Brevet FR2000779A1 — publié le 19690912

-1- 2000779 L'invention concerne un procédé visant à introduire des additifs vaporisables dans une masse fondue, notamment à introduire du magnésium dans un bain de fer et de carbone, procédé dans lequel on amorce la vaporisation par un mouvement de basculement du 5 rédpient de traitement qui a pour effet de plonger les additifs vaporisables sous la surface de la masse fondue et la vitesse-de vaporisation est diminuée par une chambre réceptrice destinée aux additifs vaporisables et munie d'ouvertures dirigées vers l'intérieur du récipient.de traitement) l'invention concerne aussi un 10 récipient de traitement basculant destiné à la mise en oeuvre du procédé ainsi qu'une application du procédé. L'introduction de magnésium dans des bains de fer est le moyen le plus sûr et le plus économique de fabriquer des fontes contenant du graphite sphéroldal. De manière en elle-même connue, le magnésium, de 15 môme que d'autres éléments du groupe des métaux alcalino-terreux et du groupe das terres rares, provoque une séparation du graphite à l'état sphéroïdal pendant la solidification et/ou le traitement thermique qui suit et amène ainsi des propriétés mécaniques améliorées. 20 Toutefois, l'introduction de magnésium comporte les diffi cultés connues. Le poids spécifique, qui est de 1,74- g/cm^, est notablement inférieur à celui des bains de fer. Surtout, le magnésium qui a un point d'ébullition de 1107°0 engendre, à la température de 1480*C qui est Usuelle pour le bain de fer, une ten-25 sion de vapeur d'environ 12 atmosphères. Aussi, dans la. grande majorité des cas, on introduit le magnésium dans les bains à traiter sous la forme de préalliages contenant 5-30 % de magnésium parce que la tension de vapeur est diminuée en proportion de la dilution. 30 Toutefois, l'utilisation de préalliages présente un incon vénient, à savoir que l'on introduit dans le bain d'autres éléments, parfois en proportions indésirables. Par suite, la possibilité d'application de ces préalliages est en principe limitée. Ils nécessitent des bains initiaux à faible teneur en soufre qui, 35 normalement, ne sont obtenus que dans des groupes de fusion basiques ou dans des groupes de fusion acides avec utilisation d'une charge pauvre em soufre ou bien àl'aide d'un procédé spécial de désuifuration. Hais surtout, l'utilisation de préalliages entraîne des dépensas plus élevées. Ainsi, le prix d'une même 40 quantité de magnésium ajoutée, dans les préalliages usuels, re— 69 01194 _2_ 2000779 présente environ 5-20 fois celui du magnésium pur. C'est pourquoi on connaît toute une série de procédés qui ont pour but d'introduire du magnésium pur dans des bains de fer. Ainsi, actuellement, une petite partie de la fonte à graphite 5 colloïdal est fabriquée par des procédés dans lesquels on ajoute du magnésium pur sous une pression qui correspond à la tension de vapeur pour la température de traitement donnée. On connaît aussi des procédés dans lesquels on ajoute en continu du magnésium pur sous forme solide, liquide ou gazeuse, la vitesse de 10 réaction étant réglée par la vitesse d'addition. On a déjà proposé aussi de ramener à un niveau tolérable la violence de la réaction du magnésium, dans le cas d'addition continue ou en une seule fois, en le mélangeant à des matières inertes appropriées sous forme de poudre ou de pâte, en imprégnant de magnésium des 15 matières poreuses, en appliquant des revêtements appropriés ou en introduisant le magnésium dans des récipients munis d'ouvertures déterminées qui limitent le contact avec le bain* Outre les méthodes usuelles qui consistent à ajouter du magnésium au bain en versant le bain par dessus, en immergeant 20 le magnésium ou en l'introduisant à l'aide d'un tube ou de dispositifs similaires, il a déjà été proposé aussi d'effectuer l'addition en introduisant le magnésium dans une poche prévue spécialement à cet effet dans un récipient basculant puis, après l'introduction du fer, en amenant le magnésium en dessous de la 25 surface du bain par un mouvement de basculement d'environ 90*• En outre, on connaît aussi un procédé suivant lequel le dispositif prévu pour contenir le magnésium est constitué par une chambre pouvant être alimentée de l'extérieur qui est munie, vers l'intérieur, d'une ouverture dont la grandeur est déterminante 30 quant à la chaleur transmise par convection du bain au magnésium, donc quant à la vitesse de vaporisation. L'inconvénient de ce procédé réside dans le fait que la quantité appréciable de vapeur