Brevet FR2404675A1 — publié le 19790427

La présente invention a essentiellement pour objet un procédé d'élaboration de fonte à graphite sphéroïdal dans les fours des ateliers de fonderie. On connatt un procédé d'élaboration périodique d'une fonte à graphite sphéroidal, prévoyant la fusion, dans le four, d'une charge contenant du fer et plus de 2 en poids de carbone, suivie de la coulée de la fonte en fusion dans une poche et du traitement de cette fonte dans la poche par des éléments servant d'agents de sphéroldisation du graphite, par exemple le magnésium, le cérium ou l'yttrium. Pour la mise en oeuvre de ce procédé il est nécessaire d'avoir, outre le four, une capacité dans laquelle la fonte en fusion est traitée par l'èlémezxtdesphéroldisation du graphite. Ce processus de traitement de la fonte en fusion, dont la température est élevée s'accompagne d'un effet pyrogénique, d'une forte éjection de métal et d'un dégagement abondant de fumées qui polluent l'atmosphère de l'atelier et, par conséquent, altèrent les conditions de travail du personnel préposé. C'est pour cette raison que l'on emploie des pochesautoclaves, mais celles-ci ne préviennent pas le refroidissement indésirable de la fonte en fusion et le processus reste périodique. A l'heure actuelle, l'élément de sphéroldisation du graphite est placé dans la poche, puis celle-ci est remplie de métal ou bien l'élément de sphéroldisation du graphite est introduit dans la fonte en fusion versée dans la poche. L'élément de sphéroldisation du graphite est introduit sous la forme de barres, de briquettes, de copeaux ou de grenaille. Dans certains cas, l'élément de sphéroldisation du graphite est introduit dans le fond de la poche à travers des trous appropriés ménagés dans la paroi de la poche ou du four. Toutefois, aucun des modes opératoires ci-dessus ne permet de prévenir le refroidissement de la fonte en fusion lors de son traitement par l'élément de sphéroldisation du graphite, ni de réaliser le réchauffage ultérieur de la fonte, aussi la fonte est-elle surchauffée au préalable dans le four, c'est-à-dire portée à des températures plus élevées, de l'ordre de 1500 C. L'action limitée dans le temps des éléments de sphéroldisation du graphite, l'effet pyrogénique marqué et la consommation accrue d'éléménts coûteux pour la sphéroldisation du graphite i tout cela crée d'importantes complications dans l'élaboration de la fonte à graphite sphéroldal. On connaît un procédé d'élaboration continue d'une fonte à graphite sphéroldal, suivant lequel la fonte élaborée au préalable dans des fours et traitées en poches comme décrit plus haut, est accumulée dans un four à induction qui est rendu étanche et dans lequel on crée une atmosphère neutre ou une couche de laite recouvrant la fonte en fusion. Mais, dans ce procédé aussi, la fonte en fusion obtenue dans des fours séparés doit être préalablement traitée en poches, portion par portion, en vue de son accumulation ultérieure dans le four-à induction. Les procédés existants d'élaboration de la fonte à graphite sphéroïdal sont onéreux, car ils entratnent de fortes pertes d'éléments de sphérovdisation du graphite, dues à leur évaporation et à leur oxydation lors de leur introduction dans la fonte en fusion portée à des températures élevées pour tenir compte de son refroidissement dans la poche au cours de son traitement et de la nécessité de conserver à l'issue du traitement une température assurant la coulabilité nécessaire de la fonte pour l'obtention de moulages dont les parois sont minces et la forme compliquée. De ce fait, une partie de la fonte en fusion, ayant perdu de ses propriétés de coulabilité, est versée aux déchets afin d'éviter les rebuts de moulages à parois minces.Ceci entrain à son tour des pertes notables de métal et d'éléments de sphéroidisation du graphie. En conséquence, on envoie à la refusion non seulement des déchets, y compris des jets de coulées, des masselottes et des rebuts, constituant jusqu'à 4096 du métal élaboré, mais aussi de la fonte de vidange, c'est-à-dire de la fonte qui a été traitée par l'élément de sphéroldisation du graphite et qui s'est refroidie. Lors de la refusion, l'élément de sphéroïdisation se trouvant dens les déchets est donc complètement perdu. Les procédés existants d'élaboration de la fonte à graphie sphéroïdal provoquent une pollution notable de l'atmosphère de l'atelier et requièrent un équipement supplémentaire qui encombre le territoire de ce dernier. La demande toujours croissante de fonte à graphite sphéroïdal durant ces dernières années a rendu nécessaire un perfectionnement