CH489296A - Procédé d'introduction continue d'un agent de traitement métallique dans un métal fondu - Google Patents

Description

Procede d'introduction continue d'un agent de traitement metallique dans un metal fondu

La presente invention a pour objet un procedd d'in troduction continue d'un agent de traitement metallique dans un metal fondu. Elle concerne en particulier 1'intro duction dann un m & al ou ttn alliage fondu d'un alliage mere de ce metal contenant un agent de raffinage du srain ou un agent d'alliage.

Un procddd connu pour introduire un agent de raffi nage du grain dans un m & al tel que 1'aluminium et ses alliages consiste ä ajouter un alliage mere ä base d'alu minium contenant I'aeent de raffinaee du grain ä Palu minium ou I'alliaee d'aluniiniuni fondu dans un four de maintien (xi une poche de coulee. L'agent de raffinage est un mztal, un alliage ou un compose intermetallique insoluble dann l'aluminiuni qui. lorsqu'il est unifortne nient reparti clans tout 1'aluniinium fondu, reste solide (ou se solidifie avant i'aluniinium) et produit la cristalli sation de 1'aluminiuni en grains de fine dimension quand ce dernier se solidifi;. Pour obtenir ce resultat, cepen dant. I'agent de raffinage, qui est ajoute en tres petite quantite comparativement au mdtal fondu qui 1e re@oit, doit etre non seulenient bien rdparti initialement dans tout 1e metal fondu, niais il doit rester bien reparti jus qu'ä ce que 1e metal fondu se solidifie.

Pour obtenir une bonne repartition initiale d'un agent de raffinage du grain ou d'un agent d'alliage, an a utilise jusqu'ici un alliage niere d'aluminium contenant 1'agent uniform@ment reparti dann taute la base d'aluminium. Quand cet alliage mere saus forme solide est ajoute ä la masse d'aluminium fondu avant la couIee, 1e composant aluminhtm mdtallique solide de Palliage mere fand et libere Pagent de raffinage ou d'alliage. Pour assurer une repartition initiale plus uniforme de 1'agent de traitement dans taut I'aluniiniuni fondu, Palliage mere a dte ajoute jttsqu'ici Sotts forme de petites particules separees, mais plus ces particules sont petites, plus elles contiennent cl'oxyg@ne combin@ provenant de 1'atniosphere, et plus

]es particules sont Brandes, plus elles tendent ä se separer dans 1e fond de la masse d'aluminium fondu.

0n a proposd d'introduire un mdtal dans un courant d'un autre metal fondu, mais ces methodes, intentionnel lement ou par inadvertance, consistaient ä introduire un metal etranger dune composition teile ou d'une maniere teile qu'on produisait la dislocation du courant. Dans de nombreuses operations de coulde. la turbulence qui est produite par la dislocation du courant metallique est consideree comme inadmissible ou tout au moins inddsi rable parce quelle fa"orise la dissolution de 1'atmosphere ambiante. ou de I'un de ses composants, dans 1e m & al fondu.

0n a trouvc niaintenant un procede pour inoculer des mdtaux et alliages fondus avec un agent de traite nient metallique tel qu'un agent de raffinage ou d'alliage. procdde qui supprime les problemes rencontres jusqu'ici tout en assurant encore une distribution uniforme de 1'aeent de traitenient ou de 1'un de ses constituants dans tout 1e m & al auquel il est ajoute. Le procede faisant I'objet de Pinvention est caracterisd en ce qu'on verse 1e m & al fondu depuis une source dann un passage limite en forme d'au2e afin de fornier un courant de mdtal fondu ä travers ce passage, an introduit simultanement dans le courant de metal fondu s'ecoulant dans 1e pas sage. une baeuette solide de 1'agent de traitement, la baguette etant introduite clans 1e courant de m & al fondu de maniere ä produire une perturbation de 1'ecoulement sans detruire 1'integrite du courant. la bagu ette dtant introduite ä une vitesse qui ne dzpasse pas la vitesse ä laquelle eile est consommde dann 1e mdtal fondu s'ecou lant dans 1e passage, et an decharge 1e m & al fondu ino cttle dans une zone de coulde. En amenant Palliage mere dans 1e m & al fondu s'ecoulant dans 1e passage ä une vitesse donnee, 1e mctal fondu dc:charge dans la zone de coulee contient une proportion donnee de 1'agent de trai tement uniforni@ment r@parti dann taute la masse.