entrave l'afflux constant de matière fondue fournissant de la chaleur et qu'ainsi, il se produit d'une part une réaction 35 irrégulière comportant des éruptions violentes mais que d'autre part la dimension de l'ouverture est astreinte à un minimum de sorte qu'il n'est pas possible de ralentir la réaction dans la mesure désirée. Dans un autre procédé connu, on prévoit de nombreuses pe-40 tites ouvertures et le bain n'entre pas dans la chambre qui con- 69 01194 -3- 2000779 tient le magnésium mais la chaleur nécessaire à la vaporisation est fournie par conduction à travers la paroi de la chambre; le rendement est ainsi notablement accru mais l'effet d'entraînement est pratiquement perdu. 5 L'invention vise à faire en sorte que la vapeur formée par les additifs monte à travers le bain en bulles de grosseur telle et en nombre tel qu'au moins une partie des bulles de vapeur qu'elles exercent sur le bain une action d'entraînement se tra-10 duisant par une diminution des produits réactionnels et des impuretés indésirables dans le bain. D'autre part, on choisit une présentent une surface de réaction suffisamment grande ce qui fait que l'on obtient un rendement favorable des additifs intro-15 duits et que, par exemple, dans les bains de fer et de carbone, le rendement du magnésium aux températures usuelles de traitement est d'au moins 30 %% de préférence de plus de 40 %• Le procédé suivant l'invention est caractérisé par le fait que l'on fait en sorte que les bulles de vapeur des additifs montent à 20 travers le bain avec une grosseur telle et en nombre tel que d'une part la vapeur formée soit absorbée le plus possible par le bain mais que d'.autre part on obtienne un effet d'entraînement avantageux pour la séparation des produits de réaction entre le bain et la vapeur formée. 25 L'invention a encore pour objet un récipient de traitement basculant destiné à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention et caractérisé par le fait qu'il présente au moins une chambre réceptrice installée à demeure destinée aux additifs, pouvant Stre alimentée de l'extérieur et qui est disposée au moins 30 dans une région partielle de la surface de base de l'intérieur de la poche et conçue de telle sorte que lorsque le récipient de traitement est dans la position d'introduction, l'intérieur de la chambre réceptrice n'entre pas en communication avec le bain, et par le fait que plusieurs ouvertures dirigées vers 35 l'intérieur du récipient de traitement présentent une disposition et des dimensions telles que lorsque le récipient est dans la position de traitement, le bain arrive à l'intérieur de la chambre réceptrice et l'additif vaporisable se vaporise à une vitesse déterminée et entre dans le récipient de traitement par 40 les ouvertures de la paroi de la chambre. que la surface du bain à une si grande vitesse grosseur de bulles telle que les bulles qui montent dans le bain 69 01194 2000779 L'invention a encore pour objet une application du procédé suivant 11 invention au traitement de fonte de soulage ou de fonte malléable obtenues par un procédé acide, sans désulfuration préalable, au moyen de magnésium techniquement pur ou d'alliages 5 à haute teneur en magnésium. Grâce aux mesures prévues par l'invention, tout en obtenant un excellent rendement du magnésium par exemple, on réalise en même temps une action d'entraînement qui a pour effet d'éliminer du bain les produits réactionnels formés entre la vapeur et 10 le bain, par exemple le sulfure de magnésium qui entraîne un déchet par formation d'inclusions indésirables dans les bains à forte tenetir initiale en soufre traités par le magnésium suivant le procédé connu, ce qui fait qu'il devient possible d'effectuer à la sortie du cubilot acide le traitement en lui-même connu 15 des bains de fer riches en soufre, par exemple de la fonte de moulage ou de la fonte malléable, sans désulfuration préalable et sans qu'il reste de produits réactionnels nuisibles dans le bain. Les bains initialement riches en soufre traités par le procédé suivant l'invention se distinguent par exemple par une 20 moindre teneur résiduelle en soufre. Il est avantageux que la chambre réceptrice soit munie d'ouvertures disposées de façon telle que les bulles de vapeur de magnésium montant à travers le bain aient une grosseur telle que le rendement du magnésium soit d'au moins 30 % mais de pré-25 férence supérieur à 40 %. On explique l'invention plus précisément ci-après à propos du dessin sur lequel : la figure 1 montre un exemple d'exécution d'un