Brevet FR2548215A1 — publié le 19850104

-1 PROCEDE DE FABRICATION D'ALLIAGES A BASE DE FERROSILICIUM OU DE SILICIUM CONTENANT DU STRONTIUM L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'alliages à base de ferrosilicium ou de silicium contenant du strontium et possédant une faible teneur en aluminium et en calcium, comme ceux décrits, par exemple, dans DE-PS 14 33 429 Les alliages de ce type sont surtout utilisés dans le domaine de la fonderie dans la fabrication de fonte en utilisant du graphite lamellaire, nodulaire ou vermiculaire ou dans la fabrication de pièces de coulée en aluminium contenant du silicium, les alliages étant appropriés à des problèmes particuliers d'inoculation à cause de leurs propriétés particulières. Les alliages à base de ferrosilicium contenant du strontium suppriment efficacement la tendance au refroidissement et améliorent de ce fait la structure et les propriétés 15 de la fonte Comme,dans certains cas,les éléments aluminium et calcium accroissent la formation de défauts dans la pièce de coulée, la teneur en aluminium et en calcium devrait être maintenue aussi faible que possible. On connait à partir de DE-PS 15 08 273 un procédé 20 de fabrication de ferrosilicium contenant du strontium et possédant une faible teneur en calcium dans un four à arc, ce procédé comprenant deux etapes Tout d'abord, un alliage de base contenant de 15 à 55 % de strontium et de 40 à 75 D de silicium est préparé à partir de quartzite, 25 de célestine ayant un rapport strontium à calcium d'au moins 10/1 et d'un agent réducteur contenant du carbone et l'alliage de base est ensuite ajouté à du ferrosilicium fondu en une quantité telle que l'alliage résultant a une teneur en strontium d'au moins 0,5 %. Bien que le rendement en ce qui concerne le strontium soit bon, le procédé en deux étapes est plutôt coûteux quand on 1 'utilise industriellementet la perte de chaleur durant l'opération de transfert n'est pas avantageuse d'un point de vue énergétique. Pour éviter ces inconvénients, on a tenté dans US-PS 4017 310 de fabriquer des alliages de ce type, contenant du strontium dans un procédé en une seule étape par l'introduction d'un composé de strontium, comme, par exemple,l'oxyde, le carbonate ou le sulfate, Lt de carbo15 ne dans le ferrosilicium ou le silicium fondu Afin d'obtenir cependant un rendement en strontium optimal, le composé de strontium doit être mis, avec le carbone, sous forme de pastilles ce qui entraînent toutefois des coûts supplémentaires de fonctionnement et d'investis20 sement. Le problème qui est à la base de l'invention est donc de développer un procédé de fabrication d'alliages à base de ferrosilicium ou de silicium contenant du strontium et possédant une faible teneur en aluminium et 25 en calcium qui ne présente pas les inconvénients mentionnés et qui assure de bons rendements en strontium malgré un faible coût industriel. Selon l'invention, le problème est résolu par l'introduction du composé de strontium en même temps 30 qu'un métal alcalino-terreux, un alliage contenant un métal alcalino-terreux ou du carbure de calcium comme agent réducteur dans le ferrosilicium ou le silicium fondu On a découvert d'une façon surprenante que, quand on utilise les agents réducteurs selon l'invention, le 35 rendement en strontium est bon et que, même quand on 3 utilise du carbure de calcium, la teneur en calcium dans l'alliage est relativement basse. Dans le procédé selon l'invention, le ferrosilicium,qui possède une teneur en silicium d'environ 30 à 90 %, ou le silicium est fondu dans les appareils industriels habituels comme, par exemple, dans un four à induction ou dans un four à bas foyer, Des compositions avantageuses de ferrosilicium sont Fe Si 50 et Fe Si 75 qui ont une teneur en si10 licium comprise, respectivement,entre 40 et 65 % et entre 65 et 80 % Le matériau fondu peut ensuite être soumis à un court traitement avecde l'oxygène et les scories peuvent être éliminées Le mélange de composé de strontium et d'agent réducteur est ensuite introduit dans le maté15 riau fondu et le mélange réactionnel est laissé à une température de 1300 à 15000 C pendant de 1 à 30 minutes, en particulier de 5 à 15 minutes De cette façon, des valeurs en strontium comprises entre 0,1 et 20 % peuvent apparaître dans l'alliage Les composés de strontium 'appropriés sont, en principe, tous les dérivés réductibles du strontium, mais il est avantageux d'utiliser des composés contenant de l'oxygène comme, par exemple, l'oxyde, le carbonate, l'hydroxyde ou le sulfate de strontium. Les agents réducteurs appropriés sont surtout 25 des métaux ou des alliages de métaux alcalino-terreux. A cet égard, le calcium, le magnésium, le calcium-silicium, et le ferrosilicium-magnésium se sont révélés être particulièrement avantageux. En plus de ces métaux alcalino-terreux ou de leurs 30 alliages, le carbure de calcium, tel qu'il-est disponible dans le commerce sous forme d'un produit industriel ayant une teneur en Ca C 12 comprise de 70 à 80 %, est aussi approprié à la fabrication des alliages en question, bien qu'il contienne d'autres