considérable du procédé de son élaboration continue, afin de satisfaire aux exigences actuelles des constructions mécaniques en ce qui concerne les moulages ayant des formes compliquées et des parois minces. Le but de l'invention est de supprimer les complications indiquées. On s'est proposé pour cela de créer un procédé d'élaboration continue d'une fonte à graphite sphéroldal, dans lequel les modes opératoires mis en oeuvre et les additions apportées au métal en fusion seraient tels qu'ils permettraient de simplifier le processus d'élaboration et d'en abaisser le coût, ainsi que d'améliorer les conditions de travail du personnel préposé. La solution consiste en un procédé d'élaboration continue d'une fonte à graphite sphéroldal, prévoyant la fusion d'une charge contenant du fer avec au moins 2% en poids de carbone, Jusqu'à obtention d'un bain primaire remplissant le four aux 2/3 de son volume, l'addition de fonte solide à ce bain jusqu'à remplissage de tout le volume du four, suivie du chauffage du bain secondaire dans le four jusqu'à la température de coulée, procédé dans lequel, d'après l'invention ladite fonte solide est une fonte contenant au moins un élément de sphérofdisation du graphite, à un taux de 4 à 10 fois supérieur à son taux dans la fonte ordinaire à graphite sphéroldal, ou bien ladite fonte solide est additionnée avec des retours de moulages en fonte à graphite sphéroïdal dans laquelle l'élément de sphéroldisation du graphite est à un taux ordinaire. Le procédé proposé, prévoyant le traitement de la fonte en fusion par l'élément sphérodldisant au sein du bain se trouvant dans le four, permet donc d'effectuer le traitement à une température plus basse excluant les pertes au feu de l'élément sphéroldisant, pertes qui sont inévitables quand la fonte est traitée en poches. En outre le procédé permet de combiner la fusion de la fonte solide, contenant l'excès d'élément sphéroldisant destiné à passer dans le bain, avec le chauffage de celui-ci jusqu'à la température de coulée. Ainsi, il n'est pas nécessaire de chauffer le métal jusqu'à des températures très élevées, ce qui permet de diminuer la consommation d'énergie électrique. Etant donné que le traitement de la fonte par l'élément de sphéroldisation du graphite s'effectue dans le four, il devient inutile d'utiliser un équipement supplémentaire, à savoir, des capacités dans lesquelles doit s'effectuer le traitement de la fonte en fusion par l'élément sphéroldisant dans les procédés connus appliqués actuellement dans les ateliers de fonderie. Gr ce à l'application du procédé proposé, l'atmosphère est améliorée dans l'atelier de fonderie, les conditions de travail du personnel deviennent meilleures, la nécessité d'une puissante ventilation par aspiration et refoulement simultanés ntexiste plus et le processus se déroule en continu. L'addition de retours ou rebuts de fabrication de moulages à graphite sphéroïdal permet d'éviter les pertes d'éléments sphéroldisants se trouvant dans les déchets et d'utuliser ces éléments pour la sphéroIdisation du graphite. Il est avantageux d'utiliser en tant qu'élément sphérofdi- sant le magnésium et/ou le cérium. Ces -éléments sont les plus efficaces et les plus facilement disponibles, donc les plus indiqués pour la fabrication en masse. Dans ce qui va suivre, le procédé proposé-est expliqué par des exemples de mise en oeuvre concrets mais non limitatifs. Exemple 1 Dans un four à induction d'une capacité de 30 kg, à garnissage neutre, on a fait fondre 20 kg de fonte de moulage ordinaire de haut fourneau. Le bain ainsi obtenu a rempli 2/3 du volume du four à induction. On a ensuite complété la charge du four avec de la fonte solide en gueuses de composition chimique similaire, mais contenant en plus 0,2 à 0,5% en poids de magnésium (c' est-à-dire une quantité de magnésium de 4 à 10 fois plus grande que la fonte ordinaire à graphite sphéroldal). Après fusion de la fonte et chauffage du bain secondaire ainsi obtenu jusqu'à la température de coulée (de 1380 à 14000C), on a coulé un tiers du volume du bain (10 kg) dans une poche pour la coulée en moule, et l'on a chargé de nouveau dans le four 10 kg de fonte solide en gueuses, contenant de 0,2 à 0,5% en poids de magnésium. Cet appoint'de charge sous forme de fonte solide, la fusion et le chauffage du bain secondaire dans le four ont eu lieu sans effet pyrogénique et sans dégagement de fumées. Le processus s'est déroulé calmement, comme dans la refusion ordinaire de la fonte. Le processus s'est déroulé en continu pendant 5 heures. Pendant toute la durée de l'élaboration de la fonte, la