Brevet FR3099716A1 — publié le 20210212

Description Titre de l'invention : Procédé de fabrication d'un élément tubulaire [0001] La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un élément tubulaire en fonte à graphite sphéroïdal par centrifugation, notamment procédé du type « Delavaud », comprenant les étapes suivantes : [0002] A) - on fournit un moule rotatif ayant une surface de forme de l'élément tubulaire, la surface de forme étant dépourvue d'isolant thermique temporaire ou de matériau réfractaire temporaire, [0003] B) - on fournit un récipient de coulée contenant de la fonte liquide, [0004] C) - on dépose de l'inoculant sur la surface de forme, [0005] D) - on fait couler la fonte liquide dans le moule sous forme d'un jet de fonte liquide déposé le long du moule rotatif sur la surface de forme dépourvue d'isolant thermique temporaire ou de matériau réfractaire temporaire et pourvue d'inoculant, l'inoculation de la fonte se produisant alors lors du contact avec l'inoculant disposé sur la surface de forme, [0006] E) - la fonte liquide coulée dans le moule se solidifie et on obtient une ébauche de l' élément tubulaire [0007] On connait des procédés de fabrication de tuyaux par coulée de la fonte liquide dans un moule rotatif. Un tel procédé est connu sous le nom « procédé de coulée Delavaud [0008] Selon ce procédé Delavaud, la surface du moule est dépourvue d'isolant thermique temporaire ou de matériau réfractaire temporaire tel qu'utilisé lors d'un autre procédé de coulée appelé « Wetspray ». [0009] Les tuyaux en fonte à graphite sphéroïdal (fonte GS) obtenus suivant le procédé de coulée Delavaud présentent, après extraction du moule, des piqûres ou saillies sur leur bord extérieur. [0010] Ces piqûres sont néfastes pour le tuyau. [0011] Ce phénomène de piqûres se produit notamment lorsque la vitesse de solidification de la fonte est rapide, ce qui est le cas du procédé de fabrication Delavaud. [0012] L'invention a donc pour but d'augmenter la qualité de la surface de tuyaux en fonte à graphite sphéroïdal et ceci afin de limiter les rebuts. [0013] On s'est rendu compte qu'en déposant du soufre sur la surface de forme avant dc couler dc la fonte liquide dans le moule, on peut réduire significativement ce phénomène de piqûres sur les tuyaux obtenus par le procédé Dclavaud. [0014] L'invention a donc pour objet un procédé tel qu'indiqué ci-dessus, caractérisé en cc que : [0015] à l'étape D), pendant que la fonte liquide est progressivement déposée dans le moule 2 et à chaque instant avant que le jet de fonte n'entre en contact avec la surface de forme, on dépose sur la surface de forme et en amont du jet de fonte liquide un composé contenant un élément abaissant la tension superficielle de la fonte liquide. [0016] Selon des modes de réalisation particuliers, le procédé selon l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : [0017] - l'élément abaissant la tension superficielle de la fonte liquide est choisi parmi le soufre et le sélénium, ou une combinaison de ces deux éléments ; [0018] - l'inoculant de l'étape C) et l'élément abaissant la tension superficielle de la fonte liquide sont déposés simultanément sur la surface de forme ; [0019] - l'élément abaissant la tension superficielle de la fonte est du soufre et la quantité totale de soufre élémentaire ajoutée lors de l'étape D) est comprise entre 0,004% et 0,05% de la masse totale de la fonte nécessaire pour fabriquer l'élément tubulaire ; [0020] - le soufre abaissant la tension superficielle de la fonte liquide est ajouté lors de l'étape C) et est compris dans l'inoculant, la quantité totale de soufre ajoutée étant comprise entre 4% et 10% en poids de soufre élémentaire par rapport au poids total de l' inoculant ; [0021] - le soufre déposé sur la surface de forme avant de couler de la fonte liquide dans le moule est du soufre sous forme élémentaire ou du FeS ; [0022] - le poids d'inoculant utilisé lors de la fabrication de l'élément tubulaire est compris entre 0,10% et 0,50%, de préférence entre 0,25% et 0,35%, du poids de l'élément tubulaire ; et [0023] - le taux de magnésium de la fonte avant inoculation est compris entre 0,008% et 0,07%. [0024] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant à la Figure unique, qui est une vue schématique d'un mode de réalisation d'une installation de fabrication d'un élément de tuyauterie utilisée