Brevet FR2680180A1 — publié le 19930212

La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif d'introduction sous la forme d'un fil fusible, d'un additif de traitement dans un matériau liquide ou en fusion. On connait depuis longtemps, dans le domaine de la fonderie, un procédé d'introduction d'additif dans un matériau en fusion tel qu'une fonte, et consistant à provoquer un écoulement de fonte depuis un récipient de coulée vers un puits de descente d'un moule, puis à introduire dans le récipient, à proximité de l'écoulement, un fil fusible contenant un pourcentage donné de l'additif choisi - le plus souvent du magnésium - pour obtenir, par fusion du fil, un mélange de fonte et d'additif dans le puits de descente. Cependant, on a remarqué que le procédé connu a un rendement relativement faible et qu'il est difficile d'obtenir un taux approprié de magnésium résiduel dans la fonte traitée, à cause notamment des vapeurs de magnésium qui se dégagent violemment de la fonte lors de l'introduction de l'additif. En outre, ce procédé ne permet pas de traiter la fonte au fur et à mesure de sa coulée, et expose le matériau à traiter ainsi que les appareils de moulage aux impuretés et à l'encrassement. Aussi, la présente invention a pour but de proposer un procédé et un dispositif d'introduction qui pallient de façon économique les inconvénients expliqués plus haut de l'art antérieur. A cet effet, l'invention a tout d'abord pour objet un procédé d'introduction d'un additif dans un matériau liquide ou en fusion, tel que par exemple d'introduction de magnésium dans une fonte pour la réalisation de pièces de fonderie, et consistant à (a) - provoquer un écoulement de matériau en fusion entre un récipient de coulée et un puits de descente d'un moule ; et (b) - introduire dans le matériau, à proximité de l'écoulement, un fil fusible contenant ledit additif, pour obtenir par fusion du fil un mélange d'additif et de matériau en fusion dans le puits de descente, caractérisé en ce que le fil est introduit directement dans l'écoulement de matériau en fusion, sensiblement en dessous du niveau de matériau contenu dans le récipient de coulée. Ainsi, l'introduction de l'additif s'effectue dans une ambiance protégée et sous l'influence au moins de la pression métallostatique dans l'écoulement, afin d'éviter tout dégagement violent de vapeurs, ainsi que toute contamination du matériau par des impuretés. Dans le cas d'une coulée de fonte selon la technique dite "de contact" entre le moule et le récipient, par exemple à l'aide d'une poche ou d'un bassin de coulée équipé d'une busette à sa partie inférieure, le procédé est caractérisé en ce qu'un injecteur est interposé entre la busette et le moule, le fil étant introduit dans un écoulement sous pression à l'intérieur de cet injecteur. Suivant un autre mode de réalisation, le procédé est caractérisé en ce que le fil est introduit dans l'écoulement par l'intermédiaire d'une quenouille d'obturation de la busette de coulée, sensiblement en regard de cette dernière. Selon une caractéristique de l'invention, l'additif a la forme d'un fil dit "fourré" qui comporte une gaine d'enrobage. Selon une autre caractéristique, l'épaisseur de la gaine du fil fourré est approximativement de 0,25 mm. Selon encore une autre caractéristique, le diamètre du fil est compris entre 5 et 9 mm. De plus, s'il s'agit de magnésium, le pourcentage d'additif contenu dans le fil est au plus égal à 50% en poids. L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé tel que celui décrit plus haut, caractérisé en ce qu'il comprend un corps en matériau réfractaire dans lequel est formé un passage débouchant d'une part dans l'écoulement de matériau en fusion, sensiblement en dessous du niveau de matériau contenu dans un récipient de coulée, et d'autre part à l'extérieur du corps pour permettre le chargement du fil à distance dudit récipient. Suivant un mode de réalisation de l'invention dans lequel le récipient de coulée comporte à sa partie inférieure une busette en regard d'un puits de descente du moule, avec une quenouille d'obturation de la busette déplaçable axialement, ledit