"Moulage pour la rétention de chaleur de la masselotte
pendant la coulée de métaux fondus" La présente invention est relative à des perfectionnements apportés à un moulage pour la rétention de la chaleur
de la masselotte pendant la coulée de métaux fondus, et plus particulièrement de fer et d'acier fondus.
Dans le but d'éviter l'apparition d'une cavité tubulaire interne dans le corps principal de la pièce coulée lorsque des métaux fondus, plus particulièrement du fer et de l'acier fondus, sont coulés, il importe en vue de retarder la solidification du métal fondu dans la masselotte, plutôt que celle du corps principal, que la perte de chaleur du métal fondu de la masselotte soit évitée et que le métal fondu de la masselotte soit retenu à l'état fondu pendant un temps sufisamment long pour permettre au métal de parvenir à la cavité tubulaire interne. Le procédé selon lequel la solidification du métal
fondu de la masselotte est retardée, plutôt que la solidification du corps principal, c'est-à-dire le procédé permettant d'appliquer l'effet dit de retenue de chaleur dans la masselotte, consiste à promouvoir la fonction de retardement défia solidification de la masselotte en chauffant les surfaces latérales et supérieures de la masselotte au moyen de matières exothermiques ou thermo-isolantes ou en isolant thermiquement et en retenant la chaleur de ces matières.
Ordinairement, des poudres exothermiques ou thermoisolantes ou des moulages constitués de réfractaires, de matières exothermiques ou autres, qui créent la réaction thermique, sont utilisés en propre en fonction de la dimension du moule,
du tube de métal fondu, etc. En ce qui concerne les moulages
ou agents retenant la chaleur, il est souhaitable indubitablement que ceux-ci soient fortement exothermiques et aient en outre un excellent isolement thermique. Toutefois, eu.égard
aux matières exothermiques actuelles, il est nécessaire que
leur densité soit élevée pour augmenter le pouvoir calorifique par volume unitaire, étant donné que la conductivité thermique est accrue et que l'isolement thermique est abaissé à un point tel que la rétention de chaleur est défectueuse. En vue d'augmenter l'isolement thermique, les matières exothermiques doivent avoir un poids léger et une faible porosité, et il n'a pas été possible, en ce qui concerne les matières classiques, de donner des propriétés exothermiques suffisantes aux matières poreuses et d'un poids léger. Il n'existe aucun type de matière qui ait des propriétés exothermqiues.et thermo-isolantes suffisantes,
en ne considérant qu'un seul type de matière. Pour obtenir ces propriétés, il faut prévoir deux couches, c'est-à-dire une couche exothermique et une couche thermo-isolante, de sorte qu'il en résulte en outre de nombreux et grands inconvénients eu égard au moulage.
La présente.invention consiste à utiliser, comme moulage, une matière retenant la chaleur, satisfaisante eu égard aux propriétés exothermiques et thermo-isolantes. Comme matière principale, on utilise du charbon de bois grossièrement broyé. Lorsqu'il est fabriqué, le charbon de bois comprend de grands vides radiaux partant du centre des morceaux de bois traités,
a une ossature semblable à un squelette et présente en outre d'innombrables petits pores. Le charbon de bois peut être
broyé grossièrement en morceaux réduits. Si la dimension des particules est d'une grandeur telle qu'elle permette un passage
à travers un tamis carré de 10 mm, le)charbon de bois entier
se transforme en petits morceaux et perd sa forme primitive,
en ce sens qu'il adopte une configuration irrégulière à multiples faces latérales. Lorsqu'il est dispersé, le charbon de bois
en morceaux est disposé approximativement à l'état de couche, produit un grand nombre de fins pores et en coopération avec ceux-ci, l'isolement thermique est extrêmement grand et la conductivité thermique est réduite à 0,05 Kcal/m/h/[deg.]C. Comme
le charbon de bois se compose approximativement de 100 % de carbone, son pouvoir calorifique supérieur est d'environ
8000 Kcal/kg, et si les morceaux de charbon de bois sont dispersés. à la surface du métal fondu, la partie des .morceaux en contact avec le métal fondu brûle immédiatement et procure de la chaleur à la surface du métal fondu. La combustion a lieu à la couche superficielle, en raison de la propriété thermo-isolante du charbon de bois, et ne se communique pas aisément à la partie interne, si bien qu'une caractéristique essentielle du charbon de bois est que l'accroissement de la conductivité thermique ne se produit pas en fonction d'une augmentation de la température. Le charbon de bois, tel qu'il est broyé, se transforme en poussier lorsqu'il brûle à la surface du métal fondu, de sorte que le charbon de bois est moulé et utilisé comme moulage, conformément à la présente invention.
Si seul du charbon de bois est utilisé, le moulage est épaissi par la combustion et, par conséquent, pour transformer le charbon du bois sous la fomre d'un moulage, il est mélangé
avec de la vermiculite ou un graphite expansible servant de matière expansâble. La vermiculite et le graphite thermoexpansible gonflent lorsque le moulage brûle et empêche le volume du moulage de diminuer naturellement, mais les deux matières se transforment en flocons en s'expansant et de grands vides se produisent rarement, même si elles pénètrent entre les espaces compris entre les morceaux de charbon de bois et se dilatent. Conformément à l'invention, la rétention de chaleur convenant le mieux au moulage est obtenue avec un rapport de mélange approximativement défini du charbon de bois à la matière thermo-expansible.