pour un procédé selon l'invention. [0025] [fig.1] Sur la figure unique est représentée une installation de fabrication d'un tuyau en fonte à graphite sphéroïdal, désignée par la référence générale 2. [0026] L'installation 2 sert à fabriquer par centrifugation des éléments de tuyauterie 4, tels que des tuyaux. L'élément de tuyauterie 4 forme un objet ou un corps de base 6 en fonte à graphite sphéroïdal. [0027] L'installation 2 comprend une poche d'alimentation 8, un dispositif verseur 10, un canal de coulée 12, un dispositif d'inoculation 14, un moule rotatif 16, un dispositif de refroidissement 18 et un dispositif d'extraction 20. L'installation 2 comprend par ailleurs un four de traitement thermique 22. [0028] L'installation 2 comprend également un dispositif de fourniture de soufre 80. [0029] La poche d'alimentation 8 est un creuset en matière réfractaire contenant du métal 3 liquide, tel que de la fonte. [0030] Le dispositif verseur 10 ou récipient de coulée, également appelé "basket", a un volume correspondant à la quantité de métal liquide nécessaire pour fabriquer un ou plusieurs corps de base 6. Le dispositif verseur 10 est inclinable dans une position de versement du métal liquide dans le canal de coulée 12. [0031] Le canal de coulée 12 conduit le métal liquide du dispositif verseur 10 jusqu'au moule rotatif 16. Le canal de coulée 12 comprend une entrée 24 située à proximité du dispositif verseur 10 et une sortie 26 s'étendant dans le moule 16 et par laquelle un jet de fonte liquide est déversé dans le moule. Le canal de coulée 12 est incliné par rapport à l'horizontale de telle sorte que sa sortie 26 soit située plus bas que l'entrée 24, permettant ainsi à la fonte liquide de s'écouler par gravité. [0032] Le moule rotatif 16, également appelé "coquille", a une forme à symétrie de ré- volution, dans l'exemple présent généralement cylindrique, d'axe X-X, incliné par rapport à l'horizontale de telle sorte qu'il soit parallèle au canal de coulée 12. Dans ce qui suit les expressions "axialement" et "radialement" seront utilisées en référence à cet axe X-X. Le moule 16 a une surface intérieure ou surface de forme 28, qui est la surface négative du corps de hase 6, ainsi qu'une surface extérieure cylindrique 30. La surface de forme 28 est pourvue d'une rugosité contrôlée appelée « pecning », permettant d'entraîner le métal liquide en rotation lors de sa coulée dans le moule 16. [0033] Le moule 16 comprend une extrémité bout uni 32, tournée vers rentrée 24, et une extrémité bout à emboîtement 34, qui est tournée à l'opposé de l'entrée 24 et qui est munie d'un noyau (non représenté). L'extrémité bout uni 32 forme le bout uni du corps de base 6, tandis que l'extrémité bout à emboîtement 34 forme le bout à emboîtement du corps de base 6. [0034] Le moule 16 peut être entraîné en rotation autour de l'axe X-X. Par ailleurs, le moule 16 peut être entraîné en translation le long de l'axe X-X entre une position de début de coulée, dans laquelle la sortie 26 est en face de l'extrémité bout à emboîtement 34, et une position de fin de coulée, dans laquelle la sortie 26 est en face de l'extrémité bout uni 32. [0035] Le dispositif de refroidissement 18 comprend un moyen d'arrosage qui est adapté pour projeter du liquide de refroidissement, par exemple de l'eau, sur la surface extérieure 30 du moule 16. Le dispositif d'extraction 20 est adapté pour extraire axialement du moule 16 l'ébauche de corps de base 6 obtenue à l'issue de la coulée du métal liquide dans le moule. [0036] Les dispositifs verseur 10, de refroidissement 18 et d'extraction 20, la poche d'alimentation 8 ainsi que le canal de coulée 12 sont connus en soi et ne sont pas décrits plus en détail. Le moule 16 est par exemple entièrement en acier, notamment forgé. [0037] Le dispositif de fourniture de soufre 80 comprend un réservoir de soufre 82 et des moyens d'introduction de soufre 84, par exemple un conduit. Le dispositif de fourniture de soufre 80 est adapté pour introduire du soufre dans la fonte liquide versée sur la surface de forme 28. [0038] Entre la position de début de coulée et la position de fin de coulée de la fonte liquide dans le moule, les moyens d'introduction de soufre 84 sont adaptés pour déposer du soufre sur la surface de forme 28 en amont du jet de fonte liquide déversé dans le moule et avant que la fonte liquide ne vienne en contact avec