Procédé de carburation de fonte L'invention se rapporte à un procédé per fectionné pour carburer de la fonte à l'état fondu, par introduction dans de la fonte en fu sion d'une matière carbonée composée prin cipalement de carbone élémentaire, à une dis tance notable au-dessous de la surface de la fonte.
Les propriétés physiques qui déterminent l'aptitude de la fonte à être utilisée pour ses nombreux usages dépendent en grande partie de sa teneur en carbone et de la forme sous laquelle celui-ci apparaît dans la microstruc ture du métal. Autrefois, alors que le fer en gueuse et des déchets de fonte à haute teneur en carbone constituaient la matière première principale pour le fondeur de fer, il n'y avait pas de difficultés pour produire du fer fondu contenant suffisamment de carbone pour don ner des pièces moulées de bonne qualité.
Ce pendant, avec l'accroissement considérable de l'industrie de l'acier qui s'est produit, des quan tités croissantes de fer en gueuse ont été dé tournées pour la fabrication d'acier, et des quantités croissantes de déchets à faible teneur en carbone ont été absorbées par les fonderies de fer pour préparer des charges de cubilots. Dans le fonctionnement normal des cubilots à garnissage acide, la quantité de carbone absor bée par le métal en fusion est faible, de sorte que de tels cubilots ne conviennent pas pour préparer une fonte à partir de charges pau vres en carbone. La seule manière pratique disponible jusqu'à présent pour résoudre le problème ainsi créé a été de faire un usage plus grand de cubilots à garnissage basique.
Mais, du fait que les cubilots basiques sont d'un emploi considérablement plus coûteux que celui des cubilots acides, cette solution est économiquement défavorable.
On a déjà fait de nombreux efforts depuis bien des, années pour trouver un procédé sim ple et efficace pour incorporer du carbone à la fonte en fusion, après qu'elle a été fondue dans un cubilot à garnissage acide ou autre four. Jusqu'ici, cependant, on n'a pas pu arri ver à un procédé de ce genre permettant le con trôle nécessairement étroit de la quantité de carbone absorbée par le métal fondu, avec le degré voulu d'économie en ce qui concerne tant l'opération de traitement que la quantité de l'agent de carburation employé.
Nous avons trouvé que si la matière car bonée est sous forme granulaire finement divi sée et est entraînée dans le métal fondu au moyen d'un gaz, et si ladite matière est sensi blement exempte d'humidité et de substances volatiles, de sorte qu'il ne se produise pas d'augmentation sensible du volume du gaz par rapport au poids de la matière solide intro duite dans le métal fondu, du fait du chauffage de la matière carbonée à la température de ce métal, on peut obtenir une bonne utilisation du carbone dans le métal fondu,
et qui peut être prévue avec précision. Si la matière car bonée contient une quantité sensible d'humi dité ou de substances volatiles, le développe ment de gaz qui se produit quand une telle matière est chauffée par introduction dans un bain de fonte en fusion a pour effet d'aug menter le volume du gaz entraîneur à un degré propre à affaiblir sérieusement ou même à détruire l'efficacité de ce mode d'introduction.
De préférence, le volume de gaz entraî neur est à température et à pression normale de 0,007 à 0,06 m3 par livre de matière solide amenée dans le métal fondu.
On peut se procurer à très bon marché beaucoup de matières carbonées dans lesquel les le carbone est présent de façon prédomi- nante sous forme élémentaire. Cependant, la plupart de ces matières qui seraient intéres santes au point de vue économique, contiennent des quantités de substances combustibles vola tiles qui en interdisent l'emploi. La houille bi- tumineuse ne peut être employée pour cette raison et même les anthracites les plus durs, soigneusement séchés, contiennent générale ment trop de substances volatiles et de. gran des quantités indésirables de cendres.
Le coke de pétrole, tel qu'on peut l'obtenir générale ment, contient de même une quantité excessive de substances volatiles, cependant une bonne qualité de matière carbonée pour la mise en aeuvre du procédé selon l'invention peut être obtenue en cuisant un tel coke suffisamment pour en éliminer les substances volatiles. Le coke métallurgique ordinaire contient aussi en général des matières volatiles en trop grande quantité ;
et quoiqu'il puisse être employé avec succès quand il a été cuit suffisamment et à une température assez haute pendant ou après sa fabrication, pour le débarrasser com plètement de substances volatiles, il contient très souvent une quantité de cendre et de sou fre telle qu'elle rend son emploi indésirable. La plus satisfaisante des formes relativement peu coûteuses de carbone élémentaire est le gra phite de four électrique.
Cette matière peut être facilement obtenue sous la forme granu laire fine qui convient le mieux pour l'intro duction avec un gaz entraîneur, et elle est pro duite d'une manière qui assure l'absence de substances volatiles. De plus, elle est exempte de cendres qui, si elles sont présentes en quan tités notables, peuvent produire des réactions accessoires entre les composants de la cendre et les composants de la fonte en fusion. Le graphite naturel, d'autre part, est en général trop contaminé par des matières minérales non désirables pour pouvoir être employé avec satisfaction.
Il est bien connu que si la fonte en fusion est traitée, juste avant d'être coulée dans des moules, avec certains réactifs (par exemple le silicium), le produit coulé possède des propriétés physiques améliorées en comparaison avec des produits semblables formés d'un- métal auquel ces réactifs ont été ajoutés bien avant la cou lée. L'ihtroduction de ces réactifs dans le mé tal fondu juste avant la coulée est généralement désignée comme inoculation .
