Brevet FR2297247A1 — publié le 19760806

D'invention a pour objet --n procédé de traitement thermi gue de la fonte blanche dans le but d'obtenir une fonte malléable ainsi glin dispositif pour la réalisation de cette méthode. "e procédé du traitement thermique de la fonte blanche, utilisé jusqu'aujourd'hui afin d'obtenir une fonte malléable aux paramètres déterminés, est long et compliqué. Par exemple, pour obtenir des pièces coulées en fonte malléables à coeur noir, on soumet les moulages en fonte blanche à un traitement de recuit en deux phases dans lfintervalle des températures ma ximales de 900 à 1 0500c et ensuite, selon la nature de la fonte obtenue, on les soumet à des traitements thermiques ultérieurs, tels que : refroidissement à 1 'air, recuit dans l'inter- valle des températures inférieures aux températures critiques, trempe à lthuile ou à liteau, etc. Pour effectuer les procédés du traitement athermique, mentionnés ci-dessus, on emploie selon les cas, des fours de recuit de diverses constructions avec des systèmes de chauffage variés ainsi que différents combustibles. Pour éviter l'oxydation de surface des moulages pendant le traitement de recuit, on utilise du sable comme matériau de garnissage ce qui entrain un accroissement considérable de la capacité thermique de la charge et par cela meme une augmentation de l'inertie du four. Les dispositifs utilisés le plus souvent pour le traitement thermique de la fonte sont les fours-tunnels construits en forme du tunnel à l'intérieur desquels les moulages se déplacent sur un transporteur réfractaire. Suivant la nature du traitement thermique le four est divisé en plusieurs zones. Par exemple, dans les fours-tunnels destinés au recuit de la fonte malléable perlitique entre les chambres dites du premier et du second stade de recuit se trouve un dispositif supplémentaire pour le refroidissement des moulages dans un jet d'air comprimé ou d'huile. Une autre réalisation de four-tunnel rend possible le recuit simultané de la fonte malléable à coeur noir et perlitique, tandis que les fours réchauffés par les tubes rayonnants et les fours électriques permettent d'effectuer le recuit des moulages sans étanchement des containers, ce qui nécessite l'emploi des atmosphères protectrices, Les procédés connus de traitement thermique de malléabilisation de la fonte, réalisés actuellement dans les dispositifs mentionnés ci-dessus, présentent plusieurs inconvénients qui rendent difficile le procédé de recuit, le principal inconvénient étant l'impossibilité de réchauffement et de refroidissement rapide et uniforme de le charge. Une répartition non uniforme des températures dans la chambre du four entrasse la surchauffe d'une partie de la charge et le réchauffement insuffisant de 1' autre partie des moulages cause une importante dispersion de leurs propriétés. En plus, les procédés employés actuellement et les dispositifs servant à leur réalisation ne garantissent pas un réglage satisfaisant de la vitesse de réchauffement et de refroidissement de la charge, ce qui est trôna important surtout dans la production des moulages en fonte malléable perlitique. Les encombrements importants des fours par rapport à leur rendement, la nécessité d'employer des atmosphères protectrices spéciales et des pots de recuit motteux ainsi que des générateurs produisant des atmosphères appropriées, enfin la néces- sité d'utiliser de longe cycles de recuit et des bacs de tren- pe et de revenu spéciaux ou bien des dispositifs de dressage des moulages, constituent autant de causes de complexité de structure des moulages et du iBlaPgue de stabilité des propriétés mécaniques et physiques obtenues dans la fonte malléable produite. Le océdé de traitement thermique de la fonte suivant l'invention ainsi que le dispositif pour la réalisation de ce procédé ne présentent pas les inconvénients et les défauts cités ci-dessus. Suivant l'invention, les moulages soumis au traitement thermique sont réchauffés, maintenus à le température du traitement et refroidis directement dans une couche fluidisée d'un matériau friable à grains fins. Ce procédé consiste dans le traitement thermique des moulages, c'est-à-dire