Brevet FR2001273A1 — publié le 19690926

• La présente invention concerne la fabrication de fontes nodulaires à graphite. Le procédé de fabrication traditionnel; tel qu'il est mis en oeuvre dans des cubilots acides ou basiques, ou dans des 5 fours électriques, commence essentiellement par une opération de surfusion d'une charge composée soit de fonte de moulage sélectionnée, soit de fonte de mazéage, soit de l'une et de l'autre, avec ou sans riblons d'acier sélectionnés, à laquelle on ajoute du graphite et du ferro-silicium, les proportions utilisées 10 dépendant de l'appareil de fusion employé et de la qualité désirée de la fonte nodulaire, après quoi on ajoute un agent provoquant la formation d*une structure noduleuse, qui sera appelé par la suite agent nodulant (cette addition a généralement lieu après coulée du métal dans une poche) <> L!agent nodulant le plus 15 courant est le magnésium. Le cérium est un autre agent nodulant<> Etant donné qu'on utilise la surfusion, il est nécessaire de choisir soigneusement les riblons d'acier et de fonte de moulage, afin de maintenir à un niveau miniiùum la teneur de nombreux éléments, qui existent communément dsxis les riblons et qui nui-20 sent au mécanisme de la formation de graphite sous une forme sphéréoïdale. Ces éléments sont, en particulier, le manganèse, le titane, le molybdène, le tungstène, le vanadium, le bore2 l'antimoine, le plomb, l'étain, le bismuth et le sine, dont les teneurs ne sont relativement pas modifiées par la surfusioiic Le 25 soufre et le phosphore ont aussi une influence qui contrarie le processus de nodulation, mais les teneurs de ces éléments peuvent être réduites par des traitements appropriése Le degré de sélection des riblons utilisés est commande par des considérations économiques et de nombreuses fontes nodulaires ainsi produites 50 contiennent une certaine proportion de ces éléments indésirables et présentent donc des propriétés mécaniques inférieures à celles que permettrait d'obtenir l'utilisation de matières pures. A, vrai dire, bien que les cahiers de charges qui s'appliquent aux fontes nodulaires acceptent cette infériorité des propriétés mécaniques, 55 il est cependant quelquefois nécessaire d'appliquer un traitement thermique à la fonte venue de coulée pour provoquer la formation des microstructures nécessaires pour obtenir les dites propriétés. La présente invention a donc tout d'abord pour objet de ^0 permettre la production de fonte nodulaire à partir d'une charge 6902473 2 2001273 de matières ferreuses qui ne doivent pas être spécialement choisies pour éviter des teneurs indésirables des éléments nuisibles à la nodulation, ou être soumises à un affinage préalable pour ramener la teneur de ces éléments à un niveau admissible. Plus 5 particulièrement, elle a pour objet de permettre l'utilisation d'une charge constituée pour la plus grande partie, voire entièrement, par des déchets ferreux, par exemple, des riblons d'acier ou de fonte, non sélectionnés, avec suppression ou maintien dans des limites admissibles de la présence de ces 10 éléments nuisibles. L'invention a aussi pour objet de produire , à partir de ces matières premières, des fontes nodulaires qui, venues de coulée, possèdent de très bonnes propriétés mécaniques, susceptibles d11 être encore améliorées par un traitement thermi-15 que à posteriori. cet effet, le procédé de l'invention pour la fabrication de fontes nodulaires consiste à soumettre la masse ferreuse fondue à un "bouillonnement" oxydant pendant une période suffisante pour ramener à des niveaux très bas les teneurs des éléments antinodulants, puis à réduire le métal fondu, à injecter du graphite pulvérulent, au moyen d'un gaz véhiculeur, dans le métal, dans des conditions qui réduisent celui-ci et qui ramènent à un niveau très faible la teneur du soufre présent, et à ajouter un agent nodulant. ^5 Contrairement aux procédés existants de fabrication de fontes nodulaires, qui impliquent l'utilisation, comme matières cL * âC ^ 01* premières, de riblons et ae déchets de fonte de moulage choisis spécialement8 ou de fonte de mazéage, ou d'un mélange