L'inoculation d'un métal ferreux fondu, et spécialement d'un métal ayant la composition de la fonte grise, avec une matière carbonée à l'aide du procédé selon l'invention, a pour effet une amélioration des propriétés du produit coulé supérieure au changement auquel on, pouvait s'attendre en considérant seulement l'augmentation, de la te neur en carbone.
Un mode d'exécution avanta geux de l'invention réside donc dans le trai tement de métal fondu ayant la composition d'une fonte grise avec une matière carbonée, de la manière propre à l'invention, en em ployant la technique de l'inoculation, c'est-à- dire en coulant le métal fondu dans des mou les promptement (de préférence dans les cinq ou au plus dix minutes) après l'introduction de la matière carbonée dans le métal.
Il est bien connu que le carbure de calcium est un réactif très efficace pour la désulfuration de la fonte en fusion. Nous avons trouvé qu'il est possible de désulfurer de la fonte et de la carburer en même temps en exécutant le pro cédé selon l'invention au moyen d'un mélange intime de carbure de calcium finement divisé et d'une matière-carbonée du genre décrit ci- dessus.
On dispose de différents appareils pour la mise en aeuvre du procédé selon l'invention. Un appareil approprié est montré au dessin annexé.
Cet appareil comprend un récipient 5 (tel qu'une poche, un four à induction, etc.) ren fermant une charge 6 de fonte en fusion à traiter en une opération par fournée.
Un châssis 7 est monté sur le plongeur 8 d'un cylindre hydraulique 9 convenablement porté par une base 10. Le châssis 7 supporte un tube 11 dans lequel est disposée une vis transporteuse 12, actionnée par un arbre 13 connecté par un accouplement 14 avec l'arbre 15 d'un moteur 16, l'arbre 15 étant actionné à travers un mécanisme de variation de vi tesse 17.
Une trémie fermée 18 est prévue pour contenir une charge 19 de la matière carbo née, ou un mélange de celle-ci avec du car bure de calcium, de formé granulaire finement divisée. La charge 19 s'écoule par gravité de la trémie 18 dans le tube 11, et le transporteur à vis 12 la fait avancer vers l'extrémité du tube 11, d'où elle tombe par gravité dans un tube d'alimentation 20, lequel est protégé par un manchon 21 réfractaire et isolant de la chaleur.
Lorsque l'appareil est mis dans la po sition montrée au dessin, l'extrémité inférieure du tube 20 s'étend bien au-dessous de la sur face du métal fondu, ce qui permet à la matière carbonée d'être introduite dans celui-ci.
Un récipient à gaz entraîneur, tel que le cylindre 22, est connecté à travers un mesureur d'écoulement 25,à une valve 23 de réduction de pression, munie d'un dispositif 24 indiquant la pression. De là, le gaz entraîneur est livré selon besoin par un tuyau 26 qui s'étend jus qu'à un point proche de l'extrémité de la vis transporteuse 12. Un tuyau de dérivation 27, avec valve 2T, relie le tuyau 26 au couvercle 28 de la trémie 18, de sorte que la pression du gaz est égalisée dans tout le dispositif d'in jection.
Quand la vis transporteuse est mise en ro tation dans le sens voulu pour faire avancer la matière carbonée de la trémie 18 vers le tube 20, et quand la valve régulatrice 23 est ajustée pour permettre un écoulement du gaz entraîneur à travers le tube 20 juste assez fort pour rendre la matière carbonée capable de sortir par l'extrémité inférieure de ce tube, cette matière est introduite dans le métal fondu.
La quantité ainsi introduite est contrô lée de façon précise par la vitesse de rotation de la vis transporteuse 12 et le temps pendant lequel elle fonctionne.
Il y a une limite critique à la quantité maximum de gaz entraîneur qui peut être em ployée sans que l'on éprouve une perte sérieuse d'efficacité dans l'utilisation de la matière car bonée. Dans la pratique, cette limite a été trouvée être approximativement de 0,06 m3 de gaz entraîneur, mesuré à la température et à la pression ordinaires, pour chaque livre de matière solide introduite dans le métal fondu.
Si le volume du gaz entraîneur par rapport à la quantité de matière solide dépasse de façon notable cette limite, le gaz, en s'élevant rapi dement en bulles à travers le métal fondu, tend à entraîner une grande partie de la matière carbonée vers la surface du métal, avant que cette matière soit venue en contact efficace avec celui-ci. En revanche, si le. volume du gaz est maintenu au-dessous de- cette limite, on réalise un contact efficace entre les particules de matière solide et le fer fondu, et l'on obtient une utilisation élevée, prévisible avec préci sion, du réactif solide dans le métal fondu.
Naturellement, il faut employer assez de gaz entraîneur pour que la matière solide puisse s'écouler hors de l'extrémité inférieure du tube 20 et pénétrer dans le métal fondu. En général, il faut employer au moins environ 0,07 m3 de gaz entraîneur par livre de matière solide ; dans quelques cas cependant, on a obtenu une introduction efficace de la matière carbonée dans le métal fondu avec un écoulement de gaz entraîneur assez faible pour que la quantité employée soit même moindre.
Il est important, en employant l'appareil ci-dessus décrit, que la matière carbonée (de même que le carbure de calcium, si on en uti lise) soit finement divisée, et soit encore sous forme granulaire plutôt que soûs la forme ex trêmement fine, presque colloïdale, qui carac térise quelques noirs de carbone. D'une part, la matière carbonée doit être assez fine pour pouvoir s'écouler avec le gaz entraîneur dans le métal fondu.
