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Procédé d'amélioration de métaux ou d'alliages et notam- ment d'aciers par incorporation d'éléments spéciaux. et
Les métaux spéciaux/autres éléments de nature à conférer des qualités spéciales à des métaux communs ou à des alliages, par exemple à des aciers, sont d'ordi- naire ajoutés à ceux-ci dans des fours de fusion. De nom- breux aciéries ont ainsi été conduites à se munir de fours supplémentaires capables de fondre ces matières addition- généralement coûteuses nables/tout en évitant de trop grandes pertes par réac- tion secondaires par exemple par oxydation. Les aciéries ne possédant pas ces appareils se voient donc écartées du marché desaciers spéciaux.
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Par ailleurs, on connaît un procédé consistant à introduire dans les poches de coulée un mélange alumino- thermique convenablenent dosé et de nature à donner naissan- ce, par réaction au contact de l'acier liquide, aux éléments que l'on désire incorporer à ce dernier. Ce procédé n'est pa@ exe@lpt d'inconvénients. En premier lieu, les réactions engendrent en Quantité abondante de l'alumine scorifiée qui surnage à la surface du bain et qui gène considérablement les opérations quand on veut introduire à doses massives les élé:nents additionnels. Ensuite 7' élévation de tempéra- ture subie par la poche en raison du caractère fortement exothermique de la réaction aluminothermique rend, dans beaucoup de cas l'opération impraticable.
Enfin lorsqu' on envisage de procéder à une addition importante, le mélan- ge à incorporer est si volumineux qu'il nécessiterait l'em- ploi de poches spéciales. On se limite donc pratiquement à l' introduction de faibles quantités des éléments considérés.
La présente invention a pour objet un procédé de nature à permettre à toutes les fonderies et aciéries d'introduire dans les métaux ou alliages, notam- 'nent dans les aciers des éléments qui les améliorent ou qui en font des métaux ou alliages spéciaux, sans que l'on doive modifier les appareils de fusion.
Le procédé objet de 1¯' invention consiste essentiel- lement à opérer séparément la fusion par voie aluminothermi- que des éléments spéciaux à ajouter et à mélanger la masse fluide que forme ces éléments aux métaux ou alliages prin- cipaux, eux-mêmes fondus à la manière habituelle..De préfé- rence on exécute ce mélange en coulant ladite masse fluide dans un bain liquide constitué par les métaux ou alliages principaux. Il doit 'être entendu que leterme "aluminother- mique" est utilisé ici dans un sens générique et n'impli- que pas nécessairement l'emploi d'aluminium, comme réduc- teur;
tout autre corps peut être utilisé s'il se comporte dans des conditions analogues et notamment s'il donne lieu
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à une réaction fortement exothermique par combinaison avec un autre corps tel que l'organe.
En pratique, on a avantage à procéder de la. façon sui- vante : à proximité de la poche de coulée ou de l'appareil contenant le métal ou l'alliage destiné à recevoir des éléments additionnels, on dispose un creuset, par exemple
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un creuset en magnésie .#.#####..######---#####- ; et on y verse le mélange aluminothermique générateur des éléments à introduire, ce mélange ayant été rigoureu- sement dosé à l'avance en vue du résultat à obtenir. On amorce la réaction au moment convenable et par les moyens habituels.
Pour transvaser dans le bain le produit liquide obtenu, on peut soit déboucher le fond du creuset préala- blement obturé à l'aide d'un bouchon en magnésie, soit renv le ser/creuset en ayant soin de maintenir l'alumine dans ce creuset. Dans le premier cas, on arrête la coulée dès que l'on voit apparaître l'alumine. Comme cet arrêt doit être effectué rapidement, on peut monter le creuset de manière qu'il soit déplaçable aisément, par exemple en le reliant à un support pivotant tel qu'un axe vertical voisin de la poche; on laisse alors l'alumine s'écouler sur le sol de la fonderie ou dans un récipient adéquat. On peut encore laisser le creuset au dessus de la poche et intercepter le jet de liquide qui en sort en amenant au noment convena- ble le récipient qui vient d'être mentionné.
On comprend immédiatement que le procédé décrit ci- dessus met à profit les bénéfices procurés par l'alumi- nothermie mais ne retient pas les inconvénients du procédé connu utilisant l'aluminothermie. Il est alors possible, sans destruction prématurée de la poche de coulée,
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d'introduire dans les proportions voulues, et sans perte sensible, des .nétaux tels que le vanadium, le molybdène, le tungstène, le manganèse, le chrome, le cobalt, le tita- ne, le cuivre; le nickel, cette liste n'ayant aucun carac- tère limitatif.