de ces matières, le procédé de l'invention est non seulement extrtme-30 ment économique, puisqu'il permet d'utiliser des matières premières considérées jusqu'ici comme non appropriées, mais il permet aussi d'employer, pour la plus grande partie, voire la totalité de la charge, des riblons d'acier non sélectionnés. La température de fusion complète d'une charge constituée, entière— 35 ment ou presque, par de l'acier étant considérablement supérieure à la température de surfusion d'une charge dont la plus grande partie est constituée par de la fonte, il se produit déjà à ce stade une certaine diminution des teneurs d'éléments volatili-sables présents dans la charge, par exemple, l'antimoine, l'étain, le plomb, le bismuth et le zinc, et les quantités 6902473 3 2001273 restantes de ces éléments sont encore réduites au cours de la phase d'oxydation ultérieure, phase au cours de laquelle d'autres éléments gênants sont également ramenés à des teneurs très faibles, même si la charge est constituée entièrement par des 5 riblons d'acier. Ce qui vient d'être dit s'applique de manière analogue aux charges constituées par de la fonte de moulage et/ou de la fonte de mazéage non sélectionnées. En outre, le procédé peut être efficacement appliqué à la fonte brute, de préférence à l'état 10 fondu, pour des raisons économiques, telle qu'elle arrive du haut-fourneau, lorsque le "bouillonnement1' d'oxydation, suivi d'une réduction, met la masse fondue en état de recevoir le graphite pulvérulent injecté avec le gaz véhiculeur et de recevoir aussi l'agent nodulant. 15 L'oxydation peut être menée à bien par n'importe laquelle des techniques habituelles : "bouillonnement" par addition de minerai, lance à oxygène , ou utilisation d'un brûleur à oxygène et combustible (mazout ou gaz). La réduction peut être obtenue en introduisant dans le bain 20 une ou plusieurs des additions ordinaires, ferro-silicium ou aluminium. Le gaz véhiculeur pour l'injection du graphite pulvérulent peut être simplement de l'air ; mais on peut aussi employer de l'argon et de l'azot». 25 . On peut employer n'importe quel agent nodulant approprié : NiMg, FeSiMg, cérium ou magnésium. Après 1* oxydation, il faut prélever des échantillons du bain pour déterminer la teneur de manganèse ou de carbone, après quoi, si la teneur de manganèse est acceptable (habituel-30 lement de l'ordre de 0,1 %, ou de l'ordre de 0,2 % pour les nuances ferritiques de fonte nodulaire), on passe à l'opération de réduction. Pour la production de fonte nodulaire alliée contenant du nickel, par exemple, jusqu'à 32 %, il faut aussi déterminer à ce 35 moment-là la teneur de nickel (provenant de la charge de riblons) puis on ajoute le.nickel nécessaire pour obtenir la teneur désirée dans le produit final. De la même maniéré, il faut déterminer la teneur du bain »n autres éléments constitutifs de la fonte nodulaire alliée, par exemple, du cuivre et de l'aluminium et l'on opère ensuite les additions nécessaires. 6902473 4 2001273 Bien qu'il ait été précisé plus haut qu'on peut utiliser n'importe quelle technique habituelle pour l'oxydation, selon une autre caractéristique du procédé de l'invention, celle-ci est effectué par injection, au moyen d'un gaz véhiculeur, d'un 5 oxyde pulvérulent d'un métal qui sera un élément constitutif du produit final, Çette injection d'oxyde métallique peut avoir lieu avec n'importe lequel des gaz véhieuleurs indiqués pour l'injection du graphite pulvérulent. On peut aussi utiliser l'oxygène et le gaz carbonique. En général, on peut utiliser à cet 10 effet dé l'oxyde de fer*. par exemple, sous forme de battitures de laminage, de minerai de fer ou de poussières d'oxyde de fer provenant d'une installation d'épuration des fumées. Mais oïl peut utiliser aussi, par exemple, de l'oxyde de nickel et/ou de l'oxyde de chrome, lorsque les métaux correspondants doivent 15 être des éléments de la fonte nodulaire alliée. Le terme "pulvérulent" s'applique ici à toute matière granulaire susceptible d'être entraînée par le courant de gaz véhiculeur, de manière continue ou discontinue, c'est-à-dire dont la granulométrie