D'autre part, elle ne doit pas avoir une finesse telle qu'elle soit facilement incorporée dans le gaz entraîneur sous forme d'une suspension ne se déposant pas ou ne se déposant que difficilement, car alors elle serait vraisemblablement entraînée hors du métal fondu dans les bulles du gaz qui s'élèvent, sans venir en contact effectif avec le métal fondu.
En général, ces conditions sont remplies si la matière carbonée, à l'analyse au tamis (série de tamis Tyler) est telle que 100 % de la ma- tière passe à travers un tamis de 10 mailles tandis qu'au moins le 50 % en
poids est retenu par un tamis de 100 mailles. Le genre du gaz employé n'est pas critique en lui-même. Il est bien entendu avantageux d'employer un gaz qui ne réagit pas de façon nuisible avec le métal ferreux fondu ou avec les agents de traitement ajoutés.
Il est préfé- râble d'employer un gaz inerte tel que l'azote, quoique des gaz réducteurs tels que le propane ou le gaz naturel, ou même un gaz faiblement oxydant comme le dioxyde de carbone, puissent aussi être utilisés. Ou pour l'injection de la matière carbonée seule, même l'air peut être employé comme gaz entraîneur. Si l'on utilise l'air, un peu du carbone injecté sera oxydé par l'oxygène de l'air, mais la quantité ainsi perdue sera assez faible pour être moins désavantageuse que le coût plus élevé d'un gaz non oxydant ou réducteur.
Lorsque du carbure de calcium est injecté en même temps que la matière carbo née, il faut alors naturellement employer un gaz entraîneur inerte ou réducteur.
Il est donné ci-après des exemples de mise à exécution du procédé selon l'invention. <I>Exemple 1</I> On a préparé une fonte grise hypoeutectique ayant à l'analyse la composition suivante
EMI0004.0049
Carbone <SEP> total <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 2,88 <SEP> 0/0
<tb> Silicium <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 1,46%
<tb> Manganèse <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,65%
<tb> Soufre <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> <B>0,090/0</B>
<tb> Phosphore <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> 0,12%
<tb> Fer <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> le <SEP> reste
<tb> Equivalent <SEP> de <SEP> carbone. <SEP> . <SEP> . <SEP> 3,41 <SEP> % Cette composition a été fondue et chauffée à une température de 15380 C. Du graphite de four électrique sous forme de déchets d'élec trodes de graphite broyés à une dimension des particules de minus 10 mailles, a été injecté dans le métal fondu en employant de l'azote comme gaz entraîneur, et en se servant d'un appareil du genre ci-dessus décrit.
La quantité totale de graphite ainsi introduite a été de 1,25 % en poids du fer fondu. Environ vingt minutes après l'addition du graphite, le métal a été coulé dans des moules.
Un échantillon de pièce moulée a été analysé et a été trouvé contenir 3,95 % de carbone total. Ainsi, le métal avait été converti d'une composition hy- poeutectique à une composition hypereutecti- que. L'efficacité de l'injection, exprimée par la quantité du carbone introduit qui a été ré cupérée dans le métal fondu, a été de 85,5 0/0.
<I>Exemple 2</I> On a préparé un bain fondu de la compo sition suivante
EMI0004.0077
Carbone <SEP> total <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 2,75%
<tb> Silicium <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 2,03%
<tb> Manganèse <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,63%
<tb> Soufre <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,11 <SEP> %
<tb> Phosphore <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,12%
<tb> Fer <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> le <SEP> reste
<tb> Equivalent <SEP> de <SEP> carbone. <SEP> . <SEP> .
<SEP> 3,47% La masse fondue a été chauffée à<B>15380</B> C et l'on a injecté dans cette masse un mélange de carbure de calcium et de graphite de dé chets d'électrodes broyés, la dimension des par ticules étant de minus 10 mailles, en employant de l'azote comme gaz entraîneur et un appareil d'injection du genre décrit ci-dessus.
La quan tité de mélange employée, et les proportions du carbure de calcium et du graphite dans celui- ci ont été telles que l'on a introduit dans le métal fondu en tout 1,5 % en poids de carbure de calcium et 0,
562 % en poids de graphite. Le métal a été promptement coulé (deux mi nutes) après l'introduction du réactif de trai tement. On a analysé le métal coulé et trouvé qu'il contenait 0,016 % de soufre et 3,28 % de carbone total. L'efficacité d'utilisation du graphite a été de 94,0 0/0.
On a réalisé ainsi une excellente désulfuration et une utilisation élevée du carbone du graphite.
<I>Exemple 3</I> On a préparé une fonte grise hypoeutecti- que de la composition suivante
EMI0005.0039
Carbone <SEP> total <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 3,15 <SEP> 0/0
<tb> Silicium <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> <B>1,800/0</B>
<tb> Manganèse <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,65%
<tb> Soufre <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,11 <SEP> %
<tb> Phosphore <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,12%
<tb> Fer <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> le <SEP> reste
<tb> Equivalent <SEP> de <SEP> carbone <SEP> .
<SEP> . <SEP> 3,79 <SEP> % Cette fonte a été fondue et chauffée à 14270 C et on lui a injecté un mélange de carbure de calcium et de graphite broyé de four électrique (d'électrodes de rebut), à di mensions des particules de minus 10 mailles, de la même manière et en même quantité qu'à l'exemple 2. Le métal a été coulé promptement (quatre minutes) après l'introduction des ré actifs de traitement.
Le métal coulé a été trouvé contenir 0,006 % de soufre et 3,69 0/0 de carbone total.