Parmi les metaux fondus qui peuvent etre traites de cette maniere, an peut citer les metaux purs et leurs alliages tels que 1'aluminium, le zinc, 1e cuivre, 1e fer et 1e nickel.

Les alliages meres utiles dans ce procede sont g6ne ralement ceux qui sont compatibles avec 1e metal fondu auquel ils sont ajoutes. L'agent de traitement de 1'alliage mere peut etre tont metal, alliage ou compose inter metallique qui, lorsqu'il est ajoute au metal ou ä 1'alliage, modifie ce dernier de la fa@on desiree. Les agents de raffinage du grain ou d'alliage utilises jusqu'ici pour les metaux et alliages mentionnes sont utiles dans 1e present procede. Ces agents comprennent 1e bore, 1e titane, 1e zirconium, 1e niobium, 1e tantale, ainsi que les borures de titane, de zirconium, niobium et tantale, et sont con tenus dans 1e metal de Base en quantites n'excedant pas en general <B>10%</B> en poids environ. Parmi les alliages meres ä Base d'aluminium. an peut citer les suivants 0,5 ä 5 % de bore, le solde d'altiminium ; 2 ä 10 % de titane ou de zirconium, ou des deux, 1e solde d'alumi nium ; et 0,1 ä 5 % de bore, 2 ä 10 % de titane ou de zirconium ou des deux, le solde d'aluminium. Des agents de raffinage du grain similaire, excepte en ce qui con cerne leer metal de Base, petivent etre utilises pour raffi ner 1e grain de metaux atitres que l'aluminium, mais des agents supplementaires tels que des alliages meres conte nant du manganese et du fer petivent etre employes pour 1e cuivre, 1e laiton et 1e Bronze. Tons Ges agents de trai tement sont applicables ä I'acier et aux mCaux non fer reux, non seulement pour 1e raffinage du grain mais aussi pour 1'alliage en general. La composition de Palliage mere doit etre evidemment aussi uniforme que possible afin d'obtenir 1e benefice maximum de la distri bution uniforme de 1'agent de raffinage dans tont 1e metal fondu que permet !e procedc envisage.

L'agent ajoute est amene sous forme dune Baguette solide, par exemple sous forme dune tige, d'un fil, dune Barre ou d'un ruban, formee par tont procede conven tionnel tel que 1e moula_e en coquille et la coulee conti nue, 1'extrusion. 1e laminage ou l'etirage. La section droite de la Baguette peut eire circulaire, ovale, carree ou oblon-ue, mais olle doit offrir un obstacle notable ä 1'ecuulement du enurant de m@tal fondu afin d'entrainer une perturbation notable de cet ecoulement. En general, ]es baguettes ont avantaL#eusement tin diametre ou une dimension maximum de section droite de 3,2 ä <B>12,7</B> mm. mais an petit utiliser des baauettes de plus Brandes ou de plus petites dimensions. La dimension reelle est deter minee par la vitesse ü laquelle 1'alliage mere est amene dans 1e inetal fnndu. une tige ou un fil d'un diametre relativement petit etant prefer@ potir tOUte vitesse d'ali inentation donnee afin d'obtenir un rapport surface' masse maximum assurant la consommation la plus effi cace de 1'alliage inere dann 1e courant de metal fondu. Les baguettes peuvent avoir des longtieurs diverses et former par exemple des sections de 150m enroulees sur une bobine. Totitefois, les sections individuelles peuvent @tre soudees botit ä bout potir obtenir une Baguette pra tiqUement sans fin clui est particulierement avantageuse pour introduire un agent de traitement au cours dune operation de coulee continue.

Dans 1e procede envisage, 1'alliage mere en Baguette est amene directeinent Jans un trajet limite du meta1 fondu s'ecotilant deptiis une source vers une zone de coulee.