récipient de traitement suivant l'invention en position horizontale, et 30 la figure 2 montre le récipient basculant de la figure 1 en position verticale. Comme le montre la figure 1, le récipient de traitement 1 doublé de matière réfractaire étant en position horizontale, on le remplit de matière fondue 2 dans une mesure telle que la 35 chambre réceptrice 3 pouvant être alimentée de l'extérieur reste libre, c'est-à-dire n'entre pas en communication avec le bain de fer 2. Après avoir ouvert le bouchon 4, on introduit dans la chambre 3 l'additif vaporisable 5 avec éventuellement d'autres additifs. A l'aide du bouchon, on ferme l'ouverture d'alimenta-40 tion de la chambre réceptrice 3 et à l'aide d'un couvercle appro- 6V 01194 -5- 2000779 prié 6, on ferme l'ouverture d'alimentation du récipient 1. Ensuite, avec un entraînement commandé à distance, on peut faire basculer tout le récipient de traitement 1 pour l'amener à la position verticale représentée par la figure 1. Dans la position 5 verticale, la chambre réceptrice 3 se trouve en dessous de la surfaee du bain et le bain 2 arrive par les ouvertures 7 et 8 à l'intérieur de la chambre réceptrice 3 et en contact avec l'additif 5 qui commence alors à se vaporiser. La vapeur formée s'échappe par sa force ascensionnelle à travers les ouvertures 8 10 disposées en hmut de la chambre réceptrice 3 tandis que de la matière fondue afflue continuellement par les ouvertures 7 disposées dans la région inférieure de la chambre réceptrice 3 et que l'apport de chaleur qui en résulte entretient la vaporisation, liée à une absorption notable de chaleur» En donnant des 15 dimensions appropriées de section aux ouvertures 7 et 8, il est possible de fixer à l'avance la vitesse de réaction du magnésium pur 5 qui se trouve dans la chambra réceptrice 3 sans que des additifs indésirables soient nécessaires. Grâce à la disposition des ouvertures 7 ®"k 8 de la chambre 20 réceptrice 3 telles qu'elles sont indiquées sur le dessin, l'ouverture d'entrée 7 est soumise à une pression hydrostatique (lW plus élevée .que les ouvertures de sortie 8 ^ar contact de la fonte liquide avec le magnésium, il se firme des bulles de vapeur qui s'échappent par les ouvertures de sortie 8. 25 Par suite, il se produit un écoulement de la fonte liquide à travers la chambre réceptrice 3 ce qui amène une réaction uniforme du magnésium. Les bulles de vapeur sortant des ouvertures 8 se meuvent vers le haut à travers le bain 2 et de façon voulue, elles sont 30 partiellement absorbées par le bain» On vide à nouveau le bain ainsi traité, par l'ouverture d'introduction, en faisant basculer le récipient de traitement 1. Pour amortir la réaction du magnésium pur qui se trouve dans la chambre réceptrice 3, on peut en outre introdtiire aussi dans celle-ci des ferrailles de 35 refroidissement ou un autre agent de refroidissement. En disposant dans le récipient 1 un ou plusieurs fonds intermédiaires grillagés en matière réfractaire, on peut encore améliorer le rendement des additifs. Pour obtenir une surpression dans le récipient de traitement 1, on peut donner au cou-40 vercle 6 une structure correspondante• 69 01194 ^ 2000779 On expose ci-après le fonctionnement du procédé suivant l'invention à propos de deux résultats d'essai î Exemple 1 On prend un bain de fonte de moulage qui a la composition 5 chimique suivante : 3,80 % G 1,80 % Si 0,57 % Mn 0,07 % P 10 0,17996 S et à 1500°0, on y ajoute 0,3 % cLe magnésium pur sous forme de barres par le procédé suivant l'invention. La quantité de fer à traiter est de 1700 kg. Après avoir vidé le récipient de traitement dans une poche de coulée, on détermine la composition chi-15 mique suivante s 0,002 % de soufre 0,065 % de magnésium* Le rendement du magnésium est donc de 66 %• Des échantillons coulés après inoculation avec 0,5 % de ferrosilicium sont formés 20 de graphite sphéroïdal, à savoir 96 % du type VI selon le "VDG-llerkblatt" P 441 et 4 % du type V. Exemple 2 On prend un bain de fonte malléable qui a la composition chimique suivante : 25 2,88 % C 1,65 % Si 0,27 % Mn 0,08 % P 0,163# S 30 et à 1510°G, ©n y ajoute 0,28 % de magnésium pur sous forme de barres par le procédé suivant l'invention. La quantité de fer à traiter est de 860 kg. La vaporisation du magnésium dure 120 secondes. Après avoir vidé le récipient de traitement dans une poche de coulée, on détermine la composition chimique suivante 1 35 0,002 % „ S 0,056 % Mg. Le rendement du magnésium est donc de 63,5 %• En outre, pour carburer des bains de fer et de