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PROCÉDÉ DE -FABRICATION D'ALLIAGES DE FONTE, PAR EXEMPLE D'ALLIAGES DE TONTE GRISE, ADOUCIE,OU TONTE BRUTE.
Lorsqu'on cherche à fondre des feuilles ou tôles minces en métal contenant du cuivre ou du zinc dans les fours de fonderie ordinaires, on se heurte à une difficulté qui résulte de ce que le métal, en raison de l'étendue de sa surface exposée à l'action de l'oxygène de l'air et de sa faible épaisseur subit une oxydation quantitative ou au moins considérable, bien avant d'avoir atteint sa température de fusion. La scorie ainsi formée constitue une perte directe de métal. Si on cherche à préparer des alliages en employant des feuilles de cette nature, il peut arriver que la scorie et les oxydes ainsi formés àbaissent sensiblement la qualité des alliages obtenus ou des pièces de fonte qu'ils servent à préparer, suivant le degré de leur répartition dans le bain.
Les difficultés de cette nature apparaissent particu- lièrement lorsqu'on cherche à préparer dans le four de fusion des alliages avec d'autres métaux d'aciers plaqués avec des métaux contenant du cuivre, par exemple dans le but d'en récupérer les chutes,,
L'estampage d'articles en série en tôle d'acier plaquée fournit, suivant la forme et les dimensions des pièces estampées, des quantités plus ou moins grandes de chutes formées d'aoier plaqué. Il arrive souvent que ces aciers sont des métaux
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de toute première qualité. Leur transformation en alliages, qui serait par elle-même le moyen le plus simple de les récupérer donne lieu aux difficultés précitées, lorsqu'il s'agit de placages contenant du cuivre ou du zinc.
On en était réduit jusqutà présent, pour pouvoir récupérer ces chutes, à séparer les métaux de placage de l'acier par voie chimique ou électrolytique, ce qui entraîne des frais considé- rables. On a aussi ajouté les chutes en netites quantités dans les hauts fourneaux de traitement du minerai de fer, ce qui constitue une récupération peu économique en soi d'un métal d'aussi bonne qualité que les aciers plaqués.
Or, on a découvert qu'on peut employer à la préparation d'alliages de fonte, par exemple de fonte grise, de fonte adoucie ou de fonte brute, du métal de grande étendue superficielle contenant du cuivre, en le faisant fondre sous forme de feuilles, avec addition des produits nécessaires à la préparation de ces alliages et d'une quantité de riblons au moins suffisante pour que le pouvoir solvant du bain ainsi formé permette de dissoudre la proportion de cuivre présente.
Parmi les métaux contenant du cuivre, et sous forme de feuilles qu'on peut employer par le procédé suivant l'invention, on peut citer: les feuilles ou tôles minces en cuivre ou alliages de cuivre, en particulier en alliages de cuivre-nickel, ou de cuivre-zinc, tels que le tombac et le laiton, puis l'acier plaqué avec du cuivre pur, des alliages de cuivre-nickel ou de cuivre-zine en particulier l'acier d'estampage en matrice.
Les produits d'addition servant à la préparation des alliages de fonte grise et de fonte brute sont les produits connus, tels que le ferro-silicium, le ferro-manganèse, le ferrochrome, les minerais de manganèse, etc., ainsi que des produits carburants, tels que par exemple le coke, le coke de pétrole, les résidus de bois ou de graphite. Ces produits peuvent être ajoutés
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en partie en proportions variables, de façon à modifier entre certaines limites les propriétés des alliages obtenus.
Par l'addition des produits carburants on peut aussi plus particulièrement rendre la teneur en carbone du produit final aussi élevée que possible* L'addition des produits carburants a a.insi un double but, d'une part elle agit sur la teneur en carbone du produit final et d'autre part elle fait naître dans la zône de fusion une atmosphère réductrice, qui empêche l'oxydation des feuilles minces, de grande étendue superficielle, contenant du cuivre, particulièrement exposées aux influences atmosphériques.