Le rapport de mélange du charbon de bois à la vermiculite ou au graphite, auquel on a communiqué une expansibilité par traitement à l'acide, varie conformément à la dimension des particules du charbon de bois, mais dans le cas d'un tamis de moins de 10 mm utilisé dans la présente invention, et si la dimension des particules est de plus de
2 mm, la proportion en poids est de 1/0,07-0,20. Si le charbon de bois est sous la forme de particules grossières, le poids spécifique apparent du montage diminue, si bien que la quantité thermo-expansible peut être petite. Toutefois, si
la proportion des matières thermo-expansibles est inférieure
à 0,07, la perte de volume du charbon de bois brûlé ne peut pas être récupérée et si on ajoute de la matière jusqu'à des proportions de plus de 0,20, l'expansion est au contraire trop
<EMI ID=1.1>
rétention de chaleur est perdue. Si la dimension des particules du charbon de bois est de moins 'de 2 mm, le poids spécifique apparent est relativement grand, la quantité de matière thermoexpansible est plus grande que dans le cas précédent et le rapport en poids du charbon de bois à de la matière thermoexpansible est de l'ordre de 1/0,10-0,40. Etant donné que l'ignition et la combustion sont rapides lorsque la dimension des particules du charbon de bois est plus petite, une plus grande perte de combustion se manifeste et il n'est pas possible, comme mentionné ci-dessus, de récupérer la perte de volume.
Si toutefois, dans ce cas, la proportion de matière thermoexpansible est inférieure à 0,10, ceci n'est pas suffisant pour récupérer la perte de volume, et si elle est supérieure à 0,40, il se produit une expansion et une formation de pores trop grands, ce qui détériore la rétention de chaleur. Les matières thermo-expansibles précitées, disposées entre les couches du charbon de bois en morceaux ou particules, se dilatent en formant des flocons et s'insèrent entre les particules de charbon de bois, en n'engendrant jamais de grands pores, de sorte que seules les deux matières sont appropriées et que d'autres matières, telles que l'obsidienne, la perlite et le schiste sont inutilisables. En préparant le moulage, des matières fibreuses organiques de 3 à 15 % sont ajoutées pour relier
et combler les espaces entre les particules des matières de mélange. Ceci empêche le moulage de se détériorer après sa formation et avant son utilisation. Ces matières sont également éliminées par combustion lorsque, à l'usage, elles entrent en contact avec le feu. Comme matières organiques fibreuses, on peut utiliser des déchets de papier, de la pâte à papier, des fibres dejcoton etc. Si les matières organiques fibreuses sont utilisées à raison de moins de 3 %, l'action de liaison est limitée et le moulage est fragile. Si leur proportion
est de plus de 15 %, la propriété fibreuse est excessive et
une propriété fibreuse complémentaire autre que l'action de liaison est présente et le sens de l'addition de ces matières est perdu. En outre, un liant organique peut être mis en oeuvre à raison de 3 à 15 % pour former le moulage. Ce liant permet de fixer le moulage,s'amorce immédiatement à l'usage
et brûle le charbon de bois. Une résine, l'amidon, la déxtrine, la colle,etc, conviennent comme liant. Si le poids spécifique apparent est grand au cours du moulage, une quantité moindre
de liant est employée, mais si, au contraire, le poids spécifique est petit, une quantité plus grande de liant est utilisée. Toutefois, si la quantité de liant est inférieure à
3 %, le moulage peut aisément se rompre et si elle est supérieure à 15 %, les pores du moulage s'obturent et l'effet de retenue de chaleur est perdu.
En outre, l'une des caractéristiques essentielles de l'invention consiste en un- moulage dans lequel la couche intérieure, dont le constituant majeur est du charbon de bois, est revêtue d'une enveloppe se composant d'un mélange de'liant et de matières fibreuses.
L'une des formes de réalisation du moulage de l'invention, qui est revêtu de l'enveloppe, est fondée sur une composition dans laquelle la couche inférieure, formant le
corps principal, contient plus de 30 % en poids de�charbon de bois, et une composition selon laquelle plus de 20 % en poids
du charbon de bois est laminé à la façon d'un alluvion présentant des propriétés directionnelles dans la direction principale du moulage retenant la chaleur, c'est-à-dire dans la direction latérale; dans cette composition, l'enveloppe se compose d'un liant et de matières fibreuses. En réalisé, il s'agit d'un moulage pour la surface supérieure de la masselotte, caractérisé en ce que les matières fibreuses sont enchevêtrées. Conformément à la présente invention, un effet suffisant de rétention de chaleur pour la masselotte est exercé par la couche interne à base de charbon de bois et présentant de bonnes propriétés de rétention de chaleur, et en même temps, la résistance du moulage aux hautes températures augmente par la présence
de l'enveloppe constituée des matières fibreuses, de sorte qu'aucune fissuration ne se produit par la chaleur du métal fondu. En outre, comme la résistance mécanique augmente également, le moulage n'est guère endommagé au cours du transport ou d'une manipulation.
Conformément à un autre aspect de l'invention, on a
prévu un moulage revêtu d'une enveloppe et dans lequel la
couche inférieure contient moins de 30 % en poids d'une matière thermo-expansible, ce qui favorise davantage l'effet de rétention de chaleur de la masselotte. Par conséquent, ce moulage
est utilisé de préférence comme moulage de la surface supérieure de la masselotte, conformément à la présente invention.
Ce moulage se dilate en fonction de la dilatation de la
matière thermo-expansible par la chaleur du métal fondu, mais comme l'expansion se produit entièrement à partir de l'intérieur du moulage, une fissuration quelconque de se manifeste pas .