Ort utilise coinmun@ment tine atige potir porter le in@tal fondu d'un fotir de inaintien <B>11</B> tine tone de cou- lee, et dans ce Gas 1'alliage mzre sous forme de Baguette est introduit dans 1e metal fondu s'ecoulant ä travers cette auge. Quand lauge delivre 1e metal fondu ä une bojte de distribution ä partir de laquelle 1e metal fondu est reparti dans un certain nombre de moules de coulee, 1'alliage mere en Baguette est avantageusement introduit dans 1e metal fondu dans la bojte de distribution. Par suite du probleme que posent un depöt possible et la segregation resultante de l'agent de traitement ou de l'un de ses composants dans 1e metal fondu contenu dans un moule de coulee, il est courant de maintenir la temp8ra- ture du metal fondu dans 1e four de maintien ou dans la poche de coulee aussi pres que possible du point de soli- dification du metal et de limiter ainsi la grandeur de la surchauffe dans 1e metal quand il est coule. Par conse- quent, an prefcre introduire la Baguette d'alliage mere Jans la zone la plus chaude du courant turbulent de metal fondu, qui est generalement la zone la plus proche du point de decharge du metal fondu du Tour de main- tien ou de la poche de coulee. En plus de 1'avantage dune plus Brande disponibilitc; de chaleur dans cette zone pour fondre le composant metallique de Base de 1'alliage mere, an a trOtive que cette zone est frequemment Gelle caracterisee par la plus Brande circulation et par conse- quent la zone la plus favorable ä la consommation et au melange intime de 1'alliage mere dans 1e metal fondu. La circulation du metal fondu qui s'ecoule ä travers 1e reste de l'auee ou ä travers les auges deptiis une bojte de distribtition, comme decrit precedemment, produit et maintient une distribution intime et uniforme de 1'agent de traitement dans le metal fondu quand il se decharge dans la zone de coulee.

Pour favoriser la perturbation du courant de metal fondu afin d'augmenter sa circulation dans lauge sann turbulence de dislocation, an a trouve particulierement avantageux d'amener la Baguette d'agent de traitement obliquement en amont dans le RTI ID="0002.0217" WI="12" HE="4" LX="1566" LY="1567"> courant de metal fondu. 0n voit ä la figure unique du dessin annexe la Baguette 1 amenee ä travers la partie stiperieure ouverte dune auge '_' en direction dune source 3 creant tin courant 4. De cette fa@on, une section droite relativeinent emoussee de la Baguette est presentee au courant de metal fondu et produit une perturbation sienificati%e de son mode d'ecoulement. La portion de la masse de 1'a;ent immer- -eee dans 1e metal fondu immediatement en aval de cette extremite tend. par tension superficielle entre 1e metal fondu et la Baguette. ä maintenir 1e m@tal fondu qui s'ecoule en contact avec la Baguette sur une distance notable en aval de la perturbation produite par son extremite et ä contrarier ainsi tonte tendance de la per- turbation ä produire eine dislocation de 1'integrite du courant. Les parois laterales cle 1'atige limitent 1e cou- rant au-delä du point d'addition de 1'agent et aident ä conserver sur tonte la longtieur de lauge 1e courant perturbe et le melange resultant produits en amont. Quand la nature du metal fondu permet une plus Brande perturbation du courant, la bagtiette de 1'agent de traite- ment peut etre introduite ä angle droit dans 1e courant, mais dann ce Gas la vitesse d'ecOUlement du courant, la tension superficielle du metal fondu et la dimension du profil de la Baguette doivent etre telles qu'on obtient un courant de mäal fondu pratiquement non disloque. Un ecoulement perturbe est utile dann 1e procede envisage parce qu'il favorise la circulation dann 1e courant limite et assure une distribution uniforme de 1'a;ent de traite- ment dann tont 1e metal, mais un @cotilement disloque oü 1'int@grit@ du courant e;t affaihlic de mani@re signifi-

cative. par division en courants plus petits, doit etre evite parce qu'il favorise la dissolution d'un ou plusieurs com posants de l'atniosphere ambiante dans 1e mdtal fondu. La formation et 1e niaintien d'un seul courant coherent de metal fondu depttis 1e Stade du versage ä travers 1e Stade d'addition jusqu'ä la zone de coulee sont ainsi pos sibles par 1e procede decrit. Quand la baguette est pre sentee obliquement dans 1e courant, mais dass la direc tion generale de 1'ecoulement, 1e metal fondu s'ecoule doucement autour de la surface de la baguette et l'extre mite de celle-ci est crodee par fusion ä la nianiere d'un gla@on et s'adapte doucement au courant de metal. Ce dernier arrangenient introduit 1'agent dans 1e metal fondu avec un nioindre degre de perturbation que les autres arrangements prdcedemment decrits, mais assure toute fois un degrd strffisant de repartition et d'efficacite, parti culierement quand la longtreur de lauge en aval du point d'entree de la baguette est suffisante pour faire usage de la perturbation de l'ecoulement creee par la baguette.