la surface de forme 28. En d'autres termes, la fonte liquide est déposée sur la surface de forme 28 uniquement après dépôt préalable sur celle-ci de l'élément abaissant la tension superficielle de la fonte liquide. [0039] A cet effet, les moyens d'introduction du soufre 84 débouchent dans le moule à un emplacement situé en retrait par rapport à la sortie 26 du canal de coulée 12, donc en amont dans le sens d'écoulement du métal liquide dans le moule. [0040] En l'occurrence, le dispositif de fourniture de soufre 80 est adapté pour déposer du soufre simultanément et en combinaison avec le dépôt d'un agent d'inoculation 90 par le dispositif d'inoculation 14. [0041] L'installation 2 peut comprendre à cet effet un réservoir d'inoculant qui comprend un inoculant qui est constitué d'une part par l'agent d'inoculation 90, notamment à base de ferrosilicium, et d'autre part par le soufre sous forme élémentaire ou sous forme de FeS. Dans la présente description le terme « inoculant » est donc défini comme la totalité des agents ou éléments utilisés lors de l'inoculation, y inclus le soufre sous forme élémentaire ou sous forme de FeS, et le terme « agent d'inoculation 90 » est défini comme la totalité des éléments utilisés pour l'inoculation proprement dite, hormis le soufre sous forme élémentaire ou combiné. [0042] Le poids d'inoculant utilisé lors de la fabrication de l'élément tubulaire est compris entre 0,10% et 0,50%, de préférence entre 0,25% et 0,35%, du poids de l'élément tubulaire. [0043] Alternativement, l'agent d'inoculation 90 et l'élément abaissant la tension super- ficielle de la fonte liquide peuvent être déposés séparément dans le moule. [0044] La fabrication de l'objet ou du corps de base 6 selon l'invention moyennant l'installation 2 est effectuée comme suit. [0045] Le procédé de fabrication mis en oeuvre est un procédé ayant les caractéristiques du procédé de fabrication appelé « DeLavaud ». [0046] De la fonte liquide est introduite dans la poche d'alimentation 8. La fonte liquide dans la poche 8 est telle que l'objet ou corps de base 6 obtenu avec le procédé de fabrication selon l'invention a la composition souhaitée, diminuée par les composants apportés par le dispositif d'inoculation 14 et par le dispositif de fourniture de soufre 80. [0047] De la fonte liquide, correspondant à la quantité de fonte nécessaire pour fabriquer le corps de hase 6, est introduite dans le dispositif verseur 10 par la poche d'alimentation 8. [0048] Le moule 16 est entraîné en rotation autour de l'axe X-X et il est amené dans sa position de début de coulée. [0049] Dans cette position, la surface de forme 28 du moule 16 n'est pas couverte de matériaux temporaires et est en particulier dépourvue de tout isolant thermique temporaire ou matériau réfractaire temporaire. [0050] Ensuite, la fonte liquide est versée du dispositif verseur 10 dans le canal de coulée 12 et s'écoule le long de celui-ci. [0051] Avantageusement, le taux de magnésium de la fonte avant inoculation est compris entre 0,008% et 0,07% en poids. Ceci limite, lors de la coulée de la fonte liquide dans le moule, la réaction du magnésium avec le soufre qui aura été déposé dans le moule avant la coulée de la fonte et permet ainsi au soufre d'agir comme réducteur de la tension superficielle de la fonte liquide. [0052] Juste avant que la fonte liquide arrive à la sortie du canal de coulée 12, et géné- ralement entre le début du versement de la fonte liquide dans le canal de coulée 12 et l'arrivée de la fonte liquide à la sortie du canal de coulée 12, le dispositif d'inoculation 14 commence à déposer un agent d'inoculation 90, par exemple une poudre à hase de FeSi, sur la surface de forme 28 du moule 16. Simultanément, le dispositif de fourniture de soufre 80 dispose également du soufre sur la surface de forme 28, le soufre étant apporté sous forme élémentaire ou sous forme de FeS. [0053] A cet effet, le dispositif de fourniture de soufre 80 est relié au dispositif d'inoculation 14 et le soufre est déposé simultanément avec l'agent d'inoculation et avant que la fonte liquide ne vienne en contact avec la surface de forme 28. De préférence, le dispositif de fourniture de soufre 80 fait partie du dispositif d'inoculation 14 et l'inoculant utilisé pour l'inoculation contient une quantité de soufre adaptée, comme définie ci-après. [0054] La fonte liquide est versée dans