L'utilisation du carbone du graphite a été de 95,8 %. On a de nouveau réalisé ainsi une excellente désulfuration et une excellente récupération du carbone du graphite dans la fonte.
Dans chacun des exemples 2 et 3, on n'a pas pris en considération la teneur en carbone du carbure de calcium dans le calcul de la récupération du carbone. L'expérience a mon tré que le carbone du carbure de calcium n'est pas récupéré dans la fonte lorsque ce métal est traité par ce réactif seulement, et il n'ap paraît pas que l'on obtienne un résultat diffé rent quand ce réactif est injecté en combinai son avec une matière carbonée telle que le graphite.
<I>Exemple 4</I> On a préparé une fonte en fusion de la composition suivante
EMI0005.0061
Carbone <SEP> total <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 3,11 <SEP> %
<tb> Silicium <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 2,01 <SEP> %
<tb> Manganèse <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,62 <SEP> 0/0
<tb> Soufre <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,094%
<tb> Phosphore <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,099%
<tb> Fer <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> le <SEP> reste
<tb> Equivalent <SEP> de <SEP> carbone. <SEP> .
<SEP> 3,81 <SEP> % On a injecté du graphite de four électrique sous forme d'électrodes de rebut broyées, dans la masse fondue portée à une température de 15320 C. L'injection a été faite avec un appa reil du genre décrit, en employant l'air comme gaz entraîneur.
La quantité de graphite injecté a été de 0,55 % en poids de la fonte. Le métal a été coulé sept minutes après l'injection du graphite.
Les pièces coulées obtenues ont été analysées et l'on a trouvé qu'elles contenaient 3,61 % de carbone total. Ainsi, l'utilisation du carbone dans le métal a été de 91 0/0, malgré l'emploi d'air comme gaz entraîneur.
<I>Exemple 5</I> On a préparé une fonte en fusion de la composition suivante
EMI0005.0089
Carbone <SEP> total <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 2,81 <SEP> 0/0
<tb> Silicium <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 2,38%
<tb> Manganèse <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,610/0
<tb> Soufre <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,12%
<tb> Phosphore <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,14%
<tb> Fer <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> le <SEP> reste
<tb> Equivalent <SEP> de <SEP> carbone. <SEP> .
<SEP> 3,53 <SEP> % En utilisant un appareil de la forme ci- dessus décrite, et. de l'azote comme gaz entraî neur, on a injecté un mélange de carbure de calcium et de coke de pétrole cuit, finement divisé, dans le métal en fusion porté à une. température de 15380 C.
La quantité de carbure de calcium dans le mélange a été de 1,0 % du poids du métal fondu, et la quantité de coke cuit, dans le mélange, a été de 0,
55 % du poids de la fonte en fusion. Le coke cuit con- tenait environ 97 % de carbone et avait été débarrassé de façon sensiblement complète de ses substances volatiles et de son humidité par le traitement de cuisson. La masse fondue a été coulée trois minutes après la fin de l'in jection du mélange de carbure et du coke cuit.
Le produit coulé a été analysé et l'on a trouvé qu'il contenait 3,29 % de carbone total, de sorte que l'utilisation du carbone contenu dans le coke, dans la fonte, était de 90 % (comme dans les exemples 2 et 3,
on n'a pas pris en considération la teneur en carbone du car bure-de calcium pour le calcul du degré d'uti- lisation du carbone dans la fonte). La teneur en soufre du produit coulé a été trouvée, à l'analyse, n'être que de 0,018 %. On a ainsi réalisé une désulfuration très efficace en même temps qu'une utilisation efficace du carbone du coke injecté.
Il n'y a rien de particulièrement critique en ce qui concerne la température à laquelle la matière carbonée, seule ou en combinaison avec du carbure de calcium, est injectée dans le fer fondu. Les exemples qui précèdent sont des exemples typiques de la pratique ordinaire en fonderie.
Dans d'autres essais, effectués sensiblement comme décrit aux exemples 2 et 3, mais dans lesquels des périodes de temps sensiblement plus longues se sont écoulées entre l'injection du mélange de carbure de calcium et de gra phite et le moment où le métal a été versé dans des moules, la limite élastique à la trac tion des produits en fonte a été notablement plus basse que la limite élastique à la traction des produits coulés obtenus en effectuant les essais comme indiqué aux exemples 2 et 3 ci- dessus. Les résultats de ces autres essais, quoi que non concluants, tendent à montrer que l'injection d'une matière carbonée dans du mé tal ferreux fondu, par le procédé selon l'in vention,
en employant la technique d'inocula tion dans laquelle le métal fondu est coulé promptement après l'introduction de. la ma- tière carbonée, a pour résultat un produit ayant des propriétés améliorées supérieures à ce qui peut être obtenu en introduisant la ma tière carbonée d'une autre manière que par cette technique d'inoculation.
Dans d'autres essais effectués sensiblement de la même manière que dans les exemples qui précèdent, on a injecté dans le métal fondu diverses formes commerciales de matières car bonées composées principalement de carbone élémentaire. Ces essais ont montré que d'au tres formes de matières carbonées composées principalement de carbone élémentaire peuvent être injectées dans un métal ferreux fondu par le procédé selon l'invention, et qu'on peut ob tenir une bonne utilisation du carbone, à con dition que ces matières ne contiennent que peu ou pas du tout d'humidité ou de substances combustibles volatiles.
Cependant, si la teneur en cendres d'une telle matière est élevée, il peut être indésirable de l'employer à cause des réactions qui peuvent se produire entre les composants de la cendre et les composants de la fonte en fusion.