dans la réalisation des premier et second stade de graphitisation, de la normalisation ou de la trempe suivie de revenu ou bien de la trempe bainitique ou du recuit de coagulation, dans une couche d'un matériau friable à grains fins, fluidisé à l'aide d'un milieu gazeux de composition chimique choisie convenablement selon la nature du traitement thermique. La couche fluidisée entourant les moulages est caractérisi par des coefficients élevés de l'échange de chaleur et par une répartition homogène de températures dans tout le volume de la couche ce qui assure l'intensification de l'échange thermique entre la couche et les moulages ainsi que l'amenée uniforme de la chaleur au lot entier de moulages. Le procédé suivant l'invention assure une égalisation rapide de la température dans tout le volume du moulage, une réduction de la durée de traitement, une augmentation du nombre des noyaux de graphitisation et par cela même une réduction de la durée de graphitisation. En plus, le réglage facile et rapide de température de la couche fluidisée offre la possibilité de conduire le procédé voulu de traitement thermique de façon à obtenir une fonte à structure de matrice déterminée et des moulages à résistance stable. Un avantage supplémentaire de l'invention est l'amélioration de qualité des moulages grâce à l'élimination de l'oxydation et de la décarburation de surface. Le dispositif pour la réalisation du procédé suivant l'invention est un four de fluidisation dont la construction rend possible le recuit à plusieurs étages des moulages en fonte malléable, de configurations et de dimensions variées, ainsi que le réglage de température et de composition de l'atmosphère exigées pour la nature du matériau. Un exemple de l'exécution de ce dispositif est illustré par le dessin annexé sur lequel : - la figure 1 représente le schéma de groupement des chambres du four de fluidisation - la figure 2 représente une variante de l'installation - la figure 3 représente la coupe verticale d'un four rotatif à deux chambres; et - la figure 4 est une vue en coupe horizontale de ce meme four. L'installation selon la figure 1 se compose de trois chambres de fluidisation 1, 2, 3, de forme rectangulaire ou cylindrique, remplies de matériau réfractaire à grains fins 4. Le fond des chambres 1 2, 3 est constitué par une grille non tranavasable 5 munie d'orifices par lesquels, à partir de l1es- pace 6 situé sous la grille, est soufflé un agent fluidisant se composant d'un gaz comoustible et d'air, d'air seul ou d'air et de gaz de combustion. La chambre 1 destinée à effectuer le premier stade de gra- phitisation des moulages dans l'intervalle des températures allant de 900 à 1 0500C est munie d'une amenée du mélange du gaz et de l'air réchauffé dans l'espace 6. Dans la couche fluidisée a lieu une combustion partielle du gaz assurant l'obtention d'une atmosphère exigée. Au dessous du niveau supérieur de la couche fluidisée sont situées des buses de sortie 7 de l'air réchauffé secondaire qui sert à la postcombustion du gaz. La chambre 2, destinée au refroidissement des moulages après le premier stade de graphitisa tion jusqu'à l'intervalle des températures inférieures à 7500C, possède une amenée de l'air froid dans l'espace 6 sous la grille. Dans la couche fluidisée est placée un refroidisseur à eau 8 qui augmente l'intensité du refroidissement. La chambre 3, destinée à effectuer le second stade de gra phitiastion ou bien le recuit de coagulation, éventuellement le recuit bainitique ou le revenu, possède une amenée du mélange des gaz de combustion et de l'air réchauffé dans l'espace 6 sous la grille et est munie de corps de chauffe électriques 9 qui rendent possible l'obtention des températures allant de 250 à 7500C. Les chambres 1, 2, 3 sont alimentées en agent fluidisant à travers le ventilateur 10 refoulant l'air dans le collecteur Il d'où l'air s'écoule ensuite par l'échangeur de chaleur 12, alimente les buses de l'air secondaire 7, le mélangeur 13 et l'échangeur de chaleur 14 d'où, se mélant avec les gaz de combustion, il s'écoule ensuite dans la chambre 3 et, à partir de cette dernière, passant par le cyclone 15 et