le moule 16 à l'extrémité bout à emboîtement 34, re- couverte d'agent d'inoculation et de soufre. [0055] Successivement, le moule 16 est amené vers sa position de fin de coulée pendant que la fonte liquide est versée progressivement sur la surface de forme 28 du moule et, à chaque instant, avant que la fonte liquide n'entre en contact avec la surface de forme 28, l'agent d'inoculation et le soufre sont déposés sur la surface de forme 28 à l'emplacement de contact imminent entre la surface de forme 28 et la fonte liquide. [0056] A cet effet, le dispositif d'inoculation 14 et le dispositif de fourniture de soufre 80 débouchent dans le moule à un emplacement situé en retrait par rapport à la sortie 26 6 de la fonte liquide du canal de coulée 12, donc en amont en considérant le sens de versement de la fonte liquide entre l'extrémité bout à emboîtement 34 et l'extrémité bout uni 32 du moule. [0057] Avant et pendant l'étape de la coulée, mis à part l'agent d'inoculation et le soufre, la surface de forme 28 du moule 16 n'est pas couverte d'autres matériaux temporaires et est en particulier dépourvue de tout isolant thermique temporaire ou matériau réfractaire temporaire tel que par exemple utilisé lors des procédés de coulée appelés « Wctspray ». [0058] Pendant toute la durée de la coulée, le moule 16 est refroidi par le dispositif de refroi- dissement 18. [0059] La fonte liquide se trouvant dans le moule 16 est pressée contre la surface de forme 28 par centrifugation, se solidifie et forme une ébauche 100 du corps de base 6. [0060] Ensuite, l'ébauche 100 du corps de hase 6 est extraite du moule 16 par le dispositif d'extraction 20. [0061] Puis, l'ébauche 100 du corps de base 6 est soumise à un traitement thermique dans le four de traitement thermique 22, et, à l'issue du traitement thermique, on obtient le corps de hase 6. [0062] La quantité totale de soufre ajoutée par le dispositif de fourniture de soufre 80 est comprise entre 4% et 10% en poids de soufre élémentaire par rapport au poids total de l'inoculant. Le poids total de l'inoculant comprend ici l'agent d'inoculation 90 ainsi que le soufre déposé simultanément avec l'agent d'inoculation, le soufre ajouté pouvant être sous forme élémentaire ou sous forme de FeS. [0063] Le fait d'ajouter du soufre dans la fonte liquide à un moment proche de sa solidi- fication permet de réduire la tension superficielle de la fonte liquide et ceci en limitant l'interaction du soufre avec d'autres composants de la fonte, tel que du magnésium. [0064] Par ailleurs, la quantité totale de soufre élémentaire ajoutée dans le moule est comprise entre 0,004% et 0,05% de la masse totale de la fonte liquide nécessaire pour la fabrication de l'élément tubulaire. [0065] Ceci évite que la fonte atteigne des teneurs en soufre néfastes pour la stabilité. [0066] En outre, la teneur en oxygène de l'inoculant peut être de 0%. [0067] En variante, à la place du soufre, d'autres éléments abaissant la tension surfacique peuvent être utilisées, comme par exemple le sélénium. [0068] Le procédé et l'installation selon l'invention permettent de réduire d'une manière efficace et économique la formation de piqûres lors de la fabrication d'objets tubulaires en fonte à graphite sphéroïdal par centrifugation. [0069] Exemple : [0070] Cet exemple a permis de comparer des tuyaux en fonte ductile fabriqués suivant un procédé de centrifugation classique appelé « Référence » (voir Tableau 1), avec des 7 tuyaux en fonte ductile fabriqués suivant le procédé selon l'invention appelé « Invention » (voir Tableau 2). Dans les deux cas, la fonte ductile coulée dans le moule avait la même composition chimique et le moule rotatif utilisé était le même. [0071] Dans le procédé de centrifugation classique utilisé pour obtenir les tuyaux du Tableau 1, le moule rotatif avait une surface de forme dépourvue d'isolant thermique ou de matériau réfractaire temporaire et l'inoculant déposé sur la surface de forme juste avant de couler la fonte liquide dans le moule était un inoculant traditionnel ayant la composition suivante en pourcentages en poids : environ 66% d'alliage CaSi + environ 2% de CaF2 + environ 1% de MgF2 + environ 32% de FeSi65 (ferrosilicium avec 65% de Si), le total faisant 100%. [0072] Dans le procédé de centrifugation selon l'invention, le moule rotatif avait une surface de forme dépourvue d'isolant thermique