maximale est de 5 mm. Un des avantages de l'introduction d'un 20 oxyde métallique pulvérulent approprié, par exemple, de fer, de nickel ou de chrome, par injection, est de pouvoir commencer et poursuivre l'oxydation à une température relativement basse2 ce qui favorise l'élimination d'éléments oxydables, tels que le phosphore, le manganèse et le chrome. Oe procédé présente aussi 25 l'avantage général considérable qui découle de l'injection d'ua oxy&e métallique ; l'oxydation ne présente ici aucun des inconvénients qui s'attachent aux techniques d'oxydation usuelles. Ainsi, le dégagement d'une fumée brune d'oxyde de fer, qui est caractéristique de la lance à oxygène, est, soit évité, soit 50 réduit à un point tel, que le dispositif d'épuration des fumées peut aisément en venir à bout. De plus, l'injection de l'oxyde métallique peut être effectuée sans l'usure sévère des garnis-» sages réfractaires, qui accompagne l'utilisation de brûleurs à oxygène et combustible. 35 Suivant une mise en oeuvre préférée de l'invention toutes les opérations sont effectuées dans le four, à l'exception de l'addition de l'agent nodulant, qui a lieu après coulée dans une poche, Après l'oxydation et le prélèvement des échantillons pour déterminer la teneur de manganèse et de carbone, le laitier, 40 formé à la surface du bain par une addition de chaux en roche ou 6902473 5 200]273 de matières similaires et qui contient les produits d'oxydation, est évacué et le bain est réduit par une addition de ferro-silicium, ou par une addition d'aluminium suivie d'une addition de ferro-silicium» On forme ensuite un laitier réducteur et le 5 graphite pulvérulent est injecté au moyen du gaz véhiculeur par une lance jusqu'à ce que la teneur de carbone désirée soit obtenue, l'injection ayant pour effet de créer une turbulence qui mélange intimément le laitier et le métal, ce qui favorise la dé— sulfuration. Le métal est ensuite coulé dans une poche contenant "10. l'agent nodulant,-par exemple, MiMg, FeSiMg, du cérium ou du magnésium. Comme variante, 11 agent nodulant est placé dans la poche après la coulée du métal. Les deux exemples suivants décrivent la production de fonte nodulaire à partir d'une charge constituée entièrement par 15 des riblons d'acier. Exemple I On place dans un four à arc électrique une charge de trois tonnes constituée entièrement par des riblons d'acier non sélectionnés. Lorsque la charge est entièrement «fondue, à une tempé-20 rature approximative de 1550°C, on prélève des échantillons du bain et l'analyse donne, en poids, la composition suivante t G 0,12 % Mn 0,20 % P 0,006 % ^ S 0,025 % Un laitier est ensuite formé à la surface du bain d'une manière classique, puis le bain est oxydé au moyen de la lance à oxygène, le chauffage par l'extérieur étant arrêté pendant l'oxydation. Après l'oxydation, on effectue un nouveau prélèvement 30 d'échantillons et l'on constate que le bain contient, en poids t C ïraces Mn 0,05 % P 0,004 % S 0,021 % 35 Après l'oxydation, le bain est débarrassé du laitier et réduit au moyen d'une addition de ferro-siliciUm/ Un laitier réducteur est ensuite formé d'une manière traditionnelle, après quoi l'on injecte du graphite pulvérulent à l'aide d'une lance, en utilisant de l'air coaiprÎEié e©m® gaz 40 véhiculeur. L'injection dure 8 minutes et la quantité do graphite 6902473 6 2001273 injectée est de 164*653 kg. La granulométrie du graphite est égale à 3» 353 **• Après injection du graphite, le bain est échantillonné de nouveau et l'analyse donne les résultats suivants, en poids : 5 C 3,4 % S 0,007 % ce qui montre que 60 % du carbone injecté a été récupéré* Enfin, le bain est versé dans une poche de coulée contenant du FeSUlg comme agent nodulant. 10 Venue de coulée, la foate nodulaire présente unerésistan ce à la traction de 5541,76 kg/cra2 et une limite d'allongement de 16 #• Ezeaple II On procède de la mSae façon, qu'à l'Exemple I, sur une 15 charge de 4,5 'iciacs constituée entièrement de riblons d'acier non sélectionnée. Après oi^dation du bain, on prélève des échantillons et l'on constate qu'il ees.ijieB.