Brevet FR2173676A1 — publié le 19731012

La présente invention concerne un procédé de traitement des métaux liquides par des produits et additions, en vue d'une transformation de leurs caractéristiques. Le procédé et l'appareil suivant l'invention peuvent s'appliquer d'une manière générale dans les usines produisant des métaux liquides (métallurgie? fonderie, etc...) pour toutes sortes de produits et plus partiúlièrement dans les fonderies visant à obtenir des fontes A graphite sphéroidal, appelées aussi GS ou ductiles. Pour obtenir cette fonte comportant du graphite sous forme sph6- roIdale, on traite un mental liquide avec différents matériaux dont le plus connu est le !na-iium et ses dérivés. L'addition de magnésium pur au métal liquide est très délicate en raison d'une réaction très violente qui se produit. Pour atténuer ces réactions du magnésium, on l'utilise généralement allié à d'autres matériaux tels que le silicium ou le nickel, ou bien en mélange avec du sable ou de la terre réfractaire, ou bien encore imprégné dans du coke, des éponges de métal, etc... Les procédés de traitement sont influencés par le fait que les produits de traitement utilisés sont ginéralement plus légers que le métal à traiter et qu'il faut les maintenir dans ce dernier. Suivant un premier procédé connu, on utilise une poche de fonderie garnie d'un matériau réfractaire et remplie de métal liquide. On immobilise le produit de traitement dans un plongeur percé d'orifices, on descend I'ensemble à l'inté- rieur du bain de métal liquide et on retire le plongeur quand 1' opération est texmnée. Suivant une variante du procédé ci-dessus, on souffle le produit de traitement à la partie inférieure du bain de métal liquide, par l'intermédiaire d'un tube plongeur oreux immergé dans ce bain. Suivant un autre procédé connu, on part d'une poche de fonderie vide dans le fond de laquelle on place les produits de traitement que lton recouvre ensuite d'un matériau constitué généralement par des plaquettes d'acier ou de réfractaire. Lorsqu'on verse ensuite, dans la poche, le métal liquide à traiter, ces plaquettes empêchent que le produit de traitement ne remonte imsédiatement. Suivant une variante, on bascule le métal liquide sur le produit de traitement. Tbuss les procédés de traitement connus à ce jour présentent un certain zuxxbre d'inconvénients parmi lesquels on peut citer : un mauvais rendement, une perte de température, des réactions brutales, une production importante de fumée, un prix de revient élevé, un matériel parfois costaux, un encrassement des poches, des résultats irréguliers, 11 obtention d'un métal piqué ou dur, des pièces coulées de mauvais aspect, etc... La présente invention vise essentiellement à remédier à ces inconvénients en procurant un procédé de traitement particulièrement simple à mettre en oeuvre conduisant à l'obtention d'un produit d'excellente qualité. A cet effet, ce procédé de traitement de métaux liquides par des produits et additions, en vue dtune transformation de leurs caractéristiques, dans lequel on verse le métal liquide dans une poche contenant au préalable le produit de traitement, est caractérisé en ce qu'avant le versement du métal liquide dans la poche, on loge le produit de traitement dans un compartiment indépendant communiquant avec le volume interne de la poche uniquement à sa partie inférieure, on ferme d'une manière étanche ce compartiment et on verse ensuite le métal liquide dans la poche de manière que le métal remonte alors dans le compartiment foz- mant vase comnuniquant et que les gaz ou vapeurs dégelées par la réaction interve nant entre le métal liquide et le produit de traitement contenu dans le compartiment se forment constamment dans ce compartiment et s'échappent à l'extérieur en barbotant dans le fond du bain de métal et en remontant à travers ce Le procédé suivant l'invention offre l'davantage d'avoir un bon rendement, d'entrainer une faible diminution de température, d'assurer un traitement calme exempt de projection et produisant très peu de fumée. 