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PRECEDE DE TRAITEMENT DES FONTES BRUTES HYPEREUTECTIQUES POUR MODIFIER
LEUR COMPOSITION ET LEURS PROPRIETES ET FONTES
AINSI OBTENUES.-
Les hauts-fourneaux bien conduits et utilisant, outre les métho- des de fabrication classiques, des procédés plus récents, tels que l'injec- tion par les tuyères de combustible et/ou de matières diverses, l'addition au vent soufflé de fluides, par exemple de vapeur saturée ou surchauffée, capables de faciliter l'élaboration de fonte à basse teneur en carbone, etco peuvent produire des fontes de compositions et de propriétés variant dans certaines limites.
Cependant, les moyens d'action classiques restent assez restreints et, d'autre part, les conditions économiques limitent le choix du procédé de fabrication et surtout des matières premières pouvant être mises en oeuvre. Il en résulte que, pour la généralité des hauts-fourneaux la gam- me des fontes pouvant être élaborées dans des conditions techniques et éco- nomiques acceptables est très peu étendue. Or, ces fontes ne sont pas tou- jours les plus propres à la satisfaction des besoins des consommateurs si- tués dans le rayon d'action normal de chaque producteur de fontes brutes.
D'autre part, on a rarement cherché, considérant la fonte liquide, à la sor- tie du haut-fourneau, comme un produit de départ, à l'améliorer ou à la mo- difier. @ 'La présente invention concerne, d'une manière particulière, les fontes hypereutectiques, par exemple celles qui peuvent être obtenues con- formément au brevet n 490.834 déposé le 26 avril 1949, et a pour objet un procédé permettant de modifier la composition et les propriétés de ces fon- tes par l'abaissement de leur teneur en carbone ou d'autre part, par 1'aug- mentation, et, s'il y a lieu, par la diminution de leur teneur en silicium ou d'agir sur les teneurs en carbone et en silicium simultanément.
Elle s'étend, en outre, aux fontes ainsi obtenues.
Bien que dans le présent exposé il ne soit parlé,pour simpli- fier, que des hauts-fourneaux et des fontes de hauts-fourneaxu, 1'inven- tion s'applique à toutes les fontes de toute origine et de tout mode d'éla-
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boration, qu'elles soient de première fusion, élaborées dans un. appareil quel- conque, ou bien de deuxième fusion, c'est-à-dire refondues dans un appareil quelconque : cubilot, four électrique, four à réverbère, etc...
On sait que la température de solidification de la fonte hypereu- tectique va en décroissant en même temps que la teneur en carbone, contrai- rement à ce que l'on observe dans les fontes hypoeutectiques, dont la tempé- rature de solidification va en croissant quand la teneur en carbone décroît.
C'est ainsi que cette température baisse de 1800 approximativement pour une teneur en carbone de 6,67 % (cémentite Fe3C) à 1135 pour la teneur eutecti- que qui est 4,30 % dans le système fer-carbone; une variation semblable, mais décalée en valeur absolue,. existe dans les fontes renfermant d'autres constituants. Au contraire, la température de solidification remonte lorsque la teneur en carbone s'abaisse au-dessous de la teneur eutectique.
Selon l'invention, on utilise les calories, rendues disponibles par l'abaissement de la température de solidication, correspondant à la correction à faire subir à la teneur en carbone des fontes hypereutectiques sortant du haut-fourneau, pour fondre du fer ou de l'acier à l'état relativement divisé (ferrailles légères, tournures d'acier, etc..) chauffé ou non chauffé préalablement, oxydé ou non oxydé, en vue de réduire par dilution et (ou) par oxydation, la teneur initiale en carbone. L'addi- tion de fer métallique ou oxydé doit être dosée en fonction de la teneur en carbone réduite qui est recherchée, teneur qui peut être soit supérieure, soit inférieure à la teneur eutectique;
il faut naturellement tenir compte du relèvement de la température de solidification de la fonte qui accompagne l'abaissement de la teneur en carbone au-dessous de cette teneur eutectique et, en règle générale, doser l'addition de fer de telle sorte que la tem- pérature de la fonte, après l'addition, reste suffisamment supérieure à son point de solidification, cette marge de température étant déterminée en fonction du traitement ultérieur que la fonte doit subir.
Cette adjonction dosée de fer ou d'acier, oxydé ou non, qui peut être faite dans la poche où la fonte hypereutectique est coulée, a pour ef- fet, non seulement, de régler la teneur en carbone, mais encore d'agir favo- rablement sur la structure par homogénéisation de la grosseur des lamelles de graphite et de leur répartition. De cette homogénéisation découle une amélioration des propriétés mécaniques. De plus, la quantité de coke rap- portée à l'unité de poids de fonte finalement obtenue est diminuée par l'aug- mentation de production due à la transformation en fonte du fer ou de l'acier ajouté, grâce aux calories récupérées dans le sein de la fonte.