corps est constitué par la quenouille. Ce mode de réalisation est encore caractérisé en ce que le passage de chargement du fil débouche à l'extrémité inférieure de la quenouile, sensiblement en regard de la busette de coulée. Le dispositif se caractérise en ce que le passage est incliné dans le sens de l'écoulement, par rapport à la direction de ce dernier à la sortie de la busette. On précisera ici que l'angle entre le passage et la direction précités est sensiblement de 450C. Suivant un autre mode de réalisation, le corps est constitué par un injecteur dans lequel est formé un conduit pour l'écoulement de matière en fusion et s'étendant de la busette du récipient de coulée jusqu'au moule, le passage précité débouchant dans ce conduit d'écoulement. Selon une caractéristique du dispositif, l'injecteur comporte des moyens aptes à créer une pression à l'intérieur du conduit d'écoulement. Ces moyens sont constitués par une première partie du conduit où le matériau en fusion s'écoule de haut en bas et dans laquelle le passage débouche, ainsi que par une seconde partie communiquant avec la première et où l'écoulement s'effectue de bas en haut. Le dispositif se caractérise encore en ce que le passage fait saillie à l'extérieur du corps précité, sous la forme d'une tubulure en matériau réfractaire. Mais d'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux de la description détaillée de modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemple, qui suit et se réfère aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue en coupe partielle d'un système de fonderie à coulée "contact", équipé d'un dispositif d'introduction d'additif conforme à un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une vue similaire à la figure 1 qui représente un système de moulage et un dispositif d'introduction d'additif conforme à un autre mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 est une vue schématique représentant un troisième mode de réalisation de l'invention ainsi qu'un appareillage d'alimentation en fil fusible - la figure 4 est une vue agrandie du dispositif illustré sur la figure 1 ; et - la figure 5 est une vue agrandie et en coupe du dispositif d'introduction visible sur la figure 3. En se reportant aux figures 1, 2 et 3, on voit un système 10 pour le moulage de pièces (non représentées). Suivant les exemples illustrés, la référence 10 désigne un système de fonderie, mais l'invention peut évidement s'appliquer à d'autres techniques de moulage. Le système 10 comporte à sa partie supérieure un récipient de coulée 20. Ce récipient 20 peut être de tout type, tel que four, bassin ou poche de coulée. Un matériau liquide ou en fusion 30 est contenu dans le récipient de coulée 20. Ce matériau 30 est suivant les exemples un métal en fusion, et plus particulièrement une fonte à graphite sphéroïdal (fonte GS) portée à température de fusion, c'est-à-dire sensiblement à 14500C. Une paroi inférieure 21 constitue le fond du récipient de coulée 20. Une ouverture 22 pour l'écoulement de la fonte 30 hors du récipient 20 est formée dans le fond 21, au droit d'un moule 40. Le système de fonderie 10 permet de réaliser des pièces suivant la technique de coulée dite "de contact" entre le moule 40 et le récipient 20 contenant la fonte 30. Pour ce faire, l'ouverture 22 du récipient de coulée 20 comporte une busette 23 en saillie du fond 21 et au regard de la face supérieure ou sommet 41 du moule 40. La busette 23 est obturable à l'aide d'une quenouille 24 dont l'extrémité inférieure est immergée dans la fonte 30 et vient en regard de l'ouverture 22. La quenouille 24 est déplaçable verticalement, c'est-à-dire suivant une direction E normale au niveau A de fonte 30 dans le récipient 20, pour dégager ou obturer l'ouverture de la busette 23. Ainsi, il est possible de provoquer ou d'interrompre un écoulement de fonte 30 entre le récipient 20 et un puits de descente 43 du moule 40. Conventionnellement, le moule 40 comporte au moins une cavité de moulage 42 dont la forme correspond à celle de la pièce à réaliser, et au moins un puits de descente 43 reliant la cavité 42 au sommet 41 