Brevet FR2714391A1 — publié le 19950630

La présente invention est relative à un procédé de traitement d'une fonte liquide en vue d'obtenir une fonte à graphite sphéroïdal. Elle concerne plus particulièrement un traitement réalisé au moyen de fil fourré contenant un additif, notamment du magnésium, introduit dans un dispositif d'alimentation d'une machine de coulée continue simultanément au métal liquide. Pour augmenter l'efficacité des agents de traitement, des précautions doivent être prises afin d'assurer le meilleur contact possible entre eux et le métal en fusion. Selon le brevet français FR 1 166 661, ces agents sont utilisés sous forme pulvérulente ou granuleuse et introduits au coeur du métal fondu dans un courant d'air ou de gaz inertes au travers de tubes en graphite consommables, prévenant ainsi tout contact prématuré des agents de traitement avec le métal fondu. On connaît aussi, par le brevet français FR 1 463 999, un procédé de traitement de métaux fondus qui consiste à introduire un ou plusieurs agents de traitement sous forme de barres susceptibles d'être entièrement consommées par le métal en fusion en plongeant l'une de leurs extrémités dans le bain liquide, dans des conditions telles que toute la surface de la partie immergée du corps soit en contact direct avec celui-ci, puis en enfonçant ce corps dans le métal liquide à mesure que la partie immergée est consommée. Le brevet américain US 3 056 190 décrit un élément métallique composite, sous forme de gaine de fer ou d'acier contenant les additifs, utilisé pour le traitement de la fonte liquide en poche. Selon un procédé connu, ladite gaine, de longueur préalablement définie en fonction de sa composition et de la masse de métal à traiter, est introduite dans la fonte en fusion à une vitesse de 40 à 80 mètres/minute au travers d'un fourreau réfractaire plongeant au sein du métal liquide, de telle façon que la réaction entre les additifs et la fonte en fusion ait lieu le plus profondément possible afin d'en augmenter le rendement. Par le brevet allemand 1 278 457, on connaît un traitement de sphéroïdisation au magnésium dans le jet de coulée réalisé entre un four de fusion et une poche de coulée par des tiges profilées, fils ou tubes contenant l'additif introduits latéralement dans un canal et progressant par des moyens appropriés, au fur et à mesure de leur fusion par la fonte liquide. Ces techniques sont utilisées pour traiter en une seule opération et à fort débit une ou plusieurs tonnes de métal liquide en poche de fonderie. Lors du traitement d'une masse de fonte en fusion par des additifs contenant du magnésium, on influence la morphologie du graphite de façon à ce qu'il y ait formation de graphite sphéroïdal ; ce traitement est connu sous le nom de sphéroïdisation. La totalité de la fonte liquide ainsi traitée doit être utilisée très rapidement car l'effet produit n'est pas durable et, de ce fait, la concentration initiale en additifs décroît continuellement dans le métal jusqu'à sa solidification. Ce phénomène, connu sous le nom d'évanouissement est préjudiciable à l'homogénéité du métal coulé et à la constance des caractéristiques mécaniques des pièces réalisées. D'autre part, pour traiter le contenu d'une poche, on utilise un fil fourré, c'est-à-dire des additifs sous forme de poudre compactée à l'intérieur d'une enveloppe métallique généralement en acier. Afin d'obtenir des rendements en additifs significatifs industriellement, la vitesse de défilement dudit fil fourré doit être très élevée. Cette vitesse de défilement varie de façon inverse avec le diamètre du fil fourré utilisé et ce pour des concentrations en additifs identiques. Toutes ces techniques de traitement sont utilisées pour la production de pièces moulées de volume fini. Pour l'alimentation d'une machine de coulée continue destinée à produire des pièces dont la forme est parfaitement déterminée selon un plan perpendiculaire à l'axe de production, mais dont le volume tend vers l'infini, les techniques connues permettent, tout au plus, de minimiser les conséquences de l'évanouissement en diminuant le volume des poches de traitement et en multipliant leur nombre de façon à réduire, le plus possible, le stockage de métal traité. Malgré ces artifices, l'état de la technique actuel ne permet pas de maintenir de façon continue et constante l'homogénéité de la pièce produite, c'est-à-dire sa teneur résiduelle en magnésium, ce qui a pour conséquence une variation des caractéristiques mécaniques. Le procédé selon la présente invention a pour but de remédier aux inconvénients rencontrés. I1 a pour objet un procédé de traitement de sphéroïdisation d'une fonte liquide s'écoulant depuis un récipient de coulée vers un moyen d'alimentation d'un dispositif de mise en forme de ladite fonte liquide, ce traitement s'effectuant au moyen d'au moins un fil contenant des additifs tels que du magnésium, et la réaction de sphéroïdisation étant