Brevet FR2463188A1 — publié le 19810220

-1 - La présente invention est relative à un procédé et à un cubilot permettant l'introduction dans la fonte de cubilot liquide de produits de traitement pulvérulents, gazeux ou liquides. La fonte de cubilot liquide demande d'habitude un traitement métallurgique, par exemple une désulfuration, une désoxydation et l'addition d'éléments d'alliage. Les désulfurants comme le carbure de calcium et la poudre de chaux ou les éléments d'alliage comme le car- bone, le silicium, le manganèse et le chrome sont d'habi- tude ajoutés à la fonte liquide dans un chenal d'écoule- ment de la fonte, dans un avant-creuset ou encore dans une poche de coulée ou de transport. Il est également connu d'introduire des désulfurants et des éléments d'alliage comme constituants de la charge du cubilot. Il est également connu, pour l'élaboration de la fonte à graphite sphéroidal, d'introduire le magnésium nécessaire à la sphéroïdisation du carbone en utilisant un gaz comme véhicule et un injecteur ou en utilisant une cloche plongeuse dans un bain de poche. Par ailleurs, il arrive fréquemment que la fonte soit soumise, avant la coulée en moules, à une inoculation ayant pour but d'améliorer les conditions de formation de la fonte grise et de la fonte blanche en empêchant la for- mation de lédeburite dans la zone des bords de pièces moulées. On utilise généralement comme inoculant du ferro- silicium en poudre associé à des additions comme le cal- cium et l'aluminium. L'inoculation s'effectue généralement en poche par introduction de l'inoculant dans la poche pendant la coulée dans le jet liquide ou encore par immer- sion et soufflage en utilisant une lance. On connatt enfin d'autres procédés dans lesquels un bain de fonte est affiné en poche au moyen d'une lance de soufflage de manière à obtenir des teneurs déterminées en carbone, en silicium, en manganèse ou en phosphore. -2- Tous ces procédés d'introduction de produits de traitement présentent cependant l'inconvénient commun que les produits de traitement s'y trouvent, lors de leur in- troduction, plus ou moins fortement en contact avec l'oxy- gène de l'atmosphère si l'introduction ne s'effectue pas sous vide ou en atmosphère protectrice. Comme ces produits de traitement présentent en général, à la température de la fonte liquide, une très grande affinité pour l'oxygène, cette introduction s'accompagne de leur scorification éga- lement dans une grande proportion. Il en résulte non seule- ment l'inconvénient d'écarts de la composition de la fonte par rapport à l'analyse recherchée, mais encore d'impor- tantes pertes par scorification des produits de traitement, dont le prix de revient est généralement très élevé. Par ailleurs, il arrive souvent que l'emploi du vide ou d'une atmosphère protectrice ne se justifie pas en raison du prix de revient élevé des installations nécessaires. le but de l'invention est donc d'éviter les incon- vénients indiqués ci-dessus et notamment de mettre au point un procédé qui permette d'introduire les produits de trai- tement avec de faibles pertes au feu et de préférence dans des conditions réductrices dans un bain de fonte ou d'af- finer le bain de fonte dans des conditions particulière- ment avantageuses. le principe de la solution est que l'in- troduction des produits de traitement dans le cubilot doit s'effectuer dans une zone o règnent des conditions spécia- lement réductrices associées à un excellent brassage. Ce but est atteint du fait que, suivant l'invention, dans un procédé du type initialement défini, les produits de traitement sont introduits dans le bain de fonte se trouvant à l'intérieur du cubilot. Comme, dans le cubilot, la zone de fusion s'étend de part et d'autre du plan des tuyères et que les gouttelettes de fonte formées dans la zone de fusion se rassemblent au pied de la colonne de coke, c'est-à-dire au fond du cubilot, avant de sortir du creuset -3- par le chenal de coulée, les produits de traitement sont, dans le procédé suivant l'invention,introduits de préfé- rence dans un puisard à fonte ménagé dans le creuset ou dans le bain de fonte qui s'écoule dans le chenal de cou- lée. L'opération peut s'effectuer pneumatiquement, par exemple à l'aide d'une lance, ou mécaniquement. L'intro- duction des produits de traitement gazeux peut s'effec- tuer par exemple dans le puisard à fonte ou dans le che- nal de coulée à l'aide d'un tampon poreux monté à l'ex- trémité d'une lance tandis que l'introduction des produits de traitement solides ou pulvérulents dans la fonte liqui- de s'effectue de préférence en utilisant un gaz comme véhicule. L'introduction des produits de traitement pulvéru- lents dans la fonte liquide peut s'effectuer également en utilisant une flamme de br leur réductrice. Dans tous ces cas, il n'y a pratiquement aucun con- tact entre les produits de traitement et l'oxygène, de sorte que les pertes au feu sont minimes. De plus, la fonte liquide sort du cubilot avec le laitier, de sorte que fonte et laitier peuvent réagir dans un avant-creuset ou dans une