du moule, où ce puits 43 débouche. Sur la figure 3, on a représenté le système de fonderie 10 et un appareillage conventionnel 50 permettant l'introduction sous la forme d'un fil fusible 60, d'un additif de traitement dans le matériau en fusion 30. Cet appareillage 50 peut être utilisé soit pour le traitement complet du matériau en fusion, soit pour ajuster le taux d'additif présent dans un matériau préalablement traité. Ici, l'additif est du magnésium permettant d'améliorer la microstructure de la fonte solidifiée après refroidissement. Le choix des appareillages 50 devra être fait en fonction d'une part de la plage de réglage de la vitesse de déroulement du fil 60 depuis son dérouloir (soit une bobine 61a, soit une cage 61b), et d'autre part en fonction de la précision de la longueur de fil 60 à débiter. Un dispositif 70 permet l'introduction du fil de magnésium 60, en introduisant celui-ci dans la fonte 30, à proximité de l'écoulement provoqué entre le récipient 20 et le moule 40, pour obtenir par fusion du fil un mélange d'additif et de matériau en fusion 30 dans le puits de descente 43. Conformément à la présente invention, le dispositif d'introduction 70 du fil 60 comprend un corps en matériau réfractaire dans lequel est formé un passage 71. Le passage 71 débouche par l'une de ses extrémités dans l'écoulement de fonte 30 à un niveau B sensiblement en dessous du niveau A. L'autre extrémité du passage 71 débouche à l'extérieur du corps pour permettre le chargement du fil 60 à distance du récipient de coulée 20. Suivant le mode de réalisation visible sur la figure 2, le corps en matériau réfractaire dans lequel est formé le passage de chargement 71 est constitué par la quenouille d'obturation 24. Le passage 71 comprend une première section 72 s'étendant sensiblement suivant la direction E et qui débouche, à l'extrémité inférieure de la quenouille 24, en regard l'ouverture 22 de la busette de coulée 23. Une seconde section 73 du passage 71 qui communique avec la première, s'étend vers le haut de façon inclinée par rapport à la direction E, c'est-à-dire en s'éloignant de cette dernière. La section 73 est donc inclinée dans le sens de l'écoulement, suivant un angle de préférence égal à 45 . En se reportant aux figures 1, 3, 4 et 5, on voit que le corps en matériau refractaire est constitué par un injecteur 74 qui est interposé entre le récipient de coulée 20 et le moule 40. L'injecteur 74 comporte, outre un passage de chargement 71, un conduit ou chenal 75 pour l'écoulement de la fonte 30 vers le moule. Le conduit 75 s'étend depuis la sortie du récipient 20 jusqu'à l'entrée du moule 40, et le passage 71 débouche dans le conduit 75 au niveau B. On comprend déjà que grâce à l'injecteur 74, le fil 60 est introduit directement dans un écoulement sous pression de fonte 30. Autrement dit, lors de sa fusion dans le matériau sous pression, l'additif n'est pas en contact avec l'air ambiant et est soumis au moins à la pression métallostatique qui est proportionnelle à la hauteur de fonte entre le niveau A et le niveau B où l'additif est introduit. Suivant le mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 4, l'injecteur 74 est interposé entre la busette 23 et le puits de descente 43, pour permettre une coulée "contact" de la fonte 30, telle qu'expliqué précédement. Par ailleurs, on voit bien sur la figure 4 que le passage 71 est incliné dans un sens C de l'écoulement à la sortie du récipient 20, suivant un angle En se reportant maintenant aux figures 3 et 5, on voit que suivant encore un autre mode de réalisation, l'injecteur 74, qui est par ailleurs similaire à celui décrit ci-dessus, comporte des moyens aptes à créer une pression à l'intérieur du conduit d'écoulement 75. Comme visible sur la figure 5, les moyens en question comprennent une première partie 76 du conduit 75 où la fonte en fusion 30 s'écoule verticalement suivant la flèche C, de haut en bas de l'injecteur 74. On remarquera ici que le passage 71, qui est incliné d'un angle de 45 , débouche dans cette première partie 76 du conduit d'écoulement. Ces moyens comportent une seconde partie 77 qui communique avec