l'échangeur de chaleur 12, il s'échappe dans l'atmosphère. La chambre 2 est alimentée directement à partir du collecteur 11. Les gaz de combustion de la chambre I, aspirés à travers le cyclone 16 par la soufflante 17, sont refoulés dans l'échangeur de chaleur 14. Le distributeur 18 assure un déplacement continu des moulages à travers les chambres et entre elles. Un autre exemple de solution d'un dispositif pour la réalisation du procédé suivant l'invention est un four de fluidisation pour le recuit de la fonte malléable et pour la trempe bainitique, présenté sur la figure 2. Le four est équipé de chambres 1 et 2, séparées par une cloison 5 Munie au niveau du transporteur 5 d'une fente horizontale 4. Les daux chambres sont, jusqu'S une hauteur déterminée, remplies de matériau réfractaire à grains fins 6. Iia Fonds des chambres 1 et 2 est constitué par une grille 7 possédant des orifices par lesquels, à partir de l'espace sous la grille 8 ssW soufflé dans les chambres de travail un mélange gazeux fluidisant le matériau réfractaire 6. Dans la chambre 1, au-dessous du niveau de la couche fluidisée, sont installées des buses d'amenée de l'air secondaire 16. Les moulages en fonte blanche destinés au traitement thermique sont transférés du container 9 sur le transporteur 5 exécuté en matériau réfractaire et se déplaçant en circuit fermé par les chambres 1 et 2 du four.Le transporteur 5 transfère les moulages à travers l'étanchement 10 dans la chambre 1 où s'effectue le premier stade de graphitisation et ensuite, par la fente 4 dans la cloison 3, dans la chambre 2 où à lieu la trempe bainitique. Les moulages sont ensuite déplacés à travers l'étanchement 10 à l'extérieur du four et, sous l'effet de leur propre poids,tombent du transporteur 5 dans le container Il. Le four est muni de la soufflante 12 refoulant 1' air qui se réchaui- fe à son tour dans le réchauffeur 13 et est ensuite dirigé à travers un système de conduites et de soupapes Jusqu'au mélangeur 14 et, en ce qui concerne l'air secondaire, par L'embran- chement 15 dans les buses 16 et le mélangeur 17.Par contre, l'hydrocarbure gazeux, arrivé vers le dispositif, est dirigé par la conduite 18 au mélangeur 14 où a lieu son mélange avec l'air dans des proportions assurant l'obtention de l'atsosphè- re appropriée dans la chambre 1 du four de fluidisation. Grâce au maintien d'un surplus d'air dans la couche fluidisée au-dessus de la grille 7, l'atmosphère obtenue garantit une allure correcte du procédé de recuit des moulages. Au niveau de l'amenée de l'air secondaire à travers les buses 16, dans la couche fluidisée a lieu la postcombustion des composants de l'atmosphère du four, constituant une source supplémentaire de la chaleur transférée par les grains du matériau réfractaire en état fluidisé dans tout le volume de la chambre. Les gaz de combustion sont dirigés de la chambre 1 par le cyclone 19 et la buse 20 dans le mélangeur 17 d'où les gaz chauds de combustion ou bien les gaz chauds de combustion mélangés avec de l'air passent dans l'espace sous la grille de la chambre 2. Après avoir fluidisé la couche du matériau à grains fins dans la chambre 2 les gaz chauds quittent cette chambre par le cyclone 22 et entrent dans le réchauffeur 13 en y réchauffant 1 'air refoulé dans le système par la soufflante 12. Une variante de l'installation pour la réalisation du procédé suivant l'invention est constituée par le four de fluidi- sation pour le recuit de la fonte malléable, présenté sur le dessin(figures 3 et 4). C'est un four rotatif à deux chambres dans lequel les chambres 1 et 2 sont les secteurs du cercle séparés par la cloison 3 munie à la hauteur du transporteur 5 de la fente verticale 4. Les deux chambres 1 et 2 du four sont remplies Jusqu'à une hauteur déterminée de matériau réfractaire à grains fins 6. Xe fond des chambres est constitué par la grille 7 perforée, à travers laquelle, de l'espace 8 sous la grille est soufflé dans les chambres de travail un mélange gazeux fluidisant le maté risu à grains fins. Dans la chambre 1 au-dessous du niveau supérieur de la couche fluidisée, sont installées les buses d'amenée de l'air secondaire 16. Les moulages en