Brevet FR2420573A1 — publié le 19791019

La présente invention concerne un cubilot à avant creuset perfectionné pour le traitement métallurgique de la fonte avant coulée. Dans les cubilots à avant creuset classiques, la fonte et le laitier coulent en continu et au fur et à mesure de leur production, dans l'avant creuset. Celui-ci contient donc un bain de fonte surmontée d'une couche de laitier. Si, dans cet avant creuset, la fonte est évacuée en continu par un siphon, le laitier est également évacué en continu par un autre siphon et il subsiste alors en permanence une couche de laitier .au-dessus de la fonte dans l'avant creuset. Si la fonte est évacuée par piquées, le laitier peut etre évacué, soit par un extracteur automatique mais il subsiste également en permanence une couche de laitier dans l'avant creuset, soit par un trou d'évacuation ménagé à une hauteur convenable qui est maintenu ouvert ou percé périodiquement, mais il est difficile de supprimer totalement le laitier malgré son évacuation périodique. Dans tous les cas, ce laitier acide est gênant pour procéder à des traitements métallurgiques de la fonte avant piquée comme des additions d'éléments d'alliages spéciaux, une désulfuration, une nodulisation au moyen d'alliages au magnésium, etc... Aussi, le plus souvent, la fonte est-elle évacuée sans traitement, puis traitée à l'extérieur en poche avec les inconvénients qui en résultent, notamment, chute de température, réduction de rendement, pollution de l'atmosphère par les gaz produits au cours du traitement qui nécessite des installations de dépollution. La présente invention a pour but de remédier à ces incon vênients en proposant la mise en oeuvre de moyens qui permettent de retenir le laitier dans le creuset du cubilot d'où il est évacué et de ne recueillir dans l'avant creuset que de la fonte exempte de laitier et pouvant par conséquept être traitée très facilement dans cet avant creuset. Conformément à l'invention, le cubilot comprend un avant creuset qui communique en permanence, pour son remplissage, avec le creuset et présente, à sa base, un trou de coulée de la fonte, cet avant creuset étant obturable avec étanchétté, muni d'un dispositif injecteur de produits et relié à ce creuset par au moins un conduit à gaz débouchant au-dessus du niveau supérieur maximal du laitier ; le creuset comporte, pour l'évacuation périodique et automatique du laitier, un siphon qui débouche dans ledit creuset par une ouverture s'étendant entre la sole et un seuil situé à un niveau supérieur et, à l'extérieur, par un déversoir situé à un niveau encore plus élevé ; l'avant creuset communique avec le creuset, pour son alimentation en fonte, par un siphon qui, selon une troisième technique connue en soi, débouche, dans ledit creuset, par une ouverture s'étendant entre le sole et un seuil situé à un niveau inférieur à celui du seuil de l'ouverture du siphon à laitier et, dans ledit avant creuset, par un déversoir situé à un niveau inférieur à celui du déversoir du siphon à laitier ; ainsi, le laitier ne peut pas parvenir dans l'avant creuset et en fonctionnement établi, la couche de fonte est stabilisée à des niveaux constants dans le creuset, le siphon à laitier et le siphon à fonte, de même que la couche de laitier est stabilisée à des niveaux constants dans le creuset et le siphon à laitier. Suivant une caractéristique particulièrement avantageuse, l'avant creuset comporte une fenêtre de décrassage coopérant avec un moyen de fermeture, cette fenêtre établissant une communication provisoire entre la cavité interne de cet avant creuset et ltexté- rieur, en débouchant sensiblement au niveau maximal de la fonte ce moyen de fermeture peut comporter un caisson monté pivotant et verrouillable sur la paroi de l'avant creuset pour coiffer ladite fenêtre, une brique réfractaire étant appliquée contre cette fenêtre et de la terre réfractaire étant tassée dans le caisson autour de la brique et contre la paroi de l'avant creuset. Divers autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est reprbsentée, à titre d'exemple non