Le cuivre fondu est dissous par le fer fondu, qui provient des riblons et dont la proportion est en excès. On obtient un alliage pouvant contenir au maximum 3 à 6 % de 'cuivre.
Si cet alliage contient en outre du nickel, qui peut provenir des feuilles contenant du cuivre elles-mêmes, ou être ajouté en proportions variables au bain fondu, on obtient avec les autres proportions de Si, Or, Mn, P, etc. caractéristiques de la fonte grise ou de la fonte brute, des alliages de fonte grise ou de fonte brute d'excellente qualité.
On peut ajouter les produits d'addition à l'état de mélange intime avec les riblons et le métal contenant du cuivre, avant de commencer à chauffer, ou bien ne les introduire, à l'ex ception des produits carburants, que dans le bain fondu. Les produits carburants doivent être ajoutés avant de commencer à chauffer, pour empêcher par leur présence la formation d'une scorie, On ajoute de préférence les produits carburants en couches différentes avec le métal contenant le cuivre et les riblons pour éviter une montée des produits carburants.
Il convient de déterminer la quantité de riblons ajoutés de façon que la teneur en cuivre de l'alliage de fonte grise ou de fonte brute obtenu ne dépasse pas 6 %.
Le présent procédé stapplique également à la
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fabrication d'alliages de fer, dtacier et de fonte en partant de minerais ou mitrailles pauvres en fer ou de moindre qualité.
Lors du traitement de minerais pauvres en fer ou de moindre valeur pour une autre cause, il est souvent nécessaire d'ajouter des quantités appréciables de mitraille pour augmenter le rendement économique. Malgré cela il n'est pas possible d'effectuer économiquement la fusion de minerais dont la teneur en fer est en-dessous d'une certaine limite. Cela est notamment le cas lorsqu'on doit employer, en plus du chauffage du haut fourneau, de l'énergie électrique relativement chère. Le rendement économique du traitement métallurgique de minerais de fer à pourcentage bas et de moindre qualité, est indirectement augmenté par une amélioration qualitative du produit du traitement métallurgique.
Il a été notamment montré que des quantités de cuivre peuvent être ajoutées directement lors du traitement métallurgi- que des minerais, de sorte qu'elles peuvent être incorporées directement dans la masse fondue sans que la qualité des alliages formés soit beaucoup plus mauvaise que celle d'un alliage fondu spécialement. On obtient donc lors du traitement métallurgique un alliage de qualité supérieure par l'obtention duquel on assure un bon rendement d'un traitement métallurgique même en partant de minerais pauvres. Le traitement métallurgique des minerais de fer peut se faire aussi bien dans un procédé direct de fusion, tel que le procédé Duplex.
Exemple.
On peut obtenir des alliages de qualité particulièrement supérieure, en partant par exemple d'un acier d'estampage en matrice, plaqué en cuivre et nickel, dont le placage se compose d'environ 85 % Cu et de 15 % Ni. La teneur en nickel varie entre 15 et 30 %. L'épaisseur du placage varie entre 1/10 et 1/15, cette variation ne se traduisant le plus souvent que par une variation de la teneur en nickel, La teneur en cuivre reste constante. La composition analytique des chutes fondues est
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variable : 8,5 % Cu et 1,5 % Ni, ou 8,7 % Cu et 2,8 % Ni, etc.
On fond les chutes dans un four électrique à arc avec une quantité quadruple de riblons et 3 % en poids de produits carburants, par exemple du coke de pétrole, avec addition de ferro-silioium et de ferro-manganèse ou de minerais correspond dants; et on surchauffe le bain sous une couche de scorie basique empêchant l'oxydation, puis on le coule dans des moules,
Les alliages préparés par le procédé suivant l'invention et les pièces moulées avec ces alliages, possédant une teneur d'environ 2,5 % en cuivre, et d'environ 0,9 % en nickel, sont absolument exempts-de tensions internes, sont à grains très fins et homogènes.
