Brevet FR2352063A1 — publié le 19771216

La présente invention, due aux travaux de Messieurs Pierre BORoeAUD et Ancré VILAIN concerne un procédé d'introduction dans un bain de métal liquide d'une addition solide de métal, d'alliage ou de produit réactif, dont l'effet doit sepppoduite aussi rapidement que possible, et, en particulier, d'une addition solide ayant une masse volumique inférieure à celle dudit métal ou alliage métallique liquide, et dont l'effet doit sue produire dans sa quasi-totalité pendant le temps nécessaire a la remontée en surface dudit additif, lorsqu'on l'a préalablement placé au fond dudit bain. C'est le cas, par exemple, lorsqu'on veut introduire du magnésium, ou des alliages base de magnésium et de silicium dans de la fonte liquide, ou du silicium et/ou du magnésium dans de l1aluminium en sue d'obtenir un alliage, ou des flux d'affinage dans de l'aluminium ou du magnésium, ou du mischmétal dans de l'acier liquide en vue de le désulfurer. C'est ainsi qu'il est devenu de pratique courante de noduliser les foates au moyes^sd alliages, souvent a base de Fe-Si, contenant du magnésium à titre de nodulisant. L'utilisation de tains alliages comporte par rapport a l'introduction de magnésium pur l'avantage d'une meilleure répartition de l'élé- ment actif et de@réactions beaucoup moins violentes quel que soit le mode d'in traduction adopté. Selon une proposition de l'art antérieur, aujourd'hui de pratique courante, on applique a la fonte, peu de temps avant son moulage, deux traitements successifs, savoir le traitement de nodulisation déjà mentionné suivi d'ua traitement d'inoculation au moyen d'agents graphitisants, qui a notamment pour but d'éliminer tout ou partie des carbures et d'abaisser la vitesse d'évanouissement du nodulisant. Les inoculants utilisés sont généralement des alliages de silicium qui peuvent etre dopés aux terres rares ou aux alcalino-terreux par exemple et qui peuvent être alourdis par le fer. Leur introduction se fait un moment aussi rapproché que possible de la coulée finaie, par exemple dans le moule même,~y compris par projection sur les parois du moule lorsqu'il y a risque de trempe, en particulier aux endroits où la piece calée comporte des parties minces qui se solidifient en structure blanche, donc cassante. Ce tzaiteet en deux temps - nodulisation suivie d'inoculation, est, cependant, une sujetion gênante pour les fondeurs, et on a cherché le moyen de grouper les deux opérations an une seule. La demanderesse a découvert, antérieurement, et revendiqué dans ses brevets français 2 087 003 et 2 109 058, des alliages d'addition permettant d'obtenir par un traitement unique, à l'état brut de coulée, une fonte graphite sphéroidal et a matrice essentiellement ferritique. L'emploi des alliages conformes a l'invention procure donc des avan tages considérables. Il simplifie les manipulations et diminue les pertes thermiques de la fonte liquide. Les pertes en magnésium se trouvent être atténuées, ce qui permet de substantielles économies de cet élément nodulisant et unccontrôle plus serré de sa teneur finale. Or, l'on sait que le magnésium stabilise les carbures en augmentant la température de transition fragile/ ductile de la fonte de sorte qu'il y a lieu d'ajuster sa teneur au minimum compatible avec une bonne sphéroidisation. D'autre part, il n'est plus nécessaire d'ajuster le titre en silicium de la fonte après la nodulisation au magnésium et ce, par des 'additions d'alliages au silicium coûteux.En effet, on peut grâce aux nouveaux alliages additionnels, ajuster le titre en silicium au haut fourneau ou au cubilot au moyen de matières premieres moins onéreuses. L'alliage additionnel, objet du brevet français 2 087 003, est du type Fe-Si-Mg et contient le couple Ba-N, l'azote étant introduit, par exemple, par barbotage. Sa composition est comprise dans les limites Si 40 - 55 Z Mg 3 - 15 Z 3a 1,4 - 8,6 Z et de l'azote en quantité telle que le rapport-pondéral Ba/N soit compris entre 5 et 50, reste fer en dehors des impuretés inévitables introduites lors de son élaboration, notamment Ca et Al, à une concentration totale inférieure à 2,5 Z. L'alliage est caractérisé' en outre, par un rapport pondéral Mg/Ba compris entre 1 et 3. Dans tout ce qui suit, on désignera par "alliages de traitement" tous les alliages habituellement utilisés pour la nodulisation et/ou l'inoculation des fontes, simultanément ou séqaentiellezant. L'expérience acquise en fonderie montre que le respect des tolérances granulométriques des alliages de traitement, quelle que toit leur composition, est un facteur important de réussite.lde l'opération. Une granulométrie trop fine provoque une réaction violente et courte. Le magnésium de l'alliage est volatilisé rapidement et l'effet nodulisant s' atténue avant méme que l'on ait procédé à la coulée de la fonte dans les moules. Une granulométrie trop grossière conduit à une réaction