limitatif, sur le dessin annexé. Sur ce dessin - la Fig. 1 est une élévation-coupe prise dans le plan vertical défini par les axes du cubilot et de son avant creuset perfectionnés suivant l'invention, - la Fig. 2 est une coupe transversale partielle prise suivant la ligne II-II de la Fig. 1. La paroi du cubilot, revêtue intérieurement d'un garnissage réfractaire, constitue, à sa partie inférieure, un creuset 1 dont le fond est une sole 2 ; le creuset est destiné à recueillir la fonte liquide formant une couche 3 sur laquelle surnage du laitier formant une couche 4. Dans la partie supérieure de ce creuset débouchent des orifices 5 pour le passage de tuyères d'insuflation d'air. Le creuset 1 comporte, pour l'évacuation automatique du laitier, un siphon 6 qui communique - avec la cavité interne de ce creuset par une ouverture 7 s'étendant entre la sole 2 et un seuil 8 situé à un niveau n par rapport ê un plan de référence défini ci-après et qui cotncide dans l'exemple représenté avec celui de ladite sole, - avec l'extérieur par un déversoir 9 situé à un niveau H plus élevé que le précédent. Le cubilot coopère avec un avant creuset 10 présentant une paroi latérale 11 et un fond 12, revêtus antérieurement d'un garnissage réfractaire et faisant corps avec le creuset 1. Le fond 12 est situé plus bas que la sole 2, de sorte que la cavité interne de l'avant creuset 10 est susceptible de se remplir très facilement de fonte par gravité à partir du creuset. Cet avant creuset comporte un trou de coulée 13 ménagé dans sa paroi latérale 11, débouchant au ras du fond 12 et normalement obturé pendant le remplissage par un tampon 14. I1 est fermé, sa partie supérieure, par un couvercle démontable 15 équipé d'un dispositif injecteur 16 de produits connu en soi ; ce dispositif peut être à commande manuelle, pneumatique, mécanique ou autre et permet d'introduire les produits de traitement en quantité et cadence voulues pouvant faire l'objet partiel d'un programme. Le fond 12 de l'avant creuset 10 est muni d'un dispositif d'agitation du bain de fonte 17 remplissant la cavité interne dudit creuset et pouvant atteindre une hauteur maximale M " ; ce dispositif est destiné à assurer un contact intime de la fonte avec les produits de traitement ; il peut être constitué, d'une façon connue en SOa par un bouchon poreux 18 retenant la fonte, mais susceptible d'établir une communication entre la cavité interne de l'avant creuset et une source 19 de gaz de barbotage qui peut être inerte et constitué par de l'azote. La partie commune des parois latérales précitées délimite deux conduits 20 débouchant dans l'avant creuset 10 au-dessus du bain de fonte 17 et dans le creuset 1 au-dessus du niveau maximal de la couche de laitier 4 et en dessous des orifices 5 à tuyères, c'est-à-dire à une distance "f" de la sole 2. Ces conduits 20 permettent l'évacuation vers le creuset, des gaz formés au cours du traitement dans l'avant creuset. Le creuset 1 comporte, pour le remplissage continu de l'avant creuset 10 en fonte exclusivement, un siphon 21 qui débouche - dans la cavité interne dudit creuset, par une ouverture 22 s'étendant entre la sole 2 et un seuil 23 situé à un niveau inférieur à celui "n" du seuil 8 de l'ouverture 7 du siphon à laitier 6, - et dans la cavité interne dudit avant creuset 10 par un déversoir 24 situé à un niveau "h" inférieur à celui "H" du déversoir 9 du siphon à laitier 6. Enfin, la paroi latérale 11 de l'avant creuset délimite une fenêtre de décrassage 25 accessible de l'extérieur et affleurant dans la cavité interne le niveau maximal M " de la fonte. Cette fenêtre est bordée par une plaque d'acier 26 formant bec et coopère avec un moyen de fermeture momentanée et étanche. Dans l'exemple représenté, ce moyen comporte un caisson 27 dont un coté est monté pivotant sur la paroi latérale 11 et dont le côté opposé est relié à celle-ci par un coin de verrouillage une brique réfractaire 28 est introduite par le haut dans le caisson et appliquée contre la plaque 26, puis de la terre réfractaire 29 est tassée dans ledit caisson pour maintenir