Une fois usinés, ils possèdent une surface remarquablement brillante, et sont notablement plus résistants à la corrosion que la fonte grise ordinaire ou la fonte brute.La teneur en carbone peut être maintenue relativement très faible, sans que se manifestent les défauts qu'on observe dans ce cas dans la fonte grise, tels que mauvaises propriétés de coulée, tensions internes dans la pièce moulée, surface dure, etc. De même, les essais de résistance font apparaître des avantages très notables par rapport aux sortes connues de fonte grise ou de fonte brute. Cette observation s'applique particulièrement à la résistance de forme des pièces compliquées.
La dureté Brinell est forte, sans qu'il en résulte cependant des difficultés d'usi- nage, comme dans la fonte grise ordinaire.Les propriétés avantageuses précitées apparaissent nettement même si la teneur en cuivre et en nickel est sensiblement inférieure à celle de l'exem ple donné cidessus. De plus, la dureté Brinell des pièces moulées à parois d'épaisseurs différentes.est constante lordquton la mesure sur les portions de parois épaisses et minces.
On a obtenu les chiffres suivants : Résistance à la traction 34 kg/mm2 Résistance à la flexion 63,8 kg/mm2 Dureté Brinell 300 unités Brinell.
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METHOD OF MANUFACTURING CAST IRON ALLOYS, FOR EXAMPLE OF GRAY, SOFTENED, OR ROUGH TONED ALLOYS.
When attempting to smelt thin sheets or plates of metal containing copper or zinc in ordinary foundry furnaces, a difficulty is encountered which results from the metal, owing to the extent of its exposed surface to the action of oxygen in the air and its small thickness undergoes quantitative oxidation or at least considerable, long before reaching its melting point. The slag thus formed constitutes a direct loss of metal. If one seeks to prepare alloys by employing foils of this nature, it may happen that the slag and the oxides thus formed appreciably lower the quality of the alloys obtained or of the castings which they serve to prepare, according to the degree of their distribution in the bath.
The difficulties of this nature appear particularly when it is sought to prepare in the melting furnace alloys with other metals of steels clad with metals containing copper, for example with the aim of recovering offcuts, ,
The stamping of articles in series of clad sheet steel provides, depending on the shape and dimensions of the stamped parts, more or less large quantities of scrap formed from plated steel. It often happens that these steels are metals
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of the highest quality. Their transformation into alloys, which would in itself be the simplest means of recovering them, gives rise to the aforementioned difficulties, when it comes to plating containing copper or zinc.
Until now, in order to be able to recover these scraps, we had to separate the plating metals from the steel by chemical or electrolytic means, which entails considerable costs. Net scraps have also been added in iron ore processing blast furnaces, which is inherently uneconomical recovery of a metal as good as clad steels.
However, it has been discovered that in the preparation of alloys of cast iron, for example gray cast iron, soft cast iron or pig iron, it is possible to use metal of large surface area containing copper, by melting it in the form of sheets, with the addition of the products necessary for the preparation of these alloys and of a quantity of scrap at least sufficient for the solvent power of the bath thus formed to dissolve the proportion of copper present.
Among the metals containing copper, and in the form of sheets which can be used by the process according to the invention, there may be mentioned: thin sheets or sheets of copper or copper alloys, in particular of copper-nickel alloys, or copper-zinc, such as tombac and brass, then the steel plated with pure copper, copper-nickel or copper-zine alloys especially die-stamping steel.
The adducts used in the preparation of gray iron and pig iron alloys are known products, such as ferro-silicon, ferro-manganese, ferrochrome, manganese ores, etc., as well as products fuels, such as for example coke, petroleum coke, wood or graphite residues. These products can be added
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partly in variable proportions, so as to modify the properties of the alloys obtained between certain limits.
By adding fuel products, it is also possible more particularly to make the carbon content of the final product as high as possible * The addition of fuel products thus has a dual purpose, on the one hand it acts on the carbon content of the final product and on the other hand it creates in the melting zone a reducing atmosphere, which prevents the oxidation of the thin sheets, of large surface area, containing copper, particularly exposed to atmospheric influences.
