Brevet FR2360680A1 — publié le 19780303

La présente invention concerne l'industrie métallurgique, en particulicr la fonderie, notatrìnt les procédés d'injection d'un matériau pulvérulent dans un métal en fusion. L'invention peut être appliuée avec une efficacité maritale à la fabrication de la fonte et de l'acier. L'invention peut aussi entre appliquée à la fabrication des métaux non-ferreux. Pour améliorer la qualité du -métal, on injecte dans le bain de métal divers matériaux pulvérulents, à l'aide d'un jet de gaz porteur. les matériaux pulvérulents sont injectés dans le métal par un jet de gaz porteur sous une pression prédéterminée, supérieure à la pression métallostatique, ce qui provoque dans le bain un barbotage grâce auquel la probabilité de contact des particules du matériau pulvérulent avec les particules du métal en fusion augmente, et le coefficient d'assimilation par le métal des éléments entrant dans la composition des poudres s'accrot de plusieurs fois comparativement à l'inoculation du métal en fusion avec du magnésium métal ou des pré-alliages de magnésium en lingots. L'efficacité de l'utilisation, par exemple du magnésium en poudre comparativement au magnésium métal en lingots, résulte ausi du fait que les possibilités de contact desparticules de poudre avec le métal en fusion sont plus grandes et que lesdites particules séjournent plus longtemps dans le bain, car leur vitesse de remontée à la surface dépend de la grosseur des grains de poudre. Actuellement, pour améliorer la qualité du métal, on injecte dans le bain de métal divers matériaux pulvérulents. Les poudres de calcium, magnésium, carbonate de soude et d'autres substances raffinent le métal en fusion en le débarrassant des inapuretés nuisibles : du soufre et du phosphore. L'injection de poudres de carbure de calcium, de cryolithe et d'autres matières élève la température de la fonte en fusion par suite des rations exothermiques qui sty déroulent. Par injection de poudres de magnésium, de cérium, de silico-ealcium et d'autres produits on réalise l'inoculation de la fonte, qui provoque une modification de la forme des inclusions de graphite, laquelle se traduit par une amélioration des propriétés mécaniques des produits finis. Avec des poudres de titane, bore, etc., on ajoute des micro-additions à la fonte et à-l'acier, ce qui permet. d'obtenir des produits de haute qualité. l'injection des matériaux pulvérulents dans le métal en fusion s'effectue par divers procédés. On connaît un procédé d'injection de magnésium en poudre dans la fonte en fusion à l'aide d'un gaz inerte (azote ou gaz carbonique) comprimé, dans un convertisseur Bessemer, à travers un tube de graphite. la fonte en fusion est versée dans le convertisseur Bessemer au préalable, avant l'injection du magnésium en poudre. Afin que l'inoculation au magnésium ne provoque pas une baisse de la température de la fonte, on souffle au préalable dans le bain à l'air comprimé dans le convertisseur, selon le principe Robert ou de Tropenas, afin que la réaction exothermique fasse monter la température de 120~150 C. le procédé indiqué permet d'injecter facilement le magnésium en poudre dans la fonte en fusion. Comme le convertisseur Bessemer est muni d'un système de ventilation par aspiration, on peut supprimer l'effet pyrogéni Que et a production intensive de fumées au poste de travail, qui avaient lieu lors de l'introduction du magn'siumA métal en lingots dans la fonte en fusion se trouvant dans des loches de coulée ouvertes. Ce procédé permet aussi d'accroître le coefficient d'assimilation du magnésium par la fonte en fusion. En outre, ce procédé simplifie le processus d'inoculation de la fonte en fusion par le magnésium et ne requiert pas pour cela des capacités ou des poches spéciales étanches. Toutefois, vu que dans ce procédé la fonte est soufflée au préalable à l'air comprimé, elle s'oxyde, aussi une grande quantité de magnésium est-elle dépensée pour sa désoxydation, d'où la très grande consommation de magnésium lorsque ce procédé est applique. En outre, l'application de ce procédé requiert un convertisseur ressemer. En métallurgie, on connaît un procédé d'injection d'un matériau pulvérulent dans la fonte en fusion par un jet de gaz porteur, à travers un tube (lance) en acier réfractaire. La lance, de 6 mètres de longueur et de 400 à 600 mm de diamètre, est réalisée multicouche. la fonte en fusion est versée dans une poche à fonte, en quantité de 70 à 90 t, puis la lance est descendue dans la fonte à l'aide d'un treuil. A l'aide d'air comprimé sous une pression de 5 à 6 atm, le matériau pulvérulent est injecté dans la fonte en fusion, dont il assure une désulfuration poussée. L'application