Une introduction aux répartiteurs

Un toundish est un dispositif utilisé dans la coulée de métaux. Il s’agit de tout récipient à toit ouvert avec des trous dans le fond pour livrer le métal fondu à un rythme contrôlé dans les moules de coulée. Il est souvent utilisé entre la fonderie et la coulée pour assurer un flux cohérent et réglementé, tout en permettant le passage des moules de coulée si nécessaire. Les toundishes sont souvent en acier et sont doublés d’une sorte de doublure, qui est toujours un matériau réfractaire, souvent sous forme de briques. Ces matériaux réfractaires utilisés comme doublures tundish, ou de composants dans les doublures tundish, comprennent l’anthracite, la chromite et
les poudres de verre,
entre autres. Quelque 7 de tous les matériaux réfractaires en Europe sont utilisés pour les toundishes et dans la coulée continue(1,2), avec un respectable 5 de ce qui va à la décharge après utilisation(3). Les tundishes sont étroitement liés aux louches, qui sont utilisées pour transporter le métal fondu du four au toundish avant la coulée. Ces grands seaux tapissés réfractaires sont opérationnellement très semblables aux toundishes et donc les principes pour la conception de doublures tundish et les matériaux s’appliquent en grande partie aux louches ainsi.

diagramme de flux montrant comment le toundish utilisé

Conception de doublures de répartiteur

Les doublures tundish sont, dans de nombreux cas, des affaires superposées. La superposition de différents matériaux réfractaires à différentes épaisseurs est associée à la longévité de la plante en question(4). Un matériau réfractaire qui est en contact avec le métal fondu est souvent à base de magnésie et peut être de plâtre (pulvérisé) ou de forme de brique. Vient ensuite la « doublure de secours », qui est la plus grande doublure par épaisseur et masse et fournit la plupart des propriétés d’isolation thermique. Il est souvent basé sur l’alumine. Enfin, il y a une « doublure de sécurité » entre l’alumine et la coque extérieure en acier du toundish pour s’assurer qu’elle n’atteint pas une température critique de sécurité(5).

Les principales composantes des doublures de toundish sont souvent composées de briques réfractaires par opposition aux monolithes. C’est parce qu’une brique est plus facile /moins cher à produire qu’un monolithe, et ces briques peuvent être remplacées au besoin, mais dans l’ensemble un monolithe est plus durable qu’une brique. Les tundishes ne sont souvent pas très longs, et donc la nécessité d’utiliser un dispositif tel qu’un monolithe pour contourner un coin est un événement très rare. Les revêtements tundish doivent être capables de résister aux chocs thermiques, d’être résistants à la perte thermique et de résister à la corrosion/oxydation - pendant de longues périodes. Il est impératif que le métal fondu refroidisse et se solidifie dans le moule, donc les toundishes sont isolés avec plusieurs couches de réfractaires comme mentionné précédemment(6).

Dans l’ensemble, on peut dire qu’une doublure de tundish idéale aura les qualités suivantes :

  • Capacité de résister à des températures supérieures à 1 500 oC
  • Maintien de sa forme à haute température
  • Résistance à l’attaque par des scories
  • N’ont aucune interaction chimique ou physique avec le métal fondu
processus à l’aide de toundishes
shutterstock_382214896 carré

Matériaux utilisés pour les revêtements de répartiteur

Après un certain temps, un toundish devra être «deskulled». C’est-à-dire le résidu d’acier durci/slag qui se forme après de longues périodes de traitement au fond du toundish.

Il est essentiel de tenir compte non seulement des propriétés du matériau lui-même lors de la sélection des réfractaires pour les doublures de toundish, mais aussi des propriétés qui découlent de la forme physique qu’il prend. Les tundishes doublés de couches de briques réfractaires ont tendance à devoir être remplacés plus tôt que les doublures faites de réfractaires monolithiques ou coulés(7), avec des données montrant que les briques peuvent durer moins de cinq chaleurs avant d’avoir besoin d’être remplacées ou reconditionnées, comparativement à plus de 30 pour un monolithe. Les doublures de tundish tôt ont été faites de silicate de sodium, formé de la réaction de la silice et de l’hydroxyde de sodium.

Les matériaux communs de doublure de toundish pour la coulée d’acier incluent la silice, la magnésie et l’alumine. L’une des préoccupations concernant l’utilisation de réfractaires de silice pure pour les doublures de toundish est qu’elle est capable d’oxyder certains matériaux dans l’acier fondu, par exemple le manganèse en acier Hadfield(8). Les rapports suggèrent que dans certaines conditions, une couche d’oxyde de manganèse pourrait se former à l’interface en acier fondu-tundish, dévalorisant ainsi l’acier et réduisant l’efficacité du toundish lui-même.

