Brevet FR2512464A1 — publié le 19830311

Procédé de fabrication de fonte à graphite sphéroidal. La présente invention concerne un procédé de fabrication de fonte à graphite sphéroidal (désignée ci-après "fer graphitique sphéroidal"). Des procédés sont connus dans la technique pour la fabrication de fer graphitique sphéroldal; ils consistent en un stade de prétraitement initial de la fonte (désignée ci-après "fer fondu") et sont réalisés avant le stade de nodularisation. Ce stade de prétraitement se compose d'une désulfuration et d'une désoxydation du fer dondu par traitement avec différents composés pour l'élimination du soufre et de l'oxygène de celuici. On sait que le magnésium qui est l'agent nodularisant gé néralement employé durant le stade de nodularisation, provoque aussi une désulfuration du fer fondu. Toutefois, en raison des coûts associés au magnésium et à la haute teneur en magnésium résultante, le fer fondu est soumis tout d'abord à un stade de prétraitement pour l'élimination du soufre. L'invention n'est relative qu'au stade de nodularisation et tout prétraitement.connu peut etre utilisé pour provoquer la désoxydation et/ou la désulfuration du fer fondu. Divers procédés sont aussi connus similairement dans la technique et se rapportent uniquement au stade de nodularisation pour lequel du magnésium ou un alliage de cet élément est normalement employé comme agent nodularisant. Ainsi,il est connu d'introduire du fer fondu à une température d'environ 1450 à 1480' C dans une poche contenant aussi un agent nodularisant ou sphéroidisant, se composant de magnésium ou d'un alliage de celui-ci.Comme le point de fusion du magnésium atteint 630 C, que la température d'ébullitin est de 1105 C et que le fer fondu est introduit à une température de 1450 à 1480- C, le magnésium est immédiatement transformé en phase vapeur, Ce passage immédiat du magnésium de la phase solide à la phase vapeur entraîne la formation de projections non désirables. Un autre désavantage est que la densité du magnésium est substantiellement plUs'basse que celle du fer.Ainsi, lorsque le fer fondu prétraité est introduit dans la poche, comme le magnésium a une densité plus basse que celle du fer, il flotte à la surface du bain de fer fondu sans influencer l'action de sphérotdisation exercée sur le graphite présent dans -le fer fondu à cause de sa combustion dans l'air. Afin d'éviter ces inconvénients, on a mis au point techniquement différents procédés de nodularisation de fer fondu. L'un de ceux-ci consiste à utiliser une poche d'une construction spéciale dotée d'un récipient à sa base pour la réception de l'agent nodularisant. L'agent nodularisant est ensuite recouvert de copeaux d'acier. Le but du dépôt de cette couche ou couverture de copeaux d'acier est d'éviter la réaction immédiate de l'agent nodularisant avec le fer fondu. Toutefois,il apparait que des températures plus élevées de fer fondu doivent être employées, bien que la réaction soit retardée, pour provoquer la fusion des copeaux d'acier. En outre, ce procédé conduit à une perte substantielle de chaleur nécessaire à la fusion des copeaux d'acier. En dehors des désavantages décrits ci-dessus, d'autres inconvénients sont aussi associés à ce procédé connu. L'un de ces inconvénients consiste en ce que la poche comprend un récipient à sa base et ainsi une construction distincte et particulière de la poche est nécessaire pour la mise en oeuvre de ce procé dé. Un autre inconvénient encore est que les copeaux d'acier constituant la couverture de l'agent nodularisant ne sont pas toujours d'une dimension uniforme et, par conséquent, ces copeaux d'acier ne fondent pas. Afin de garantir que les co peaux d'acier puissent fondre, il peuvent avoir une petite dimension.Toutefois, un risque peut se manifester, en ce sens que les copeaux peuvent fondre plus rapidement que ceci est désirée apparalt donc qu'une propriété requise est que l'agent nodularisant doit réagir avec le fer fondu pendant une durée maximale possible avec la moindre perte de température. Cette caractéristique désirée ne peut pas être obtenue en réduisant les copeaux à une minceur substantielle. Simultanément, les copeaux ne peuvent pas avoir une épaisseur importante car, dans ce cas, la réaction serait retardée et en outre les copeaux ne pourraient pas entrer en solution. Un autre inconvénient encore est la façon de former la couverture de copeaux d'acier. Cette ouverture est établie lorsque la poche est à l'état porté au rouge. Un désavantage en résultant est que les copeaux d'acier ne peuvent pas couvrir complètement l'agent sphérordisant. En pratique, on a constaté que 5 à 6 % des chaudes sont refusées. Par conséquent, un premier but de l'invention est de proposer un nouveau procédé de fabrication de fer graphitique nodulaire ou sphéroldal. Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication de fer graphitique nodulaire ou sphéroldal, lequel permet d'éliminer les inconvénients associés aux procédés de la technique antérieure. Un autre but encore de l'invention est de proposer un procédé de fabrication de fonte graphitique nodulaire ou sphéroldale, lequel n'exige pas une modification de la construction normale d'une poche. Un autre but encore de l'invention est de proposer un procédé de fabrication de fer graphitique nodulaire ou sphéroïdal dans lequel le refus ou les pertes de chaleur sont réduites au minimum. Conformément à l'invention, on a prévu un procédé de fabrica tion de fer graphitique nodulaire ou sphéroldal qui consiste à former un lit d'agent nodularisant connu à l'intérieur d'une poche, à former une croûte ou couche de protection sur le lit, au moins un orifice étant prévu dans cette couche, à introduire du fer fondu prétraité dans la poche jusqu'à un niveau permettant au fer fondu de s'écouler dans le lit afin de faire passer l'agent nodularisant de la phase solide à la phase liquide, puis à la phase gazeuse, les vapeurs pénétrant par l'ori- fice dans le bain de fer fondu pour y provoquer une nodularisation. D'autres objectif s et avantages de l'invention se dégagent nettement de la description ci-après établie en liaison avec les dessins ci-annexés, dans lesquels La figure 1 est une poche conforme à un exemple de réalisation de l'invention ; et La figure 2 est une poche conforme à un autre exemple de réalisation. En se référant aux dessins, la poche 1 de la présente invention comprend des parois latérales 2 et une base plane normale 3, cette base et ces parois latérales se composant d'une matière réfractaire quelconque connue. Cette construction d'une poche est connue dans la technique. Par conséquent, l'un des aspects de l'invention consiste à employer une poche normalement connue dans la technique, mais qui offre simultanément des avantages distincts par rapport au procédé connu dit en sandwich, décrit ci-dessus et imposant une construction spéciale de poche. Ainsi, la poche 1 utilisée pour le procédé de la présente invention n'exige pas l'incorporation d'un récipient, comme l'impose le procédé dit en sandwich. Dès lors, les inconvénients associés aux coûts d'une construction spé ciale de la poche ou au déchirement et à l'usure rapide ou au blocage du récipient ne se manifestent pas dans le procédé de la présente invention. Conformément à-l'invention, un lit 4 est formé dans la poche 1, ce lit se composant d'un agent sphérotdisant connu tel que du magnésium, un alliage de magnésium ou une substance capable de produire du magnésium. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, le lit 4 est incliné par rapport à la base 3 de la poche. Ainsi, en se référant à la figure 1, le lit 4 s'étend dans le sens ascendant à partir de la base 3 et est incliné le long d'une partie de la paroi latérale 2. En outre, l'agent sphérotdisant ne s'étend que le long d'une partie 3a de la largeur de la base, si bien que le reste 3b de la base est occupé par le fer fondu prétraité. En pratique, la poche est inclinée et l'agent sphéroldisant est introduit dans celle-ci de telle sorte qu'il s'étende sur la partie 2a de la paroi latérale 2.Ensuite, une croûte ou couche 5 d'un réfractaire chimiquement lié et polymérisé est formée sur le lit nodularisant ou sphérotdisant. Toutefois, la croûte ou la couche 5 ne se compose pas d'une croûte ou couche préformée. Cette croûte est obtenue de la manière décrite ci-après dans le présent mémoire. La couche 5 est établie de façon à laisser subsister un orifice 6 à son extrémité supérieure. Lors de l'introduction du métal fondu dans la poche, il apparait qu'une réaction n'est pas amorcée immédiatement car la croûte ou la couche 5 empêche un contact de l'agent nodularisant avec le fer. fondu. Ce retardement de la réaction est une caractéristique désirée. Toutefois, lors de l'introduction du métal fondu, celui-ci atteint le niveau de l'orifice 6, ce qui permet ainsi au fer fondu de passer par ce dernier. il est bien évident qu'à mesure qu'un écoulement initial ne se produit que par l'orifice 6, la totalité du lit 4 se composant de l'agent nodularisant ne réagit pas immédiatement avec le fer fondu.Ainsi, une évaporation contrôlée a lieu et à mesure que la chaleur est graduellement transférée au lit, une plus grande quantité d'agent nodularisant est transformée en phase liquide, puis en phase vapeur. I1 en résulte que le magnésium ou l'agent nodularisant ne s'évapore pas immédiatement et que seule la chaleur est transmise graduellement à l'agent~sphéroi- disant. Ainsi, on réalise une absorption maximale de l'agent nodularisant par le métal fondu. Un autre avantage encore est que le métal fondu peut être amené à une température plus basse, c e qui constitue un avantage distinct par rapport à la technique antérieure. Pareillement, un autre avantage est que la pression de la réaction est plus basse et que la récupération de magnésium est donc plus grande, de même que la perte de vapeurs est réduite. On s'est référé ci-dessus à la durée de la réaction de l'a- gent nodularisant et au fait que cette réaction ne s'amorce pas immédiatement lors de l'introduction du fer fondu. En général, cette réaction s'amorce lorsque la poche est presque pleine. Toutefois, il est bien certain une nouvelle fois que l'amorçage de la réaction dépend de la température du fer fondu. L'un des avantages de la présente invention est de faire entrer le fer fondu à des températures plus basses et la réaction démarre, à cette température d'entrée, lorsque la poche est pleine ou sensiblement pleine. L'orifice 6 est situé entre l'extrémité supérieure de la croûte inclinée 5 et la paroi latérale 2. La dimension de l'orifice dépend de la capacité de la poche. I1-est évident néanmoins que l'orifice ne peut pas être trop petit, car il ne permettrait pas au