de ce procédé permet de désulfurer la fonte à un tel degré que sa teneur pondérale en soufre ne dépasse pas 0,01 à 0,0256, En outre, ce procédé permet d'utiliser en tant que gaz porteur de l'air comprimé par un compresseur, un tel gaz porteur étant le moins cher et le plus accessible. Toutefois, en contre-partie de la désulfuration efficace de la fonte, ce procédé requiert la fabrication d'une lance multicouche dont la fabrication exige beaucoup de main-d'oeuvre. En outre, pour descendre la lance dans la fonte en fusion il faut un treuil, qui doit titre monté à une hauteur de 12 à 15 mètres et pour lequel il faut construire une estacade. De plus, afin de prévenir l'engorgement de l'orifice de la lance par les matériaux pulvérulents, la pression du gaz porteur, au cours de leur injection, doit être d'au moins 5 à 6 atm ; or une telle pression provoque des projections du métal en fusion hors de la poche. On connaît un procédé d'injection d'un mélange pulvérulent de magnésium et de graphite argenté dans le métal en fusion par un jet de gaz porteur. Le métal en fusion est versé dans une poche à tambour. Dans le garnissage de cette poche est placée une douille en céramique, à l'intérieur de laquelle est engagé un tube métallique. Le métal en fusion est coulé dans la poche jusqu'au niveau de la douille en céramique. On raccorde au tube métallique un flexible qui est relié à une trémie contenant le mélange pulvérulent. Pour l'injection du mélange pulvérulent on place la poche dans une chambr + aspiration. A travers le flexible et le tube métallique on insuffle l'air comprimé dans la poche et l'on fait tourner la poche jusqu'à une position telle que la douille céramique et le tube métallique placé à l'intérieur atteignent les couches inférieures de métal fondu. Ceci fait, on ouvre le robinet de la trémie contenant le mange pulvérulent et le mélange est injecté dans le métal en fusion par le jet d'air comprimé. Après inection de la quantité prescrite de mélange pulvérulent dans le métal en fusion, on ferme le robinet de la trémie contenant le mélange et l'on ramène la poche à sa position initiale. Puis on ferme le robinet d'admission d'air comprimé et l'on débranche le flexible du tube métallique. Ce procédé permet d'obtenir une fonte de grande résistance avec un haut coefficient d'utilisation du magnésium et sans pollution de l'atmosphère de l'atelier par les gaz d'inoculation. En outre, le procédé indiqué permet d'obtenir la fonte de grande résistance en n'importe quelle quantité, avec le pourcentage voulu de magnésium résiduel dans les produits finis. Toutefois, malgré les avantages énumérés ci-dessus, le procédé présente un inconvénient consistant en ce que la réparation des poches à tambour pose des difficultés. En outre, il est nécessaire de disposer d'une chambre spéciale à aspiration. D'autre part, les manutentions au pont roulant augmentent et la durée totale de l'inoculation du métal en fusion s'accroît. On connaît un procédé d'injection de i1iagrésium en poudre dans la fonte en fusion par un jet d'azote venait d'un robinet trois voies. Le magésium en poudre est injecté directeènt -dans le bain de fonte à travers une bride à divergent et un tube de graphite Ce procédé peut être réalisé dans un avant-creuset relié à un cubilot par un canal de trallsvasement. Dans la paroi de ltuant-creuset sont montés des contacts de graphite qui déter.inent le niveau nécessaire de la fonte à inoculer. Dans ce procédé, le magnésium en poudre est injecté par le jet d'azote dans les couilles inférieures de la fonte en fusion, à travers le tube de graphite, qui est immobile et fixé horizontalement dans la paroi de l'avant-creuset. Après injection de la quantité prescrite de magnésium en poudre on coupe l'admission du magnésium et l'on passe du soufflage d'azote au soufflage d'air ou d'oxygène. Etant donné que le processus est réalisé dans un avantcreuset terme, il n'y a ni effet pyrogénique, ni projections à l'extérieur de métal en fusion, ni dégagement de fumées dans l'atmosphère de l'atelier. Les fumées se dégageant durant ce processus passent par le canal de transvasement pour aller au cubilot d'où elles sont évacuées en commun avec les produits de combustion du combustible. Durant le passage des fumées à travers les couches coke-métal constituant la charge mise dans le cubilot, le produit principal de l'inoculation, tg0 se dépose sur le coke qui l'adsorbe, aussi la quantité de MgO se dégageant à 1' atmosph-?re diminue-t-elle fortement. Toutefois, malgré l'automatisation de l'inoculation de la fonte en fusion et l'obtention d'une fonte de composition stable, ce procédé n'assure pas la périodicité de fonctionnement de l'installation. En