en place cette brique. L'ouverture 25 est libérée très simplement en déverrouillant le caisson 27, en le faisant pivoter et en décollant la brique 28. Les cotes de niveaux H, n, h et f sont dépendantes les unes des autres et conditionnent le bon fonctionnement du dispositif. I1 est rappelé et précisé que - H doit être supérieur à h, - n est choisi selon la quantité de fonte que l'on souhaite maintenir dans le cubilot, - H et h sont calculés suivant la pression dans le cubilot pour obtenir une oeuchede laitier d'épaisseur voulue, - f doit être supérieur au niveau supérieur du laitier dans le creuset et doit se situer à une certaine distance des tuyères en constituant ainsi une garde de sécurité, - M " correspond à la quantité de fonte que l'on souhaite stocker dans l'avant creuset, - le niveau M " doit se situer au-dessous du niveau h à une distance supérieure à 100 mm. Des relations déduites des lois de l'hydrostatique permettent de calculer ces différents niveaux. Le cubilot étant en fonctionnement, il s'établit des couches de niveaux constants - de fonte . n dans le creuset de cubilot 1 . M' dans le siphon à laitier 6 h h dans le siphon à fonte 21 - de laitier L L dans le creuset du cubilot 1 L' dans le siphon à laitier 6 Le laitier est évacué en continu par le déversoir 9 et la fonte également en continu dans l'avant creuset 10 parle déversoir 24. La fonte ainsi produite, parfaitement décrassée, s'accumule dans cet avant creuset. Pendant ce remplissage ou une partie de la durée du remplissage, on introduit les produits d'addition en quantité et cadence voulues par l'injecteur de produit 16;par le bouchon poreux 18 ou autre dispositif, on introduit également le gaz de barbotage pendant la durée que l'on décide soit pendant toute la durée du remplissage, une partie de cette durée ou en fin de remplissage.pendant un temps déterminé. Le remplissage est interrompu par arrêt du cubilot lorsque le niveau M" est atteint (chronométrage ou tuyère de surveillance). L'ouverture de décrassage 25 est dégagée pour l'évacuation des scories produites lors du traitement sous effet de la pression des gaz régnant au-dessus du bain. Cette évacuation peut être améliorée par une action mécanique (raclette par exemple).. On peut alors soit piquer la fonte, soit procéder à un autre traitement après obturation de l'ouverture de décrassage. Après évacuation de la fonte ainsi traitée par le trou de piquée 1-3, le cubilot est remis en fonctionnement t le cycle recommence. Pendant le traitement, les gaz formés sont évacués vers le cubilot par les conduits 20, ce qui évite l'installation d'un dispositif de neutralisation de ces gaz nécessaire lorsque l'on traite en poche. De plus, les gaz surmontant le bain provenant du cubilot contiennent surtout de l'oxyde de carbone avec de l'azote et du gaz carbonique. Ils sont donc réducteurs et assurent une atmosphère pro tectrice donnant un bon rendement des additions par suite de l'absence d'oxydation qui se produit habituellement lors du traitement à l'extérieur en poche. Enfin, la fonte étant maintenue dans un milieu isolé thermiquement et très chaud, ne subit qu'un refroidissement très réduit par rapport à ceux constatés lors des traitements habituels à l'extérieur de l'appareil de fusion. Un autre avantage résulte de la constance de l'épaisseur de la couche de laitier dans le cubilot qui assure la régularité des réactions métallurgiques durant toute la fusion et donne ainsi une analyse de fonte plus constante par rapport à ce que produit l'avant creuset classique où la piquée du laitier fait varier d'une manière importante l'épaisseur de la couche de laitier en fonction des décrassages. Le dispositif de l'invention permet de procéder à différents traitements - additions d'éléments spéciaux pour élaborer des fontes alliées : chrome, nickel, cuivre, etc... - additions d'éléments normaux de composition de la fonte comme du carbone, du silicium, du manganèse, du phosphore pour ajuster la composition, - additions d'éléments inoculants permettant une modifications de structure de la fonte, - désulfuration