Une autre forme de réalisation du moulage revêtu
de l'enveloppe, concerne une composition dans laquelle la couche interne, formant le corps principal, contient, dans
sa partie centrale, plus de 30 % en poids de charbon de bois,
<EMI ID=2.1>
de bois est laminé à la façon d'un alluvion présentant des propriétés directionnellles dans la direction{Latérale du moulage, et la périphérie de la couche interne contient pas moins de 30 % en poids de charbon de bois et pas plus de 30 % en poids de matière thermo-expansible, soit une composition
où plus de 20 % en poids de charbon de bois est laminé à la façon d'un alluvion présentant des propriétés directionnelles dans la direction latérale du moulage; l'enveloppe se compose d'un liant et de matières fibreuses. Il s'agit d'un moulage convenant à la surface supérieure de la masselotte caractérisé en ce que les matières fibreuses sont enchevêtrées.
Dans les moulages qui ont été revêtus de l'enveloppe, la raison pour laquelle la teneur en charbon de bois est supérieure à 30 % en poids est que si cette quantité est de moins de 30 %, les excellentes propriétés thermo-isolantes et la combustion du charbon de bois ne peuvent pas être utilisées sufisamment pour la rétention de chaleur de la masselotte. En laminant plus de 20 % en poids de charbon de bois sous la forme d'une couche interne à la façon d'un alluvion, pour donner des propriétés directionnelles dans la direction latérale du moulage, un grand nombre de pores avantageux pour la rétention de chaleur sont produits dans la couche interne, si bien que l'effet de rétention de chaleur de la masselotte, en tant que couche interne entière, est amélioré.
En outre, comme la combustion du charbon de bois est contrôlée, les excellentes propriétés thermo-isolantes peuvent être appliquées pendant un temps prolongé. Il est possible également d'augmenter
la résistance des moulages. La raison pour laquelle la quantité de charbon de bois laminé à la façon d'unealluvion présentant des propriétés directionnelles dans la direction latérale
du moulage, n'est pas inférieure à 20 % en poids de charbon de bois dans la couche interne, est que si cette quantité
est de moins.de 20 % la.porosité de la couche interne n'est pas favorable à la rétention de chaleur et la résistance du mou-
<EMI ID=3.1>
être réalisé en ajoutant un liquide, par exemple, de l'eau
à la composition contenant le charbon de bois, pour communiquer à cette composition un aspect pâteux, et en déshydratant la pâte au moyen d'un modèle de moulage muni de moyens de déshydratation.
<EMI ID=4.1>
mentionnée dans la présente spécification, on entend une structure dans laquelle, dans le mesure où la présente composition pâteuse est utilisée, les petitis morceaux de charbon de bois de la pâte sont orientés dans une direction parallèle
à la surface maximale du moulage à former.
Comme matières thermo-expansibles utilisées dans les moulages revêtus d'une enveloppe, on peut citer les minerais naturels, tels que la vermiculite, les schistes, les obsidiennes, les perlites, la poix, l'argile, le graphite ou la poix chimiquement traitée par des acides et/ou des agents oxydants. La raison pour laquelle la teneur en matières thermo-expansibles de la couche interne n'est pas supérieure à 30 % en poids, est que les moulages se dilatent trop fortement avec plus de
30 % et que, par conséquent, les pores du moulage deviennent trop grands par expansion et se transforment en trous continus, l'effet de retenue de chaleur pour la masselotte, étant ainsi diminué.
La couche interne peut être une composition contenant,
en plus du charbon de bois et des matières thermo-expansibles, des constituants connus utilisés comme matières classiques
de rétention de chaleur de masselotte.
L'enveloppe du moulage, utilisable pour la rétention
de chaleur de la surface supérieure de la masselotte, conformément à l'invention, est une composition contenant un liant
dans lequel les matières fibreuses sont enchevêtrées, et l'enveloppe peut contenir également des matières réfractaires, telles que du sable silicieux, un oxyde d'aluminium, un oxyde
de magnésium, etc. De préférence, l'enveloppe est une composition de matières fibreuses à base de déchets de papier,
de copeaux de bois, de coton, d'amiante, de laine de scories,
de laine de roche, de laine de verre et de fibres chimiques,
et le liant peut être une résine phénolique, une résine uréique, une dextrine ou un amidon. L'enveloppe est réalisée en ajoutant les matières fibreuses et le liant à un liquide, par exemple, de l'eau, pour obtenir une pâte et en déshydratant
la pâte avec un modèle de moulage équipé de moyens de déshydratation, en vue de former la composition de liant et de matières fibreuses. L'enveloppe ainsi préparée comprend des matières fibreuses bien enchevêtrées, les matières étant couplées fortement l'une à l'autre par le liant, de sorte qu'une résistance extrêmement grande est obtenue.
En outre, conformément à une autre forme de réalisation de l'enveloppe, elle peut se composer de papier qui est obtenu
en collant du carton (en cas de papier mince, plusieurs feuilles), au moyen d'un liant, sur la périphérie de la couche interne formée au préalable à la façon d'un panneau.
En ce qui concerne la première et le seconde forme
de réalisation de l'invention, c'est-à-dire la fabrication des moulages non revêtus d'une enveloppe, les matières organiques fibreuses sont mises en suspension dans de l'eau et d'autres agents de mélange sont également ajoutés, sous agitation de
<EMI ID=5.1>
Cette pâte est coulée dans un moule, la teneur en eau est éliminée par succion, compression, séparation centrifuge et autres méthodes, et la pâte est finalement séchée à chaud dans un sécheur.