fonte blanche se déplacent du container 9 sur le transporteur 5 fabriqué en matériau réfractaire et tournant autour de l'axe 23. En se déplaçant, le transporteur amène les moulages à travers l'étanchement 10 dans la chambre 1 où s'effectue le premier stade de graphitisation, ensuite par la fente 4 dans la cloison 3 dans la chambre 2 où a lieu la trempe bainitique. Les moulages sont transférés ensuite à travers l'étanchement 10 en dehors du four et, raclés du transporteur par le racloir 24 situé sur le segment de la corde du plan du four, tombent dans le container 11. Le four est muni de la soufflante 12 alimentant en air les installations du four. L'air, réchauffé dans le réchauffeur 13, est dirigé ensuite par un système de conduites et soupapes vers le mélangeur 14 et, en ce qui concerne l'air secondaire, par l'embranchement 15 vers les buses 16 et le mélangeur 17. L'hydrocarbure gazeux est dirigé à travers la conduite 18 dans le mélangeur 14 où a lieu son mélange avec lair dans des proportions appropriées assurant la formation d'une atmosphère exigée dans la chambre 1 du four de fluidisation. Grâce au défaut maintenu de l'air dans la couche fluidisée au-dessus de la grille 7 on y obtient une atmosphère assurant une allure correcte du processus de recuit des moulages. Au niveau de l'amenée de l'air secondaire par la buse 16, dans la couche fluidisée a lieu la postcombustion des composants de l'atmosphère du four, constituant la source supplémentaire de chaleur transférée par les grains du matériau fluidisé dans tout le volume de la chambre. Les gaz de combustion sont dirigés de la chambre 1 à tra vers le cyclone 19 et la buse 20 vers le mélangeur 17 d'où les gaz chauds de combustion ou les gaz chauds de combustion avec l'air passent de la conduite 21 dans l'espace sous la grille de la chambre 2. Ayant fluidisé la couche de matériau à grains fins dans la chambre 2 les gaz s'échappent par le cyclone 22 dans le réchauffeur 13 et réchauffent l'air refoulé par la souflfante 12. REVENICATIONS 1.- Procédé de traitement thermique de la fonte, caractérisé en ce que le premier et le second stade de graphitisa tion ou bien la trempe bainitique ou l'amélioration thermique ou le recuit de coagulation sont effectués dans une couche fluidisée créée par un matériau réfractaire friable et un mélange de gaz, composé avantageusement d'un gaz combustible, d'air et de gaz de combustions le régime du processus de fluidisation au cours du procédé consistant dans le maintien des moulages à une température stable déterminée étant réglé arbitrairement suivant le genre du traitement thermique réalisé. i2.- Procédé selon la revendication i, caractérisé en ce que le mélange choisi des gaz fluidisants crée au cours du premier stade de graphitisation une atmosphère neutre dans l'intervalle des températures allant de 9000 à 10500C, cette atmosphère étant utilisée ensuite pour la fluidisation ainsi que pour l'alimentation en chaleur au cours des cycles ultérieurs du traitement thermique dans l'intervalle des températures de 200 à 7500cl 3.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le refroidissement des moulages à partir de l'intervalle des températures allant de 9000 à 10500C Jusqu'à une température inférieure à 7500C est effectué dans une couche fluidisée. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la durée de séjour des moulages dans les chambres est réglée par la vitesse de déplacement du transporteur transférant les moulages à travers la chambre. S.- Dispositif pour la réalisation du procédé selon les revendications 1, 2, 3 et 4, prises ensemble, caractérisé en ce qu'il est équipé de trois chambres groupées arbitrairement, ayant une forme rectangulaire ou cylindrique, dont le fond est constitué par une grille perforée ainsi que d'un transporteur à bande fabriqué en matériau réfractaire, à vitesse de déplacement réglable. 6.- D ~positif pour la réalisation du procédé selon les revendications i, 2, 3 et 4 prises ensemble, caractérisé en ce qu'il est équipé de deux chambres de forme cylindrique ainsi que d'un. transporteur rotatif à disques fabriqué en matériau réfractaire, à vitesse de déplacement réglable.