outre, il faut admettre en permanence le gaz porteur à l'avant-creuset contenant la fonte en fusion, car si l'admission de gaz porteur était interrompue, la fonte, sous l'action de sa propre pression, entrerait dans le tube de graphite, s'y solidifierait et le mettrait ainsi hors d'usage. Or, l'admission permanente de gaz porteur (air ou oxygène) provoque le changement de la composition chimique de la fonte et l'usure du tube de graphite. Le ut de l'invention est de supprimer les complications indiquées. On s'est donc proposé de créer un procédé d'injection d'un matériau pulvérulent dans un métal en fusion avec un mode opératoire tel qu'il assurerait l'admission périodique du matériau pulvérulent dans le métal en fusion, améliorerait a qualité du métal obtenu comparativement aux procédés analogues connus et préviendrait l'engorgement du tube par le matériau pulvérulent. La solution consiste en un procédé d'injection d'un matériau pulvérulent dans un métal en fusion par un jet de gaz porteur, dans lequel, d'aprfs l'invention, l'injection du matériau pulvérulent par le jet de gaz porteur s'effectue à travers un tube métallique ayant son bout libre obturé, ce bout fondant au moment où le tube est plongé dans le métal en fusion et, une fois l'injection du matériau pulvérulent achevée, la pression du jet de gaz porteur est diminues en fait jusqu'a la valeur detg pression métallostatique du bain. Rotant donné que, Après l'invention, l'injection du matériau pulvérulent par le jet de gaz porteur s'effectue à travers un tube métallique dont le bout libre obturé fond au moment où le tube est plongé dans le métal en fusion, ce procédé azure l'injection périodique du matériau pulvérulent dans le métal en fusion4 En outre, du fait que, à la fin de l'injection du matériau pulvérulent, la pression du jet de gaz porter est diminuée en fait (sensiblement) jusqu'à la valeur de la prcssion rrt- > taliostatique du métal en fusion, il s'avère possible d'interrompre l'admission du gaz porteur dans l'avantcreuset contenant le- métal en fusion et, par conséquent, d'améliorer la qualité du métal obtenu, comparativement aux procédés COUlUS ainsi que de prévenir l'engorgement du tube par le matériau pulvérule.nt. Le procédé d'injection d'un matériau pulvérulent dans un métal en fusion est réalisé de la façon suivante. Dans la paroi latérale de l'avant-creuset relié au cubilot par un canal de transvasement, on maçonne une douille réfractaire. On introduit dans cette douille un tube métallique dont le bout libre est obturé. L'autre bout du tube est raccord" par un flexible métallique à une trémie d'alimentation dans lauelle se trouve le matériau pulvérulent. A-èz accumulation dans l'avant-creuset d'une quantité déterminée de métal en fusion arrivant du cubilot, on enfonce le tube métallique dans le métal en fusion e*n y admet simultanément le gaz porteur sous une pression de 2 à 3 atmosnhères. Quand le tube est enfoncé dans le métal en fusion, son bout libre obturé fond et le gaz porteur est insufflé dans le métal en fusion. Ensuite on ouvre le robinet de la trémie d'alimentation et le jet de gaz porteur injecte le matériau pulvérulent dans le métal en fusion. Après injection de la quantité prescrite de matériau pulvér lent, on ferme le robinet de la trémie d'alimentation et l'on interrompt ainsi l'injection de la poudre dans le métal en fusion. Une fois l'injection du matériau pulvérulent achevée, on faitbeisser la pression du jet de gaz porteur en fait jusqu'à la valeur de la pression métallostatique du métal en fusion. Quand cette valeur est atteinte, une petite quantité de métal entre dans le bout du tube métallique et, en s'y solidifiant, l'obture. A partir de ce moment l'insufflation de gaz porteur dans le métal en fusion cesse. Le métal inoculé en fusion est coulé dans une poche, tandis qu'unie nouvelle portion du métal fondu du cubilot arrive en continu dans l'avant-creúset. Après accumulation de la quantité prescrite de métal en fusion dans l'avant-creuset, is opérations énumérées se répètent. On assure ainsi l'injection périodique du matériau pulvérulent dans le métal en fusion. En outre, l'admission du gaz porteur au cubilot n'est plus permanente, ce qui améliore notablement la qualité du métal inoculé obtenu, comparativement aux procédés similaires connus. Dans ce qui suit, le procédé proposé d'injection d'un matériau pulvérulent dans un. métal en fusion est expliqué à l'aide d'exemples de réalisation non limitatifs. EXEMPLE 1. Dans la paroi latérale d'un avant-ereuset à 200 mm au-dessus de sa sole, on maçonne une douille de graphite. On introduit dans cette douille un tube d'acier de 1500 mm de longueur et d'un diamètre intérieur de 