Un avantage important du procédé d'injec tion selon l'invention est que l'augmentation de la teneur en carbone du métal fondu peut être facilement et exactement contrôlée en con trôlant la quantité de graphite qui y est intro duite. Par exemple, dans une série de trois essais différents, employant une fonte ayant la composition indiquée à l'exemple 2, et effec tués tous sensiblement comme décrit dans cet exemple, et dans lesquels le rapport de la quantité de graphite introduite au poids du métal ferreux employé était le même pour chaque cas,
la teneur en carbone totale -du pro duit coulé a été trouvée remarquablement uni- forme, la plus basse étant de 3,28 % et la plus haute de 3,31 %. De même,
dans une série de quatre essais, dans lesquels on a employé une fonte de la composition indiquée à l'exemple 3, et qui ont été effectués sensiblement comme décrit dans cet exemple, et dans chacun des quels la proportion du graphite introduit à la quantité de métal ferreux traité est restée la même,
la .teneur en carbone totale du produit coulé était comprise entre 3,69 % et 3,75 0/0. Par suite de cette utilisation uniforme du car bone dans le métal fondu, et du haut degré d'utilisation du carbone,
la teneur totale en carbone du produit coulé peut être prédite facilement et avec exactitude si l'on connait la teneur en carbone de la masse en fusion et la quantité de carbone injectée.
REVENDICATION I Procédé de carburation de fonte par intro duction d'une matière carbonée composée prin- cipalement de carbone élémentaire dans une masse de fonte en fusion, à une distance notable au-dessous de la surface de celle-ci, ca ractérisé en ce que ladite matière carbonée est sous forme granulaire finement divisée et est entrainée dans ledit métal fondu au moyen d'un gaz et en ce que ladite matière carbonée est sensiblement exempte d'humidité et de subs tances volatiles,
de sorte qu'il ne se produit pas d'augmentation sensible du volume du gaz par rapport au poids de la matière solide introduite dans le métal fondu, du fait du chauffage de ladite matière carbonée à la tem pérature du métal fondu.
SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication I, ca ractérisé en ce que l'on introduit du graphite de four électrique finement divisé dans la masse de fonte en fusion.
2. Procédé selon la revendication I, ca ractérisé en ce que l'on introduit du coke cuit finement divisé dans la fonte en fusion.
3. Procédé selon la revendication I, carac térisé par l'introduction d'un mélange intime de carbure dé calcium finement divisé et de matière carbonée finement divisée, composée principalement de carbone élémentaire, dans la masse de fonte en fusion. 4. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce que le métal fondu a la composi tion d'une fonte grise.
5. Procédé selon la revendication I,-carac- térisé en ce que la matière carbonée est sensi blement exempte de cendre.
.6. Procédé selon la revendication I, ca ractérisé en ce que l'on coule le métal fondu dans des moules promptement après l'introduc tion dans celui-ci de ladite matière carbonée.
7. Procédé selon la revendication I, ca ractérisé en ce que le volume du gaz entraîneur employé est de 0,007 à 0,06 m3 par livre de matière solide amenée dans le métal fondu.
Process for carburizing cast iron The invention relates to an improved process for carburizing cast iron in the molten state, by introducing into molten cast iron a carbonaceous material composed mainly of elemental carbon, at a dis noticeable strength below the surface of the cast iron.
The physical properties which determine the suitability of cast iron for its many uses depend largely on its carbon content and the form in which it appears in the microstructure of the metal. In the past, while pig iron and high carbon scraps were the main raw material for the iron smelter, there were no difficulties in producing molten iron containing sufficient carbon to yield good quality castings.
However, with the tremendous expansion of the steel industry that has occurred, increasing amounts of pig iron have been diverted to steelmaking, and increasing amounts of low-grade scrap. carbon was absorbed by iron foundries to prepare cupola loads. In the normal operation of acid-lined cupolas, the amount of carbon absorbed by the molten metal is low, so such cupolas are not suitable for preparing a cast iron from low carbon fillers. The only practical way available heretofore to solve the problem thus created has been to make greater use of basic-lined cupolas.
However, since basic cupolas are considerably more expensive to use than acid cupolas, this solution is economically unfavorable.
Much effort has been made over many years to find a simple and efficient method of incorporating carbon into molten iron after it has been melted in an acid-packed cupola or other furnace. Hitherto, however, no such process has been able to be achieved which permits the necessarily close control of the quantity of carbon absorbed by the molten metal, with the desired degree of economy in so far as it is concerned. processing operation than the amount of the carburizing agent employed.
We have found that if the carbonated material is in finely divided granular form and is entrained in the molten metal by means of a gas, and if said material is substantially free of moisture and volatile substances, so that there is no appreciable increase in the volume of the gas relative to the weight of the solid material introduced into the molten metal, due to the heating of the carbonaceous material to the temperature of this metal, good use of the gas can be obtained. carbon in the molten metal,
and which can be accurately predicted. If the carbonated material contains a substantial amount of moisture or volatile substances, the development of gas which occurs when such material is heated by introduction into a bath of molten iron has the effect of increasing the volume. entraining gas to a degree capable of seriously weakening or even destroying the effectiveness of this mode of introduction.
Preferably, the volume of entraining gas is at normal temperature and pressure from 0.007 to 0.06 m 3 per pound of solid material fed into the molten metal.
Many carbonaceous materials in which carbon is present predominantly in elemental form are readily available. However, most of these economically valuable materials contain amounts of volatile combustible substances which prohibit their use. Bituminous coal cannot be used for this reason, and even the hardest, carefully dried anthracites generally contain too much volatiles and. gran unwanted amounts of ash.