Les métaux ainsi introduits sont très purs et leur prix de revient est celui de leur fabrication norma- le par aluminothermie. les pertes se seconde fusion que l'on éprouvait dans le premier des procédés signalés ci-des- sus sont totalement évitées. Etant donné qu'ils sont intro-
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duits à l'état liquide, ------- ils ne provoquent aucun abaissement --------- de température du bain; ils .provoquent même ------- un réchauffage, de sorte qu'avant la coulée on peut laisser reposer ce bain et le brasser pour l'homogénéiser.
Un avantage très important de l'invention réside dans le fait que l'on peut transformer en aciers spéciaux ou améliorés n'importe quels aciers ordinaires (aciers Martin, Bessemer, Thomas etc...) destinés au moulage, au forgeage ou au laminage. Ainsi, dans un four traitant plusieurs tonnes de métal, il est possible, sans chan- ger quoi que ce soit à la fabrication, de prélever une quantité rélativement faible de métal destiné à être modi- fié par l'incorporation d'éléments additionnels. Il en ré- sulte pour le métal modifié un prix de revient très bas.
.Dans certain¯ cas, pour éviter l'oxydation au contact de l'air au moment de la coulée des métaux spéciaux très oxydables à chaud, on verse ceux-ci dans le bain des mé- taux ou alliages principaux en créant sur leur trajet une atmosphère aritficielle de gaz neutre (azote, gaz carbonique etc...), par exemple en leur faisant traverser une @tanche dans laquelle circule un tel gaz.
Enfin, la coulée des éléments spéciaux peut être exécu-
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tée soit avant, soit pendant, soit après la coulée de l'acier ou du métal ou alliage à modifier.
D'une manière générale, on comprendra que l'inven- tion n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus et qu'on peut lui apporter diverses modifications sans pour cela sortir de son cadre. Notamment, on peut pré- parer par aluminothermie un alliage-mère à base de fer ou autres métaux ordinaires.
REVENDICATIONS
1 Procédé permettant d'incorporer des éléments spéciaux à des métaux ou alliages, ce procédé étant caracté- risé par le fait que l'on opère séparément la fusion de ces éléments spéciaux par voie aluminothermique et que l'on mélange la masse fluide formée par ces éléments aux métaux ou alliages principaux, eux-mêmes amenés à l'état fondu.
2 Procédé selon 1 , caractérisé par le fait que l'on coule la masse fluide formée par les éléments spéciaux dans un bain liquide constitué par les mélanges ou alliages principaux.
3 Procédé selon 1 ou 2 , caractérisé -car le fait que l'on opère la fusion aluminothermique des éléments spé- ciaux au-dessus du bain de métaux ou alliages principaux, par exemple au-dessus d'une poche de coulée renfermant des métaux ou alliages en question à l'état liquide, de manière quel'on puisse verser directement les éléments spéciaux dans le bain.
4 Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé par le fait que l'on opère le mélange des éléments spéciaux à l'état fondu et des mé- taux ou alliages principaux en présence d'une atmosphère inerte.
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Process for improving metals or alloys and especially steels by incorporating special elements. and
Special metals / other elements which may impart special qualities to base metals or alloys, eg steels, are usually added thereto in smelting furnaces. Numerous steelworks have thus been led to equip themselves with additional furnaces capable of melting these additional materials - generally expensive - while avoiding excessive losses by secondary reaction, for example by oxidation. Steelworks that do not have these devices are therefore excluded from the special steel market.
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Furthermore, a process is known which consists in introducing into the casting ladles an alumino-thermal mixture which is suitably proportioned and such as to give rise, by reaction in contact with liquid steel, to the elements which it is desired to incorporate into the mixture. this last. There are no drawbacks to this process. In the first place, the reactions generate an abundant quantity of slagged alumina which floats on the surface of the bath and which considerably hinders the operations when it is desired to introduce the additional elements in massive doses. Then the temperature rise undergone by the ladle due to the highly exothermic character of the thermite reaction makes the operation impractical in many cases.
Finally, when it is envisaged to make a large addition, the mixture to be incorporated is so bulky that it would necessitate the use of special bags. We therefore limit ourselves practically to the introduction of small quantities of the elements considered.
