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La présente invention concerne la fabrication de fonte présentant des propriétés physiques améliorées, et en particulier de fonte contenant du graphite nodulaire.
On connait des procédés et traitements permettant d'obtenir une fonte nodulaire. Ce matériau contient du graphite qui est en partie ou en totalité sous la forme nodulaire. En principe, ces procédés et traitements ont pour résultat que la fonte retient de petites quantités d'agents de nodu- lation, par exemple de magnésium et de cérium. On ajoute de façon classique ces agents à la fonte, habituellement sous la forme d'alliages, puis on inocule et moule le fer ainsi obtenu. L'inocùlation consiste à ajouter du silicium à la fonte, ce qu'on a réalisé antérieurement soit en procédant à des additions en vrac de silicium ou d'alliages de silicium à la fonte contenue dans la poche de coulée, soit en versant la fonte dans des poches de coulée contenant l'inoculant, soit par d'autres moyens appropriés.
Il a été démontré qu'on peut augmenter le rendement de l'agent de nodulation en ayant recours à des injections gazeuses de l'agent plut8t qu'aux addi- tions en vrac utilisées antérieurement. Selon cette technique, l'agent de nodulation sous forme convenable est broyé puis injecté au-dessous de la surface du fer fondu dans un courant d'un gaz inerte tel que l'argon.
Après ce traitement, on inocule la fonte à la manière classique et le moule à l'état de fer nodulaire.
Bien qu'on ait utilisé avec succès ce traitement pour obtenir une fonte nodulaire, le rendement de l'inoculant, 1.'homogénéité du produit et les pertes de chaleur au cours du traitement laissent quelque peu à désirer.
La présente invention se propose en conséquence de fournir un procédé perfectionné de fabrication de fonte contenant du graphite nodulaire.
Selon l'invention, un procédé de fabrication de fonte nodulaire qui comporte l'entraînement d'un agent de nodulation dans un courant de gaz inerte et l'injection d'un gaz chargé de poudre dans un bain de fonte fondue, est caractérisé en ce que le gaz entraîne un inoculant en même temps que L'agent de nodulation. Si on le désire, le gaz peut entraîner en outre un diluant réfractaire. L'invention comprend également un mélange pulvérulent convenant à la mise en oeuvre du-procédé, ainsi qu'une fonte dont la teneur tant en soufre qu'en agent de nodulation est inférieure à 0,01 %, obtenue par le procédé selon l'invention.
Parmi les agents de nodulation qui peuvent avantageusement être appliqués dans le présent procédé, on peut mentionner le magnésium, le magnésium-ferrosilicium, le cérium-magnésium-ferrosilicium, et les oxydes de terres rares. Il convient de remarquer que ces agents de nodulation eux-mêmes peuvent contenir du silicium, qui est un inoculant. Toutefois, du fait du taux élevé de récupération des-matières de nodulation auquel on parvient en appliquant la technique par injection, il est nécessaire d'avoir recours à une inoculation supplémentaire dela fonte afin de fournir une quantité suffisante de silicium.
L'inoculant appliqué dans le procédé peut consister en toute matière contenant du silicium. ordinairement appliquée à cet effet en métallurgie. Parmi ces matières qui se sont avérées comme étant les plus éfficaces, on peut mentionner le silicium et les alliages de silicium tels que le silicium calcique et le ferrosilicium.
L'injection de matières à point de fusion relativement bas dans la fonte fondue constitue une opération difficile, attendu qu'une telle matière tend à se ramollir et à obstruer l'appareillage. Afin d'empêcher cette
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obstruction, on peut avoir recours à du diluant à point de fusion élevé.
Une matière convenant à cet effet est le carbure de calcium.qui n'a pas d'effet nuisible sur la fonte. On peut également utiliser comme diluants d'autres matières réfractaires, telles que la magnésie, qui n'exerce pas l'effet nuisible sur la fonte.
L'agent de nodulation, l'inoculant, et le diluant réfractaire dans le cas où on l'utilise, sont broyés, de préférence à une dimension inférieure à 0,84 mm, environ. Les matières broyées sont entraînées dans un courant de gaz inerte, de préférence d'argon ou autre gaz mono-atomique, et injectées dans la fonte fondure par un tube en graphite ou fer. On a constaté que les taux de débit des particules susceptibles d'être adoptés dépendent dans une certaine mesure de la dimension de la masse de métal dans laquelle on injecte le courant de gaz chargé de particules. Dans des poches de coulée contrant 136 Kgs environ de métal, on a maintenu de façon satisfaisante un taux de débit de 0,9 Kg environ de particules par minute.