Des exemples de moulages conformes à l'invention sont décrits ci-dessous.
Exemple 1
Rapport de mélange (%) du moulage:
<EMI ID=6.1>
Diverses épaisseurs de moulage correspondant au rapport de mélange précité, ont été formées. Une épaisseur de moulage de 40 mm a été utilisée pour des lingots d'acier de moins de
6 t, une épaisseur de 60 mm pour des lingots de 6 à 10 t, une épaisseur de 70 mm pour des lingots de 10 à 15 t et une épaisseur de 80 mm pour des lingots de plus de 15 t. Les masselottes des lingots d'acier font apparaître un état de retrait entièrement plan et les inconvénients attribuables à la formation d'une cavité tubulaire interne, d'une ségrégation, etc, ne se sont aucunement manifestés.
En outre, une forme de réalisation des moulages revêtus d'une enveloppe est décrite en détail ci-après en se référant dessins annexés, dans lesquels :
les figures 1 et 2 sont des vues en coupe verticale d'une forme de réalisation dans laquelle un moulage (4) revêtu d'une enveloppe, conforme à l'invention, est utilisé pour la coulée de lingots; la figure 3 est une vue en perspective d'un moulage (4) se composant d'une couche interne contenant 30 % en poids de charbon de bois, et d'une enveloppe; la figure 4 est une vue en perspective d'un moulage dont une partie a été supprimée et dans lequel la partie centrale de la couche interne se compose principalement de charbon de bois, la périphérie de cette couche est un mélange de charbon de bois et de matières expansibles et la couche interne est revêtue d'une enveloppe, les références désignant les mêmes pièces ou parties que celles des figures 1 à 3;
la figure 5 est une vue en coupe verticale d'une forme de réalisation du moulage de la figure 4 et de la surface d'acier fondu, à laquelle le moulage a été précisément ajouté, et montre les conditions selon lesquelles des espaces 10 se produisent forcément entre un moulage 4 et un moulage 3 pour la rétention de chaleur de la surface latérale, en raison des différentes formes et dimensions des deux moulages; et la figure 6 est une vue similaire à celle de la figure 5, maisjmontre les conditions dans lesquelles les parties périphériques 9 du moulage 4 ont été finies pour se dilater plus fortement que dans les conditions de la figure 5; les espaces compris entre le moulage 4 et le moulage 3 pour la rétention
de chaleur de la surface latérale ayant été comblés pour empêcher la chaleur de l'acier fondu de s'échapper à partir de
ces espaces. Dans ce cas,le moulage 4 convient à une utilisation pour un type d'acier dont la chaleur peut être entièrement retenue, même sans dilatation de la partie voisine du centre du moulage, pour lequel un retrait ne se produit pas relativement.
La -figure 1 est une vue en coupe verticale montrant l'utilisation du moulage 4 pour retenir la chaleur de la masselotte, conformément à la présente invention. On distingue également les conditions dans lesquelles un acier fondu 7 est coulé, conformément au système de coulée par le haut, dans un{moule à la surface supérieure duquel est posé un moulage 3 pour retenir la chaleur de la surface latérale de la masselotte. Par ailleurs, un autre moulage 4 recouvre la surface de l'acier fondu de la masselotte pour retenir la chaleur. Le moulage 4 se compose d'une couche interne 5 se composant de 30 % en poids de charbon de.bois et d'une enveloppe 6 constituée d'un liant et de matières fibreuses enchevêtrées dans celui-ci. La plaque
<EMI ID=7.1>
La figure 2 est une vue en coupe verticale montrant l'utilisation du moulage 4 de l'invention, lequel contient des matières thermo-expansibles. On distingue également les conditions dans lesquelles l'acier fondu 7 est coulé, conformément à un système de coulée par le bas, à partir d'un trou de coulée <EMI ID=8.1>
duquel on a posé un moulage 3 pour retenir la chaleur de la surface latérale de la masselotte. La surface d'acier fondu de la masselotte est recouverte d'un moulage 4 retenant la chaleur et dilaté par la'chaleur de l'acier fondu. Ce moulage
<EMI ID=9.1>
et de matières thermo-expansibles, ainsi qu'une enveloppe 6 composée d'un liant et de matières fibreuses enchevêtrées dans celui-ci. Le moulage est dilaté, conformément à la dilatation des matières thermo-expansibles, par la chaleur de l'acier fondu.
La figure 3 est une vue en perspective du moulage 4 dont une partie a été éliminée. Ce moulage contient 30 % en poids de charbon de bois et se compose d'une couche interne 5 dont les particules de charbon de bois ont�té laminées à la façon d'un alluvion présentant des propriétés directionnellles dans la direction latérale, et qui est recouverte d'une enveloppe 6 formée d'un liant et de matières fibreuses enchevêtrées dans celui-ci. La figure 4 est un autre moulage où la partie centrale <EMI ID=10.1>
bois, et où la partie périphérique 9 est formée d'un mélange de charbon de bois et de matières expansibles. La couche interne est revêtue d'une enveloppe. Les références de cette figure désignent les mêmes matières que celles des formes de réalisation précédentes.
Des exemples de moulages revêtus d'une enveloppe, conçus conformément à l'invention, sont donnés ci-dessous.
