Brevet FR2034907A1 — publié le 19701218

La présente invention concerne un procédé perfectionné pour le traitement de métaux fondus® De nombreux procédés ont été imaginés pour introduire des alliages ou des composés dans le traitement de métaux fon-5 dus afin d'améliorer ou de modifier leurs propriétés,, Toutes ces techniques avaient pour but d'améliorer la sécurité et/ou l'efficacité du traitement. Quand des métaux, alliages ou composés très réactifs doivent être introduits dans des métaux fondus, on rencontre souvent de graves difficultés opératoires 10 qui ont une influence défavorable sur la sécurité, conduisant à un traitement insuffisant et ensuite à un produit final de qualité inférieure. De telles conditions existent dans la préparation des fontes dites à graphite sphéroïdal ou nodulaire. Ainsi qu'il 15 est bien connu, on produit ces fontes en traitant une composition de fonte de base par des agents de sphéroxdisation comme les métaux, alliages ou composés de Mg, Oa, Na Li, Sr, Ba, Ce, Di, La et Tt. Ces matières de traitement ou bien sont facilement oxydables à la température du bain de fonte ou bien sont vola-20 tiles et présentent donc des difficultés pour une récupération sûre et elles sont souvent caractérisées par des récupérations médiocres, ce qui conduit inévitablement à des frais excessifs de traitement et à des résultats finaux incertains. De nombreux procédés ont été imaginés pour introduire 25 ces agents de sphéroxdisation dans la fonte en fusion, certains utilisant l'aide d'une agitation par gaz, certains étant basés sur l'immersion de l'agent de sphéroxdisation dans la fonte en fusion tandis que d'autres utilisent des techniques d'injection au-dessous de la surface introduisant l'agent de sphéroïdisa-30 tion par une lance en graphite ou en matière réfractaire. Ces procédés présentent tous certaines limitations en ce que dans certains cas la fiabilité du traitement est médiocre et ceci conduit à une tendance naturelle à un traitement trop poussé. Outre les frais d'alliage superflu qui en résultent, 35 ces agents de sphéroxdisation sont aussi des agents de stabilisation des carbures qui donnent des pièces coulées dures et cassantes et entraînent une perte d'usinabilité et de ductilité» 70 09038 2 2034907 Dans d'autres ffl.eth.odes de traitement, bien qu'un certain degré de fiabilité puisse être atteint, un équipement compliqué et coûteux est nécessaire, et même alors la récupération de l'agent de sphéroxdisation dans la fonte est rarement supérieure à 4-0%, 5 ce qui évidemment augmente considérablement les frais de fabrication car ces agents de sphéroxdisation sont coûteux. De plus, les quantités d'alliages de sphéroxdisation en excès ont tendance à donner naissance à la formation d'oxydes ou de silicates qui deviennent emprisonnés dans la masse fondue, produisant des 10 pièces coulées sales ou des loups de scories. Elles peuvent aussi former des soufflures au-dessous de la surface et de la "peau d'éléphant" et augmentent le retrait de la fonte durant la solidification donnant naissance à des défauts de retrait et autres provoquant une perte à la fois des propriétés physiques 15 et de la confiance qu'on peut avoir dans le produit fini. Selon la présente invention, il est maintenant possible de surmonter la plupart de ces difficultés et en même temps de réduire les frais de fabrication» On est arrivé à ce résultat en effectuant l'addition de l'agent de sphéroxdisation dans une 20 cavité formée à l'avance dans la goulotte du four, dans le chenal de coulée ou, suivant les conditions de production, incorporée dans un dispositif de traitement séparé. Cette cavité formée à l'avance dans laquelle l'agent de sphéroxdisation est placé peut être appelée la "chambre de réaction". 25 La présente invention fournit donc un procédé pour l'in troduction d'un additif réactif dans un métal fondu selon lequel l'additif est contenu dans une chambre de réaction à travers laquelle on fait passer le métal fondu, les dimensions de la chambre et le débit de passage du métal fondu à travers la . 