Petroleum coke, as can generally be obtained, also contains an excessive amount of volatile substances, however a good quality of carbonaceous material for carrying out the process according to the invention can be obtained by baking a such coke enough to remove volatiles. Ordinary metallurgical coke also generally contains too much volatile matter;
and although it can be employed with success when it has been sufficiently fired and at a sufficiently high temperature during or after its manufacture, to rid it completely of volatile substances, it very often contains such a quantity of ash and sulfur as 'she makes her job undesirable. The most satisfactory of the relatively inexpensive forms of elemental carbon is the electric furnace graph.
This material can be easily obtained in the fine granular form which is most suitable for introduction with an entraining gas, and is produced in a manner which ensures the absence of volatiles. In addition, it is free from ash which, if present in substantial amounts, may produce incidental reactions between the components of the ash and the components of the molten iron. Natural graphite, on the other hand, is in general too contaminated with unwanted minerals to be able to be used with satisfaction.
It is well known that if the molten iron is treated, just before being poured into molds, with certain reactants (eg silicon), the cast product has improved physical properties in comparison with similar products formed from a metal to which these reagents have been added well before pouring. The introduction of these reagents into the molten metal just before casting is generally referred to as inoculation.
Inoculation of a molten ferrous metal, and especially of a metal having the composition of gray iron, with a carbonaceous material using the process according to the invention results in an improvement in the properties of the cast product. the change one could expect by considering only the increase in carbon content.
An advantageous embodiment of the invention therefore resides in the treatment of molten metal having the composition of a gray iron with a carbonaceous material, in the manner specific to the invention, by employing the technique of inoculation, that is, by pouring the molten metal into slurries promptly (preferably within five or at most ten minutes) after introducing the carbonaceous material into the metal.
It is well known that calcium carbide is a very effective reagent for the desulphurization of molten iron. We have found that it is possible to desulphurize cast iron and to carburize it at the same time by carrying out the process according to the invention by means of an intimate mixture of finely divided calcium carbide and a carbonaceous material. kind described above.
Various devices are available for carrying out the method according to the invention. A suitable apparatus is shown in the accompanying drawing.
This apparatus comprises a receptacle 5 (such as a ladle, an induction furnace, etc.) containing a charge 6 of molten iron to be treated in one batch operation.
A frame 7 is mounted on the plunger 8 of a hydraulic cylinder 9 suitably carried by a base 10. The frame 7 supports a tube 11 in which is disposed a conveyor screw 12, actuated by a shaft 13 connected by a coupling 14 with the shaft 15 of a motor 16, the shaft 15 being actuated through a speed variation mechanism 17.
A closed hopper 18 is provided to contain a charge 19 of the carbonated material, or a mixture thereof with calcium carbonate, of finely divided granular formed. The charge 19 flows by gravity from the hopper 18 into the tube 11, and the screw conveyor 12 advances it to the end of the tube 11, from where it falls by gravity into a feed tube 20, which is protected by a refractory and heat insulating sleeve 21.
When the apparatus is placed in the position shown in the drawing, the lower end of the tube 20 extends well below the surface of the molten metal, allowing carbonaceous material to be introduced therein. this.
A carrier gas container, such as cylinder 22, is connected through a flow meter 25, to a pressure reducing valve 23, provided with a pressure indicating device 24. From there, the entraining gas is delivered as needed through a pipe 26 which extends to a point near the end of the conveyor screw 12. A bypass pipe 27, with 2T valve, connects the pipe 26 to the. cover 28 of the hopper 18, so that the gas pressure is equalized throughout the injection device.
When the conveyor screw is rotated in the direction desired to advance carbonaceous material from hopper 18 to tube 20, and when regulator valve 23 is adjusted to allow carrier gas to flow through tube 20 just enough Strong to make the carbonaceous material able to exit through the lower end of this tube, this material is introduced into the molten metal.
The quantity thus introduced is precisely controlled by the speed of rotation of the conveyor screw 12 and the time during which it operates.
There is a critical limit to the maximum amount of carrier gas that can be employed without experiencing a serious loss of efficiency in the use of the material as good. In practice, this limit has been found to be approximately 0.06 m3 of carrier gas, measured at ordinary temperature and pressure, for each pound of solid material introduced into the molten metal.
If the volume of the entraining gas relative to the amount of solid matter appreciably exceeds this limit, the gas, by rapidly bubbling up through the molten metal, tends to entrain a large part of the carbonaceous matter towards the bottom. surface of the metal, before this material has come into effective contact with it. On the other hand, if the. volume of the gas is kept below this limit, effective contact is made between the particles of solid matter and the molten iron, and a high, predictable with precision, utilization of the solid reagent in the molten metal is achieved .
Of course, enough carrier gas must be employed so that the solid material can flow out of the lower end of tube 20 and enter the molten metal. In general, at least about 0.07 m3 of carrier gas per pound of solid material should be employed; in a few cases, however, efficient introduction of the carbonaceous material into the molten metal has been obtained with a sufficiently low entraining gas flow that the amount employed is even less.
It is important, in employing the apparatus described above, that the carbonaceous material (as well as calcium carbide, if used) is finely divided, and is still in granular form rather than extremely. fine, almost colloidal, which charac terizes some carbon blacks. On the one hand, the carbonaceous material must be fine enough to be able to flow with the entraining gas in the molten metal.