provoquée dans l'écoulement de fonte, procédé suivant lequel on crée un niveau de fonte liquide que l'on maintient sensiblement constant dans le moyen d'alimentation et, de manière à provoquer la réaction entre les additifs et la fonte aussi profondément que possible, on fait couler la fonte en continu et à débit sensiblement constant tandis que l'on introduit le fil à vitesse constante de façon ininterrompue. La présente invention a également pour objet l'application du procédé de traitement de sphéroïdisation à l'alimentation d'une machine de coulée continue destinée à produire des pièces en fonte à graphite sphéroïdal pleines ou creuses. Selon d'autres caractéristiques de l'invention, l'alimentation en fil et en fonte liquide est continue et constante, à des débits de métal compris entre 10 kg/minute et 100 kg/minute pour des vitesses de fil de 2 mètres/minute à 15 mètres/minute selon son diamètre et sa concentration en magnésium. Le traitement au fil de fonte liquide pour des débits supérieurs à 100 kg/minute est connu et, d'autre part, des débits inférieurs à 10 kg/minute ne correspondent pas à une réalité technique utilisable industriellement. Le débit du métal liquide, très faible par rapport aux débits connus habituellement en fonderie, est imposé par le débit de la machine de coulée continue ainsi alimentée. D'autre part, la quantité de magnésium résiduel dans la pièce produite est fixée suivant le type de pièce fabriquée entre 0,015 % et 0,030 %. Compte tenu de ces impératifs, la vitesse du fil fourré est imposée. La gamme de vitesses qui en résulte (2 à 15 mètres/minute) peut entraîner un rendement faible car la réaction entre la fonte liquide et les additifs contenus dans le fil fourré a lieu trop près de la surface. C'est pourquoi, il est nécessaire d'abaisser la réactivité du fil de traitement afin que la réaction entre additifs et fonte liquide ait lieu le plus profondément possible sous la surface. Pour ce faire, le procédé de traitement de sphéroïdisation selon l'invention utilise un fil fourré constitué par une gaine d'acier d'épaisseur comprise entre 0,30 mm et 0,60 mm contenant principalement du fer, du silicium, du magnésium, ces trois composants étant sous forme libre ou combinée. De préférence, la teneur en magnésium est inférieure ou égale à 25 % en poids des additifs présents et le diamètre du fil est inférieur ou égal à 13 mm. Contrairement à toute attente, de telles teneurs en magnésium conduisent à des rendements intéressants de 40 % minimum. Dans le but d'abaisser encore la réactivité du fil fourré utilisé pour le traitement de sphéroïdisation, la température de la fonte liquide est préférentiellement inférieure à 13500C au niveau du dispositif d'alimentation où doit avoir lieu la réaction entre additifs et fonte liquide. La réunion de ces conditions permet d'introduire les additifs en continu, au coeur de la fonte liquide, en y immergeant directement le fil fourré sans le faire passer à l'intérieur de gaines réfractaires. Pour obtenir une fonte à graphite sphéroïdal, il est nécessaire de favoriser la germination de graphite libre lors de la solidification de la fonte, par un traitement appelé traitement d'inoculation qu'il est intéressant de réaliser le plus tard possible car il tend à s'estomper dans le temps de sorte qu'il faut éviter un délai trop long entre l'inoculation et le début de la solidification de la pièce formée. Le fil fourré utilisé pour le traitement de sphéroïdisation contient des éléments qui ont un pouvoir inoculant mis en évidence grâce à ce traitement tardif. Cependant, le traitement d'inoculation peut être renforcé par l'introduction, simultanée au fil fourré destiné à la sphéroïdisation, d'un fil inoculant contenant les additifs nécessaires à la germination du graphite, de telle façon que les réactions entre la fonte liquide, les additifs sphéroïdisants et les additifs nodularisants se produisent simultanément et sensiblement au même endroit dans le dispositif d'alimentation. Il en résulte une simplification du circuit métal, un meilleur rendement, une bonne reproductibilité, et donc une régularité des caractéristiques du produit obtenu. L'invention a enfin pour objet d'asservir, par un moyen connu, la vitesse d'au moins un fil de traitement au débit de la fonte liquide de façon constante et régulière. Un mode de réalisation préféré de l'invention va être décrit plus en détails ci-dessous en se référant au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple sur lequel est représentée une vue en coupe d'un dispositif d'alimentation d'une machine de coulée continue, alimenté simultanément en fonte liquide et en fils, et relié à une machine pour la coulée en continu de pièces en fonte à graphite sphéroïdal. Sur cette figure est représenté un dispositif d'alimentation en fonte liquide 1, de type connu, pour l'approvisionnement d'une machine de coulée continue 2 destinée à produire des pièces pleines ou