1l permet d'obtenir un létal plus propre que les métaux obtenus par les procédés connus. La poche ds traitement s'encrasse peu et les opérations exigées pour la mise en oeuvre du procédé sont très simples. L'invention a également pour objet un appareil pour la mise en oeuvre du procédé de traitement des métaux liquides par des produits et additions, comportant une poche dans laquelle est versé le métal liquide, caractérisé en ce qu'il comprend un compartiment indépendant situé à l'intérieur ou à ltextérieur de la poche et communiquant avec cette dernière à sa partie inférieure, ce compartiment présentant un orifice pour l'introduction dans le compartiment du produit de traitement, et en ce que des moyens sont prévus pour obturer l'orifice dudit compartiment après l'introduction du produit de traitement et pendant qu'à lieu la réaction entre le métal liquide et le produit de traitement. On décrira ci-aprbs, à titre d'exemple non limitatif, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel : La figure I est une vue en coupe axiale et verticale d'un appareil suivant l'invention, à compartiment intérieur. La figure 2 est une vue en coupe horizontale faite suivant la ligne II-II. La figure 3 est une vue en coupe horizontale dtun appareil à compartiment extérieur. La figure 4 est une vue en coupe axiale verticale d'une variante d'exécution d'un appareil à compartiment central. La figure 5 est une vue en coupe horizontale faite suivant la ligne V-V de la figure 4. Les figures 6, 7 et 8 sont des vues en coupe verticale schématiques illustrant diverses phases du procédé de traitement. Les figures 9 et 10 sont des vues en coupe verticale schématiques illustrant une variante du procédé suivant l'invention. L'appareil représenté sur les figures 1 et 2 est constitué par une poche de coulée 1 ouverte à sa partie supérieure, comportant un fond horizontal 2 et une paroi latérale cylindrique 3. Cette poche 1 contient un compartiment interne 4 dont la paroi cylindrique 5 s'étend du niveau du bord supérieur de la paroi 3 de la poche 1 jusqu'8 une certaine distance a du fond 2 de la poche. Dans la variante d'exécution représentée schématiquement sur la figure 3, l'appareil comporte un compartiment cylindrique 6 lié à la poche de aboulée 1 proprement dite et située à 1' extérieur de cette dernière à laquelle il est raccordé uniquement å sa partie inférieure. Dans la variante d'exécution représentée sur les figures 4 et 5, la poche de coulée 1 contient un compartiment cylindrique central 7 s' étendant du bord supérieur de la poche 1 jusqutà la distance a du fond 2 de la poche. Dans toutes les formes d'exécution de l'appareil suivant l'invention, le compartiment 4,6 ou 7 constitue avec la poche 1 un vase communiquant. La première phase du procédé de traitement suivant l'invention consiste à introduire dans le oosparti=ent 4 (ou 6 ou 7) le produit de traitement, à travers l'orifice supérieur de ce compartiment, de manière à placer ce produit de traitement 8 (figure 6) dans la partie inférieure du compartiment 4 qui co"=Xanique avec la poche 1. De ce fait, le produit de traitement 8 ne pourra pas remonter dans la poche 1 lorsque l'on versera dans cette dernière le métal liquide. Toutefois, il pourrait remonter dans le compartiment 4. Four empêcher cette remontée, on introduit dans le compartiment 4, au-dessus du produit de traitement 8, un matériau 9 tel que du coke ou des morceaux de briques réfractaires, jusqu'au niveau supérieur du compartiment 4. Le matériau de remplissage 9 peut même Titre mélangé éventuellement avec le produit de traitement inférieur 8. Suivant une variante, on pourrait disposer, à la place du matériau de remplissage 9, un bouchon réfractaire juste au-dessus du produit de traitement 8, dans le compartiment 4. Pour éviter que le produit de traitement 8 et le matériau de remplissage 9 ne soient poussées en dehors du compartiment 4 par le métal liquide lorsque ce dernier est versé dans la poche 1 et pour conserver les gaz et vapeurs résultant de la réaction métal produit, on obture l'orifice supérieur du compartiment 4 au moyen d'un couvercle étanche 10 maintenu par un poids de charge 11 ou par une fixation mécanique. Une fois le compartiment 4 ainsi rempli, on verse dans la poche 1 le métal liquide 12 qui monte également dans le compartiment 4, à travers les interstices laissés dans le matériau. Ensuite, la réaction entre le métal liquide et le produit de traitement 8 produit un barbotage qui fait repasser dans la poche 1, ainsi qu'il est indiqué par la flèche sur la figure 7, du métal liquide traité, du produit dilué et des gaz. Si la réaction ne produit pas un barbotage suffisant, on peut souffler un gaz tel que l'air, l'azote, le gaz carbonique, par un tube 13 