teneur résiduelle en magnésium (0,08 à 0,12% en poids) est restée inchangée, et dans les moulages, le graphite est resté sphéroidal. Les caractéristiques mécaniques de la fonte après un recuit de courte- durée se situaient aux niveaux suivants Rt= 65 kg/mm2 et A = 7 à 8%, Rt étant la résistance de la traction, et A l'allongement relatif. Exemple 2 Pour accélérer le début de la fusion, on a d'abord obtenu dans un four à induction d'une capacité de 60 kg un bain primaire de Monte, traitée au cérium par un procédé ordinaire et remplissant 2j3 du volume du four. Au bain se trouvant dans le four à induction on a aJouté de la fonte solide en gueuses contenant de 3,2 à 0,5% en poids de cérium, ainsi que des retours (jets de coulée, masselottes) de moulages en fonte ordinaire à graphite sphéroldal, en quantité égale à 30% de la capacité du four. Les résultats obtenus après élaboration continue de la fonte étaient analogues à ceux de l'exemple 1. Exemple 3. Dans un four à induction d'une capacité de 50 kg on a fait fondre une charge primaire de 28 kg, constituée par une fonte de moulage ordinaire de haut fourneau. On a chargé dans le bain obtenu une fonte solide en gueuses de composition chimique similaire, mais contenant 0,25o en poids de cérium et de magnésium.Après fusion de cette fonte, à teneur accrue en cérium et de magnésium, jusqu'S remplissage de volume utile du four par le bain, et après chauffage de celui-ci jusqu'à 13400C, la fonte a été coulée sous basse pression dans des Boules pour l'obtention de moulages à épaisseur de paroi de 2 à 20 ms. Ensuite, on a introduit dans le four, au-dessus du niveau de la surface libre du bain, un appoint de charge sous forme d'une fonte solide en gueuses contenant 0,2% en poids de cérium et de magnésium, et oeiaajouté aussi jusqu'à 25% en poids de retours constitués par une fonte ordinaire à graphite sphéroldal. Le processus s'est déroulé d'une manière stable. Les essais sur éprouvettes ont donné des caractéristiques mécaniques analogues à celles indiquées dans l'exemple 1. En tant qu'élément sphéroldisant on peut aussi utiliser 1 'yttrium. Pour la coulée à des températures accrues (14500C), on a fait fondre dans le four à induction une fonte solide contenant 0,8% en poids de magnésium. Le graphite sphéroldal obtenu dans ce cas était plus fin et les propriétés plastiques de la fonte étaient plus élevées (A = 10 à 12%). Comme l'ont confirmé les expériences, le procédé faisant l'objet de l'invention présente une série d'avantages sur les procédés connus similaires. Ainsi par exemple, le traitement dans le four, du bain primaire de fonte par une fonte solide à teneur majorée en éléments sphéroldisants, traitement qui est réalisé au sein du métal (au-dessous du niveau supérieur du bain de métal dans le four) à une température du bain relativement basse, permet d'abaisser la consommation d'énergie électrique et les pertes d'élément sphéroldisant. En outre, le processus d'élaboration de la fonte à graphite sphéroïdal se déroule en continu et calmement, sans effet pyrogénique et, par conséquent, les conditions de travail du personnel préposé sont meilleures, gracie à l'abaissement de la pollution de l'atmosphère de l'atelier et à la réduction de l'équipement auxiliaire. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui dont été donnés qutà 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 REVENDICATIONS 1.- Procédé d'élaboration continue de fonte à graphite sphérordal du type prévoyant la fusion d'une charge contenant du fer avec au moins 2% en poids de carbone, jusqu'à obtention d'un bain primaire remplissant le four aux 2/3 de son volume, l'addition de fonte solide à ce bain jusqu'à remplissage de tout le volume du four, le bain secondaire ainsi obtenu étant ensuite chauffé dans le four jusqu'à la température de coulée, caractérisée en ce que ladite fonte solide est additionnée au bain primaire sous forme d'une fonte contenant au moins un élément de sphéroldisation du graphite, à un taux supérieur de 4 à 10 fois au taux dudit élément dans la fonte à graphite sphéroïdal usuelle, ou bien sous forme de ladite fonte solide à teneur accrue en élément de sphéroidisation du graphite et dé retours-ou rebuts de fabrication de moulages en fonte à graphite sphéroïdal à teneur ordinaire en élément de sphéroidisation du graphite. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de sphéroidisation du graphite utilisé est le magnésium et/ou le cérium. 3.- Fonte à graphite sphéroldal, caractérisée en ce qu'elle est obtenue conformément au procédé faisant l'objet 'de l'une des revendications 1 et 2.