EP0223722B1 - Dispositif et procédé d'injection continue sous faible pression d'un additif pulvérulent dans un courant de métal fondu - Google Patents

Dispositif et procédé d'injection continue sous faible pression d'un additif pulvérulent dans un courant de métal fondu Download PDF

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EP0223722B1
EP0223722B1 EP86420253A EP86420253A EP0223722B1 EP 0223722 B1 EP0223722 B1 EP 0223722B1 EP 86420253 A EP86420253 A EP 86420253A EP 86420253 A EP86420253 A EP 86420253A EP 0223722 B1 EP0223722 B1 EP 0223722B1
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EP
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EP86420253A
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German (de)
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EP0223722A1 (fr
Inventor
Charles Defrancq
Alain Ruckebusch
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Ferropem SAS
Original Assignee
Pechiney Electrometallurgie SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Pechiney Electrometallurgie SAS filed Critical Pechiney Electrometallurgie SAS
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Publication of EP0223722B1 publication Critical patent/EP0223722B1/fr
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/10—Making spheroidal graphite cast-iron
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B21/00—Obtaining aluminium
    • C22B21/06—Obtaining aluminium refining
    • C22B21/066—Treatment of circulating aluminium, e.g. by filtration
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/10—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals with refining or fluxing agents; Use of materials therefor, e.g. slagging or scorifying agents
    • C22B9/103—Methods of introduction of solid or liquid refining or fluxing agents

Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for continuous injection, under low pressure and protected from air, of a powder additive into a stream of molten metal.
  • This pulverulent additive is directed by carrier gas into the jet of molten metal, this gas possibly creating a protective atmosphere.
  • the present invention applies particularly to the case where the additive must be added to the liquid metal in small proportion, in a very homogeneous manner and, for example, immediately before casting.
  • injections are generally carried out by means of a lance immersed in a pocket containing the molten metal, the pulverulent additive being entrained by a stream of inert gas under a pressure sufficient to counterbalance the hydrostatic pressure of the liquid metal. But this mode of injection is discontinuous.
  • the object of the present invention is a device for continuous and controlled introduction, into a stream of liquid metal, of a predetermined proportion of powdered additive, under pressure, out of direct contact with the atmosphere and, if necessary, under a protective atmosphere, with a yield close to 100% and, in all cases greater than 85%.
  • Another object of the same invention pst a method of introducing additive into a stream of liquid metal using the above device.
  • the device which has the general shape of an hourglass comprises an outer metal casing (1) and an inner lining (2) heat-insulating and refractory whose nature is adapted to the metal (or alloy) to be treated.
  • metal any molten metal product, not alloyed or alloyed, subjected to the injection of additive, and by “additive” any powdery product (whatever its nature and its effects on the metal) injected into the metal.
  • additive any powdery product (whatever its nature and its effects on the metal) injected into the metal.
  • the term "pulverulent product” is taken here in the sense of product in more or less fine powder and / or in small grains the size of which can reach several millimeters, the limit being fixed by the possibilities of entrainment of the product in a stream of gas at low pressure.
  • the device is provided, at its upper part, with an inlet (3) for the metal to be treated, and, at its lower part, in the case in FIG. 1, with a calibrated orifice (4) for leaving the treated metal. It has three separate compartments, but communicating with each other: an upper compartment (5) into which the metal to be treated comes either directly from a processing furnace or from a holding furnace, or from an intermediate storage pocket , a buffer compartment (6) which opens through the calibrated orifice (4) onto an intermediate storage container or onto a ladle and, finally, a treatment chamber (7), located in the upper part of the compartment- buffer (6).
  • the treatment chamber (7) communicates with the inlet compartment (5) which surmounts it by a calibrated inlet orifice (8) whose role will be explained below.
  • the powder additive is injected into the metal through the tube (9), in a stream of pressurized gas, which shatters on the sheet of liquid metal flowing in the central zone (10) of the treatment chamber.
  • a lateral duct (11) allows the evacuation to the atmosphere of the protective gas and of any reaction gases, smoke or grime, so that the reaction chamber remains at a pressure slightly higher than atmospheric pressure.
  • the stream of metal mixed with the pulverulent additive then flows into the buffer compartment (6) where the dissolution of the additive and the reactions between the metal and the additive are eventually completed.
  • the passage section of the outlet orifice (4) is determined, that is to say say in fact, the speed of exit of the metal from the buffer compartment (6) in such a way that this compartment (6) remains constantly filled with liquid metal up to a level at least equal to about half the height and, preferably , at least equal to about two-thirds of the height (level N1), without however exceeding a maximum level (N2) located lower than the lower orifice (11 B) for removing any dirt.
  • FIG. 2 shows schematically a particularly well suited device which essentially comprises a reservoir of powder additive (20), a feed screw (21) passing through the lower part (22) of the reservoir (20), a motor (23) at high speed regulated and variable ensuring by means of a reducer (24) the drive of the screw (21) whose flow rate in powder additive is proportional to the speed of rotation, and a supply (25) of dried and deoiled compressed air , or in neutral gas (for example nitrogen or argon) which drives the additive to the injector (26) which also acts as a non-return device, then to the introduction pipe (9), supplied with gas under pressure through the pipe (27).
  • the reservoir (20) has two probes for measuring the level of the powdery additive (28).
  • FIG. 3 represents, in vertical section, a first variant of the invention, according to which the device is placed directly on a casting mold (30) of which only the inlet is shown.
  • the calibrated outlet orifice is no longer arranged at the base of the lower compartment: it is included in the mold and it is constituted by the smallest cross section of the attack system (set of conduits bringing the metal from the inlet from the mold to the feed channels of the mold cavities) and, for example, in the figurative case, by the descent of the load (31) or by the attacks (32) of the parts to be molded.
  • FIG. 4 represents, in vertical section, a second variant according to which two injections suc stops of powdery additives in the liquid metal can be achieved by putting in series two buffer compartments, an intermediate (6A), a lower (6B), each having its own inlet (9) (9 ') of additives pulverulent, its orifices (11A) and (11 B) for evacuating gases and dirt and its treatment chamber (7) (7 '), and its calibrated inlet orifices (8) and (8').
  • FIG. 5 represents a third variant of the invention, consisting in the addition to the lower part of the buffer compartment (6) of a siphon (35) allowing total retention of the dross not discharged through the orifice (11 B ).
  • the siphon can be adapted as well to the case of FIG. 1 and, in this case, it is the calibrated orifice (4), disposed at the base of the buffer compartment (6) which governs the speed of exit of the metal, than in FIG. 5 where the buffer compartment (6) or (6B) does not have a calibrated outlet orifice. This role is then played by the outlet section (36) of the siphon which is, for this, suitably calibrated.
  • the maintenance of the metal level in the lower compartment (6) can, if necessary, be measured and, if necessary regulated, by placing a certain number of level probes (13) in the wall of this compartment and by controlling the speed. metal introduction into the upper compartment.
  • the flow rate of the powdery additive can be controlled by the flow rate of the liquid metal entering the reaction chamber through the calibrated orifice (8) from the measurement of the level in the upper compartment (5) by means probes (14) for example.
  • the drawing of the mixing chamber (7) is given as an example of embodiment and does not constitute a limitation of the invention.
  • Those skilled in the art can optimize this design according to the nature of the metal treated (reactivity, viscosity) and the nature of the additive (powder in more or less fine grains, more or less reactive) so as to create , for example, swirling effects or effects of dispersion of the metal current, for example by adapting the shape of the orifice (8) or by interposing an obstacle such as (15) on this current at the exit of the orifice (8) or by any other equivalent means.
  • the device, object of the invention can be produced in two parts, separated by a plane passing through the vertical axis AA and perpendicular to the tube (9) for arrival of the powdery product. , and which are maintained, during casting, in contiguous and tight relation by clamps or hydraulic cylinders, in known manner, according to the dimensions of the device.
  • An experimental treatment device was constructed, according to the invention, in accordance with the diagram in FIG. 1, for the treatment of nodulization of spheroidal graphite cast iron by addition of a ferrosilicomagnesium in small grains containing 5.7% of magnesium.
  • the entry compartment (5) has an inverted pyramid shape.
  • the entry section is 250 x 250 mm and the height hi from the orifice (8) to the top of the entry compartment (5) is 250 mm.
  • the orifice (8) has a section of 1200 mm2 of rectangular shape 10 x 120 mm.
  • the lower compartment is cylindrical with a diameter of 150 mm and a height h2 of 270 mm between the calibrated outlet hole (4) and the dirt discharge orifice (11 B).
  • the outlet orifice (4) has a diameter of 40 mm, that is to say a passage section of 1257 mm 2 , to be compared to the 1200 mm 2 of the orifice (8).
  • the ferrosilicomagnesium additive is injected through the tube (9) with a weight flow of 90 g / second.
  • the carrier gas used is nitrogen at a pressure of 0.06 MPa.
  • the flow rate of liquid pig iron is 10 kg / second, which corresponds to an addition of 0.9% by weight of FeSiMg to 5.7% of magnesium, ie 0.051% of Mg added.
  • the device is supplied with liquid iron by an induction furnace, the treated cast iron being recovered in a 500 kg receiving pocket placed under the treatment device.
  • the magnesium incorporation yield defined by the relation: is 87%.
  • a second experimental treatment device was constructed, according to the invention, in accordance with the diagram in FIG. 3, with a view to carrying out in a single operation the treatment of nodulization and inoculation of spheroidal graphite cast iron.
  • This device is placed directly on a mold made of furan sand.
  • the total weight of the poured cluster is 55 kg.
  • the casting has a minimum thickness of 5 mm.
  • the entry compartment (5) has an inverted pyramid shape.
  • the inlet section is 250 x 250 mm and the height of the opening to the top of the inlet compartment (5) is 250 mm.
  • the orifice (8) has a section of 600 mm 2 of rectangular shape 6 x 100 mm.
  • the lower compartment is cylindrical with a diameter of 150 mm and heights': tor of 220 mm between the laying plane (34) on the mold (30) and the discharge port of the dross (11 B).
  • the weight flow rate in the mold is of the order of 5 kg / sec. This flow rate is adjusted by giving the load lowering channel a calibrated section.
  • the treatment product is a mixed product comprising 95% of FeSiMg containing 5.7% of magnesium and 5% of an inoculating ferrosilicon containing, inter alia, 1% of Bismuth and 0.5% of Rare Earths, according to our French patent.
  • the mixed product with a particle size of 0.2 to 1 mm is injected through the tube (9) with a weight flow rate of 45 g / second, which corresponds to 0.049% of Mg added.
  • the casting has a perfectly nodular structure in a totally ferritic matrix free of carbides.
  • the Mg incorporation yield in this case is 85%.
  • the invention can also be applied to simultaneous treatments of nodulization and inoculation, as described in Example 2, for spheroidal graphite cast irons; the levels of additives required to obtain the correct characteristics for these cast irons are often 50% lower than conventional nodulization and bag inoculation processes.
  • the arrangement of the device allows the immediate introduction of the treated metal into the mold (s) (fig. 3) which limits the risk of the effect of certain volatile, oxidizable additives or fleeting action (germination) vanishing. ).
  • the device in its different variants, also allows the injection of a reactive gas or liquid, with or without associated transport of powdery additive, for example to produce degassing of aluminum by injection of a chloreazote mixture.