lente, avec risque de remontée en surface des plus gros mor- ceaux où ils viennent brûler au contact de l'air, sans avoir eu le temps de se dissoudre dans la fonte au cours de leur remontée, d'où une perte de produit et un mauvais rendement de nodulisation. La granulométrie idéale se situe entre 10 et 30 wm, ces chiffres exprimant des dimensions moyennes de morceaux concassés dont la forme est quelque peu irrégulière. Or, cette répartition granulométrique ne peut pas être constante. Elle dépend, d'une part, de la fragilité de l'alliage, ezle-même fonction de sa composition et de sa vitesse de refoidissement, d'autre part, des dispositifs de concassage, de broyage et de criblage utilisés. De toute façon, on ne-peut pas éviter la production d'uae- quantité notable de fines inférieures à 10 mm que l'on est obligé de recycler par refusion, et, en outre, en cours de transport du produit calibré, il se produit à noweau des fines et un classement du produit, dont les plus gros morceaux viennent dans la partie haute des emballages, ce qui entraîne, pour l'utilisateur qui n'a pas pris le soin de reméianger intimement le contenu des emballages unitaires, des différences de 'téectivité tres sensibles entre le produit prélevé dans le haut, le milieu et le fond desdits emballages. Des problemes analogues se posent, par exemple, lorsqu'il s'agit d'ajouter du mischmetal dans un bain d'acier pour le désulfurer. Pour résoudre cas inconvénients, la demanderesse a imaginé de mettre les alliages de traitement sous forme de morceaux de volume - donc, de poids cons tant, par coulée dans des moules et, nota ruent dans des poules en sable. Cependant, il est apparu que des formes géométriques simples, telles que les parallélépipèdes, ou les troncs de cône, ne donnaient pas de bons résultats, en raison d'un rapport surface/volume insuffisant, donc, d'une réactivité insuffisante, l'alliage - dont la densité est toujours inférieure à celle de la fonte, du fait de la présence de magnésium et, le plus souvent du silicium - remontant en surface du bain de fonte, où il brûle, avant d'avoir pu se dissoudre dans ledit bain de fonte.Inversement, des formes géométriques à grande surface déve loppée, notaninent avec des ailettes ou des cannelures profondes, entraînent trois sortes de difficultés - réalisation malaisée des moules en sable comportant des zones à faible épaisseur, - fragilité des parties fines, qui cassent, soit lors du désablage apres démoulage, soit en cours de manutention et.tde transport, ce qui provoque des débris fins, avec les inconvénients déjà décrits, - réactivité excessive, qui entraîne des projections et un départ trop rapide du magnésium, avec, conme conséquence, une nodulisation insuffisante du graphite. La demanderesse a découvert - et c'est l'objet de la présente invention- qu'il était possible de concilier les impératifs - facilité de moulage et de démoulage, - facilité de désablage au sortir du moule, - réactivité régulière entraînant une nodulisation totale du graphita, sans pertes par projection ou combustion, - absence de fragilité, à la manipulation et au transport, - absence de classement lors du transport. en adoptant, pour l'alliage de traitement, une forme caractérisée par : un corps central de forme allongée, muni d'au moins deux ailettes fixées le long dudit corps central, aucun point de l'ensemble ne se trouvant à plus de 40 mm et, de préférence, à plus de i0 mm de la surface externe et, par un rapport surface/volurie aussi élevé que possible. En outre, les ailettes d'un bloc donné ne doivent pas pouvoir s 'in- sérer de façon stable dans l'intervalle formé par les ailettes d'un autre bloc, ledit intervalle étant, pour cela, sensiblement plus grand ou plus petit que la largeur maximale desdites ailettes. De façon à faciliter et, la confection du moule à partir d'un modela et le démoulage des blocs d'alliage de traitement, il est préférable que les blocs s'inscrivent dans un tronc de cône dont l'angle de conicité est déterminé, de façon connue, par le spécialiste de fonderie. Enfin, il peut être avantageux de donner aux blocs d'alliages de traitement, un poids unitaire sous-multiple ou multiple entier du kilogramme de façon à pouvoir, le cas échéant, remplacer la pesée par un simple comptage lors de l'utilisation. Les dessins et l'exemple qui suivent permettront de mieux préciser la mise en oeuvre de l'invention. La figure 1 montre la vue en coupe transversale à mi-hauteur d'un bloc d'alliage de traitement muni de deux ailettes. La figure 2 montre une coupe longitudinale de ce même bloc. La figure 3 montre la vue en coupe transversale à mi-hauteur d'un bloc d'alliage de traitement muni de quatre ailettes, rappelant la forme d'un trèfle à quatre feuilles; La figure 4 montre la coupe longitudinale de ce même bloc. Les figures 5 à 9 montrent l'impossibilité d'enchevêtrement des ailettes d'un bloc dans les rainures d'un autre. La