D’autres composants largement utilisés des doublures de tundish - et des additifs pour - sont discutés ci-dessous.

processus à l’aide de toundish

Verre

Dans le toundish, la silice et/ou le verre moulu peuvent être utilisés pour enlever l’oxyde de fer du fer fondu ou de l’acier(9). En supprimant cet oxyde de fer, il peut empêcher les incursions en aval et les contributions à la production excessive de scories qui peuvent être nocifs pour les réfractaires toundish plus tard. La production d’acier tuée par l’aluminium utilise beaucoup de verre moulu car elle est capable de remplacer le silicide de calcium pour la conversion des restes d’aluminium et d’oxyde d’aluminium dans l’acier fondu. Dans le cadre de la doublure de toundish, le cullet en verre moulu peut être utilisé et se comporte comme un flux, aidant à purifier le métal fondu(10), offrant des avantages thermiques et offre des avantages en aval, y compris l’amélioration de la ductilité et la machinabilité.

Poussière de charbon / Anthracite en poudre

Le carbone de magnésie est un matériau réfractaire qui est fait de magnésie et une
source de carbone, comme la poussière de charbon,
l’anthracite ou le graphite(11). L’un des principaux avantages de la magnésie-carbone est que le carbone présent module l’expansion de la magnésie à des températures élevées, ce qui en fait un matériau à long terme plus stable. Il a également été signalé que l’écaillage thermique (craquement de la surface réfractaire à la température, avec la possibilité de pièces se brisant) est diminué avec l’augmentation de la teneur en graphite/anthracite(12). On dit aussi que le modulus du matériau par les Young est augmenté avec du carbone supplémentaire(13). Dans la production de fer et d’acier, la dégradation de la doublure de toundish de carbone de magnésie peut être accélérée par l’oxydation du carbone par l’oxyde de fer(14), dont l’impact peut être réduit par l’ajout de petites quantités d’aluminium. L’anthracite peut être incluse dans des quantités allant jusqu’à 15.

shutterstock_1020003745 large

Sable Chrome

Le chrome magnésique est un choix populaire de réfractaire pour les doublures de toundish pour les métaux ferreux et non ferreux. Il est composé de magnésie et de
sable chromé
qui ont été guéris dans une brique réfractaire poreuse, avec l’ajout de chromite étant responsable des propriétés de conductivité thermique améliorée par rapport à la magnésie pure(15).

En plus des briques et des doublures réfractaires conventionnelles, le chrome trouve l’utilisation dans l’espace de coulée continue dans le cadre du plâtre magnésia amélioré. Ce plâtre est souvent appliqué comme la couche supérieure (en contact avec le métal fondu) est un réfractaire «conventionnel», ou pour couvrir les articulations entre les briques réfractaires. Il est traditionnellement composé principalement de magnésie poreuse, qui a tendance à être détruite par la présence d’oxyde de calcium ou de silice dans les scories à haute chaleur. Dans le plâtre moderne et amélioré, de grandes quantités de magnésie sont remplacées par de la chromite et de l’olivine, dans une moindre mesure. La présence de chromite diminue l’écart de base, empêchant ainsi la pénétration du plâtre réfractaire avec des scories(16).

Sécurité en ce qui concerne les réfractaires à base de chrome

Le chrome hexavalent est toxique pour l’homme. Alors que la fabrication de réfractaires de type chromé n’utilise généralement que du chrome (contenant uniquement du chrome trivalent, Cr(III), la transformation par oxydation a été observée(17) dans les réfracteurs magnésia-chrome et les doublures de toundish. La probabilité d’un plus grand Cr(VI) est plus grande avec plus de chrome utilisé dans le réfractaire, mais l’ajout de dioxyde de titane peut empêcher les transformations à grande échelle en Cr(VI). De tels traitements ont été signalés comme réduisant le contenu de Cr(VI) à bien en dessous des normes américaines - mais supérieures aux normes européennes . Ce phénomène est particulièrement préoccupant dans la coulée de cuivre, où les réfractaires au chrome magnésite sont les plus fréquents(18).

shutterstock_1459648589 carré
shutterstock_1479913295 carré

Impact des réfractaires sous forme de répartiteurs sur la qualité du métal coulé

En ce qui concerne l’acier, l’identité et l’état du réfractaire toundish jouent un rôle dans la qualité du produit en acier final, dans le cadre des interactions globales entre le métal, les scories, les réfractaires et l’atmosphère(19). Par conséquent, on peut dire que le toundish peut avoir un impact sur les défauts physiques de l’acier fini, la quantité et la nature des incursions non métalliques dans l’acier, et de garder l’acier dans l’espace chimique prédéfini. Les tundishes eux-mêmes sont de plus en plus utilisés pour aider à la purification de l’acier fondu afin de prévenir l’oxydation et d’absorber les impuretés non métalliques par l’intermédiaire de leurs structures typiquement poreuses(20). En outre, les incursions peuvent être éliminées par des processus physiques tels que la filtration intégrée dans le toundish, ou le traitement du métal fondu avec du gaz soufflé à travers le corps tundish(21).