-fe 0,095 % de carbone, en poids. Après avoir êsu débarrassé du laitier, le bain est réduit9 20 on famé un laitier ^êduetear, puis on injecte 194,137 kg de graphite ptû-vér-aleïit, ayant une granulométrie de maximale de 3,553 mi à l'aide d®an© lance et en utilisant de l'air comprimé comme gaz trêhiei&ioure Cette injection dure 11 minutes. On prélève ensuite des échantillons du bain et l'on constate qu'il 25 contient 3»65 £3 de carbone, ce qui indique une récupération de 92 '/b ci'a carbone injecté. Le bain est ensuite cealé dans une poche contenant l'agent aeûulaat, âu ïe&âMg* k l°êisat uïeïz*o ûc eeaiéo® 9 la fonte nodulaire présente •10 résistance à la -Sraefciom de 5368,58 kg/cm2 et une limite d-allongement âe 0 6902473 7 2001273 -REVENDICATIONS « 1.- Procédé de fabrication de fontes nodulaires à graphite, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre une masse ferreuse fondue à un "bouillonnement" d'oxydation pendant une 5 période suffisante pour ramener à des niveaux très bas les éléments qui s'opposent à la formation d'une structure, nodulaire, puis à réduire le métal fondu, à injecter du graphite pulvérulent, au moyen d'un gaz véhiculeur, dans le métal, dans des conditions qui réduisent celui-ci et qui ramènent à un niveau 10 très faible la teneur du soufre présent, et à ajouter un agent nodulant. 2.— Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le bain ferreux est formé à partir d'une charge constituée, pour la majeure partie,de déchets ferreux. 15 3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la charge est constituée, pour la majeure partie, de riblons d'acier. 4.- Procédé suivant les revendications 2 ou 5, caractérisé en ce que la charge est constituée entièrement de riblons 20 d'acier. 5.~ Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé•en ce que les déchets ferreux ne sont pas sélectionnés. 6.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 25 1 à 5j caractérisé en ce que la phase de réduction a lieu après que la teneur de manganèse dans la charge a été ramenée à un niveau acceptable par le "bouillonnement* oxydant. 7.— Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, pour la production de fonte nodu- 30 laire w alliée", la phase de réduction a lieu après que la charge a été échantillonnée et, si nécessaire, après que la quantité voulue d'addition d'alliage a été ajoutée. 8.— Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7i caractérisé en ce que l'oxydation est effectuée suivant 35 l'une ou l'autre des techniques courantes, "bouillonnement" par addition de minerai, injection d'oxygène par une lance ou utilisation d'un brûleur à oxygène et combustible. 9.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en Ge que l'oxydation est effectuée par 4-0 injection, au moyen d'un gaz véhiculeur, d'un oxyde pulvérulent 6902473 8 2001273 d'un métal qui doit être un des éléments constitutifs du produit final. 10o~ Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9» caractérisé en ce que toutes les opérations, à l'excep-5 tion de l'addition d'un agent nadulant, sont effectuées dans le four et en ce qu'après l'oxydation du bain et le prélèvement d'échantillons pour déterminer la teneur en manganèse et en carbone, le laitier formé à la surface du bain par une addition de chaux en roche ou autre produit similaire et contenant les 10 produits d'oxydation est enlevé, et le bain est réduit par une addition de ferro-silicium, après quoi un laitier réducteur est formé et le graphite pulvérulent est injecté à l'aide d'une lance, au moyen d'un gaz véhiculeur, jusqu'à ce que la teneur désirée de carbone soit atteinte, le procéssus d'injection ayant 15 pour effet de créer une turbulence qui provoque un mélange intime du laitier et du métal, ce qui favorise la désulfuratxon, enfin, le métal est coulé dans une poche contenant l'agent nodulant. 11.— Procédé suivant l'une quelconque des revendications 20 1 à10, caractérisé en ce que l'agent nodulant est MiMg. 12.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'agent nodulant est Fe Si Mg. 13.- Fonte nodulaire à graphite, fabriquée selon le procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12.