On the other hand, it should not have a fineness such that it is easily incorporated into the entraining gas in the form of a suspension which does not settle or only settles with difficulty, because then it would probably be entrained out of the molten metal. in the rising gas bubbles, without coming into effective contact with the molten metal.
In general, these conditions are met if the carbonaceous material, on sieve analysis (Tyler sieve series) is such that 100% of the material passes through a 10 mesh sieve while at least the 50%. in
weight is retained by a 100 mesh sieve. The kind of gas used is not critical in itself. It is of course advantageous to employ a gas which does not adversely react with the molten ferrous metal or with the added treating agents.
It is preferable to employ an inert gas such as nitrogen, although reducing gases such as propane or natural gas, or even a weakly oxidizing gas such as carbon dioxide, can also be used. Or for the injection of the carbonaceous material alone, even air can be used as an entraining gas. If air is used, some of the injected carbon will be oxidized by oxygen in the air, but the amount thus lost will be small enough to be less disadvantageous than the higher cost of a non-oxidizing or reducing gas. .
When calcium carbide is injected at the same time as the carbon material, then naturally an inert or reducing entraining gas must be used.
Examples of implementation of the method according to the invention are given below. <I> Example 1 </I> A hypoeutectic gray iron was prepared having the following composition on analysis
EMI0004.0049
Carbon <SEP> total <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 2.88 <SEP> 0/0
<tb> Silicon <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 1.46%
<tb> Manganese <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 0.65%
<tb> Sulfur <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> <B> 0.090 / 0 </B>
<tb> Phosphorus <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>.
<SEP> 0.12%
<tb> Iron <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> the <SEP> remains
<tb> <SEP> equivalent of <SEP> carbon. <SEP>. <SEP>. <SEP> 3.41 <SEP>% This composition was melted and heated to a temperature of 15,380 C. Electric furnace graphite in the form of waste graphite electrodes crushed to a particle size of minus 10 mesh, was injected into the molten metal using nitrogen as an entraining gas, and using an apparatus of the kind described above.
The total amount of graphite thus introduced was 1.25% by weight of the molten iron. About twenty minutes after the addition of the graphite, the metal was poured into molds.
A casting sample was analyzed and found to contain 3.95% total carbon. Thus, the metal had been converted from a hypoeutectic composition to a hypereutectic composition. The efficiency of the injection, expressed by the quantity of the introduced carbon which was recovered in the molten metal, was 85.5%.
<I> Example 2 </I> We prepared a molten bath of the following composition
EMI0004.0077
Carbon <SEP> total <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 2.75%
<tb> Silicon <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 2.03%
<tb> Manganese <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 0.63%
<tb> Sulfur <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 0.11 <SEP>%
<tb> Phosphorus <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 0.12%
<tb> Iron <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> the <SEP> remains
<tb> <SEP> equivalent of <SEP> carbon. <SEP>. <SEP>.
<SEP> 3.47% The melt was heated to <B> 15380 </B> C and a mixture of calcium carbide and graphite of ground electrode waste was injected into this mass, the dimension of the particles being minus 10 meshes, using nitrogen as entraining gas and an injection device of the type described above.
The amount of mixture employed, and the proportions of calcium carbide and graphite therein were such that a total of 1.5% by weight of calcium carbide and 0.
562% by weight of graphite. The metal was promptly poured (two minutes) after the introduction of the treatment reagent. The cast metal was analyzed and found to contain 0.016% sulfur and 3.28% total carbon. The efficiency of using graphite was 94.0%.
Excellent desulfurization and high carbon utilization of the graphite have thus been achieved.
<I> Example 3 </I> A hypoeutectic gray iron of the following composition was prepared
EMI0005.0039
Carbon <SEP> total <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 3.15 <SEP> 0/0
<tb> Silicon <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> <B> 1,800 / 0 </B>
<tb> Manganese <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 0.65%
<tb> Sulfur <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 0.11 <SEP>%
<tb> Phosphorus <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 0.12%
<tb> Iron <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> the <SEP> remains
<tb> <SEP> equivalent of <SEP> carbon <SEP>.
<SEP>. <SEP> 3.79 <SEP>% This cast iron was melted and heated to 14270 C and it was injected with a mixture of calcium carbide and crushed graphite from an electric furnace (of waste electrodes), at dimensions of particles of minus 10 mesh, in the same manner and in the same amount as in Example 2. The metal was poured promptly (four minutes) after the introduction of the treatment reagents.
The cast metal was found to contain 0.006% sulfur and 3.69% total carbon.
The carbon utilization of the graphite was 95.8%. This again achieved excellent desulphurization and excellent recovery of the carbon from the graphite in the pig iron.
In each of Examples 2 and 3, the carbon content of the calcium carbide was not taken into account in the calculation of the carbon recovery. Experience has shown that the carbon of calcium carbide is not recovered in the iron when this metal is treated with this reagent only, and it does not appear that a different result is obtained when this reagent. is injected in combination with a carbonaceous material such as graphite.
<I> Example 4 </I> A molten iron of the following composition was prepared
EMI0005.0061
Carbon <SEP> total <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 3.11 <SEP>%
<tb> Silicon <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 2.01 <SEP>%
<tb> Manganese <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 0.62 <SEP> 0/0
<tb> Sulfur <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 0.094%
<tb> Phosphorus <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 0.099%
<tb> Iron <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> the <SEP> remains
<tb> <SEP> equivalent of <SEP> carbon. <SEP>.
<SEP> 3.81 <SEP>% Electric furnace graphite in the form of crushed waste electrodes was injected into the melt brought to a temperature of 15,320 C. The injection was carried out with an apparatus of the genus described, using air as the entraining gas.