poche de coulée.Dans ces conditions, une sé- paration nette du métal et du laitier. est assurée sans qu'il soit nécessaire de prolonger l'opération, ce qui entraânerait une perte de température due à l'inévitable rayonnement calorifique. Oontrairement à ce qui se passe pour les procédés connus, dans lesquels les produits de traitement ne sont ajoutés à la fonte liquide qu'après sa sortie du cubilot, c'est-à-dire au plus tôt dans un avant-creuset ou dans une poche de coulée, les réactions qui se produisent entre produits de traitement et fonte dans le procédé suivant l'invention sont déjà très avancées lorsque la fonte et le laitier sortent du cubilot. De ce fait, la scorification s'arrête très peu de temps après la sortie _ 4- du cubilot et la fonte est tout aussi rapidement dégagée du laitier* Un autre avantage essentiel du procédé-suivant l'in- vention consiste en ce que l'intensité de la turbulence lors de la coulée assure un excellent mélange du métal et du laitier. Il en résulte que les concen trations s'éq7ili- brent rapidement et que les réactions du laitier présen- tent une grande extension. L'application du procédé sui- vant l'invention peut dès lors s'effectuer dans des con- ditions telles que la fonte puisse être coulée en moules dès sa sortie du cubilot ou, en tout cas, très peu de temps après. C'est un avantage particulièrement important dans le cas des bains traités par des produits sensibles à l'action de l'oxygène, d'autant plus que le laitier qui accompagne la fonte recouvre le bain de fonte et, de ce fait, l'isole de l'atmosphère sans que cette couche de laitier qui flotte sur la fonte risque d'avoir une influ- ence néfaste sur les produits de traitement comme cela se produit dans le cas des procédés employés jusqu'à présent pour l'introduction des produits de traitement. C'est ainsi par exemple que pour l'élaboration d'une fonte à. graphite sphéroldal l'application du procédé suivant l'in vention pour l'introduction de magnésium ou de cérium ne provoque aucune réversion des nodules due à une oxydation du magnésium ou du cérium. De plus, les pertes de température subies par le bain sont très faibles, car après sa sortie du cubilot il reste calme en principe alors que dans les procédés de traitement connus il est ou doit 8tre soumis à une agi- tation plus ou moins intense. De plus, l'intervalle sépa- rant la coulée en poche de la coulée en moules se trouve réduit. L'application du procédé suivant l'invention-impli- que l'utilisation d'un cubilot muni, de préférence, d'au moins un avant-creuset et d'une lance traversant la ma- -5 - çonnerie du creuset et permettant l'introduction des pro- duits de traitement. Il est préférable que la lance dé- bouche au niveau d'une cavité ménagée dans le fond du creuset ou de la fonte qui se rassemble dans cette cavité. Cependant, la lance peut également déboucher à l'inté- rieur du chenal de coulée, de préférence du c8té de l'en- trée. Pour surmonter la pression régnant à l'intérieur du cubilot tout en évitant de trop grandes dépenses dténer- gie, on peut relier la lance, par l'intermédiaire d'un dispositif de soufflage, à la circulaire de vent chaud. Il suffit alors que ce dispositif de soufflage élève lé- gèrement la pression du gaz utilisé comme véhicule et arrivant déjà sous pression. Il y a lieu cependant de n'envisager cette variante que lorsqu'il n'y a aucun ris- que que le vent chaud oxyde trop les produits de traite- ment ou lorsque le bain de fonte doit être affiné. Il faut enfin que la cavité ménagée dans le fond du cubilot comporte un trou de coulée particulier permet- tant de vider complètement le creuset. L'invention est décrite ci-dessous d'une manière plus détaillée au moyen d'exemples de réalisation repré- sentés par le dessin. La figure 1 est une coupe verticale du creuset d'un cubilot comportant une lance qui traverse la maçonnerie au niveau d'une cavité ménagée dans le fond du cubilot. La figure 2 est une coupe horizontale suivant la ligne II - II de la figure 1. La figure 3 est, comme la figure 1, une coupe ver- ticale du creuset d'un cubilot comportant une lance dé- bouchant dans le chenal de coulée. La figure 4 est une coupe horizontale suivant la ligne II - II du creuset de cubilot représenté par la figure 1. Le creuset 1 du cubilot suivant l'invention compor- te, comme d'habitude, plusieurs tuyères 2 disposées à sa _6- périphérie à une certaine distance de la sole oblique 3 du cubilot. Prolongeant directement la sole 3 du cubilot, deux chenaux de coulée 4, qui font entre eux un certain angle, aboutissent chacun à un avant-creuset 5. Les avant- creusets 5 sont d'ailleurs identiques. Le chenal de coulée 4 débouche dans la partie supé- rieure de l'avant-creuset 5 et se trouve prolongé, dans un même alignement, par un canal de contr8le 6 qui lui est diamétralement opposé et comporte un regard 7 permettant d'observer l'intérieur de l'avant-creuset et du cubilot. Pour les réparations et l'entretien, l'avant-creuset com- porte un couvercle 8 amovible et étanche aux gaz appliqué sur le bord supérieur