Dans des poches plus grandes, d'une-,contenance allant jusqu'à plusieurs milliers de kilogs, on peut adopter des taux de débit de 4,5 kgs.
Outre la dimension de la poche, la composition de la poudré constitue un facteur important dans la détermination des taux de débit. De façon générale, dans le cas où l'agent de nodulation consiste en magnésium élémentaire ou allié, on peut adopter un taux de débit de 0,45 kg de magnésium par minute. La quantité totale de poudre est évidemment plus grande lorsque le magnésium est sous forme d'alliage que lorsqu'il est sous la forme élémentaire.
Dans un essai portant sur 136 kgs de fonte, on a obtenu du fer nodulaire en appliquant le présent procédé. On a entraîné un mélange pul- véruleht de 45% de carbure de calcium, 45 % de silicium calcique et 10 % d'oxydes de terres rares dans un courant d'argon qu'on a introduit dans le fer fondu par un tube en graphite. On a maintenu un taux de débit de 0,9 Kg environ de poudre par minute jusqu'à ce qu'on ait ajouté 1,33 % de la poudre. On a coulé le fer traité sans aucun autre traitement et constaté qu'il contenait du graphite nodulaire.
Dans un autre essai, on a ajouté un mélange par parties égales de carbure de calcium, de ferrosilicium au magnésium et de ferrosilicium à la fonte fondue, cen appliquant des techniques analogues. On a obtenu une fonte nodulaire pour une addition de 0,36 % du mélange.
Dans un autre cas, on a ajouté à la fonte un mélange de 50 % de carbure de calcium, de 30% de silicium calcique et de 20% de cérium-magnésiumferrosilicium. Une addition de 0,93 % de ce mélange a suffi pour obtenir de la fonte nodulaire à la coulée.
Le rendement du présent procédé est mis en évidence par les récupérations élevées des constituants de la poudre ajoutée. Par exemple, la récupération du silicium est comprise entre 75 et 100 % dans la mise en oeuvre du procédé.
Dans certains cas, il peut être avantageux d'obtenir une fonte nodulaire contenant des quantités d'agents de nodulation inférieures à celles prescrites par l'ancienne technique pour les fontes présentant des propriétés physiques analogues.
On y arrive selon l'invention en obtenant une fonte fondue dont la teneur en soufre est inférieure à 0 01 % et en traitant la fonte par un agent de nodulation. Les fontes ainsi obtenues, lorsqu'on applique le magnésium à titre d'agent de nodulation, présentent une structure entièrement nodulaire, avec une teneur en magnésium retenu inférieure à 0,01%.
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La réduction à moins de 0,01 % de la teneur en soufre des fontes classiques présente certaines difficultés. On y remédie selon l'invention en désoxydant la fonte avant de la désulfurer, ce qu'on peut obtenir en ajoutant un désoxydant, par exemple un alliage de calcium-silicium ou de l'aluminium à la fonte fondue au moment où on l'évacue du cubilot ou de l'avant-creuset. On a constaté qu'une quantité de désoxydant égale à 0,1% en poids du métal traité donne des résultats tout à fait satisfaisants.
On fait suivre le traitement de désoxydation de la fonte par un traitement de désulfuration, qu'on réalise de préférence en injectant dans la fonte fondue une certaine quantité de carbure de calcium en poudre entraîné dans un courant de gaz inerte, par exemple d'argon. Grâce à la désoxydation et désiulfuration combinées de la fonte, la teneur en soufre est réduite à 0,01 % ou moins, de préférence entre 0,005 % et 0,01%.
On ajoute l'agent de nodulation et l'inoculant après avoir réglé la teneur en soufre de la fonte. Pour obtenir les meilleurs résultats, on préfère adopter une proportion d'agent de nodulation retenu dans la fonte comprise entre 0,005 % et 0,01%.
On a analysé et soumis aux essais un certain nombre d'échantillons de la fonte obtenue selon l'invention, avec les résultats qui sont consignés dans le tableau ci-dessous. Dans chaque cas, on avait désoxydé la fonte fondue avec du silicium calcique, puis.. on l'avait désulfurée à l'aide de carbure de calcium selon la manière préférée. Le tableau donne la teneur en soufre avant le traitement dénodulation, lequel à consisté à injecter sous forme pulvérulente un alliage de cérium-magnésium-fcerrosilicium. Le tableau donne les quantités de cérium et de magnésium ajoutées au fer et celles de chacun de ces corps qui ont été retenues. Le tableau donne également la résistance à la traction et une brève description de la microstructure du fer.