30 chambre étant coordonnés de manière qu'il y ait toujours dans la chambre assez de métal fondu pour au moins recouvrir l'additif. L'invention fournit aussi un appareil comprenant un récipient pour le métal fondu à traiter, une sortie du récipient 55 pour le métal fondu, des moyens pour diriger un courant de métal fondu vers un endroit désiré et, entre le récipient et cet endroit désiré, une chambre de réaction prévue pour recevoir 70 09038 3 2034907 un additif réactif et ayant une position et des dimensions telles que le métal Tenant du récipient passe à travers la chambre à une vitesse qui assure que la chambre soit remplie dans une mesure suffisante pour que tout additif qu'elle contient soit 5 couvert. La chambre est construite avec une entrée appropriée pour le métal qui arrive et un orifice de sortie de dimensions qui assureront que l'agent de sphéroxdisation dans la chambre de réaction soit complètement couvert de métal presque immé-*10 diatement. Dans certains cas, il peut être préférable qu'il y ait un bouchon amovible dans l'orifice de sortie pour permettre à la chambre de réaction de se remplir, après quoi on enlève le bouchon. L'arrivée du métal fondu à la chambre de réaction doit être telle qu'elle maintienne la chambre pleine, ou au 15 moins que l'agent de sphéroïdisation soit couvert de métal durant le traitement. La chambre de réaction peut être construite en une matière réfractaire quelconque ou fabriquée en métal revêtu intérieurement de matière réfractaire. 20 Quand le métal fondu vient en contact avec l'agent de sphéroxdisation, la réaction commence uniformément. La réaction continue progressivement jusqu'à ce que tout l'agent de sphéroxdisation soit dissous. En raison du fait que la réaction commence immédiatement quand le métal fondu couvre l'agent de sphérox-25 disation, la dissolution se produit en l'absence de contact avec l'air et par conséquent la volatilisation et l'oxydation sont complètement éliminées durant le traitement. Dans certains cas, il peut être avantageux de prévoir un couvercle étanche aux gaz pour la chambre de réaction et une admission de gaz 30 inerte de façon qu'une atmosphère inerte puisse être maintenue dans la chambre. De plus, les effets pyrotechniques usuels, les fumées et les projections de métal qui accompagnent habituellement l'introduction des agents de sphéroxdisation sont éliminés aussi, probablement en partie du fait que la dissolution 35 s© produit en l'absence d'air et en partie du fait que la dissolution se produit progressivement tandis que le métal fondu passe sur l'agent de sphéroxdisation, fournissant ainsi une 70 09038 4 2034907 dissolution contrôlée» XI est donc possible maintenant d'introduire exactement la quantité précise d'additif qui est nécessaire pour améliorer les propriétés physiques et modifier la microstructure de base* Ceci élimine donc le danger antérieur 5 dû aux inclusions de scories et à un traitement trop poussé» Par exemple, on a obtenu une transformation complète du graphite de la forme de paillettes à une forme sphéroïdale parfaite avec seulement 0,15% de l'alliage de sphéroïdisation utilisé selon l'invention* Arec l'une quelconque des techniques 10 classiques utilisées antérieurement, il aurait été nécessaire d'utiliser au moins 0,5% du même additif* Bans ce procédé, l'un quelconque des métaux, alliages ou composés de sphéroïdisation bien connus ou de leurs mélanges peut être utilisé sous la forme de blocs, d'agrégat broyé, de 15 poudre ou sous des formes extradées ou comprimées et agglutinées. Les dimensions et la forme seront choisies en fonction de la nature du réactif et de la vitesse désirée de réglage de la dissolution* L'appareil selon l'invention est représenté sur les des-20 sins annexés. Sur ces dessins, on montre les moyens pour diriger le courant de métal à partir du récipient de fusion, non représenté, vers l'endroit désiré pour le métal, également non représenté. 