la partie 76 et dans laquelle l'écoulement s'effectue à la verticale, de bas en haut suivant le sens de la flèche D. La seconde partie 77 est raccordée à la sortie de l'injecteur 74 par un tronçon coudé 78, de sorte que le conduit 75 puisse déboucher par exemple vers une poche de coulée et présente en section médianne la forme d'un S couché. Il est à noter que, dans ce cas, il n'est pas nécessaire qu'il y ait contact avec la poche de coulée. Avant de décrire brièvement le procédé de l'invention, on remarquera que l'injecteur 74 comporte, en saillie de sa périphérie externe comme visible sur les figures 4 et 5, une tubulure en matériau réfractaire 79, à l'intérieur de laquelle le passage 71 s'étend. Cette tubulure est intégrée à l'injecteur 74. Le procédé d'introduction consistant à : (a) provoquer une écoulement de matériau en fusion entre le récipient 20 et le moule 40 ; et (b) introduire dans le matériau 30, à proximité de l'écoulement, un fil fusible 60 contenant ledit additif, pour obtenir par fusion un mélange entre cet additif et le matériau en fusion, est caractérisé conformément à l'invention en ce que le fil 60 est introduit directement dans l'écoulement de matériau en fusion, en dessous du niveau A de matériau contenu dans le récipient 20. Le fil 60 débité par les appareillages 50 depuis la bobine 61a ou la cage 61b vers le corps réfractaire (24 ou 74), est un fil dit "fourré" qui comporte une gaine d'enrobage (non représentée). Cette gaine d'enrobage présente une épaisseur de 0,25 mm et est, tout comme le centre du fil, fusible à une température proche de celle de la fonte 30 dans le récipient 20. De préférence, on utilisera suivant le procédé de l'invention un fil dont le diamètre est compris entre 5 et 9 mm ; s'il s'agit de magnésium, le pourcentage d'additif est au plus égal à 50% en poids. La longueur de fil chargé dans le dispositif 70 dépend du pourcentage de soufre présent dans la fonte à traiter. Grâce au procédé conforme à l'invention, des essais ont démontré qu'en introduisant par exemple 0,0786% de magnésium en poids dans une coulée de fonte non traitée présentant un pourcentage de soufre de l'ordre de 0,10%, il est possible d'obtenir une fonte GS avec 0,040% de magnésium résiduel - c'est-à-dire après traitement -. Une telle valeur correspond à la gamme idéale dans laquelle le pourcentage de magnésium résiduel doit se trouver, et qui est comprise entre 0,035 et 0,045%. On comprend que suivant le procédé conforme à l'invention, on réduit grandement l'évanouissement du magnésium résiduel dans la fonte en fusion, ce qui rend le procédé particulièrement économique, puisque celui-ci permet d'obtenir un rendement du traitement supérieur à 70%. En outre, l'encrassement des machines et l'introduction d'impuretés dans la fonte sont grandement réduits, ce qui permet d'obtenir à moindre coût une fonte de qualité supérieure. En outre, puisque seul le matériau en fusion coulé subit l'apport d'additif, il est possible de traiter juste la quantité de matériau nécessaire pour le remplissage du moule. Evidement, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation qui ont été expliqués, mais comprend tous les équivalents et les combinaisons des moyens techniques décrits, si ceux-ci sont effectués suivant son esprit. Ainsi, l'invention peut s'appliquer à d'autres techniques de moulage que la fonderie, et permet d'introduire différents additifs. REVENDICATIONS 1. Procédé d'introduction d'un additif dans un matériau liquide ou en fusion, tel que par exemple d'introduction de magnésium dans une fonte (30) pour la réalisation de pièces de fonderie, et consistant à (a) - provoquer un écoulement de matériau en fusion entre un récipient de coulée (20) et un puits de descente d'un moule (40) ; et (b) - introduire dans le matériau (30) à proximité de l'écoulement, un fil fusible (60) contenant ledit additif, pour obtenir par fusion du fil un mélange d'additif et de matériau en fusion (30) dans le puits de descente (43), caractérisé en ce que le fil (60) est introduit directement dans l'écoulement de matériau en fusion (30), sensiblement en dessous du niveau (A) de matériau (30) contenu dans le récipient de coulée (20). 