc consisté à mettre au point des produits
mettant l'utilisateur à l'abri de ces inconvénients. Ces produits comprennent
un
alliage inoculant, par exemple à base de ferro-silicium, ou un mélange
d'alliages
inoculants, éventuellement une charge minérale, et un agent réducteur, à une
teneur
comprise entre 0,3 et 18%, constitué d'un métal volatil à la température de la
fonte
liquide, pouvant être un métal de la colonne 2 de la classification de
Mendeleiev, et
de préférence un métal de la colonne 2a, de la classification périodique des
éléments. Les métaux préférés sont le calcium, ou le magnésium, ou les
alliages
contenant l'un au moins de ces métaux. Les alliages de silicium conviennent
particulièrement bien, notamment les alliages de type CaSi. On peut ainsi
utiliser
avantageusement des alliages de composition (en poids) :
Si: 58 - 65%, Ca: 27 - 35%, Fe:2-7%, A1: 0,4 - 2%.
Le produit contient, de préférence,
- soit de 0,3 à 4% en poids de magnésium, et de préférence de 0,5 à 2%. Au
delà de
4%, on constate un début d'encrassement du moule de coulée sous forme de
traces
blanchâtres de MgO.
- soit de 15 à 40% en poids d'alliage CaSi, ce qui représente une teneur en
calcium
comprise entre 4 et 14%.
Les essais effectués par la demanderesse ont montré par contre que les
alliages
ferreux, contenant typiquement plus de 10% de fer, du type FeSiCa, souvent
dénommés CaSiFer et contenant (en poids) :
Si: 51- 58% Ca: 16 - 20% Fe : 23 - 27% Ai: 0,3 -1,5%
ainsi que les alliages du type FeSiMg contenant (en poids) :
Si : 47 - 53% Fe : 35 - 48% Mg : 2 - 12% Al : 0,2 - 1,5% Ca : 0,1 -
1,5% terres rares : 0 - 2%,
donnent au contraire des résultats décevants, nettement en retrait de ceux
obtenus
avec les mélanges selon l'invention.
Les quantités respectives des différents constituants dans la mélange final
ont été
évaluées en fonction des défauts que peuvent faire apparaître des surdosages.
Par ailleurs, pour des raisons de sécurité liées à la préparation des
produits, les
métaux ou alliages réducteurs utilisés ne sont pas utilisés seuls, mais sous
forme
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d'un pré-mélange avec une substance inerte, de préférence le fluorure de
calcium,
le fluorure de magnésium ou un mélange de ces deux fluorures. Pour un maximum
d'efficacité, la teneur en métal ou alliage métallique fortement réducteur
dans le
pré-mélange se situe de préférence entre 15 et 60%.
La granulométrie des produits est inférieure à 400 m, et de préférence
inférieure à
250 m. Les fines particules inférieures à 40 m, et de préférence inférieures
à 50
m, sont exclues pour éviter les émissions de poussières lors de l'utilisation.
Exemples
Exemple N 1
On a préparé un mélange selon l'art antérieur à partir des constituants
suivants :
85% de ferro-silicium à 75,2% de Si, 1,3% de Ca et 0,45% d'Al, à une
granulométrie comprise entre 50 et 200 m, et 15% de spath fluor de
granulométrie
comprise entre 10 et 150 m.
Utilisé en dry spray à titre d'essai de référence, ce produit a donné des
résultats
satisfaisants ; les tuyaux se sont démoulés après 55 secondes de
refroidissement et
sur les tuyaux ainsi fabriqués, on a mesuré une épaisseur de fonte ferritique
de 35
microns. On a noté par contre une légère attaque des coquilles.
Exemple N 2
On a préparé un mélange selon l'invention à partir des constituants suivants :
55% de ferro-silicium à 75,2% de Si, 1,3% de Ca et 0,45% d'Al de granulométrie
comprise entre 50 et 200 m, et 45% d'un mélange constitué de 1/3 de spath
fluor
entre 10 et 150 m, et 2/3 de siliciure de calcium à 60,1% de Si, 31,7% de Ca
et
4,3% de Fe.
Utilisé en dry spray , ce produit a donné des résultats satisfaisants ; les
tuyaux se
sont démoulés après 45 secondes de refroidissement et sur les tuyaux ainsi
fabriqués on a mesuré une épaisseur de fonte ferritique de 25 m. Par
ailleurs, on
n'a pas noté d'attaque visible des coquilles.
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Ce type de produit donne donc des résultats meilleurs que le produit cité à
l'exemple N 1.
Exemple N 3
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On a préparé un mélange de 50% de magnésium en poudre en granulométrie
comprise entre 50 et 250 m, 25% de fluorure de magnésium en granulométrie
comprise entre 40 et 250 m, et 25% de spath fluor en granulométrie comprise
entre 40 et 250 m.
Ensuite on a préparé un mélange selon l'invention formé de 3% du mélange
précédent et 97% de ferro-silicium à 75,2% de Si, 1,3% de Ca et 0,45% d'Al de
granulométrie comprise entre 50 et 200 m.
Utilisé à titre d'essai en dry spray , ce produit a donné des résultats
jugés
meilleurs que ceux obtenus aux exemples N 1 et N 2; les tuyaux se sont
démoulés
après 37 secondes de refroidissement et sur les tuyaux ainsi fabriqués, on a
noté une
épaisseur de fonte ferritique de 30 m. L'état de surface des pièces a été
jugé
excellent.
Exemple N 4
On a préparé un mélange selon l'art antérieur, équivalent en composition au
mélange de l'exemple 3, mélange constitué (en poids) de:
- 43% de ferro-silicium à 75,2% de Si, 1,3% de Ca et 0,45% d'Al dans une
granulométrie comprise entre 50 et 200 m provenant du même lot que le ferro-
silicium utilisé dans l'exemple précédent.
- 29,5% d'un alliage de type FeSiMg en granulométrie comprise entre 50 et 200
m, ayant donné à l'analyse 50,7% de Si, 42,0% de fer, 5,2% de Mg, 1,2% de Ca,
0,35% d'Al,
- 26% de poudre de silicium métallurgique en granulométrie comprise entre 50
et
200 gin, contenant 98,6% de Si.
- 0,75% de fluorure de magnésium en granulométrie comprise entre 40 et 250 m,
- 0,75% de spath fluor en granulométrie comprise entre 40 et 250 m.
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Utilisé à titre d'essai en dry spray, ce produit a donné des résultats en net
retrait par
rapport à ceux obtenus à l'exemple 3; les tuyaux se sont démoulés après 50
secondes de refroidissement et, sur les tuyaux ainsi fabriqués, on a noté une
épaisseur de fonte ferritique de 35 m, et l'apparition, à la surface des
pièces, de
piqûres tout à fait inacceptables, d'une densité de l'ordre de 25 par m2.
