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Procédé pour la fabrication d'alliages de chrome-nickel et de chrome-nickel-fer.
Les alliages de chrome-nickel et de chrome-nickelfer, qui depuis un certain nombre d'années sont de plus en plus utilisés comme matière pour résistances dans la construction des fours électriques et appareils analogues, appartiennent, comme on le sait, à la catégorie des alliages dont la production et le façonnage présentent de notables difficultés en raison de leurs particularités métallurgiques.
Jusqu'ici on fabriquait ces alliages dans des creusets ou dans des fours électriques à arc à garnissage basique.
Toutefois, dans cette fabrication, on ne peut guère empêcher que les alliages prennent des teneurs en carbone relativement élevées qui, dans certaines limites, ont bien un effet favora-
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ble sur l'aptitude au façonnage, mais cependant réduisent notablement, aux températures élevées, la durée d'un fil de résistance fabriqué à partir de ces alliages.
A¯ce point de vue, le four à haute fréquence, qui au cours des dernières années a trouvé un champ d'applications dans l'industrie allemande de l'acier et des métaux, semble diminuer les difficultés. Quand on l'emploie, l'absorption nuisible de carbone ne se produit plus, mais par contre il se manifeste un autre inconvénient, cause de difficultés, savoir l'absorption d'oxygène en quantités' relativement importantes. La teneur en oxygène diminue notablement, comme dans tous les alliages, par suite de la formation d'oxyde de chrome, les possibilités de façonnage par forgeage, laminage, etc., et réduit la durée du fil de résistance.
Aussi ne considérait-on comme possibles que deux moyens de fabriquer par fusion des alliages de chrome-nickel et de chrome-nickel-fer parfaits , savoir :
1) la fusion au four à haute fréquence sous une atmosphère d'hydrogène protectrice;
2) la fusion et la coulée dans le vide.
La fusion sous des gaz protecteurs, comme la fusion et la coulée dans le vide, comporte des difficultés et ne permet guère de traiter de grandes fournées.
L'invention procure la possibilité de fabriquer les alliages de chrome-nickel et de chrome-nickel-fer au four à haute fréquence à garnissage acide, sans employer des gaz protecteurs, ni le vide, en assurant tous les avantages des alliages fondus sous l'hydrogène ou dans le vide.
Suivant l'invention, on propose de faire fondre les alliages de chrome-nickel ou de chrome-nickel-fer, ou leurs métaux de départ, au four à haute fréquence acide,
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et de traiter ensuite le bain par un laitier consistant en calcium-silicium. Pour produire ce laitier, on peut épandre sur le bain du calcium-silicium industriel correspondant sensiblement à la formule CaSi2. L'emploi du calciumsilicium dans la métallurgie est connu en soi, mais on ne pouvait guère prévoir que cet agent, employé par exemple pour la fusion au four à arc basique, exercerait un effet améliorant sur la production des alliages de chrome-nickel et de chromenickel-fer au four à haute fréquence acide.
Bien que dans des bains de fusion usuels obtenus avec admission d'air les alliages précités restent troubles sous un laitier acide - ce qui est un signe de la présence d'oxyde de chrome nuisible - on réussit en peu de temps, en employant du calcium-silicium industriel, à obtenir que le bain devienne parfaitement clair. Il faut conserver cet état afin que les lingots coulés à partir de ce bain soient bien façonnables et que les fils métalliques fabriqués au moyen de ces lingots aient une longue durée de vie.
La disparition de l'aspect trouble du bain signifie que les oxydes'du bain, notamment l'oxyde de chrome et, en cas de présence du fer, l'oxyde de fer, sont complètement réduits. Bien qu'il soit connu que le silicium comme tel est un agent désoxydant, l'effet du calcium-silicium n'en devait pas moins rester surprenant, étant donné que lorsqu'on emploie par exemple le silicium comme métalloïde ou sous forme de ferro-silicium à pourcentage élevé, il n'est guère possible d'assurer une réduction si totale du bain qu'on puisse couler un métal fondu clair. D'autre part, le garnissage acide du four à haute fréquence empêche d'employer le calcaire comme laitier si l'on tient compte de la conservation de la sole.
Lorsqu'on emploie du calcium-silicium, il se forme toutefois un.laitier très réactif qui en raison de sa flui-
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dite recouvre le bain de manière étanche et empêche ainsi dans une large mesure l'arrivée d'air, et, partant, la réab- sorption d'oxygène, sans que le garnissage acide soit attaqué dans une mesure sensible.
L'emploi du calcium-silicium cornue laitier et, en même temps, comme agent désoxydant présente encore un avantage supplémentaire, savoir qu'on obtient un alliage dont la teneur en carbone est très faible. On sait, par la métallurgie du fer, que la solubilité de l'oxygène dans le bain liquide augmente notablement quand la teneur en carbone diminue. Ceci se vérifie dans la même mesure, sinon dans une mesure plus large, pour les alliages de chrome-nickel et de chrome-nickel-fer. Plus faible est la teneur en carbone, plus riche en oxygène devient le bain et plus difficile devient la réduction complète des oxydes présents dans le bain. Aussi n'est-il pas possible de couler des métaux fondus clairs, c'est-à-dire exempts d'oxydes.