Exemple 2
1) Rapport de mélange des constituants de la couche interne :
<EMI ID=11.1>
2) Rapport de mélange des constituants de l'enveloppe :
<EMI ID=12.1>
De l'eau est ajoutée au mélange 1) ci-dessus pour obtenir un mélange pâteux. De l'eau est également ajoutée au mélange 2) ci-dessus pour préparer une pâte dans laquelle la teneur en solides des constituants du mélange 2) est approximativement de 20 % et la teneur en eau d'environ 80 %. La pâte 2), dont la grandeur de la teneur en solides peut être d'une épaisseur de 3 mm à l'état déshydraté, a été versée dans un modèle de moulage doté de moyens de déshydratation. En outre,.le mélange pâteux 1) est introduit dans la pâte en une quantité donnant une épaisseur d'environ 34 mm à l'état déshydraté. Le mélange est ensuite déshydraté sous vide. Puis la pâte 2) est introduite dans la matière déshydratée, en une quantité correspondant à une épaisseur d'environ 3 mm à l'état déshydraté. Le mélange est de nouveau déshydraté.
L'article moulé déshydraté est séché pour obtenir un moule capable de retenir la chaleur des masselottes (dimensions du moulage : longueur 830 mm, largeur 830 mm et épaisseur 40 mm) (figure 4). On a constaté que les particules de charbon de bois de la couche interne du moulage sont laminées dans une direction latérale et que�es matières fibreuses de l'enveloppe sont enchevêtrées et liées fortement par la résine phénolique.
En utilisant ce moulage, vingt lingots d'acier de 8 tonnes chacun ont été coulés par le système de coulée par le haut, comme représenté à la figure 1. Ces lingots d'acier ont été comparés avec ceux coulés en utilisant un moulage classique d'une même dimension pour la rétention de chaleur de la masselotte, mais dans les mêmes conditions que celles de la présente invention. A la suite de cette comparaison, on a constaté que les lingots d'acier, pour lesquels le moulage de la présente invention a été utilisé, ont un rendement moyen augmenté de 1,3 % par lingot d'acier, comparé aux lingots pour lesquels des moulages classiques ont été employés. Ceci montre évidemment que le moulage de l'invention est supérieur aux moulages classiques pour la rétention de chaleur des masselottes.
En outre,le moulage conforme à l'invention a une grande résistance, de sorte qu'il n'est jamais endommagé au cours du transport ou d'une manipulation. Au contraire, on sait que le pourcentage de détérioration des moulages classiques est d'en-
<EMI ID=13.1>
Exemple 3
1) Rapport de mélange des constituants de la couche interne :
<EMI ID=14.1>
2) Rapport de mélange des constituants de l'enveloppe :
<EMI ID=15.1>
De la même façon qu'à l'exemple 1, on a fabriqué un moulage pour la rétention de la chaleur des masselottes (dimensions du moulage : longueur 780 mm, largeur 780 mm, épaisseur 35 mm; l'épaisseur de l'enveloppe est de 3 mm), comme
le montre la figure 3.
En utilisant ce moulage, vingt lingots d'acier de 7 tonnes chacun ont été coulés par le système de coulée par�e
bas représenté à la figure 3. On a constaté que ces lingots d'acier ont un rendement moyen accru de 1,5 % par lingot d'acier, comparé avec les lingots d'acier coulés en utilisant des moulages classiques pour la rétention de chaleur des masselottes. On n'a enregistré aucune détérioration pendant le transport et la manipulation de ce moulage.
Exemple 4
La composition pâteuse 2) de l'exemple 1 a été transformée en un moulage en utilisant les mêmes appareils et en mettant en oeuvre le même procédé. La composition pâteuse 1) de l'exemple 2 a été introduite dans cette pâte, en une quantité correspondant à une épaisseur de 34 mm à l'état déshydraté. La composition pâteuse 1) de l'exemple 3 a été appliquée sur
"Molding for heat retention of the flyweight
during the casting of molten metals "The present invention relates to improvements made to a molding for heat retention
of the flyweight during the casting of molten metals, and more particularly of molten iron and steel.
In order to avoid the occurrence of an internal tubular cavity in the main body of the casting when molten metals, more particularly molten iron and steel, are being cast, it is important in order to delay solidification of the molten metal in the feeder, rather than that of the main body, that heat loss from the molten metal in the feeder is avoided and the molten metal in the feeder is retained in the molten state for a sufficient time to allow the metal to reach the internal tubular cavity. The process by which the solidification of the metal
melt of the flyweight is delayed, rather than the solidification of the main body, i.e. the method of applying the so-called heat retaining effect in the flyweight, is to promote the retardation function of the solidification of the mass. the flyweight by heating the side and upper surfaces of the flyweight by means of exothermic or heat-insulating materials or by thermally insulating and retaining the heat of these materials.
Usually, exothermic or heat-insulating powders or castings made of refractories, exothermic or other materials, which create the thermal reaction, are used in their own right depending on the size of the mold,
molten metal tube, etc. Regarding the castings
or heat retaining agents, it is undoubtedly desirable that these should be highly exothermic and furthermore have excellent thermal insulation. However, in view
to current exothermic materials, it is necessary that
their density is high to increase the calorific value per unit volume, as thermal conductivity is increased and thermal insulation is lowered to such an extent that heat retention is defective. In order to increase the thermal insulation, the exothermic materials should have a light weight and low porosity, and it has not been possible, with regard to conventional materials, to give sufficient exothermic properties to the porous materials and light in weight. There is no type of material that has sufficient exothermic and heat-insulating properties,
by considering only one type of material. To obtain these properties, it is necessary to provide two layers, that is to say an exothermic layer and a heat-insulating layer, so that there are also numerous and great drawbacks with regard to molding.