creuses en fonte à graphite sphéroïdal. Une poche de coulée 3 constitue une réserve de fonte en fusion non traitée 4. Le dispositif d'alimentation 1 est surmonté d'une partie tronconique 5 formant entonnoir et relié à la machine de coulée continue 2 par un conduit horizontal 6, de section sensiblement identique, destiné à l'acheminement de la fonte traitée. Des moyens d'entraînement à vitesse variable 7 et 8, de type connu, pour les fils 9 et 10 contenant les additifs permettent d'ajuster la vitesse de défilement desdits fils 9 et 10 en fonction du débit, mesuré par un système approprié, de fonte liquide 4. En fonctionnement, la poche de coulée 3 déverse de façon continue et régulière un débit de fonte liquide 4 prédéterminé par les conditions de marche et le type de pièces produites par la machine de coulée continue 2 de façon à maintenir un niveau sensiblement constant A de fonte liquide dans le tronc de cône 5 du dispositif d'alimentation 1. Simultanément un ou plusieurs fils 9, 10 défilent à vitesse constante, mais pas forcément identique, entre des mollettes des moyens d'entraînement 7 et 8, et sont conduits par des moyens de guidage 11 et 12, de façon sensiblement verticale au coeur du bain de fonte liquide du dispositif d'alimentation 1 jusqu'à ce que leur extrémité inférieure atteigne le niveau B dans ledit dispositif d'alimentation 1 où a lieu la réaction entre les additifs et la fonte liquide. La position du niveau B est fixée par - la vitesse du ou des fils fourrés 9, 10, - la température de la fonte liquide 4 dans le dispositif d'alimentation 1, - l'épaisseur de la gaine d'acier du ou des fils fourrés 9, 10 dont la fusion met en contact les additifs avec la fonte liquide pour déclencher la réaction de traitement, - la composition de l'alliage de traitement. La fonte en fusion ainsi traitée au niveau B est amenée à la machine de coulée continue 2 par le conduit horizontal 6 de façon constante et régulière tout en maintenant l'homogénéité du métal produit jusque sa mise en forme et sa solidification. L'invention a aussi pour avantage de pouvoir maintenir des réserves importantes de fonte non traitée en amont de la machine de coulée continue et d'automatiser les traitements apportant ainsi précision, reproductibilité et constance dans les ajouts. REVENDICATIONS 1.- Procédé de traitement de sphéroïdisation d'une fonte liquide s'écoulant depuis un récipient de coulée vers un moyen d'alimentation d'un dispositif de mise en forme de ladite fonte liquide, ce traitement s'effectuant au moyen d'au moins un fil contenant des additifs tels que du magnésium, et la réaction de sphéroïdisation étant provoquée dans l'écoulement de fonte, caractérisé en ce que l'on crée un niveau de fonte liquide que l'on maintient sensiblement constant dans le moyen d'alimentation et, de manière à provoquer la réaction entre les additifs et la fonte aussi profondément que possible, on fait couler la fonte en continu et à débit sensiblement constant tandis que l'on introduit le fil à vitesse constante de façon ininterrompue. 2.- Procédé de traitement de sphéroïdisation suivant la revendication précédente, caractérisé en ce que le débit de fonte liquide est compris entre 10 kg/minute et 100 kg/minute. 3.- Procédé de traitement de sphéroïdisation suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la vitesse du fil est comprise entre 2 mètres/minute et 15 mètres/minute selon le diamètre du fil et sa concentration en magnésium. 4.- Procédé de traitement de sphéroïdisation suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fil de traitement est un fil fourré constitué par une gaine d'acier d'épaisseur comprise entre 0,30 mm et 0,60 mm contenant principalement du fer, du silicium, du magnésium, sous forme libre ou combinée, dans lequel la teneur en magnésium peut atteindre 25 % en poids des additifs présents. 5.- Procédé de traitement de sphéroïdisation suivant la revendication 4 caractérisé en ce que le diamètre extérieur du fil fourré est inférieur ou égal à 13 mm. 6.- Procédé de traitement de sphéroïdisation suivant l'une des revendications 1 à 5 caractérisé, en ce que la température du métal liquide dans le dispositif d'alimentation de la machine de coulée continue est préférentiellement inférieure à 13500C. 7.- Procédé de traitement de sphéroïdisation selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un fil inoculant est introduit parallèlement et simultanément au fil fourré contenant le magnésium. 8.- Procédé de traitement de sphéroïdisation selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la vitesse d'au moins un fil de traitement est asservie, par un moyen connu, au débit de la fonte liquide de façon constante et régulière. 9.- Application du procédé de traitement de sphéroïdisation selon l'invention, caractérisé en ce qu'il régit l'alimentation d'une machine de coulée continue destinée à produire des pièces en fonte à graphite sphéroïdal pleines ou creuses.