Or les différents métaux de départ industriels contiennent, le nickel jusque 0,30 % de carbone, le fer jusque 0,10 % de carbone et le chrome jusque 0,10 % de carbone, de sorte qu'il est difficile de maintenir dans l'alliage achevé une teneur en carbone par exemple inférieure à 0,10 %. Par suite, il faut éliminer cette teneur en carbone par oxydation au moyen d'oxygène. Ceci provoque une forte augmentation de la teneur en oxygène du bain, qui croit davantage au fur et à mesure que diminue la teneur en carbone et qui reste en solution dans le bain.
L'emploi de calcium-silicium au four à haute fré- quence acide, conformément à l'invention, permet au contraire, d'une part, d'abaisser la teneur en carbone et, d'autre part, d'éliminer sans reste l'oxygène dissous dans le bain. Grâce au nouveau procédé, on évite ainsi les opérations compliquées @
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de la fusion sous un gaz protecteur ou de la fusion et de la coulée dans le vide.
Le progrès métallurgique réalisé se déduit des résultats pratiques suivants : la production d'un alliage à environ 0,1 % de carbone, 60 % de nickel, 15 % de chrome et le restant de fer, au four à arc basique, en employant un régime de laitier basique et en opérant la dé- soxydation au moyen de manganèse et de silicium, on n'obtint. qu'un rendement de 30 % calculés par rapport au produit achevé.
Le déchet élevé était dû essentiellement à la teneur en carbone trop élevée. En faisant fondre le même alliage au four à haute fréquence acide et en désoxydant au moyen de manganèse et de silicium sans recourir aux mesures conformes à l'invention, on arriva bien à maintenir la teneur en carbone aussi faible qu'il le fallait ; toutefois,ici encore, le rendement n'était que de 41 % calculés par rapport au produit achevé. Ce déchet est dû essentiellement à la teneur élevée en oxygène et, partant,.au manque d'aptitude au forgeage. En revanche, lorsqu'on employa la fusion au four à haute fréquence acide, en désoxydant .au moyen de calcium-silicium, conformément à l'invention, le rendement fut d'environ 60 % calculés par rapport au produit achevé.
Les chiffres de comparaison cités sont basés sur les productions annuelles respectives obtenues suivant les différents procédés de fusion.
On exécute le procédé conforme à l'invention en appliquant sur le bain fondu liquide, produit au four à haute fréquence acide, une couche couvrante de laitier de calcium-silicium, avantageusement après avoir éliminé le laitier produit par la fusion. En général, on épand le calcium-silicium en morceaux ou à l'état pulvérulent.
Dans la pratique, la manière de procéder suivante s'est montrée avantageuse : @
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On fait fondre d'abord le nickel, - ou le nickel et le fer lorsqu'on fabrique un alliage de fer-chrome-nickel, - et on ajoute de l'oxyde de nickel, - ou de l'oxyde de nickel et de fer, - jusqu'à ce que la teneur en carbone devienne très faible. Par cette décarburation, connue en soi, on élimine aussi les gaz nuisibles fréquemment contenus dans la charge. En même temps on suroxyde ainsi le bain. On enlève le laitier provenant de la charge et on débite sur le bain ouvert du calcium-silicium, jusqu'à ce que le bain devienne clair et tranquille. On enlève avantageusement à son tour le laitier se formant au cours de cette opération et on rajoute le chrome sous forme de métal chrome ou de ferro-chrome.
Du fait qu'il a recueilli les oxydes toujours contenus dans le métal chrome ou le ferro-chrome, le bain redevient trouble. Par suite, il est avantageux d'enlever à nouveau le laitier formé et de recharger du calcium-silicium jusqu'à ce que le bain soit complètement couvert de laitier.
Une réaction énergique commence aussitôt en formant un laitier fluide. On ajoute du calcium-silicium jusqu'à ce que le bain soit clair. On peut alors faire les additions ultérieures de manganèse, silicium, etc., requises éventuellement, après quoi on retraite le bain, au besoin, par du calcium-silicium et on déverse le bain exempt d'oxyde. On obtient ainsi le même état final qu'avec la fusion sous l'hydrogène ou dans le vide, tout en évitant les difficultés inhérentes à ces procédés.
En conduisant bien le procédé, on réussit même à produire à partir de riblons, c'est-à-dire par refonte d'alliages de chrome-nickel ou de chrome-nickel-fer au four à haute fréquence acide, des bains de fusion ayant toute leur valeur au point de vue des possibilités de façonnage ultérieur et de la qualité.
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Naturellement, le procédé décrit ci-dessus peut aussi être appliqué à la fusion des aciers au chrome-nickel pauvres en carbone, qui contiennent plus de 25 % de chrome + nickel et qui sont connus généralement en tant qu'aciers résistant à la rouille et à l'oxydation à chaud. Sur ces alliages le calcium-silicium produit aussi, de manière surprenante, une action réductrice très énergique.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Procédé de fabrication d'alliages de chromenickel et de chrome-nickel-fer, caractérisé en ce qu'on fait fondre les alliages ou leurs métaux de départ au four à haute fréquence acide, après quoi on traite le bain par un laitier de calcium-silicium.