oblique de l'avant-creuset. La cavité intérieure de l'avant-creuset comprend une partie supérieure 10, de plus grand diamètre, pour le laitier, une partie inférieure 11, de plus petit diamètre, pour la fonte, et une partie intermédiaire tronconique 12 reliant les deux parties précédentes. Dans la partie 1i destinée à la fonte, un siphon à fonte 13 part immédiate- ment au-dessus du fond de l'avant-creuset. Orientés sui- vant un certain angle par rapport au siphon à fonte 13, deux siphons à laitier 14 partent de la partie Il destinée à la fonte, parallèlement l'un à l'autre et à la même hau- teur. Pour permettre l'introduction des produits de trai- tement par le procédé suivant l'invention, le fond 3 du cubilot comporte une cavité 15 dans laquelle débouche une lance 17 traversant la maçonnerie 16 du creuset. Par ail- leurs, la cavité 15 comporte, en son point le plus bas, un chenal de coulée 18 constamment fermé pendant la marche du cubilot, mais permettant un vidage complet du creuset du cubilot. Le creuset représenté par les figures 3 et 5 ne dif- fère du creuset représenté par les figures 1 à 2 que par- ce que la sole du cubilot est du type traditionnel et que - 7- la lance 17 amenant les produits de traitement débouche dans le chenal de coulée 4 du côté de l'entrée. De plus, la lance est reliée, par un branchement 19, à la eircu- laire de vent chaud 20 et comporte un regard 21 permet- tant d'observer le chenal de coulée 4. Un dispositif de ffnq 2?P emv!ie. 'i r rven e l.a epr.o".. aire de vent chaud 20 Jusqu'à une pression supérieure à celle qui règne à l'intérieur du cubilot. De plus, les avant- creusets ou leurs siphons à laitier 14 comportent une installation de refroidissement par eau 23 qui améliore nettement la durée de service. Dans le cubilot suivant l'invention, les produits de traitement sont introduits, par la lance 17, soit - dans la eavité 15, soit dans le chenal de coulée 4, directement dans la fonte liquide mélangée au laitier, sans que ces produits se trouvent en contact avec l'oxy- gène. Le rendement d'utilisation des produits de traite- ment ou des éléments d'alliage sensibles à l'action de l'oxygènes est donc très élevé. De plus, en raison de la brièveté de son temps de maintien dans les avant-ereusets, la fonte sortant des siphons 13 a déjà une composition correspondant à son analyse définitive, même en cas d'inoculation, de sorte qu'elle est immédiatement utili- sable pour la coulée en moules, sans traitement en poche et sans pertes de température. REVENDIOATIONS 1. Procédé d'introduction de produits de traitement dans de la fonte de cubilot liquide, caractérisé en ce que les produits de traitement sont introduits dans le bain de fonte se trouvant d l'intérieur du cubilot. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les produits de traitement sont introduits dans un puisard à fonte ménagé dans le creuset. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les produits de traitement sont introduits dans le chenal pendant la coulée. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les produits de traitement sont introduits pneumaatiquement ou mécaniquement. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'introduction des produite de traitement gazeux s'effectue au moyen d'un tampon poreux. 6. Procédé selon l'une quelconque-des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'introduction des produits de traitement s'effectue en utilisant un gaz comme vé- hicule. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'introduction des produits de traitement s'effec- tue en utilisant une flamme de brûleur réductrice. 8. Cubilot permettant l'application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte une lance 17 traversant la maçonme- rie 16 du creuset. 9. Cubilot selon la revendication 8, caractérisé en ce que la lance 17 aboutit au niveau d'une cavité 15 ménagée dans le fond 3 du creuset. 10. Oubilot selon la revendication 9, caractérisé en ce que la cavité 15 comporte un trou de coulée particu- lier 17. 11. Cubilot selon l'une quelconque des revendications - 9- 8 à 10, caractérisé en ce que la lance 17 aboutit dans le chenal de coulée 4. 12. Oubilot selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que la lance 17 est reliée par un dispositif de soufflage 22 et un branchement 19 à la circulaire de vent chaud 20. 13. Cubilot selon l'une quelconque des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que la lance 17 est muni d'un regard 21. 14. Cubilot selon l'une queleonque des revendications 8 à 13, caractérisé en ce que, dans sa partie supérieure , l'avantcreuset a une section plus grande qua dans sa partie inférieure 11. 15. Oubilot selon l'une quelconque des revendications 8 à 14, caractérisé en ee que le fond 5 du cubilot, le chenal de coulée 4 et un trou cylindrique du regard 6 sont alignés dans le prolongement les uns des autreso 16. Oubilot selon l'une quelconque des revendica- tions 8 à 15, caractérisé en ce que les siphons à laitier 14 comportent à leur partie supérieure un refroidisse- ment par eau 23.