fer fondu d'entrer dans le lit 4. P-a- reillement, si l'orifice a une trop grande dimension, la réaction est plus rapide et dès lors la récupération du magénsium est moindre. Ainsi, pour une poche d'une capacité de 500 kg, le diamètre de l'orifice peut être de 20 à 40 mm. Comme décrit ci-dessus, la croûte de protection 5 se désintègre à la fin de la réaction, flotte à la surface du fer fondu et est scorifiée. La croûte de protection est formée en répandant une matière réfractaire chimiquement liée sur le lit incliné 4, laquelle est polymérisée à la température por tée au rouge de la poche pour déterminer la croûte. Toute matière réfractaire chimiquement liée appropriée, à même d'être polymérisée à la température portée au rouge de la poche et ne contaminant pas le fer fondu, peut être utilisée. La matière réfractaire chimiquement liée peut se composer de silice, de zirconium, de chromite ou de tout sable réfractaire lié par une résine. Il est bien certain que Si l'épaisseur de la croûte 5 est im portante, celle-ci ne peut pas se désintégrer. Pareillement, si la croûte 5 est trop mince, elle peut se désintégrer rapidement et empêcher ainsi une évaporation contrôle de magnésium ou de l'alliage de magnésium. Conformément à l'invention, la crotte 5 a une épaisseur d'environ 10 à 40 mm. Comme décrit ci-dessus, la pression hydrostatique du fer fondu est aussi un facteur responsable de l'évaporation con tôlée du magnésium ou d'un alliage de celui-ci. Ainsi, la hauteur et la largeur du lit incliné exercent aussi un effet de contrôle sur la réaction. Le lit incliné 4 doit avoir une hauteur de l'ordre du huitième à la moitiè de la hauteur de la poche. De préférence, la hauteur du lit incliné 4 doit se situer entre le cinquième et le huitième de la hauteur de la paroi latérale 2. La poche de la figure 2 a une construction semblable à celle de la figure 1 et le procédé se déroule de la manière décrite plus haut. Toutefois, le lit 4 se trouve au-dessus de la base à toute hauteur appropriée dépendant de la capacité de la poche 1. En outre, le lit 4 est horizontal ou en substance horizontal. Dès lors, toute référence au lit considéré dans le présent mémoire signifie que ce lit est en substance horizontal. Dans ce cas, l'agent nodularisant est introduit par le haut de la poche, sans qu'il soit nécessaire de l'incliner comme à la figure 1. La figure 2 ne montre qu'un seul orifice formé dans la croûte ou couche. Plusieurs orifices peuvent cependant être prévus et disposés à l'état distant les uns des autres. De plus, une barrière est présente à l'orifice 6 et empêche une entrée immédiate du fer fondu dans le lit 4 lorsqu'il est introduit dans la poche 1. Par suite de la pression et de la température du fer fondu, la barrière fond et permet un écoulement du fer fondu dans le lit 4. A titre d'exemple, la barrière peut se composer de copeaux d'acier 7. La hauteur du lit de la figure 2 peut se situer entre le dixième et le huitième de celle de la poche 1. Revendications 1. Procédé de fabrication de fer graphitique nodulaire ou sphérotdal, caractérisé en ce qu'il consiste à former un lit (4) d'agent nodularisant connu à l'intérieur d'une poche (1), à former une croûte ou couche de protection (5)-sur le lit, au moins un orifice (6) étant prévu dans cette couche, à introduire du fer fondu prétraité dans la poche jusqu'à un niveau permettant au fer fondu de s'écouler dans le lit afin de faire passer l'agent nodularisant de la phase solide à la phase liquide, puis à la phase gazeuse, les vapeurs pénétrant par l'orifice (6) dans le bain de fer fondu pour provoquer la nodularisation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lit (4) est incliné. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le lit est incliné et est formé le -long d'une partie (3a] de la base (3) et d'une partie (2a) de la paroi latérale (2) de la poche. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le lit présente un seul orifice (6) formé à l'extrémité supérieure du lit incliné. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à former un lit (4) horizontal ou sensiblement horizontal dans la base (3) de la poche, à former une croûte ou couche (5) comportant au moins un orifice (6) et à prévoir une barrière (7) devant cet orifice. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la barrière (7) se compose, par exemple, de copeaux d'acier et permet l'écoulement du fer fondu dans le lit uniquement après sa fusion. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de protection (5) se compose d'une matière réfrac taire liée chimiquement, laquelle polymér-ise à la température portée au rouge de la poche. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la matière réfractaire se compose de silice, de zirconium, de chromite ou de sable réfractaire quelconque lié par une résine. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de protection (5) a' une épaisseur de 10 à 40 mm. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de protection se désintègre à la fin de la réaction, flotte à la surface du fer fondu et est scorifiée. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la hauteur du lit incliné est de l'or dre du huitième à la moitié de celle de la paroi latérale. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le lit a une hauteur se situant entre le dixième et le huitième de celle de la poche.