25 Sur la figure, le métal fondu ventant du récipient entre dans une zone de coulée 1 qui joue le rôle de masselotte » Le métal quitte la zone de coulée par une entrée pour métal 2 et passe dans un passage 3 conduisant à la chambre de réaction 4. La chambre de réaction comporte un couvercle 5* Le métal fondu-30 quitte la chambre de réaction 4 après avoir été en contact avec l'additif dans la chambre par une sortie pour métal 6 à partir de laquelle il passe au bec de coulée 7 pa^ lequel il est dirigé vers l'endroit désiré. Les exemples non limitatifs suivants illustrent cette 35 particularité de l'invention* EXEMPLE 1 - Bans ce cas, la. chambre de réaction est construite comme partie intégrante d'un chenal de coulee» La quantité de reactif BAD ORIGINAL 70 09038 5 2.03490 7 de sphéroïdisation (consistant en 55% â-e Si, 5% de Mg et le complément en Fe) est calculée sur la "base de 0,35% d'une tonne de fonte en fusion, c'est-à-dire qu'on utilise 3,5 kg de réactif de sphéroïdisation, dans ce cas sous la forme de "blocs de 5 1,27 cm x 0,635 cm» On introduit le réactif de sphéroïdisation dans la chambre de réaction et on fixe le couvercle remplaçable. On ouvre le trou de coulée et le métal fondu s'écoule dans la chambre par l'orifice d'entrée. L'orifice de sortie a été bouché 10 et dès qu'il est évident qu'une hauteur suffisante de métal s'est formée dans la chambre, on enlève ce bouchon et le métal traité s'écoule par l'orifice de sortie en parcourant le reste de la distance à partir du chenal de coulée pour arriver dans la poche de recueil placée au-dessous. Dans ce traitement, les 15 dimensions des orifices d'entrée et de sortie de la chambre de réaction sont en relation directe avec le débit du métal en pro venance du cubilot de manière qu'une hauteur constante de métal soit maintenue dans la chambre de réaction durant la coulée» L'examen ultérieur du fer traité et les essais montrent 20 que tout le graphite a été transformé en nodules et que les propriétés de la pièce coulée ont été améliorées, passant d'une 2 résistance à la traction d'une valeur nominale de 2 325 kg/cm pour le métal de base à une résistance à la traction de 2 7 688 kg/cm , avec un allongement de 5%<> 25 EXEMPLE 2 - L'alimentation en métal fondu provient d'un four d'une capacité de 3000 kg à la fréquence du secteur. La chambre de réaction est construite dans un dispositif séparé fabriqué en tôle d'acier doux et revêtu intérieurement d'une matière réfrac 30 taire. Le dispositif peut être décrit comme un chenal de coulée secondaire court monté sur quatre pieds de support. Le revê tement intérieur moulé forme un bassin de coulée pour recevoir le métal fondu en provenance du four de fusion et çe bassin se continue par un canal vers 1'orifice d'entrée de la chambre de 35 réaction. La sortie de la chambre de réaction est reliée à un tube de descente formé à l'avance pour conduire le métal traité dans une poche de recueil située juste au-dessous. On place 70 09038 6 2034907 dans la chambre de réaction 7»5 kg d'un mélange de sphéroïdisation consistant en 20% de magnésium métallique, 50% de siliciure de calcium et 20% de ferrosilicium et on fixe le couvercle remplaçable. 5 La fonte en fusion provenant du four s'écoule ensuite dans le bassin formé dans le dispositif jouant le rôle de chenal de coulée secondaire et elle s'écoule dans la chambre de réaction. On règle la vitesse de coulée de façon à assurer que la chambre soit maintenue pleine pendant le traitement. La dis-10 solution et le traitement progressent comme décrit dans l'Exemple 1, L'examen du métal traité confirme que tout le graphite a été tran^brmé à une forme sphéroïdale. Les propriétés résul- p tantes: sont une résistance à la traction de 5 270 kg/cm et un 15 allongement de 19%, la structure de la matrice dans ce cas étant ferritique dans une large mesure, comme déterminé par la composition de la charge de base par rapport aux dimensions de la section de coulée» La teneur en magnésium résiduel du métal traité est de 20 0,048%, ce qui équivaut à une récupération de 96%. Au cours du développement du principe fondamental de la présente invention, on a trouvé avantageux dans certains cas d'utiliser une matière réfractaire carbonée pour former la chambre de réaction, fournissant ainsi une atmosphère réductrice 25 dans la chambre. Egalement, on peut utiliser facilement un gaz inerte ou réducteur pour chasser l'air de la chambre avant et pendant le traitement, ce gaz étant commodément introduit par un jet ou à travers une membrane poreuse se trouvant dans le couvercle remplaçableo Une autre méthode consiste à placer une -30 petite quantité d'un réactif approprié qui se décomposera facilement au contact du métal fondu et donnera une atmosphère inerte ou réductrice. Par exemple, on peut utiliser des carbonates, des hydrocarbures solides -du brai et du goudron de houille. Ces modifications constituent une assurance contre 35 l'oxydation de l'agent sphéroïdisation, spécialement utile quand on rencontre des difficultés pour maintenir l'agent sphéroïdisation suffisamment couvert par le fer fondu. 