2. Procédé selon la revendication 1, pour une coulée de fonte selon la technique dite "de contact" entre le moule (40) et le récipient (20), par exemple avec une poche ou un bassin de coulée équipé d'une busette (23) à sa partie inférieure, caractérisé en ce qu'un injecteur (74) est interposé entre la busette (23) et le moule (40), le fil (60) étant introduit dans un écoulement sous pression à l'intérieur de cet injecteur (74). 3. Procédé selon la revendication 1, pour une coulée de fonte selon la technique dite "de contact" entre le moule (40) et le récipient (20) par exemple avec une poche ou un bassin de coulée équipé d'une busette obturable par l'intermédiaire d'une quenouille mobile (24), caractérisé en ce que le fil (60) est introduit dans l'écoulement par l'intermédiaire de la quenouille d'obturation (24) de la busette de coulée (23), sensiblement en regard de cette dernière. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'additif a la forme d'un fil (60) dit "fourré" qui comporte une gaine d'enrobage. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'épaisseur de la gaine du fil fourré est approximativement de 0,25 mm. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre du fil est compris entre 5 et 9 mm. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, l'additif étant du magnésium, le pourcentage d'additif contenu dans le fil (60) est au plus égal à 50% en poids. 8. Dispositif pour la mise en oeuvre d'un procédé d'introduction d'un additif dans un matériau liquide ou en fusion (30), du type dans lequel l'additif a la forme d'un fil fusible (60) et est introduit dans ledit matériau à proximité d'un écoulement entre un récipient de coulée (20) contenant ledit matériau et un moule, caractérisé en ce qu'il comprend un corps en matériau réfractaire (24 ; 74) dans lequel est formé un passage (71) débouchant d'une part dans l'écoulement de matériau en fusion, sensiblement en dessous du niveau (A) de matériau contenu dans le récipient de coulée (20), et d'autre part à l'extérieur du corps (24 ; 74), pour permettre le chargement du fil à distance dudit récipient (20). 9. Dispositif selon la revendication 1, pour une coulée "contact" entre le moule (40) et le récipient (20) qui comporte à sa partie inférieure une busette (23) obturable à l'aide d'une quenouille d'obturation (24) déplaçable axialement, caractérisé en ce que ledit corps est constitué par la quenouille d'oburation (24). 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que le passage de chargement (71) du fil (60) débouche à l'extrémité inférieure de la quenouille (24), sensiblement en regard de la busette de coulée (23). 11. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce que le passage (71) est incliné dans le sens de l'écoulement (C), par rapport à la direction (E) de ce dernier à la sortie (22) de la busette (23). 12. Dispositif selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'angle i) entre le passage et la direction (E) précités est sensiblement de 45 . 13. Dispositif selon l'une des revendications 8, 11 et 12, caractérisé en ce que le corps est constitué par un injecteur (74) dans lequel est formé un conduit (75) pour l'écoulement de matière en fusion (30) et s'étendant depuis la sortie (23) du récipient de coulée (20) jusqu'à l'entrée (43) du moule (40), le passage (71) précité débouchant dans ce conduit d'écoulement (75). 14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'injecteur (74) comporte des moyens aptes à créer une pression à l'intérieur du conduit d'écoulement (75). 15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par une première partie (76) du conduit (75) où le matériau en fusion (30) s'écoule de haut en bas (C) et dans laquelle le passage (71) débouche, ainsi que par une seconde partie (77) communiquant avec la première (76) et où l'écoulement s'effectue de bas en haut (D). 16. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 15, caractérisé en ce que le passage (71) fait saillie à l'extérieur du corps (24, 74) précité, sous la forme d'une tubulure (79) en matériau réfractaire.