The molten copper is dissolved by the molten iron, which comes from the scrap and the proportion of which is in excess. An alloy is obtained which may contain a maximum of 3 to 6% copper.
If this alloy also contains nickel, which can come from the sheets containing copper themselves, or be added in variable proportions to the molten bath, the other proportions of Si, Gold, Mn, P, etc. are obtained with the other proportions. characteristics of gray iron or pig iron, alloys of gray iron or pig iron of excellent quality.
The adducts can be added in the state of intimate mixture with the scrap and the metal containing copper, before starting to heat, or they can only be introduced, with the exception of fuel products, into the bath. molten. The fuel products must be added before starting to heat, to prevent by their presence the formation of a slag, The fuel products are preferably added in different layers with the metal containing the copper and the scrap to avoid a rise of the fuel products .
The quantity of scrap added should be determined in such a way that the copper content of the resulting gray or pig iron alloy does not exceed 6%.
The present method is also applicable to the
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manufacture of iron, steel and cast iron alloys from ores or scrap metal poor in iron or of lower quality.
When processing ores low in iron or of lesser value for another cause, it is often necessary to add appreciable amounts of scrap to increase economic efficiency. Despite this it is not possible to economically carry out the smelting of ores whose iron content is below a certain limit. This is particularly the case when it is necessary to use, in addition to heating the blast furnace, relatively expensive electrical energy. The economic efficiency of the metallurgical treatment of low-grade iron ore of lower quality is indirectly increased by a qualitative improvement of the product of the metallurgical treatment.
It has been shown in particular that quantities of copper can be added directly during the metallurgical treatment of the ores, so that they can be incorporated directly into the melt without the quality of the alloys formed being much worse than that of 'a specially melted alloy. During the metallurgical treatment, therefore, an alloy of superior quality is obtained by obtaining which a good yield of a metallurgical treatment is ensured even starting from poor ores. The metallurgical treatment of iron ores can be done as well in a direct smelting process, such as the Duplex process.
Example.
Particularly high quality alloys can be obtained, for example starting from a die-stamping steel, plated with copper and nickel, the plating of which consists of about 85% Cu and 15% Ni. The nickel content varies between 15 and 30%. The thickness of the plating varies between 1/10 and 1/15, this variation usually only resulting in a variation in the nickel content. The copper content remains constant. The analytical composition of molten waste is
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variable: 8.5% Cu and 1.5% Ni, or 8.7% Cu and 2.8% Ni, etc.
The offcuts are melted in an electric arc furnace with a quadruple quantity of scrap and 3% by weight of fuel products, for example petroleum coke, with the addition of ferro-silioium and ferro-manganese or corresponding ores; and the bath is overheated under a layer of basic slag preventing oxidation, then it is poured into molds,
The alloys prepared by the process according to the invention and the parts cast with these alloys, having a content of about 2.5% copper, and about 0.9% nickel, are absolutely free of internal stresses, are very fine grained and homogeneous.
When machined, they have a remarkably shiny surface, and are significantly more resistant to corrosion than ordinary gray cast iron or pig iron.The carbon content can be kept relatively very low without the defects that are observed showing up. in this case in gray cast iron, such as poor casting properties, internal stresses in the casting, hard surface, etc. Likewise, the strength tests show very notable advantages over the known kinds of gray iron or pig iron. This observation applies particularly to the shape resistance of complicated parts.
The Brinell hardness is high, without however resulting in machining difficulties, as in ordinary gray iron. The above-mentioned advantageous properties appear clearly even if the copper and nickel content is appreciably lower than that of the example given above. In addition, the Brinell hardness of castings with different wall thicknesses is constant when measured on thick and thin wall portions.
The following figures were obtained: Tensile strength 34 kg / mm2 Flexural strength 63.8 kg / mm2 Brinell hardness 300 Brinell units.