Brevet FR2638763A1 — publié le 19900511

PROCEDE DE TRAITEMENT D'UN BAIN DE FUSION DE FONTE A L'AIDE DE MAGNESIUM PUR La présente invention concerne un procédé de traitement d'un bain de fusion de fonte à l'aide de magnésium pur, pro- cédé dans lequel on inonde ou submerge sans turbulence un mélange de granules de Mg et de granules de matériau réfrac- taire par le bain de fusion de fonte précité. On connaît des procédés dans lesquels on mélange du Mg en granules à différents ingrédients pour les inonder (ou submerger) ensuite, par exemple selon la méthode dite de "prise en sandwich", par un bain de fusion de fonte. C'est ainsi que, par exemple, il est connu de mélanger des granules de Mg à des. copeaux d'acier ou à des abrasifs projetés sous pression. La réaction entre le magnésium et le bain de fusion est ralentie par le fait que le bain de fusion doit faire fondre les particules ou fragments d'acier avant qu'une quantité régulière de magnésium soit disponible pour la réaction avec le bain de fusion. Un inconvénient se manifeste alors du fait que, pendant ce temps, le bain de fusion se refroidit. Pour cette raison, on doit introduire le bain de fusion dans le creuset ou analogue à une température plus élevée, ce qui entratne un coût accru de la mise en fusion et un rendement moins élevé en magnésium, en raison de la tempé- rature initiale relativement élevée. Dans un autre cas, on mélange aux granules de Mg des substances dites "modifica- teurs" qui retardent la réaction entre le magnésium et le bain de fusion proprement dit, un tel modificateur pouvant être, par exemple, du carbure de calcium, du sable, du graphite ou analogue, et servant, en tous cas, à assurer une disponibilité de quantités contrôlées de magnésium pour les besoins de la réaction avec le bain de fusion. On a constaté, dans la pratique, que la réaction ne se déroule pas toujours de la manière souhaitable. En effet, elle est, ou bien trop rapide, ce qui provoque une éjection exces- sive du matériau fondu, ou bien cette réaction s'arrête après une certaine période de temps. La présente invention a pour but de créer un procédé qui permette d'éliminer les inconvénients précités, en permettant de contrôler ou régler la vitesse de réaction entre le magné- sium et le bain de fusion proprement dit. Ce but est atteint, selon l'invention, du fait que l'on ajoute le magnésium pur au bain de fusion de fonte en inondant ou submergeant sans turbulence un mélange de granules de Mg et de granules de matériau réfractaire avec de la fonte en fusion, par exemple dans un creuset dit "à sandwich", la granulométrie du magnésium en granules et celle du matériau réfractaire, ainsi que leur rapport de mélange, étant choisis de façon telle que la tension de surface de couche limite du bain de fusion, perturbée par l'évaporation partielle des granules de Mg et/ou par l"'éclatement" des granules de Mg enrobés de matériau céramique, entraîne une surnatation contrôlée, par couches dudit mélange dans le bain de fusion. Dans ces condi- tions, il convient de noter en tant que fait important et obligatoire que le granulat réfractaire devient 'fluide" à la température du bain de fusion précité. D'autres modes de réalisation et variantes avantageux seront définis, ainsi que des paramètres techniques du présent procédé, dans la description qui suit. Les particules (grains) des granules de Mg et du maté- riau réfractaire doivent présenter une dimension comprise entre 0,2 et 5 mm, et leur rapport de mélange doit être compris entre 1/1 et 1/40. Lorsqu'on inonde ou submerge un granulat réfractaire, tel que de la mullite, par un bain de fusion dans un creuset du type "sandwich", de sorte qu'il ne se produise aucune turbulence notable, on constate que les granules présentant au maximum une certaine dimension limite ne surnagent pas, même si leur poids spécifique n'est égal qu'à moins de la moitié de celui dudit bain de fusion. La raison en est la tension de surface régnant dans la couche limite du bain de fusion, cette tension empêchant les granules d'être "piégés" par le bas dans la masse de matière fondue. Lorsqu'on ajoute à un tel matériau granulé réfractaire un granulat de Mg en proportion convenable, les granules de Mg placés sur la surface entrent en contact avec le matériau fondu. Les particules de Mg s'évaporent alors partiellement, étant donné qu'il se produit un phénomène de sursaturation localisée du bain de fusion en de nombreux emplacements, malgré la proportion favorable de Mg disponible. On sait qu'un bain de fonte soumis à une température de 1 450 C et à une pression ferrostatique de 1 bar ne peut résorber qu'environ 0,16% de magnésium. Par conséquent, une partie des granules -notamment les granules de dimensions relativement importan- tes- doit s'évaporer. La présente invention profite précisément de ces conditions pour perturber la tension de surface de la couche limite du bain de fusion, et pour brasser ledit bain. De ce fait, le granulat réfractaire n'est plus poussé vers le fond du récipient, dans la zone d'activité des granules et par l'action du matériau en fusion, de sorte que le matériau réfractaire granulé précité peut surnager. D'autres parti- cules, qui étaient recouvertes au préalable, viennent alors en contact avec le bain de fusion. On obtient ainsi une surnata- tion contrôlée, par couches, du matériau réfractaire qui est encore "fluide" à la