Pour diminuer la teneur en silicium, on brûle l'excès de silicium par l'oxygène contenu dans l'oxyde de fer que l'on obtient à la surface du fer ou de l'acier à l'état divisé ajouté à la fonte selon ce qui a été in- diqué ci-dessus, en réchauffant, au préalable, ces matières par une flamme oxydante. On peut aussi remplacer le fer ou l'acier à l'état divisé et oxydé, comme on vient de le dire, par des oxydes de fer tels que les battitures, minerais granulés ou pulvérulents, etce..
Une fraction de l'oxygène des oxydes brûle une partie du carbone de la fonte en CO et CO; une autre fraction, en se combinant au silicium, dégage une quantité de chaleur supérieure à celle qui est nécessaire à la décomposition des oxydes. Ces calories, jointes à la chaleur sensible de la fonte au-dessus de la température nécessaire à la coulée, sont disponi- 'bles pour fondre des matières métalliques ferreuses après réduction des oxy- des qu'elles peuvent contenir.
Enfin, une partie de l'addition est scorifiée avec les produits d'oxydation de la fonte (MnO, SiO2 etc.,.). On obtient donc, par une addition convenablement calculée du mélange de fer, à l'état divisé, et d'oxyde de fer granulé ou pulvérulent, une diminution de la te- neur en carbone et de la teneur en silicium, et la formation d'un laitier dont les propriétés sont déterminantes de la forme de graphitisation de la fonte.
Suivant les cas, les proportions entre les additions de fer ou d'acier et d'oxydes de fer peuvent varier entre des limites très étendues.
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Ces additions peuvent se faire soit dans un chenal de coulée, soit dans un récipient convenable, fixe ou mobile, chauffé ou non chauffé, et dans le- quel coule la fonte. Elles peuvent avoir lieu de façon continue dans le chenal de coulée ou dans le récipient, ou être massives en une ou plusieurs fois.
On peut également obtenir un abaissement des teneurs en silicium et en carbone, en même temps qu'une élévation de la température du bain mé- tallique, par insufflation d'une quantité dosée d'oxygène, de préférence à l'état divisé.
Pour accroître, au contraire, la teneur en silicium, ce qui peut s'obtenir par l'addition banale et évidente de corps appropriés apportant le silicium, tels que des ferro-siliciums à différentes teneurs, on soumet la fonte selon l'invention à l'action d'un laitier à haute teneur en silice qu'on réduit par le fer de la fonte et par le carbone, ou par certaines autres sub- stances réductrices qu'on ajoute au laitier, comme le carbure de calcium, l'aluminium, etc..
afin de faire passer dans la fonte la quantité voulue de siliciumo
Pour obtenir une réduction chimique importante de la silice en silicium, il faut que ce laitier contienne une forte proportion de silice, par exemple 60% au moins et d'autre part et en sens inverse qu'il ne renfer- me que très peu d'oxydes facilement réductibles, comme par exemple les oxy- des de fer et de manganèse, car leur présence gênerait la réduction de la silice ; à cause de cet inconvénient, le laitier ne doit pas contenir plus de 1% de tels oxydes.
Le laitier utilisé pour enrichir la fonte en silicium a, par exem- ple, l'une des compositions suivantes : EXEMPLE 1 SiO2=60 à 65% A1203= 10 à 25%
MgO = 15 à 30%
NaO2 = 0 à 5%
CaO = 0 à 10% EXEMPLE 2: SiO2 = 60 à 65%
CaO = 20 à 30%
MgO = 5 à 15%
Na2O = 0 à 5% EXEMPLE 3 :
SiO2= 60 à 75%
Na2O = 15 à 25%
A103= 5 à 15%
MgO ou
CaO = 0 à 10%
Dans ces laitiers, seule la silice est réduite en quantités appré- ciables par les éléments de la fonte (Fe et C)
En agissant, d'une part sur la température de la fonte, d'autre part sur la composition et sur la viscosité du laitier, on peut faire varier le degré de réduction de la silice et, par suite, régler la quantité de si- licium incorporée dans la fonteo Pour réaliser le traitement par le laitier, objet de la présente invention, on peut couler la fonte dans un récipient
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approprié, une poche par exemple, où le laitier se trouve déjà à l'état fon- du et rendu suffisamment fluide par des additions de fondants, de préférence de feldspath,
de fagon qu'il se produise entre fonte et laitier une émulsion fine favorisant une réduction énergique de la silice par le fer et par le carbone de la fonte.