The object of the present invention is a process capable of enabling all foundries and steelworks to introduce into metals or alloys, in particular into steels elements which improve them or which make them special metals or alloys, without that we must modify the fusion devices.
The process which is the subject of the invention consists essentially in carrying out separately the melting by aluminothermic route of the special elements to be added and in mixing the fluid mass formed by these elements with the main metals or alloys, themselves melted at in the usual manner. Preferably, this mixing is carried out by pouring said fluid mass into a liquid bath consisting of the main metals or alloys. It should be understood that the term "aluminothermic" is used herein in a generic sense and does not necessarily imply the use of aluminum, as a reducing agent;
any other body may be used if it behaves under similar conditions and in particular if it gives rise to
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to a strongly exothermic reaction by combination with another body such as the organ.
In practice, it is advantageous to proceed from the. as follows: near the ladle or the apparatus containing the metal or alloy intended to receive additional elements, a crucible is placed, for example
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a magnesia crucible. #. ##### .. ###### --- ##### -; and the thermite mixture generating the elements to be introduced is poured into it, this mixture having been rigorously dosed in advance with a view to the result to be obtained. The reaction is initiated at the appropriate time and by the usual means.
To transfer the liquid product obtained into the bath, it is possible either to uncork the bottom of the crucible previously sealed with a magnesia stopper, or to return the ser / crucible, taking care to maintain the alumina in this crucible. . In the first case, the casting is stopped as soon as the alumina appears. As this stop must be performed quickly, the crucible can be mounted so that it is easily movable, for example by connecting it to a pivoting support such as a vertical axis adjacent to the pocket; the alumina is then allowed to flow onto the foundry floor or into a suitable container. It is also possible to leave the crucible above the ladle and intercept the jet of liquid which comes out of it by bringing the container which has just been mentioned to the appropriate name.
It is immediately understood that the process described above takes advantage of the benefits provided by aluminothermy but does not retain the drawbacks of the known process using aluminothermy. It is then possible, without premature destruction of the casting ladle,
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to introduce in the desired proportions, and without appreciable loss, metals such as vanadium, molybdenum, tungsten, manganese, chromium, cobalt, titanium, copper; nickel, this list not having any limiting character.
The metals thus introduced are very pure and their cost price is that of their normal manufacture by aluminothermy. the second melting losses which were experienced in the first of the processes mentioned above are completely avoided. Since they are intro-
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made in the liquid state, ------- they do not cause any lowering --------- of the bath temperature; they even cause ------- a reheating, so that before casting this bath can be left to stand and stir to homogenize it.
A very important advantage of the invention lies in the fact that it is possible to transform into special or improved steels any ordinary steels (Martin steels, Bessemer, Thomas etc.) intended for casting, forging or rolling. . Thus, in a furnace treating several tonnes of metal, it is possible, without changing anything during manufacture, to take a relatively small quantity of metal intended to be modified by the incorporation of additional elements. This results in a very low cost price for the modified metal.
.In certain cases, to avoid oxidation in contact with air during the casting of special metals which are highly oxidizable when hot, these are poured into the bath of the main metals or alloys, creating on their path an aritficial atmosphere of neutral gas (nitrogen, carbon dioxide etc ...), for example by making them pass through a @tanche in which such a gas circulates.
Finally, the casting of special elements can be executed.
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ted either before, during, or after the casting of the steel or the metal or alloy to be modified.
In general, it will be understood that the invention is not limited to the embodiments described above and that various modifications can be made to it without departing from its scope. In particular, a master alloy based on iron or other ordinary metals can be prepared by thermite.
CLAIMS
1 Process for incorporating special elements into metals or alloys, this process being characterized by the fact that the melting of these special elements is carried out separately by an aluminothermic route and that the fluid mass formed by these elements to the main metals or alloys, themselves brought to the molten state.
2 Method according to 1, characterized in that the fluid mass formed by the special elements is poured into a liquid bath consisting of the main mixtures or alloys.
3 Method according to 1 or 2, characterized -for the fact that the thermite melting of the special elements is carried out above the bath of main metals or alloys, for example above a ladle containing metals or alloys in question in the liquid state, so that the special elements can be poured directly into the bath.
4 A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the mixing of the special elements in the molten state and the main metals or alloys is carried out in the presence of an inert atmosphere.
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