70 09038 7 2034907 L'invention a été décrite ci-dessus avec référence particulière à la sphéroïdisation de fontes, mais le concept de la présente invention est adaptable aussi pour l'introduction efficace de n'importe quels métaux, alliages ou composés dans 5 un métal fondu» On obtient le maximum d'avantage quand l'additif à introduire est très réactif à la température du métal fondu ou même à l'autre extrême quand il est difficile à dissoudre ou quand on rencontre des difficultés à obtenir une dissolution uniforme et l'homogénéité dans le métal traité quand on 10 utilise des techniques classiques* 70 09038 8 2034907 BEVEHDICATIONS 1) Un procédé pour l'introduction d'un additif réactif dans un métal fondu, caractérisé en ce que l'additif est contenu dans une chambre de réaction à travers laquelle on fait passer 5 le métal fondu qui sort d'un récipient pour le métal en fusion, les dimensions de la chambre et le débit de passage du métal fondu étant coordonnés de manière qu'il y ait toujours dans la chambre assez de métal fondu pour au moins recouvrir l'additif» 2) Un proeédé selon la revendication 1, caractérisé en 10 ce qu'on empêche initialement le courant de métal fondu de quitter la chambre de réaction afin d'établir une hauteur de métal suffisante pour couvrir l'additif et on laisse ensuite passer le métal à travers la chambre à un débit qui assure que l'additif reste couvert» 15 3) Un proeédé selon l'une des revendications 1: et 2, caractérisé en ce que le métal est le fer et que l'additif réactif est un agent de sphéroxdisation» 4) Un procédé selon la revendication 3» caractérisé en ce qu'on utilise l'agent de sphéroxdisation à raison de 0,15 à 20 0,5% en poids par rapport au poids du métal fondu. 5) Un procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre de réaction fait partie intégrante d'un chenal de coulée de cubilot» 6) Un procédé selon l'une des revendications précédentes, 25 caractérisé en ce que la chambre de réaction est située dans le bec de coulée du récipient» 7) Un procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre de réaction fait partie d'un dispositif de traitement séparé du récipient et du chenal de 30 coulée. 8) Un procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la chambre de réaction est pourvue d'un couvercle à peu près étanche aux gaz et d'une entrée pour gaz de manière qu'une atmosphère non oxydante puisse être maintenue 35 dans la chambre de réaction» 9) Les métaux traités par un procédé selon l'une des revendications précédentes» BAD ORIGINAL 70 09038 9 2034907 10) Un appareil utilisable pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un récipient pour le métal en fusion à traiter, une sortie du récipient pour le métal fondu, des moyens pour diri- 5 ger un courant de métal fondu vers un endroit désiré et, entre le récipient et l'endroit désiré, une chambre de réaction prévue pour recevoir un additif réactif et ayant une position et des dimensions telles que le métal en provenance du récipient s'écoule à travers la chambre à un débit assurant que la cham-10 bre soit remplie dans une mesure suffisante pour que tout additif contenu soit couvert. 11) Un appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que la chambre de réaction est associée à un bec de coulée sur le récipient. 15 12) Un appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que la chambre de réaction fait partie d'un chenal de coulée partant du récipient» 13) Un appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce que la chambre de réaction est un dispositif de traitement 20 séparé entre le récipient et la position finale désirée pour le métal fondu et sur le parcours du métal fondu. 14-) Un appareil selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que la chambre de réaction est pourvue d'un couvercle à peu près étanche aux gaz et d'une entrée pour gaz.