The present invention consists in using, as a molding, a heat-retaining material which is satisfactory with regard to the exothermic and heat-insulating properties. As the main material, coarsely ground charcoal is used. When made, charcoal has large radial voids starting from the center of the treated pieces of wood,
has a skeleton-like structure and additionally has countless small pores. Charcoal can be
coarsely ground into reduced pieces. If the size of the particles is of such a magnitude as to allow passage
through a 10 mm square sieve, the) whole charcoal
turns into small pieces and loses its original form,
in that it adopts an irregular configuration with multiple side faces. When dispersed, the charcoal
in pieces is arranged approximately in a layered state, produces a large number of fine pores and in cooperation with these, the thermal insulation is extremely large and the thermal conductivity is reduced to 0.05 Kcal / m / h / [deg.] C. As
charcoal is approximately 100% carbon, its higher calorific value is approximately
8000 Kcal / kg, and if the pieces of charcoal are scattered. on the surface of the molten metal, the part of the pieces in contact with the molten metal immediately burns and provides heat to the surface of the molten metal. Combustion takes place at the surface layer, due to the heat-insulating property of charcoal, and is not easily communicated to the internal part, so that an essential characteristic of charcoal is that the increase of thermal conductivity does not occur as a function of an increase in temperature. Charcoal, as crushed, turns to dust when it burns on the surface of molten metal, so charcoal is cast and used as a cast, in accordance with the present invention.
If only charcoal is used, the cast is thickened by the combustion, and therefore, to transform the charcoal into the form of a cast, it is mixed.
with vermiculite or an expandable graphite serving as the expandable material. Vermiculite and heat-expandable graphite swell when the molding burns and prevents the mold's volume from naturally decreasing, but both materials flake as they expand and large voids rarely occur, even if they penetrate between the spaces between the pieces of charcoal and expand. In accordance with the invention, the most suitable heat retention for molding is achieved with an approximately defined mixing ratio of charcoal to heat-expandable material.
The mixing ratio of charcoal to vermiculite or graphite, which has been imparted expandability by acid treatment, varies according to the particle size of the charcoal, but in the case of a sieve of less 10 mm diameter used in the present invention, and if the particle size is more than
2mm, the proportion by weight is 1 / 0.07-0.20. If the charcoal is in the form of coarse particles, the apparent specific weight of the fixture decreases, so that the heat-expandable amount may be small. However, if
the proportion of thermally expandable materials is lower
at 0.07, the volume loss of the charcoal burnt cannot be recovered and if material is added up to proportions of more than 0.20, the expansion is on the contrary too much
<EMI ID = 1.1>
heat retention is lost. If the particle size of the charcoal is less than 2 mm, the apparent specific weight is relatively large, the amount of heat-expandable material is larger than in the previous case, and the weight ratio of charcoal to carbon. heat-expandable material is of the order of 1 / 0.10-0.40. Since the ignition and combustion are rapid when the particle size of the charcoal is smaller, more combustion loss occurs and it is not possible, as mentioned above, to recover the loss. volume.
If, however, in this case the proportion of heat-expandable material is less than 0.10, this is not sufficient to recover the volume loss, and if it is greater than 0.40, expansion and formation occurs. large pores, which deteriorate heat retention. The aforementioned thermo-expandable materials, arranged between the layers of the charcoal in pieces or particles, expand forming flakes and insert themselves between the charcoal particles, never creating large pores, so that only the two materials are suitable and other materials, such as obsidian, perlite and shale are unusable. In preparing the molding, 3 to 15% organic fiber material is added to bind
and filling the spaces between the particles of the mixture materials. This prevents the molding from deteriorating after it is formed and before it is used. These materials are also eliminated by combustion when, in use, they come into contact with fire. As fibrous organic materials, there can be used waste paper, pulp, cotton fibers, etc. If the fibrous organics are used at less than 3%, the binding action is limited and the molding is brittle. If their proportion
is more than 15%, the fibrous property is excessive and
a complementary fibrous property other than the binding action is present and the sense of addition of these materials is lost. In addition, an organic binder can be used in an amount of 3 to 15% to form the molding. This binder fixes the molding, starts immediately after use
and burns charcoal. Resin, starch, dextrin, glue, etc., are suitable as a binder. If the apparent specific gravity is large during molding, less amount
binder is used, but if, on the contrary, the specific gravity is small, more binder is used. However, if the amount of binder is less than
3%, the molding can easily break and if it is more than 15%, the pores of the molding become blocked and the heat-retaining effect is lost.
Further, one of the essential features of the invention consists of a molding in which the inner layer, the major constituent of which is charcoal, is coated with a casing consisting of a mixture of binder and of fibrous material.
One of the embodiments of the molding of the invention, which is coated with the casing, is based on a composition in which the lower layer, forming the
main body, contains more than 30% by weight of charcoal, and a composition that more than 20% by weight
charcoal is rolled like an alluvium having directional properties in the main direction of the heat-retaining mold, that is, in the lateral direction; in this composition, the envelope consists of a binder and fibrous materials. In fact, it is a molding for the upper surface of the weight, characterized in that the fibrous materials are entangled. According to the present invention, a sufficient heat-retaining effect for the flyweight is exerted by the inner layer made of charcoal and having good heat-retaining properties, and at the same time, the molding resistance to high temperatures. increases by the presence
of the envelope made of the fibrous materials, so that no cracking occurs by the heat of the molten metal. Further, since the mechanical strength also increases, the molding is hardly damaged during transport or handling.