L'alliage niere en baltuette peut etre facilement intro duit dans 1e courant de mAal fondu par Lin dispositif d'alimentation tel que celui utilise pour alinienter un fil de soudure ou de brasaee au cours dune soudure ou Tun brasa_e. Ce dispositif est avantageusenient capable de faire varier la vitesse d'alimentation de Sorte que Pali nientation de I'alliage niere dans le metal fondu peut etre mesurce avec prccision. Ce dispositif d'alimentation peut coillprendre Lin eldnient de prechattffage, par exemple un enrottlenlent d'induction electrique entourant 1'alliage en balttrette. przs de son point d'introdtrction dans 1e cou rant de nietal fondu.

0n donne ci-apres un exemple de mise en aetivre du procede dccrit.

Une tige d'trn diametre de 9.5 nim d'un alliage mere cotllprenant en poids 5 % de titane. 1 % de bore et 1e Solde cl'aluniiniuni. est introduite ä une vitesse de 39 cm par minnte dann une auge de coulee inclinde vers 1e bas 1O)trS forme d'ttn sein courant coherent d'aluminium fondu d'un dcbit de !q0 kg par minnte. La tige est intro dLrite c#bliquerient dann la partie superieure du courant et en direction aniont. de fa@on que son extremite soit aussi prochc lue possible de la lumiere de versage. Le nidtal fondtt provient d'un four ä une temperature d'en viron 750e C et la tenipcrature de 1'aluminium fondu au point d'introdtrction de I'allialte mere est d'environ 705a C. La circttlation du rnCal fondu ä rette tempera ture cons(-)rnrne completenient la tige d'alliage mere aussi rapidenient quelle est introduite dans lauge, et 1'ecotrlement perturbc mais non turbulent du metal fondu ainsi inoctrle. rcflechi par les parois de lauge quand il se deplace 1e long de la partie restante de lauge vers la znne dc cotrlec. produit un metal coule contenant 0,002 % de titane en poids comme agent de raffinage du grain sous forme de diborure de titane et de titane-alu- minium MAI., ), intimement et uniformement reparti dans tonte la piece coulee d'aluniinium ä grain raffine.

Ort peut noter que 1e procede decrit est particuliere- ment efficace pour inoculer des metaux et alliages fon- dus avec un agent d'alliage ou de raffinage du grain de maniere que Pagent soit uniformement reparti dans tont 1e mdtal fondu pendant la periode au cours de laquelle il atteint la zone de coulee et reste de nieme uniforme- nient reparti dans tont le metal de la piece coulee finale. Bien que 1e procede soit particulierement utile dans la commande de la croissance du grain et dans les opera- tions d'alliage, il peut etre utilise aussi pour introduire dans un mdtal fondu 1e menie metal ou des metaux dif- ferents et des composes internietalliques de divers me- taux et elements, de fa@on ä aider le refroidissement du nidtal dans une opdration de coulde en coquille directe et ä dviter ainsi 1e craquelage de la piece coulee pour des couldes ä haut debit.

Claims (3)

1. RFVENDICATION

   Procede d'introdtiction contintte d'un agent de traite mcnt mitallique dann Lin metal fondu, caracterise en ce qu'on verse le nietal fondtt depuis ttne source dans un passalte Limite en forme d'auge afin de Former un cou rant de nidtal fondu ä travers ce passalte, an introduit sinitrltanenient dans 1e courant de metal fondu s'ecou lant dans 1e passalte trne bagtrette solide de 1'agent de traitenient, la ba-ttette etant introduite dans le courant de nietal fondu de maniere ä produire une perturbation de l'ccoulenient sans detrtrire 1'integrite du courant. la baguette etant introduite ä une vitesse qui ne depasse pas la vitesse ä laquelle eile est consommee dans le metal fondu s'dcottlant dans 1e passalte, et an decharge le metal fondu inoculd dans trne zone de coulee.

   <B>SOLI</B> S-REVENDICATIONS I. Procede selon la revendication, caractdrise en ce qtt'on introduit 1'agent dann 1e courant pres de la source.
2. 2. Procede selon la revendication. dans lequel 1'agent est Lin alliage mere de raffinage du grain, caractdrise en ce que 1'agent est introduit dans le metal fondu ä une Vitesse teile que le rapport entre 1e mctal fondu et I'agent est constant.
3. 3. Procede selon la revendication, dans lequel l'agent est Lin alliage innre d'alliage. caracterise en ce que I'agent est introduit dans Je metal fondu ä une vitesse teile que <B>Je</B> rapport entre 1e metal fondu et 1'agent est constant.