10 mm, dont le bout libre est obturé. Le second bout de ce tube est raccordé par un flexible métallique à une trémie d'alimentation dans laquelle se trouve du magnésium en poudre. Après mise en marche du cubilot et accumulation dans l'avant-creuset d'une quantité prédéterminée de fonte en fusion, dont le niveau est indiqué par un voyant lumineux raccordé à des contacts de graphite placés dans la paroi de l'avant-creuset, on enfonce le tube d'acier dans la fonte en fusion et, simultanément, on admet dans ce tube de l'air comprimé sous une pression de 2 à 3 atmosphères. Quand le tube est plongé dans la fonte en fusion, son bout libre obturé fond et l'air comprimé est insufflé dans la fonte en fusion. Ensuite, à l'aide d'une servo-commande, on ouvre le robinet de la trémie d'alimentation. Le jet d'air comprimé injecte le magnésium en poudre dans la fonte en fusion pendant 6 minutes. La quantité de magnésium en poudre injecté est de 30 kg Ceci fait, on ferme le robinet de la trémie d'alimentation et l'admission du magnésium en poudre dans la fonte en fusion cesse. Une fois interrompue l'admission du magnésium en poudre, on abaisse la pression de l'air comprimé de 3 atmosphères à 1 atmosphère. Il s'ensuit qu'une petite quantité de fonte en fusion entre dans l'extrémité du tube d'acier et, au bout d'une minute, s'y solidifie et obture le tube. On laisse ensuite séjourner la fonte en fusion dans l'avant-creuset pendant 5 minutes pour que les inclusions non matalliques puissent monter à la surface, puis on coule la fonte inoculée dans une poches La fonte obtenue par le procédé proposé ne contient pas d'inclusions non métalliques, car le soutirage de la fonte en fusion s'effectue au niveau de la sole de l'avart-creuset. La consommation de magnésium en poudre s'élève dans ce cas à 3 kg par tonne de fonte fondue. E E 2. Dans la paroi latérale d'un avant-creuset, à 150 mm au-dessus de sa sole, on maçonne une douille de graphite. On introduit dans cette douille un tube d'acier de 1500 mm de longueur et d'un diamètre intérieur de 12 mm, dont le bout libre est obturé. Le second bout de ce tube est raccordé par un flexible métallique à une trémie d'alimentation dans laquelle se trouve du magnésium en poudre. Le procédé d'injection du magnésium pulvérulent dans la fonte en fusion est analogue à celui décrit à l'exemple 1. Le magnésium en poudre est injecté dans la fonte en fusion au moyen d'air comprimé, pendant 5 minutes. La quantité de poudre injectée est de 40 kg. Une fois réalisée l'admission de magnésium en poudre et d'air comprimé, on laisse séjourner la fonte en fusion dans l'avant-creuset pendant 4 minutes pour que les inclusions non métalliques puissent monter à la surface, puis on coule la fonte inoculée dans une poche. La fonte inoculée par le procédé proposé peut être utilisée avec une efficacité maximale pour les moulages des constructions mécaniques et pour la fabrication des lingotières. La consommation de magnésium en poudre.s'élève dans ce cas à 4 kg par tonne de fonte fondue. EX2sSIE 3. Dans la paroi latérale d'un avant-creuset, à 100 mm au-dessus de sa sole, on maçonne une douille de graphite. On introduit dans cette douille un tube d'acier de 500 mm de longueur et d'un diamètre intérieur de 14 mm, donne bout libre est obturé. Be second bout de ce tube est raccordé par un flexible métallique à une trémie d'alimentation dans laquelle se trouve du magnésium en poudre. Le procédé d'injection du magnésium en poudre dans la fonte en fusion est analogue à celui décrit à l'exemple 1. be magnésium en poudre est injecté dans la fonte en fusion par le jet d'air comprimé pendant 4 minutes. La quantité de magnésium injecté est de 50 kg. Une fois achevée l'admission de magnésium en poudre et c'vair comprimé, on laisse séjourner la fonte en fusion dans l'avant-creuset pendant 3 rmYartes pour que les inclusions non métalliques puissent monter à la surface, puis on coule la fonte inoculée dans une poche. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDIC IONS 1. Procédé d'injection d'un matériau pulvérulent dans un métal en fusion par un jet de gaz porteur, caractérisé en ce que l'injection du matériau pulvérulent par le jet de gaz porteur s'effectue à travers un tube métallique dont le bout libre est obturé, ledit bout libre fondant au moment où ledit tube métallique est plonge dans le métal en fusion, et en ce que, une fois achevée l'injection du matériau pulvérulent, la pression du jet de gaz porteur est diminuée jusqu'à une valeur sensiblement égale à la pression metallostatique du métal en fusion. 2. Fonte, acier ou métal non ferreux, caractérisés en ce cutis sont obtenus par le procédé faisant l'objet de la revendication 1.