carbone, il est connu d'amener du carbone à la surface d'un bain contenu dans 40 un four électrique à induction mais le degré de carburation dé 69 01194 2000779 -7- pend tirés fortement de l'action d'agitation des bobines d*aimant et da la nature de la croûte de scorie. Lorsque la puissance fournie au four électrique est faible, la carburation ne peut pas s'effectuer à coup sûr et en outre, un autre inconvénient est que 5 la teneur en carbone, de l'ordre de 3»6-3,8 % qui est nécessaire dans la fabrication de fonte à graphite sphéroïdal, brûle fortement au four électrique. En outre, il est connu aussi d'effectuer la carburation en même temps que la désulfuration dans des poches, le mouvement nécessaire du bain étant engendré d'une part 10 par rotation ou eentrifugation ou d'autre part au moyen d'un courant d'air ou de gaz. Les inconvénients de ces procédés connus sont que les temps de traitement atteignent 10 minutes et que le rendement du carbone est faible et soumis à certaines variations indésirables. 15 On a trouvé en outre que l'on peut carburer et en même temps désulfurer de façon simple et sûre un bain de fer et de carbone et si on le désire, établir la teneur résiduelle en magnésium nécessaire à la formation de graphite sphéroïdal si, dans la conduite du procédé suivant l'invention, avant et/ou pen-20 dant l'introduction de magnésium dans le bain, on amène du carbone sur la surface du bain. On ajoute le carbone sous la forme d'agents de carburation usuels-, notamment sous forme de menu coke ou de charbon d'électrodes. 25 Le procédé ci-dessus convient particulièrement à la carbu ration de fonte de moulage, en particulier pour la fabrication d'une fonte de moulage à graphite sphéroïdal. Sans la fabrication de fonte contenant du graphite sphéroïdal, il est nécessaire d'abaisser la teneur en soufre.du bain 30 provenant du cubilot acide et de porter la teneur en carbone à environ 3,6-3,8 %• Comme récipient de traitement, on utilise avantageusement un convertisseur comme on l'a expliqué plus haut à propos des figures 1 et 2, 35 Le carbone servant à carburer le bain est amené sur le bain sans additifs, après l'introduction de la masse fondue initiale, le convertisseur se trouvant en position horizontale. Une fois qu'on a ensuite fait pivoter le convertisseur pour l'amener à la position verticale, le magnésium qui se vaporise cause un 40 fort mouvement du bain ce qui favorise la carburation. En outre, 69 01194 -s- 2000779 les conditions fortement réductrices, la scorie basique et la diminution de la teneur en soufre ont des effets avantageux pour la carburation* Par la coopération de ces conditions, on peut en une seule 5 opération désulfûrer un bain en 70 secondes environ jusqu'à une teneur finale en soufre d'environ 0,003 %% augmenter d'environ 0,6 % la teneur en carbone et ajuster la teneur résiduelle en magnésium au niveau nécessaire pour une fonte à graphite sphéroïdal. 10 On peut éviter les incrustations de scorie dans la chambre réceptrice et dans les ouvertures entre cette chambre et le récipient de traitement en ajoutant de petites quantités de fondants tels que NaCl. On amène le fondant dans la chambre réceptrice avant le traitement, avec les barres de magnésium pur, par 15 exemple à raison de 0,2 de HaCl par 1000 kg de Pe. Par ce procédé, par exemple môme à des températures de traitement de 1480°C et avec un équivalent de carbone de 4,2 il est possible de carburer de 0,7 % une charge de 900 kg en l'espace de 70 secondes, avec un taux de carburation de 80 %» 69 01194 _9_ 2000779 - REVENDICATIONS 1 - Procédé pour introduire des additifs vaporisables dans une masse fondue, notamment à introduire du magnésium dans un bain de fer et de carbone en amorçant la.vaporisation par un mou- 5 veinent de basculement du récipient de traitement qui a pour effet de plonger les additifs vaporisables sous la surface de la masse fondue, la vitesse de vaporisation étant diminuée par une chambre réceptrice destinée aux additifs vaporisables et munie d'ouvertures dirigées vers l'intérieur du récipient de traite-10 ment, procédé caractérisé par le fait que l'on s'arrange pour que les bulles de vapeur des additifs montent à travers le bain avec une grosseur telle et en nombre tel que d'une part la vapeur formée soit absorbée le plus possible par le bain et que d'autre part on obtienne un effet d'entraînement avantageux pour 15 la séparation des produits de réaction entre le bain et la vapeur formée. 