Dégradation des doublures du panier de coulée: l'influence des scories

Slag est une partie largement inévitable du processus de coulée métallique ferreux et il a des interactions complexes avec les doublures réfractaires de toundish, qui ne bénéficient généralement pas au régime global de coulée. Certains des impacts des scories ont déjà été abordés, et les interactions réfractaires-scories sont considérées comme l’une des parties les plus néfastes de la coulée(22). Les rapports suggèrent que la façon optimale de s’assurer qu’il n’y a pas d’accumulation de scories toundish, de scories provenant de la fonderie et de la louche devrait être enlevée avant d’atteindre le toundish par des moyens physiques ou chimiques(23). En outre, l’utilisation d’un réfractaire à température convenablement élevée comme la chromite en contact avec le métal fondu peut diminuer les effets potentiels de la tolag toundish imprégnant le réfractaire le rendant inefficace dans des conditions de fonctionnement(24). Les réfractaires à teneur élevée en alumine seraient moins sujets à la pénétration des scories(25).

diagramme de processus qui utilise des toundishes

Sommaire

  • Les tundishes sont une partie essentielle et importante de l’industrie moderne de la coulée de métaux
  • Les doublures tundish sont formées de couches de matériaux réfractaires, souvent à base d’alumine et de magnésie, ayant souvent d’autres réfractaires inclus dans leur fabrication comme la chromite, le verre moulu et l’anthracite
  • Les réfractaires dans le toundish offrent non seulement des avantages de contrôle de la température, mais aussi ils peuvent augmenter la qualité du métal coulé fini en influençant les incursions errantes
  • Les scories sont une préoccupation constante dans les moulages métalliques ferreux, car elles peuvent interférer avec les réfractaires dans la doublure les rendant moins efficaces, mais cet effet peut être atténué par une composition réfractaire optimale et une intervention physique
Sable chromé
glass_powder
coal_dust
Farine de chromite dans un pot

Références

1 J. Madias, PROCÉDURES AISTech 2018, 2018, 3271

2 T. Emi, J. Kor. Ceram. Soc., 2003, 40, 1141

3 A. Eschner, ECO-gestion du réfractaire en Europe,en UNITECR '03 - Int. Tech. Conf. Réfractaires, Osaka, 2003

4 J.P. Birat et coll., The Making, Shaping and Treating of Steel (11e éd.), The AISI Steel Foundation, Warrendale, PA, États-Unis, 2003

5 J.W. Stendera, Réfractaire. Appl. nouvelles, 2002, 6, 26

6 US Patent US3963815A, 1974, expiré

7 Y. V. Materikin et V. A. Molochkov, Refractories, 1983, 24, 108

8 F. Cirilli et coll., Ladle-tundish réfractaire à l’interaction chimique avec les aciers en carbone, dans METEC InSteelCon, Desseldorf, 2011

9 E. T. Turkdogan, Ferronnerie et Sidérurgie, 2004, 31, 131

10 BREVETS américains US5366535A, 1992, expiré et US617437B1, 1996, a expiré

11 E. M. W. Ewais, J. Ceram. Soc. Japon, 2004, 112, 517

12 D. Bell, choc thermique des réfractaires de magnésie-graphite,en UNITECR '91 - Int. Tech. Conf. Réfractaires, Achen, 1991

13 K. Ichikawa et coll., Effet de l’addition de hauteur sur les briques MgO-C, en UNITECR '95 - Int. Tech. Conf. Réfractaires, Kyoto, 1995

14 S. Zhang et W. E. Lee, Int. Mater. Rev., 2000, 45, 41

15 R. Cromarty et autres, J. S. Afr. Inst. Min. Metall., 2014, 114, 4

16 M. Kalantar et coll., J. Mater. Eng. Perf., 2010, 19, 237

17 T. Xu et coll., J. Alloys and Compounds, 2019, 786, 306

18 l. Pérez et coll., Ceram. Int., 2019, 45, 9788

19 J. Poirier, Metall. Res. Technol., 2015, 112, 410

20 S. Aminorroya et coll., Basic Tundish Powder Evaluation for Continuous Casting of Clean Steel, in AIS Tech - The Iron and Steel Technology Conference and Exposition, Cleveland, 2006

21 O. B. Isaev, métallurgiste, 2009, 53, 672

22 B. Bul’ko et coll., Acta Metallurg. Slovaca (Slovaca), 2014, 20, 318

23 B. Bul’koet coll., Acta Metallurg. Slovaca (Slovaca), 2011, 17, 51

24 V. Russkov et coll., Acta Métallurgie. Slovaca (Slovaca), 2007, 13, 345

25 K. Kappmeyer et coll., JOM, 1974, 26, 29