EMI3.1
<tb>
<tb>
Coulée <SEP> Teneur <SEP> en <SEP> Addition <SEP> (%) <SEP> Résiduel <SEP> (%)
<tb> N <SEP> S% <SEP> Mg <SEP> Ce <SEP> Mg <SEP> Ce
<tb> 1 <SEP> 0,006 <SEP> 0,020 <SEP> 0,001 <SEP> 0,007 <SEP> 0,0006
<tb> 2 <SEP> 0,007 <SEP> 0,030 <SEP> 0,0015 <SEP> 0,005 <SEP> 0,0007
<tb> 3 <SEP> 0,006 <SEP> 0,030 <SEP> 0,0015 <SEP> 0,006 <SEP> 0,0008
<tb> 4 <SEP> 0,006 <SEP> 0,030 <SEP> 0,0015 <SEP> 0,005 <SEP> 0,0007
<tb> 5 <SEP> 0,006 <SEP> 0,040 <SEP> 0,002 <SEP> 0,008 <SEP> 0,0009
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> Microstructure
<tb> Coulée <SEP> N <SEP> (kg/cm2) <SEP> (x) <SEP> (xx)
<tb> 1 <SEP> 4077 <SEP> 40 <SEP> 60
<tb> 2 <SEP> 5083 <SEP> 80 <SEP> % <SEP> 20 <SEP> %
<tb> 3 <SEP> 4837 <SEP> 80 <SEP> % <SEP> 20 <SEP> %
<tb> 4 <SEP> 4619 <SEP> 75 <SEP> % <SEP> 25 <SEP> %
<tb> 5 <SEP> 5413 <SEP> 100 <SEP> %
<tb>
x Nodules xx Paillettes agglomérées.
Il résulte de ce tableau qu'on peut obtenir de la fonte présentant une structure graphitique entièrement'nodulaire avec une quantité retenue d'agent de 'nodulation inférieure à 0,01 %. Ce fait, joint aux économies résultant de l'application des techniques d'injection, conduit à
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la production d'une fonte à l'aide d'une mise en oeuvre de matières sensiblement moindre que celles nécessitées par l'ancienne technique.
Le mélange pulvérulent qui est entraîné dans un gaz inerte et injecté dans la bain de fonte fondue doit contenir, en plus de l'agent de nodulation et de l'inoculant, une matière qui ne fond pas à la température du bain. Ce diluant réfractaire sert à empêcher l'obstruction de l'appareillage par les autres constituants du mélange qui fondent ou se ramollissent à cette température* Parmi les diluants satisfaisants, on peut mentionner le carbure de calcium, la magnésie et l'oxyde de calcium. Bien que la quantité de diluant nécessaire dans le mélange dépende, par exemple, de la temperature du fer, de la vitesse des particules et de la profondeur de l'injection, un mélange contenant entre 40 et 70 % en poids de diluant donne en général satisfaction.
Le magnésium et le cérium constituent des agents de nodulation recommandés. On peut les appliquer dans le mélange selon l'invention soit seuls soit en mélange mutuel, et ils sont de préférence présents sous forme d'alliage. Le magnésium-ferrosilicium et le cérium-magnésium-ferrosi- licium sont des exemples de matières contenant des agents de nodulation qui ont donné d'excellents résultats dans le mélange.
Pour inoculer la fonte, le silicium doit être présent, par exemple sous forme d'alliage tel que le ferrosilicium ou le silicium calcique. Une partie, au moins, du silicium nécessaire peut être alliée avec l'agent de nodulation, comme par exemple dans le magnésium-ferrosilicium. La quantité d'inoculant nécessaire dans le mélange est évidemment moindre lorsque le fer en cours de traitement a une teneur élevée en silicium. Pour obtenir les meilleurs résultats, la quantité d'inoculant dans le mélange doit être de 7 à 20 fois en poids à celle de l'agent de nodulation.
Un mélange selon l'invention qui a donné d'excellents résultats a la composition suivante : 60 % de carbure de silicium, 15 % de cérium- magnésium-ferrosilicium et 25 % de silicium calcique. Dans ce mélange, le cérium-magnésium-ferrosilicium avait une teneur en silicium de 50 % et une teneur combinée en cérium et magnésium de 10%. Le calcium-ferrosilicium a une teneur de 60% en silicium.
On broie les constituants et le mélange-de façon à obtenir un mélange sensiblement homogène. Les particules broyées doivent avoir une dimension telle qu'elles puissent facilement être entraînées dans le courant gazeux. Des particules d'une dimension inférieure à 3,183 mm ont donné d'excellents résultats.