traversant le couvercle 10, pour renvoyer le métal du compartiment 4, dans la poche -1. Suivant une variante d'exécution du procédé de traitement suivant l'invention, on verse tout d'abord le métal liquide dans la poche 1 et le compartiment 4, jusqu'au niveau supérieur (figure 9). On ferme ensuite le couvercle étanche 10 puis on introduit seulement à ce moment le produit de traitement 9 par le haut du compartiment 4 et à travers le couvercle 10. Le produit de traitement 9 descend dans un tube 14 relié à une réserve de produit de traitement 15 puis il est introduit graduellement par gravité. Le produit 9 tombe alors sur la surface du métal liquide dans le compartiment 4. Dans le cas de la réaction métal-produit, il est nécessaire d'établir dans le tube d'amenée 14 une certaine pression en vue d'éviter au produit 9 de ressortir par le tube 14.Cette pression peut 8tre fournie par un gaz introduit dans le tube 14 par une canalisation 16 raccordée au tube 14 et introduisant dans ce dernier un gaz sous pression. On décrira maintenant quelques applications industrielles du procédé de traitement suivant l'invention. Pour la fabrication d'une fonte à graphite sphéroidal, on utilise une poche de coulée du type représenté sur les figures 1 et 2, dans laquelle le diamètre du compartiment 4 est de l'ordre du tiers du diamètre total de la poche 1. On chauffe le garnissage réfractaire de la poche à haute température après avoir placé dans le fond du compartiment 4 une quantité appropriée de coke imprégné de magnésium, constituant le produit de traitement 8 et après avoir rempli le compartiment avec du coke ordinaire 9 jusqu'en haut. On place un cordon réfractaire autour de l'orifice supérieur du compartiment 4 pour assurer l'étanchéi- té d'une talé placée dessus et constituant le couvercle 10.Cette t81e est destinée à empocher le coke de sortir ainsi que les gaz et vapeur de la réaction entre le magnésium et le métal. On place sur cette t81e un poids pour la maintenir en place. On verse ensuite la fonte liquide dans la poche et cette fonte remonte au fur et à mesure dans le compartiment 4 où elle réagit sur le coke imprégné de magnésium. La réaction dans le compartiment 4 entrain un barbotage faisant repas-ser le métal et les produits de réaction dans la poche 1. On vide ensuite la poche soit du cbté du compartiment -4, soit du cOté opposé, dans une poche spéciale pour couler les moules, après avoir retiré préalablement la tôle 10 constituant le couvercle. On bascule ensuite la poche 1 vidée pour se débarrasser du coke résiduel. La poche 1 se trouve alors prête pour une autre opération. On peut éventuellement faire repasser les gaz produits au oours de la réaction dans le comlartiment 4, par une partie poreuse de la paroi 5 du compartiment 4, au-dessus de orifice inférieur de ce compartiment, en vue d'une réaction plus efficace des gaz avec le métal de la poche. La figure 10 illustre une application du procédé suivant l'invention à la désulfuration d'un métal. Dans ce cas, on remplit préalablement le compartiment 4 totalement avec le produit de traitement 9 qui est constitué par du carbure de calcium. On met en place le couvercle étanche 10 que l'on fixe solidement, après quoi, on remplit la poche 1 de métal liquide qui remonte dans le Compartiment 4 et baigne le carbure de calcium 9. n y a une réaction très calme. Par un orifice 17 placé à la partie supérieure du compartiment 4 sur le couvercle 10, on verse lentement le métal désulfuré dans la poche de coulée des moules, la poche vide 1 n'est pas vidée du carbure 9 qui n1 est pas épuisé et qui sert pour une autre opération. L'appareil représenté sur la figure 9 peut outre également utilisé pour la fabrication de fonte à graphite sphérodnl. Dans ce cas, le réservoir étanche 15 contient du nagnéiium en grenaille et sous ce réservoir est disposé un robinet. fois iois que la poche 1 et le compartiment 4 ont été remplis de fonte liquide, on ouvre le robinet pour laisser tombeur lentement la grenaille de magnésium sur la surface supérieure du bain contenu dans le compartiment 4. En même temps, on applique dans la partie supérieure de ce compartiment une pression d'un gaz neutre, par exasple de l'azote, fourni par la canalisation 16, afin d'empOcher un retour en arrière et favoriser le passage des gaz et vapeurs formés dans le bain. On vide tout le magnésium nécessaire et quand l'opération