On peut aussi soit fondre, soit verser la fonte à traiter préa- lablement fondue, dans un four approprié chauffé par exemple au gaz ou par l'arc électrique, puis introduire dans ce four les éléments du laitier con- forme à l'une des compositions ci-dessus; le laitier se forme à la surface du métal et entre en fusion et les réactions désirées se produisent alors à la surface de contact entre fonte et laitier, favorisées par l'élévation de la température. Quand on opère de cette façon, on utilise, pour réduire la silice et faciliter la dissolution du silicium dans-la fonte, des réduc- teurs tels que le carbone, par exemple sous forme de coke, le carbure de calcium, l'aluminium, etc... qu'on ajoute au laitier.
Dans chacun de ces modes de mise en oeuvre de l'invention, on peut ou bien rassembler les corps constituants du laitier (qu'on fond au préalable ou jette dans le four à l'état solide, suivant le cas) ou bien, ce qui est souvent avantageux, partir d'un laitier provenant d'une autre opération sidérurgique et le corriger pour le rendre apte au procédé ob- jet de l'invention.
Quelle que soit la façon dont on a formé le laitier, il y a sou- vent avantage à le régénérer ensuite, c'est-à-dire à lui restituer d'une manière appropriée la composition désirable.
EXEMPLES
Pour augmenter de 1,60 % environ la teneur en silicium d'une fonte de la composition ci-après,.
C = 3,85 %
Si = 0,38 % Mn = 0,70 % on verse, à l'état liquide, 2.000 kilos de cette fonte dans un four où l'on introduit ensuite 400 kg. d'un laitier ayant la composition ci-après,.
SiO2 = 64 %
A10203 10 %
CaO = 5 %
Na2O = 20 % Après traitement., la composition de la fonte est devenue la suivantes
C = 3,77 %
Si = 1,95 %
Mn = 0,51 % et le laitier résiduel présente la composition ci-après,.
SiO2 55 %
A103 14 %
CaO = 6 %
NaO2 22 %
FeO = 1,5 % MnO = 2,1 %
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ON peut ensuite régénérer le laitier en vue de son réemploi pour une autre coulée de fonte en lui restituant sa composition d'origine indi- quée ci-dessus, par une addition appropriée de silice faite en milieu réduc- teur
Dans cet exemple, le carbone et le fer de la fonte servent à réduire la silice, d'où une diminution de la teneur en carbone de la fonte; mais il est possible de réaliser l'enrichissement en silicium sans faire bais- ser de façon notable la teneur en carbone,- pour cela, il suffit d'employer, pour réduire le laitier siliceux, un réducteur tel que ceux indiqués plus hauts cocke ou carbure de calcium, etc...
REVENDICATIONS.
1 Procédé de traitement des fontes brutes hypereutectiques com- portant les particularités suivantes, qui peuvent être appliquées séparément ou en combinaison; a) la teneur en carbone est abaissée, en ajoutant à la fonte sortant du haut-fourneau du fer ou de l'acier à l'état relativement divisé, chauffé ou non chauffé préalablement, oxydé ou non oxydé, en vue de réduire par dilution et (ou) par oxydation la teneur initiale en carbone, la fusion du fer ou de l'acier ainsi ajouté étant réalisée par emprunt de chaleur à la fonte liquide, en mettant à profit l'abaissement de la température de'solidi- fication de ladite fonte qui accompagne la diminution de sa teneur en carbone;
ces additions sont faites de façon qu'elles exercent une influence favorable sur la structure de la fonte. b) la teneur en silicium de la fonte hypereutectique est augmen- tée en soumettant cette fontecoulée dans un récipient ou un four, à 1'ac- tion d'un laitier à haute teneur en silice, que l'on réduit par des réduc- teurs qui peuvent être déjà présents dans la fonte, tels que le fer et le carbone (ce qui dans ce dernier cas, permet de réduire simultanément la teneur en carbone), ou que 1'on ajoute spécialement.
2. Un mode de réalisation du procédé spécifié en 1 a), dans le- quel l'oxygène contenu dans le fer à l'état oxydé ajouté à la fonte est uti- lisé également pour diminuer la teneur en silicium de la fonte, les oxydes de fer pouvant être préalablement formés à la surface du fer ou de l'acier ajouté à l'état plus ou moins divisé, par une flamme oxydante appropriée., ou pouvant être constitués par des battitures, des minerais granulés ou pul- vérulents, etc.....
3. Un mode de réalisation du procédé spécifié en 1 b) dans le- quel le laitier a une teneur en silice au moins égale à 60 % et est exempt ou ne renferme que très peu d'oxydes facilement réductibles, tels que les oxydes de fer et de manganèse.
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