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 ».
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
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.
Le pourvoir 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
Ces mélanges se présentent sous la forme de poudres de granulométrie toujours inférieure à 400 µm, mais exemptes de fines. Une granulométrie comprise entre 50 et 200 µm est par exemple bien adaptée.
Selon
L'invention a pour objet un produit en poudre pour la protection des moules de coulée centrifugée des tuyaux de fonte, comprenant un mélange de particules d'un alliage métallique inoculant, éventuellement de poudres minérales inertes, et de particules d'un métal fortement réducteur et volatil à. la température de la fonte liquide, ledit métal étant choisi parmi le magnésium, le calcium et les alliages de magnésium et/ou de calcium qui contiennent moins de 10% de Fe.
Les produit 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 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, qui est le calcium, ou le magnésium, ou un alliage 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,
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% Al : 0, 3-1, 5%
ainsi que les alliages du type FeSiMg contenant (en poids) :
Si : 47-53% Fe : 35-48% Mg : 2-12% A1 : 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 le 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 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 µm, et de préférence inférieure à 250 µm. Les fines particules inférieures à 40 µm, et de préférence inférieures à 50 µm, sont exclues pour éviter les émissions de poussières lors de l'utilisation.
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 µm, et 15% de spath fluor de granulométrie comprise entre 10 et 150 µm.
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.
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 µm, et 45% d'un mélange constitué de 1/3 de spath fluor entre 10 et 150 µm, 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 µm. Par ailleurs, on n'a pas noté d'attaque visible des coquilles.
Ce type de produit donne donc des résultats meilleurs que le produit cité à l'exemple N°1.
On a préparé un mélange de 50% de magnésium en poudre en granulométrie comprise entre 50 et 250 µm, 25% de fluorure de magnésium en granulométrie comprise entre 40 et 250 µm, et 25% de spath fluor en granulométrie comprise entre 40 et 250 µm.
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 µm.
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 µm. L'état de surface des pièces a été jugé excellent.
On a préparé un mélange selon l'art antérieur, équivalent en composition au mélange de l'exemple 3, mélange constitué (en poids) de:
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 µm, et l'apparition, à la surface des pièces, de piqûres tout à fait inacceptables, d'une densité de l'ordre de 25 par m2.
Cette liste de références citées par le demandeur vise uniquement à aider le lecteur et ne fait pas partie du document de brevet européen. Même si le plus grand soin a été accordé à sa conception, des erreurs ou des omissions ne peuvent être exclues et l'OEB décline toute responsabilité à cet égard.