est terminée, on coule dans une poche de coulée des moules ou directement les pièces par cette poche. I1 est du reste bien entendu que les diverses formes d'exécution de l'invention qui ont été décrites ci-dessus, en référence au dessin annexé, ont été données à titre purement indicatif et nullement limitatif et que de nombreuses modifications peuvent outre apportées sans que l'on s'écarte pour cela du cadre de la présente invention. REVENDIChTIOIB 1 - Procédé de traitement de métaux liquides par des produits et additions sous forme solide, en vue d'une transformation de leurs caractéristiques, dans lequel on verse le métal liquide dans une poche contenant au préalable le produit de traitement sous forme solide, caractérisé en ce qu'avant le versement du métal liquide dans la poche, on loge le produit de traitement solide dans un compartiment indépendant communiquant avec le volume interne de la poche uniquement à sa partie inférieure, on ferme d'une manière étanche ce compartiment et on verse ensuite le métal liquide dans la poche de manière que le métal remonte alors dans le compartiment formant vase communiquant et que les gaz ou vapeurs dégagés par la réaction intervenant entre le métal liquide et le produit se forment constamment dans ce compartiment et s'échappent à l'extérieur de la poche en barbotant dans le fond du bain de métal et en traversant l'ensemble du'métal liquide contenu dans la poche. 2 - Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'on insuffle un gaz neutre sous pression dans la partie supérieure du compartiment pendant qu'a lieu la réaction entre le métal liquide et le produit de traitement solide. 3- Procédé de traitement de mdtaux liquides par des produits et additions en vue d'une transformation de leurs caractéristiques, caractérisé en ce qu'on verse le métal liquide dans une poche comportant un compartiment indépendant extérieur ou intérieur communiquant avec le volume interne de la poche uniquement à sa partie inférieure, on ferme d'une manière étanche ce compartiment, on laisse tomber progressivement le produit de traitement sur la surface du métal liquide contenu dans ledit compartiment et on introduit éventuellement un gaz neutre sous pression dans la partie supérieure du compartiment. 4 - Appareil pour la mise en oeuvre du procédé de traitement des métaux liquides par des produits et additions, sous forme solide, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, comportant une poche dans laquelle est versé le métal liquide, caractérisé en ce qu'il comprend un compartiment indépendant 4, 6, 7 situé à l'intérieur ou à l'extérieur de la poche 1 et communiquant avec cette dernière à sa partie inférieure, ce compartiment présentant un orifice pour l'introduction dans le compartiment du produit de traitement solide et en ce que des moyens 10 sont prévus pour obturer l'orifice dudit compartiment après l'introduction du produit de traitement et pendant qu'a lieu la réaction entre le métal liquide et le produit de traitement solide. 5 - Appareil suivant la revendication 4 caractérisé en ce que le com partiment 4 est obturé à sa partie supérieure par un couvercle étanche 10 maintenu par un poids de charge il ou des organes de fixation. 6 - Appareil suivant la revendication 5 caractérisé en ce que le couvercle étanche 10 est traversé par une canalisation 13 d'amenée d'un gaz neu- tre et sous pression. 7 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 4 à 6 caractérisé en ce que la paroi 5 du compartiment 4 est perméable au gaz et non au liquide, sur une partie de sa hauteur. 8 - Appareil suivant la revendication 4 caractérisé en ce que le compartiment 4 est obturé par un couvercle étanche 10 traversé par un tube 14 relié à sa partie supérieure à un réservoir 15 de produit de traitement, tube dans lequel débouche éventuellement une canalisation auxiliaire 16 pour l'amenée d'un gaz neutre sous pression à la partie supérieure du compartiment 4. 9 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7 caractérisé en ce que le compartiment 4 présente à sa partie supérieure un orifice 17 de sortie du métal traité. 10 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 4 à 7 caractérisé en ce qu'au dessus de la masse de produit de traitement 8, située dans le fond du compartiment 4, se trouve une masse de matériau réfractaire 9 remplissant le reste du compartiment ou un bouchon réfractaire.