ou de matériau réfractaire temporaire et l'inoculant déposé sur la surface de forme en amont du jet de fonte liquide déversée dans le moule était un inoculant ayant la composition suivante en pourcentages en poids : 80% de FeSi + 20% de FeS. [0073] Dans les deux cas, l'inoculant a été introduit dans le moule de la même manière et dans les mêmes proportions. On a ainsi fabriqué dans chaque cas une série de tuyaux et déterminé, par une inspection visuelle d'une partie de la surface extérieure du tuyau correspondant à un rectangle 10cm x 6cm, le nombre de piqûres observé. Les résultats obtenus dans chacun des cas sont présentés dans les deux tableaux ci-après. [0074] [Tableauxl] Tuyau n° 1 2 3 4 5 6 7 8 Nombre de piqûres 59 70 66 120 221 84 128 104 100751 Tableau 1 : Référence 100761 1Tableaux21 Tuyau nc 9 10 11 12 13 14 15 16 Nombre de piqûres 0 0 0 0 0 0 0 0 [0077] Tableau 2 : Invention [0078] On constate que les tuyaux fabriqués avec le procédé selon l'invention ne présentent pas de piqûres, contrairement à ceux fabriqués selon le procédé de centrifugation classique. L'ajout de soufre dans le moule avant coulée de la fonte, conformément au procédé selon l'invention, a donc permis de réduire considérablement, et même d'éliminer, les piqûres dans la surface extérieure des tuyaux. 8 REVENDICATIONS[Revendication 1] Procédé de fabrication d'un élément tubulaire en fonte à graphite sphéroïdal par centrifugation, notamment procédé du type « Delavaud », comprenant les étapes suivantes : A) - on fournit un moule rotatif (16) ayant une surface de forme (28) de l'élément tubulaire, la surface de forme étant dépourvue d'isolant thermique temporaire ou de matériau réfractaire temporaire, B) - on fournit un récipient de coulée (10) contenant de la fonte liquide, C) - on dépose de l'inoculant sur la surface de forme (28), D) - on fait couler la fonte liquide dans le moule sous forme d'un jet de fonte liquide déposé le long du moule rotatif (16) sur la surface de forme dépourvue d'isolant thermique temporaire ou de matériau réfractaire temporaire et pourvue d'inoculant, l'inoculation de la fonte se produisant alors lors du contact avec l'inoculant disposé sur la surface de forme, E) - la fonte liquide coulée dans le moule se solidifie et on obtient une ébauche de l'élément tubulaire, caractérisé en ce que, à l'étape D), pendant que la fonte liquide est progressivement déposée dans le moule et à chaque instant avant que le jet de fonte liquide n'entre en contact avec la surface de forme, on dépose sur la surface de forme (28) et en amont du jet de fonte liquide un composé contenant au moins un élément abaissant la tension superficielle de la fonte liquide. [Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'élément abaissant la tension superficielle de la fonte liquide est choisi parmi le soufre et le sélénium, ou une combinaison de ces deux éléments. [Revendication 3] Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'inoculant de l'étape C) et l'élément abaissant la tension superficielle de la fonte liquide sont déposés simultanément sur la surface de forme (28). [Revendication 4] Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l'élément abaissant la tension superficielle de la fonte est du soufre et la quantité totale de soufre élémentaire ajoutée lors de l'étape D) est comprise entre 0,004% et 0,05% de la masse totale de la fonte nécessaire pour fabriquer l'élément tubulaire. [Revendication 5] Procédé selon la revendication 4, dans lequel le soufre abaissant la tension superficielle de la fonte liquide est ajouté lors de l'étape C) et est. compris clans l'inoculant, la quantité totale de soufre ajoutée étant 9 [Revendication 6] comprise entre 4% et 10% en poids de soufre élémentaire par rapport au poids total de l'inoculant. [Revendication 7] Procédé selon la revendication 4 ou 5, dans lequel le soufre déposé sur la surface de forme (28) avant de couler de la fonte liquide dans le moule est du soufre sous forme élémentaire ou du feS. [Revendication 8] Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le poids d'inoculant utilisé lors de la fabrication de l'élément tubulaire est compris entre 0,10% et 0,50%, de préférence entre 0,25% et 0,35%, du poids de l'élément tubulaire. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le taux de magnésium de la fonte avant inoculation est compris entre 0,008% et 0,07%.