The quantity of graphite injected was 0.55% by weight of the cast iron. The metal was cast seven minutes after injection of the graphite.
The resulting castings were analyzed and found to contain 3.61% total carbon. Thus, the use of carbon in the metal was 91%, despite the use of air as an entraining gas.
<I> Example 5 </I> A molten iron of the following composition was prepared
EMI0005.0089
Carbon <SEP> total <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 2.81 <SEP> 0/0
<tb> Silicon <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 2.38%
<tb> Manganese <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 0.610 / 0
<tb> Sulfur <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 0.12%
<tb> Phosphorus <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> 0.14%
<tb> Iron <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP>. <SEP> the <SEP> remains
<tb> <SEP> equivalent of <SEP> carbon. <SEP>.
<SEP> 3.53 <SEP>% Using an apparatus of the form described above, and. nitrogen as the entraining gas, a mixture of calcium carbide and finely divided baked petroleum coke was injected into the molten metal brought to one. temperature of 15380 C.
The amount of calcium carbide in the mixture was 1.0% of the weight of the molten metal, and the amount of baked coke in the mixture was 0.
55% by weight of molten iron. The baked coke contained about 97% carbon and had been substantially completely freed of its volatiles and moisture by the baking treatment. The melt was poured three minutes after the end of the injection of the mixture of carbide and baked coke.
The cast product was analyzed and found to contain 3.29% total carbon so that the carbon utilization in the coke, in the smelting, was 90% (as in the examples 2 and 3,
the carbon content of the calcium carbide was not taken into account when calculating the degree of carbon utilization in cast iron). The sulfur content of the cast product was found, on analysis, to be only 0.018%. Very efficient desulfurization has thus been achieved at the same time as efficient use of the carbon of the injected coke.
There is nothing particularly critical about the temperature at which the carbonaceous material, alone or in combination with calcium carbide, is injected into the molten iron. The above examples are typical examples of ordinary foundry practice.
In other runs, carried out substantially as described in Examples 2 and 3, but in which significantly longer periods of time have elapsed between the injection of the mixture of calcium carbide and graphite and when the metal has been poured into molds, the tensile yield strength of the cast iron products was significantly lower than the tensile yield strength of the cast products obtained by performing the tests as shown in Examples 2 and 3 above. The results of these other tests, although inconclusive, tend to show that the injection of a carbonaceous material into molten ferrous metal, by the process according to the invention,
by employing the technique of inoculation in which the molten metal is poured promptly after the introduction of. the carbonaceous material results in a product with improved properties superior to what can be obtained by introducing the carbonaceous material other than by this inoculation technique.
In other tests carried out substantially in the same manner as in the preceding examples, various commercial forms of carbonaceous materials composed mainly of elemental carbon were injected into the molten metal. These tests have shown that other forms of carbonaceous materials composed mainly of elemental carbon can be injected into a molten ferrous metal by the process according to the invention, and that a good use of the carbon can be obtained, on condition that these materials contain little or no moisture or volatile combustible substances.
However, if the ash content of such a material is high, it may be undesirable to employ it because of the reactions which may occur between the ash components and the molten iron components.
An important advantage of the injection process according to the invention is that the increase in the carbon content of the molten metal can be easily and exactly controlled by controlling the quantity of graphite which is introduced therein. For example, in a series of three different tests, employing a cast iron having the composition indicated in Example 2, and all carried out substantially as described in this example, and in which the ratio of the amount of graphite introduced to the weight of the metal ferrous used was the same for each case,
the total carbon content of the cast product was found to be remarkably uniform, the lowest being 3.28% and the highest 3.31%. Likewise,
in a series of four tests, in which a cast iron of the composition indicated in Example 3 was used, and which were carried out substantially as described in this example, and in each of which the proportion of graphite introduced to the quantity of ferrous metal treated remained the same,
the total carbon content of the cast product was between 3.69% and 3.75%. As a result of this uniform utilization of carbon in the molten metal, and of the high degree of utilization of carbon,
the total carbon content of the cast product can be easily and accurately predicted if the carbon content of the melt and the amount of carbon injected are known.
CLAIM I Process for the carburization of cast iron by introducing a carbonaceous material composed mainly of elemental carbon into a mass of molten cast iron, at a significant distance below the surface thereof, characterized in that said carbonaceous material is in finely divided granular form and is entrained in said molten metal by means of a gas and in that said carbonaceous material is substantially free of moisture and volatile substances,
so that there is no appreciable increase in the volume of the gas relative to the weight of the solid material introduced into the molten metal, due to the heating of said carbonaceous material to the temperature of the molten metal.
SUB-CLAIMS 1. A method according to claim I, characterized in that finely divided electric furnace graphite is introduced into the mass of molten iron.
2. Method according to claim I, characterized in that finely divided baked coke is introduced into the molten iron.
3. Method according to claim I, characterized by the introduction of an intimate mixture of finely divided calcium carbide and finely divided carbonaceous material, composed mainly of elemental carbon, in the mass of molten iron. 4. Method according to claim I, charac terized in that the molten metal has the composition of a gray cast iron.
5. The method of claim I, -characterized in that the carbonaceous material is substantially free of ash.
.6. A method according to claim 1, characterized in that the molten metal is poured into molds promptly after the introduction therein of said carbonaceous material.
7. The method of claim I, characterized in that the volume of the entraining gas employed is 0.007 to 0.06 m 3 per pound of solid material fed into the molten metal.