2 - Eécipient de traitement basculant destiné à la mise en oeuvre du procédé selon 1, caractérisé par le fait qu'il présente au moins une chambre réceptrice installée à demeure destinée 20 aux additifs, pouvant être alimentée de l'extérieur et qui est disposée au moins dans une région partielle de la surface de base de l'intérieur de la poche et conçue de telle sorte que lorsque le récipient de traitement est dans la position d'introduction l'intérieur de la chambre réceptrice n'entre pas en con-25 tact avec le bain, et par le fait que plusieurs ouvertures dirigées vers l'intérieur du récipient de traitement présentent une disposition et des dimensions telles que lorsque le récipient est dans la position de traitement, le bain arrive à l'intérieur de la chambre réceptrice et l'additif vaporisable se vaporise à 30 une vitesse déterminée et entre dans le récipient de traitement par les ouvertures de la paroi de la chambre. 3 - Application du procédé selon 1 au traitement de fonte de moulage ou de fonte malléable obtenue par un procédé acide, sans désulfuration préalable, au moyen de magnésium techniquement 35 pur ou d'alliages à haute teneur en magnésium. 4 - Procédé selon 1, caractérisé par le fait que l'on fait monter les bulles de vapeur des additifs à travers le bain avec une grosseur telle qu'au moins une partie de ces bulles sortent à la surface du bain. 69 01194 -io- 2000779 5 - Procédé selon 1, appliqué à l'introduction de magnésium dans un bain dé fer et caractérisé par le fait que l'on fait monter les bulles' de vapeur de magnésium à travers le bain avec une grosseur telle que le rendement du magnésium soit d'au 5 moins 30 % mais de préférence supérieur à 40 %. 6 - Procédé selon 1, caractérisé par le fait que pendant l'introduction des additifs dans le bain, on communique simultanément à celui-ci un mouvement de brassage. 7 - Procédé selon 1, caractérisé par le fait que pendant 10 le traitement du bain on fait entrer les bulles de vapeur dans celui-ci en plusieurs points de sa' surface de base. 8 - Procédé selon 1, caractérisé par le fait que lorsqu'on utilise le magnésium comme additif vaporisable, on l'introduit dans la chambre réceptrice avec un fondant. 15 9 - Procédé selon 1, caractérisé par le fait qu'avant et/ou pendant l'introduction de magnésium dans un bain de fer et de carbone, on amène du carbone à la surface de celui-ci pour le carburer. 10 - Procédé selon 9» caractérisé par le fait que l'on 20 ajoute le carbone sous forme de menu coke ou de graphite. 11 - Récipient de traitement selon 2, caractérisé par le fait que la chambre réceptrice est munie d'ouvertures de telle sorte que lorsque le récipient est dans la position verticale le bain peut entrer dans la région inférieure de la chambre ré- 25 ceptrice et sortir dans la région supérieure de celle-ci. 12 - Eécipient de traitement selon 11, caractérisé par le fait que les ouvertures présentent dans la région inférieure de la chambre réceptrice un diamètre de 20-40 mm et dans la région supérieure un diamètre de 10-30 mm. 30 13 - Récipient de traitement selon 11, caractérisé par le fait que la section totale des ouvertures d'entrée de la chambre réceptrice est plus petite que la section totale des ouvertures de sortie. 14 - Récipient de traitement selon 2, caractérisé par le 33 fait que les parois de la chambre réceptrice sont formées de matière réfractaire de 10-50 mm d'épaisseur, par exemple de plaques de graphite argileux. 15 - Récipient de traitement selon 13, caractérisé par le fait qu'un couvercle appliqué hermétiquement présente au moins 40 une ouverture de passage de 10-50 mm de diamètre. 69 01194 -11- 2000779 16 - Récipient de traitement selon 2, caractérisé par le fait que les ouvertures de la chambre réceptrice qui sont destinées à la sortie des additifs vaporisables sont distribuées sur au moins un tiers de la surface de base du récipient. 5 17 - -Récipient de traitement selon 2, caractérisé par le fait que l'ouverture d'alimentation de la chanbre réceptrice peut être fermée de l'extérieur par un bouchon. 18 - Récipient de traitement selon 2, caractérisé par le fait qu'il est muni d'une busette de coulée en forme de bec 10 verseur. 19 - Application selon 3 à la carburation de fonte de moulage. 20 - Application selon 19 à la fabrication de fonte de moulage contenant du graphite sphéroïdal. 15 21 - Agiication selon 19 à la fabrication de fonte grise. 22 - Application selon 19 à la fabrication de fonte de moulage contenant 2,5-3,8 % de carbone. 23 - Application selon 19 à la fabricatioa de fonte de moulage contenant du graphite vermiculaire.