composés contenant du cal35 cium comme, par exemple, de l'oxyde de calcium, comme -4 constituants secondaires. En ce qui concerne les rapports en poids du composé de strontium à l'agent réducteur, on peut obtenir les rendements les plus élevés en strontium en utilisant des quantités approximativement stoechiométriques des corps réagissants Si la proportion de composé de strontium est supérieure à celle-ci, les rendements diminuent naturellement à cause du manque en agent réducteur, alors que si la proportion d'agent réducteur conte10 nant du calcium est trop grande, la proportion de calcium dans l'alliage dépasse la valeur désirée. A l'aide du procédé selon l'invention, il est possible de fabriquer des alliages de ferrosilicium ou de silicium contenant du strontium en utilisant un moyen 15 relativement simple d'un point de vue industriel et sans une dépense d'énergie trop grande, et le procédé présente des avantages particuliers à cause des bons rendements en strontium et, en même temps, des basses teneurs en calcium dans les alliages. Les Exemples suivants sont destinés à expliquer en détail l'invention sans cependant être limitatifs pour celle-ci. -5 Exemple 1 kg d'un alliage de ferrosilicium (Fe Si 75) possédant la composition suivante Si 79,2 % 5 Fe 16,6 % Ai 1,84 % Ca 1,19 %/ Ti 0,05 % C non déterminé Sr KO,01 % sont fondus dans un four à induction et soumis à un traitement avec de l'oxygène pendant 15 minutes Après avoir lais-é reposer pendant cinq minutes, les scories sont éliminées, l'alliage présentant l'anal-,? suivante: 15 Si 76,5 % Fe 21,7 M Ai 0,48 % Ca 0,06 % Ti 0,07 % C 0,06 % Sr C 0,48 % Sr 2,1 I Le rendement en strontium est de 72 %. -:6 Exemple 2 kg de Fe Si 75 sont fondus comme dans l'Exemple 1 dans un four à induction Après le traitement avec de l'oxygène et l'élimination des scories, un mélange de 400 g de carbonate de strontium et de 71,5 g de fines limailles -e magnésium est introduit dans l'alliage liquide. On laisse ensuite le matériau fondu reposer pendant approximativement 15 minutes avant d'éliminer de nouveau les scories de l'alliage et on coule l'alliage Après ce trai10 tement, l'alliage présente l'analyse suivante: Si 76,5 % Fe 21,0 % Al 0,52 % Ca 0,09 % Ti 0,06 % C 0,11 % Mg 0,2 % Sr 0,7 % Le rendement en strontium est de 29,5 %. 20 Exemple 3 kg de Fe Si sont fondus comme dans l'Exemple 1 dans un four à induction et soumis à un traitement avec de l'oxygène pendant 15 minutes, les scories sont éliminées et un mélange de 400 g de carbonate de strontium et de 34 g de calcium-silicium possédant une dimension de particules inférieure à O,1 mmestensuite ajouté Après une durée de réaction de 15 minutes, les scories sont éliminées de l'alliage et l'alliage est coulé, l'alliage final présentant l'analyse suivante: 30 Si 76,9 % Fe 19,1 # Al 0,89 % Ca 0,38 9 Ti 0,06 Sr 1,0 % -7 Le rendement, basé sur le strontium, est de 42,1 %. Exemple 4 kg de Fe Si 75 sont fondus dans un four à induction comme dans l'Exemple 1, et de l'oxygène est insufflé dans le matériau fondu pendant 15 minutes Après avoir laissé reposer pendant 5 minutes, les scories sont éliminées et un mélange de 400 g de carbonate de strontium et de 1300 g de Fe Si Mg 5 à grains fins possédant la composition suivante est agité dans le matériau fondu: 10 Fe 40,5 % Si 47,1 % Ai 1,41 % Mg 5,5 % Ca 2,9 % TR 0,8 % (TR = terres rares) Après une durée de traitement de 15 minutes, les soories sont éliminées et l'alliage est coulé, l'alliage présentant l'analyse suivante: 20 Fe 25,0 % Si 73,0 % Al 0,35 % Ca 0,09 % Ti 0,06 % C 0,22 % Mg 0,2 % Sr 0,4 % Ceci correspond à un rendement en strontium de 16,8 %. Exemple 5 8 kg de métal silicium possédant la composition suivante: Si 99 % Ca 0,01 % Al 0,18 % Fe 0,5 % -8 C non déterminé Sr G 0,01 % sont fondus dans un four à induction Les scories sont ensuite éliminées et 5 kg d'un mélange de 93 % en poids 5 de carbonate de strontium et de 8 % en poids de carbure de calcium industriel sont introduits dans le matériau fondu Après une durée de réaction de 10 minutes, les scories sont de nouveau éliminées, l'analyse de l'alliage donnant les valeurs suivantes: 10 Si 85, 4 % Fe 0,9 % Al Le rendement en strontium est de 48,1 %. -9 REVENDICATIONS 1 Procédé de fabrication d'alliages à base de ferrosilicium ou de silicium contenant du strontium et possédant une faible teneur en aluminium et en calcium, caractérisé en ce qu'un composé de strontium est introduit en même temps qu'un métal alcalino-terreux, un alliage contenant un métal alcalino-terreux ou du carbure de calcium comme agent réducteur dans le ferrosilicium ou le silicium fondu. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise comme composé de strontium, le sulfate, 10 le carbonate, l'oxyde ou l'hydroxyde de strontium. 3 Procédé selon les revendications et 2, caractérisé en ce qu'on utilise comme agent réducteur du calcium, du magnésium, du calcium-silicium ou du ferrosiliciummagnésium. 4 Procédé selon les revendications I à 3, caractérisé en ce qu'on utilise des quantités stoechiométriques d'agent réducteur basé sur le composé de strontium.