figure 10 montre un chapelet de quatre blocs indentiques à quatre ailettes, moulées en une seule opération avec un étranglement créant un point faible où se produit la séparation par rupture. Pour des blocs réalisés an: alliage de traitement, de composition -Si 47,8 Z -Hg 9,1 Z -Ba 4,6 Z -Ca 0,50 Z -Al -0,18 Z -N 0,47 Z -Fe différence à 100, conforme à notre brevet français 2 087 003 précédemment cité, le poids inviduel est compris dans les limites de 165 à 170 g ; on peut donc admettre, avec une marge d'erreur acceptable, que six de ces blocs pesant environ 1 kg. L'angle de coniÉité est d'environ 100. Quelle que soit la façon dont les blocs viennent en contact, on constate sur les figures 5, 6, 7, 8 et 9 qu'ils ne peuvent pas donner lieu à un emboîtement stable. Si c'était le cas, on courrait le risque q taprès les secousses dues à un transport à grande distance, les blocs ne s'enchevêtrent en grappes, difficiles à manipuler et présentant, du point de vue réactivité, les mêmes inconvénients que dessblocs massifs. Les figures 1 à 9 montrent différentes formes d'ailettes conformes à l'invention, et ne pouvant stenchevêtrer, du fait que la largeur maximale des ailettes est plus grande que l'intervalle qui les sépare, dans le cas de la figure 9 et plus petite que ledit intervalle, dans le cas des figures 6, 7 et 8. L'obtention de ces différentes formes de blocs fait appel à des techniques connues, telles que le moulage en sable. On peut mouler soit des blocs individuels soit, de préférence, des chapelets de plusieurs blocs alignés selon leur axe principal, comme on le voit sur la figure 10, et présentant entre chacun un étranglement au niveau duquel s'effectue la séparation par simple rupture fragile. Apres démoulage, les blocs sont désablés de façon connue, par exemple dans un tambour de polissage humide contenant lui-même une certaine quantité de sable qui amortit les chocs des blocs entre eux et contre les parois du tambour, lors de la rotation dudit tambour et supprime ainsi le risque de rupture de certaines ailettes. Exemple Gn a préparé, par moulage en sable, 8 kg d'un alliage nodulisant ayant la composition chimique précédemnent indiquée, sous une forme à quatre ailettes correspondant à celle des figures 3 et 4, les éléments ayant un poids individuel variant de 162 à 170 grammes. Ces 8 kg (soit 48 éléments individuels) ont été placés au fond d'une poche de coulée, receuverts de quelques kilogrammes de déchets de ferraille, et l'on a versé 666 kg de fonte liquide. La réaction a démarré au bout d'environ 10 secondes et a duré près d'une minute, sans violence niprojection. La fonte obtenue présentait des caractéristiques tout à fait satisfaisantes - teneur en ferrite : 90 % )-évaluée par examen - teneur en perlite : 9,9 % ) micrographique - teneur en carbures: 0,1 % ) - charge de rupture : 49,6 hb - allongement à la rupture : 20,7 Z - teneur en Mg ; 0,066 Z (soit un rendement Kg de 54 Z) REVENDICATIONS 1 ) Procédé d'introduction dans un bain de métal ou d'alliage métallique liquide d'une addition solide dont l'effet doit se produire aussi rapidement que possible, et, en particulier, d'une addition solide ayant une masse volumique inférieure à celle dudit métal ou alliage métallique liquide, et dont l'effet doit se produire dans sa quasi-totalité pendant le temps nécessaire à la remontée en surface dudit additif lorsqu'on l'a préalablement placé au fond dudit bain, consistant à donner au dit additif une forme caractérisée par un corps central de forme allongée, muni d'au moins deux ailettes fixées le long dudit corps central, formant ainsi un ensemble dontiaucun point ne se trouve à plus de 40 mm, et, de préférence, à plus de 10 mm de la surface externe, et présentant un rapport surface/volume aussi important que possible. 20) Procédé d'introduction d'une addition solide dans un bain métal lique, selon revendication 1, caractérisé en ce que l'intervalle entre deux ailettes eet sensiblement plus grand que la largeur des dites ailettes. 30) Procédé d'introduction d'une addition solide dans un bain métal lique, selon revendication 1, caractérisé en ce que l'intervalle entre deux ailettes est sensiblement plus petit que la largeur desdites ailettes. 40) Application du procédé d'introduction d'une addition solide dans un bain métallique, selon revendication 1, 2 ou 3, à l'introduction, dans un bain de fonte liquide, d'un alliage à base de fer, silicium et magnésium, en vue de conférer au graphite de ladite fonte une structure sphéroidale. 50) Application du procédé d'introduction d'une addition solide dans un bain métallique, selon revendication 1, 2 ou 3 à l'introduction de mischmétal dans un bain d'acier liquide en vue de le sésulfurer. 60) Application du procédé d'introduction d'une addition solide dans un bain métallique, selon revendication 1, 2 ou 3, à l'introduction de magnésium et/ou silicium dans de l'aluminium liquide.