According to another aspect of the invention, we have
provided a molding coated with an envelope and in which the
lower layer contains less than 30% by weight of a heat-expandable material, which further promotes the heat-retaining effect of the flyweight. Therefore, this molding
is preferably used as a molding of the upper surface of the flyweight, in accordance with the present invention.
This molding expands depending on the expansion of the
a material thermally expandable by the heat of the molten metal, but since the expansion occurs entirely from the interior of the casting, any cracking does not occur.
Another embodiment of the coated molding
of the envelope, relates to a composition in which the inner layer, forming the main body, contains, in
its central part, more than 30% by weight of charcoal,
<EMI ID = 2.1>
of wood is laminated like an alluvium having directional properties in the {lateral direction of the molding, and the periphery of the inner layer contains not less than 30% by weight of charcoal and not more than 30% by weight of heat-expandable material, i.e. a composition
wherein more than 20% by weight of the charcoal is rolled like an alluvium having directional properties in the lateral direction of the molding; the shell consists of a binder and fibrous material. It is a molding suitable for the upper surface of the flyweight characterized in that the fibrous materials are entangled.
In the castings which have been coated with the casing, the reason that the charcoal content is more than 30% by weight is that if this amount is less than 30%, the excellent heat-insulating properties and combustion charcoal cannot be used enough for the heat retention of the flyweight. By rolling more than 20% by weight of charcoal in the form of an inner layer like an alluvium, to give directional properties in the lateral direction of the molding, a large number of pores advantageous for the retention of heat are produced in the inner layer, so that the heat retaining effect of the flyweight, as an entire inner layer, is enhanced.
In addition, since the combustion of charcoal is controlled, the excellent heat-insulating properties can be applied for a long time. It is also possible to increase
the strength of the castings. The reason why the amount of charcoal rolled in the manner of an alluvion having directional properties in the lateral direction
of the molding, is not less than 20% by weight of charcoal in the inner layer, is that if this amount
is less than 20% the porosity of the inner layer is not favorable to heat retention and resistance of the movement.
<EMI ID = 3.1>
be achieved by adding a liquid, for example, water
to the composition containing the charcoal, to impart to this composition a pasty appearance, and by dehydrating the pulp by means of a molding model provided with dehydration means.
<EMI ID = 4.1>
referred to in this specification is meant a structure in which, as far as the present pasty composition is used, the small pieces of charcoal in the pulp are oriented in a parallel direction
to the maximum surface of the molding to be formed.
As heat-expandable materials used in casings coated with a casing, there may be mentioned natural ores, such as vermiculite, shales, obsidians, perlites, pitch, clay, graphite or chemically treated pitch. by acids and / or oxidizing agents. The reason why the heat-expandable material content of the inner layer is not more than 30% by weight, is that the castings expand too strongly with more than
30% and that, therefore, the pores of the molding become too large by expansion and turn into continuous holes, the heat retaining effect for the flyweight, thereby being diminished.
The inner layer can be a composition containing,
in addition to charcoal and heat-expandable materials, known constituents used as conventional materials
heat retention weight.
The casing of the molding, usable for retention
of heat from the upper surface of the flyweight, according to the invention, is a composition containing a binder
in which the fibrous materials are entangled, and the shell may also contain refractory materials, such as silica sand, aluminum oxide, oxide
magnesium, etc. Preferably, the casing is a composition of fibrous materials based on waste paper,
wood shavings, cotton, asbestos, slag wool,
rock wool, glass wool and chemical fibers,
and the binder can be a phenolic resin, a urea resin, a dextrin or a starch. The casing is made by adding the fibrous material and the binder to a liquid, for example, water, to obtain a paste and dehydrating
the dough with a molding model equipped with dehydration means, in order to form the composition of binder and fibrous materials. The casing thus prepared comprises well entangled fibrous materials, the materials being strongly coupled to each other by the binder, so that extremely high strength is obtained.
Further, according to another embodiment of the envelope, it may consist of paper which is obtained
by gluing cardboard (in the case of thin paper, several sheets), by means of a binder, on the periphery of the internal layer previously formed in the manner of a panel.
Regarding the first and second form
embodiment of the invention, that is to say the manufacture of unsheathed moldings, the fibrous organic materials are suspended in water and other mixing agents are also added, under shaking of
<EMI ID = 5.1>
This paste is cast into a mold, the water content is removed by suction, compression, centrifugal separation and other methods, and the paste is finally hot-dried in a dryer.
Examples of moldings in accordance with the invention are described below.
Example 1
Mixing ratio (%) of casting:
<EMI ID = 6.1>
Various molding thicknesses corresponding to the aforementioned mixing ratio have been formed. A casting thickness of 40mm was used for steel ingots less than
6 t, a thickness of 60 mm for ingots of 6 to 10 t, a thickness of 70 mm for ingots of 10 to 15 t and a thickness of 80 mm for ingots of more than 15 t. The weights of the steel ingots show an entirely flat state of shrinkage and the drawbacks attributable to the formation of an internal tubular cavity, segregation, etc., have not been manifested in any way.