température du bain de fusion, et des particules de Mg deviennent disponibles pour réagir avec le bain de fusion. Le matériau réfractaire granulé peut être du sable à base de quartz, de zircone, de chromite ou analogue. On peut accroltre la perturbation de la tension de surface de la couche limite dans le bain de fusion en enrobant toutes les particules de Mg -ou au moins les plus grandes- d'une couche de matériau céramique. Sous l'effet de la tempé- rature élevée, les granules de Mg fondent et, lorsqu'une certaine pression est atteinte, leur enrobage "éclate". De ce fait, la tension de surface de la couche limite est perturbée dans des zones relativement larges et l'efficacité de la vaporisation du Mg dans le bain de fusion s'en trouve accrue. L'important avantage offert par la présente invention réside dans le fait que le matériau réfractaire granulé pro- voque un refroidissement sensiblement moindre du bain de fusion que celui dû aux copeaux, substances projetées et analogues. Par ailleurs, aucun métal formant corps étranger n'est introduit dans le bain de fusion et les caractéristiques chimiques de celui-ci ne sont pas altérées, comme c'est le cas, par exemple, lorsqu'on utilise un mélange à base de graphite. Toutefois, il est avantageux de recouvrir par exemple le mélange de granulat réfractaire et de granules de Mg d'une couche mince de pulvérisation ou de projection, afin de retar- der la réaction dans le creuset ou analogue, pendant le rem- plissage. Le procédé selon la présente invention peut également être appliqué aux creusets rotatifs. On remplit un compar- timent du creuset rotatif de mélange de matériau réfractaire granulé et de granules de Mg, et ce compartiment est en'suite fermé, par exemple à l'aide d'une tôle. Le creuset étant mis en rotation, on y introduit la fonte en fusion qui submerge alors la poche et forme un anneau. La tôle fond et la réaction entre les granules de Mg et le bain de fusion commence comme décrit ci-dessus. Grâce à la force centripède, on obtient un bain de fusion net. Afin de favoriser la solubilité locale du magnésium dans le bain de fusion, il est avantageux d'ajouter au mélange de Mg en granulés et de matériau réfractaire en granulés une certaine quantité de carbure de silicium. On peut également ajouter du cérium pour atténuer les effets perturbateurs éventuels d'oligo-éléments tels que Bi, Sn, Sb, etc. L'addi- tion de faibles quantités de calcium et de baryum permet d'augmenter les effets souhaitables du magnésium. Le mélange selon le présent procédé, comprenant du magnésium en granulés et du matériau réfractaire en granulé, peut également être appliqué dans tous les procédés utilisant des pré-alliages de Mg onéreux. En effet, on peut utiliser, avec un dosage convenable, le mélange ci-dessus, peu onéreux, en l'introduisant dans le compartiment ouvert d'un creuset basculant ou rotatif (ou analogue), à la place d'un pré- alliage de Mg. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles A l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé de traitement d'un bain de fusion de fonte à l'aide de magnésium pur, dans lequel on submerge ou inonde sans turbulence un mélange de granules de magnésium et de granules de matériau réfractaire au moyen du bain de fusion de fonte, caractérisé en ce qu'on choisit les dimensions des granules de magnésium, la granulométrie du matériau réfrac- taire et leur rapport de mélange de façon telle que la tension de surface de couche limite, perturbée par l'évaporation partielle et/ou l'"éclatement" du bain de fusion chargé de particules de magnésium, provoque une surnatation contrôlée, par couches, du mélange et, par conséquent, l'incorporation du magnésium audit bain de fusion. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau réfractaire en granules devient apte à la coulée (fluide) à la température dudit bain de fusion de fonte. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la dimension granulométrique des granules de Mg et des granules de matériau réfractaire est comprise entre 0,2 et mm. 4.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce que le rapport de mélange des granules de Mg aux granules de matériau réfractaire est compris entre 1/1 et 1/40. 5.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce que le rapport de mélange des granules de Mg aux granules de matériau réfractaire est compris entre 1/5 et 1/10. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on utilise comme matériau réfrac- taire en granules de la mullite. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on enrobe les granules de Mg d'un matériau céramique. 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le mélange de granules de Mg et de granules de matériau réfractaire est transformé en un corps cohérent solide à l'aide d'un liant susceptible de se décompo- ser à la température dudit bain de fusion. 9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'on ajoute audit mélange de gra- nules de Mg et de granules de matériau réfractaire une certaine quantité de carbure de silicium, de cérium, de calcium ou de baryum, séparément ou en combinaison. 10.- Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, carac- térisé en ce qu'on utilise, pour la mise en oeuvre dudit procédé, des creusets ou analogues, ainsi que des installa- tions qui se prêtent au traitement d'un bain de fusion de fonte à l'aide de pré-alliages de Mg.