de la fonte par addition de carbure de calcium, chaux ou autre produit désulfurant, - nodulisation de la fonte par addition d'alliages à base de magnésium ou de magnésium pur. A titre d'exemple, un traitement de nodulisatinn est exposé dans ce qui suit. Au cours du remplissage de l'avant creuset 10, on ajoute de 1 à 1,5 % de carbure de calcium par le dispositif 16. Le brassage à & la chute de la fonte produit à lui seul une désulfuration notable. Pendant la fin du remplissage, on fait barboter avec de l'azote durant un temps minimal déterminé par expérience pour limiter le refroidissement dû à ce barbotage. Le remplissage étant terminé au niveau M" (chronométrage), on découvre l'ouverture de décrassage 25 ; les scories s'évacuent sous l'effet de la pression des gaz au-dessus du bain. Le décrassage étant à son tour terminé, on rebouche rapidement l'ouverture de décrassage. On injecte alors la quantité voulue d'alliage de magnésium par le dispositif 16 et on fait barboter simultanément par de l'azote pendant une durée à déterminer par expérience, puis on injecte l'inoculant à base de silicium tout en continuant le barbotage. Le traitement terminé, on découvre à nouveau l'ouverture de décrassage 25 pour évacuer les scories formées et on pique la fonte par le trou 13 pour la coulée des moules. L'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation représentée et décrite en détail, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. Les perfectionnements, objet de l'invention, sont applicables à un cubilot pour le traitement direct de la fonte. REVENDICATIONS 1. - Cubilot à avant-creuset perfectionné, comprenant un avant-creuset qui communique en permamence, pour son remplissage, avec le creuset et présente, à sa base, un trou de coulée de la fonte, cet avant-creuset étant obturable avec étan chétté, muni d'un dispositif injecteur de produits et relié à ce creuset par au moins un conduit à gaz débouchant audessus du niveau supérieur maximal du laitier, caractérisé - en ce que, selon une deuxième technique connue en soi, le creuset comporte, pour l'évacuation périodique et automatique du laitier, un siphon qui débouche dans le dit creuset par une ouverture s'étendant entre la sole et un seuil situé à un niveau supérieur et, à l'extérieur, par un déversoir situé à un niveau encore plus élevé, - et en ce que l'avant creuset communique avec le creuset, pour son alimentation en fonte, par un siphon qui, selon une troisième technique connue en soi, débouche, dans ledit creuset, par une ouverture s'étendant entre la sole et un seuil situé à un niveau inférieur à celui du seuil de l'ouverture du siphon à laitier et, dans ledit avant-creuset, par un déversoir situé à un niveau inférieur à celui du déversoir du siphon à laitier de sorte que le laitier ne peut pas parvenir dans l'avant creuset et qu'en fonctionnement établi, la couche de fonte est stabilisée à des niveaux constants dans le creuset, le siphon à laitier et le siphon à fonte, de même que la couche de laitier est stabilisée à des niveaux constants dans le creuset et le siphon à laitier. 2 - Cubilot à avant creuset selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'avant creuset comporte une fenêtre de décrassage coopérant avec un moyen de fermeture, cette fenêtre établissant une communication provisoire entre la cavité interne de cet avant-creuset et l'extérieur, en débouchant sensiblement au niveau maximal de la fonte. 3. - Cubilot à avant creuset selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de fermeture de la fenêtre de décrassage comporte un caisson monté pivotant et verrouillable sur la paroi de l'avant creuset pour coiffer ladite fenêtre, une brique réfractaire étant appliquée contre cette fenêtre et de la terre réfractaire étant tassée dans le caisson autour de la brique et contre la paroi de l'avant creuset. 4. - Cubilot à avant creuset selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fond de l'avant creuset est équipé, selon une quatrième technique, connue en soi, d'un bouchon poreux pour l'insufflation d'un gaz de barbotage.