Further, one embodiment of the casings coated with a casing is described in detail below with reference to the accompanying drawings, in which:
Figures 1 and 2 are vertical sectional views of an embodiment in which a molding (4) coated with a casing, according to the invention, is used for the casting of ingots; Figure 3 is a perspective view of a molding (4) consisting of an inner layer containing 30% by weight of charcoal, and a casing; Figure 4 is a perspective view of a molding, part of which has been removed and in which the central part of the inner layer consists mainly of charcoal, the periphery of this layer is a mixture of charcoal and expandable materials and the inner layer is coated with an envelope, the references designating the same parts or parts as those of Figures 1 to 3;
Figure 5 is a vertical sectional view of one embodiment of the molding of Figure 4 and the surface of molten steel, to which the molding has been precisely added, and shows the conditions under which gaps occur necessarily between a molding 4 and a molding 3 for the heat retention of the side surface, due to the different shapes and dimensions of the two moldings; and Figure 6 is a view similar to that of Figure 5, but shows the conditions under which the peripheral portions 9 of the molding 4 have been finished to expand more strongly than under the conditions of Figure 5; the spaces between the molding 4 and the molding 3 for retention
side surface heat that has been bridged to prevent the heat of molten steel from escaping from
these spaces. In this case, the casting 4 is suitable for use for a type of steel whose heat can be fully retained even without expansion of the part near the center of the casting, for which shrinkage does not occur relatively.
Figure 1 is a vertical sectional view showing the use of the molding 4 to retain heat from the flyweight, in accordance with the present invention. A distinction is also made between the conditions under which a molten steel 7 is cast, according to the top casting system, in a mold on the upper surface of which a casting 3 is placed to retain the heat of the side surface of the weight. In addition, another molding 4 covers the surface of the molten steel of the weight to retain heat. The molding 4 consists of an inner layer 5 consisting of 30% by weight of wood charcoal and a shell 6 made of a binder and fibrous material entangled therein. The plaque
<EMI ID = 7.1>
FIG. 2 is a vertical sectional view showing the use of the molding 4 of the invention, which contains heat-expandable materials. A distinction is also made between the conditions under which molten steel 7 is cast, in accordance with a bottom casting system, from a tap hole <EMI ID = 8.1>
which has been placed a molding 3 to retain the heat of the side surface of the weight. The molten steel surface of the flyweight is covered with a heat retaining cast 4 and expanded by the heat of the molten steel. This casting
<EMI ID = 9.1>
and heat-expandable materials, as well as a casing 6 composed of a binder and fibrous materials entangled therein. The casting is expanded, in accordance with the expansion of the thermally expandable materials, by the heat of the molten steel.
Figure 3 is a perspective view of molding 4, part of which has been removed. This casting contains 30% by weight of charcoal and consists of an inner layer 5 of which the charcoal particles have been laminated like an alluvium with directional properties in the lateral direction, and which is covered with an envelope 6 formed of a binder and fibrous material entangled therein. Figure 4 is another casting where the middle part <EMI ID = 10.1>
wood, and where the peripheral part 9 is formed from a mixture of charcoal and expandable materials. The inner layer is coated with an envelope. The references in this figure denote the same materials as those of the previous embodiments.
Examples of casing coated moldings designed in accordance with the invention are given below.
Example 2
1) Mixing ratio of the constituents of the inner layer:
<EMI ID = 11.1>
2) Mixing ratio of the constituents of the envelope:
<EMI ID = 12.1>
Water is added to mixture 1) above to obtain a pasty mixture. Water is also added to the above mixture 2) to prepare a paste in which the solids content of the components of the mixture 2) is approximately 20% and the water content about 80%. The dough 2), the size of the solids content of which may be 3 mm thick in the dehydrated state, was poured into a molding model provided with dehydrating means. Further, the pasty mixture 1) is introduced into the dough in an amount giving a thickness of about 34 mm in the dehydrated state. The mixture is then dehydrated under vacuum. Then the paste 2) is introduced into the dehydrated material, in an amount corresponding to a thickness of about 3 mm in the dehydrated state. The mixture is again dehydrated.
The dehydrated molded article is dried to obtain a mold capable of retaining the heat of the weights (dimensions of the molding: length 830 mm, width 830 mm and thickness 40 mm) (FIG. 4). It has been found that the charcoal particles of the inner layer of the molding are rolled in a lateral direction and that the fibrous materials of the casing are entangled and strongly bound by the phenolic resin.
Using this casting, twenty steel ingots of 8 tons each were cast by the top casting system, as shown in Fig. 1. These steel ingots were compared with those cast using conventional casting. 'the same dimension for the heat retention of the weight, but under the same conditions as those of the present invention. As a result of this comparison, it was found that the steel ingots, for which the casting of the present invention was used, have an increased average yield of 1.3% per steel ingot, compared to the ingots for which conventional casts have been used. This obviously shows that the molding of the invention is superior to conventional moldings for the heat retention of the weights.
In addition, the molding according to the invention has high strength, so that it is never damaged during transport or handling. On the contrary, it is known that the percentage of deterioration of conventional castings is
<EMI ID = 13.1>
Example 3
1) Mixing ratio of the constituents of the inner layer:
<EMI ID = 14.1>
2) Mixing ratio of the constituents of the envelope:
<EMI ID = 15.1>
In the same way as in Example 1, a molding was manufactured for the heat retention of the weights (dimensions of the molding: length 780 mm, width 780 mm, thickness 35 mm; the thickness of the casing is of 3 mm), as
shown in figure 3.
Using this casting, twenty steel ingots of 7 tons each were cast by the casting system by � e
bottom shown in Fig. 3. It was found that these steel ingots have an increased average yield of 1.5% per steel ingot, compared to steel ingots cast using conventional castings for heat retention. weights. No deterioration was recorded during shipping and handling of this casting.
Example 4
The pasty composition 2) of Example 1 was transformed into a molding using the same apparatus and carrying out the same process. The pasty composition 1) of Example 2 was introduced into this paste, in an amount corresponding to a thickness of 34 mm in the dehydrated state. The pasty composition 1) of Example 3 was applied to