Description

    DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
  • La présente invention concerne un dispositif et un procédé d'injection continue, sous faible pression et à l'abri de l'air d'un additif pulvérulent dans un courant de métal fondu. Cet additif pulvérulent est dirigé par gaz porteur dans le jet de métal fondu, ce gaz créant éventuellement une atmosphère protectrice. La présente invention s'applique particulièrement au cas où l'additif doit être ajouté au métal liquide en faible proportion, de façon très homogène et, par exemple, immédiatement avant coulée.
    • ETAT DE LA TECHNIQUE
  • Il est connu d'injecter dans un métal en fusion des additifs pulvérulents soit dans un but de traitement du métal, tel que désoxydation ou désulfuration, ou modification de structure, soit pour introduire un élément d'alliage.
  • Ces injections sont généralement effectuées au moyen d'une lance immergée dans une poche contenant le métal en fusion, l'additif pulvérulent étant entraîné par un courant de gaz inerte sous une pression suffisante pour contrebalancer la pression hydrostatique du métal liquide. Mais ce mode d'injection est discontinu.
  • Lorsqu'on veut procéder au traitement continu d'un courant de métal liquide, on s'efforce de déverser sur le jet de coulée du métal un jet contrôlé d'additif pulvérulent. Cette opération est délicate de mise en oeuvre et peu précise car, en pratique, le jet de métal liquide et le jet d'additif en poudre tendent à se déplacer l'un par rapport à l'autre. En outre, une proportion souvent importante de l'additif ne pénètre pas dans le jet de métal, surtout si l'additif est en poudre très fine. Si, au contraire, l'additif est en gros grains, il ne se dissout pas assez vite. Par exemple dans le cas de l'injection d'inoculant dans le jet de métal liquide à l'entrée du moule pour réaliser l'inoculation des fontes à graphite lamellaire ou sphéroïdal, les particules les plus fines diffusent entraînant une pollution éventuelle du sable de moulage et une flottation sur le godet du moule.
  • Les grains d'inoculant trop gros ne sont pas dis- - sous assez rapidement et peuvent entraîner des inclusions dans les pièces.
  • Pour résoudre ce problème, on a imaginé la technique dite du "fil fourré" que l'on déroule progressivement dans le jet de coulée. Mais cette technique n'est pas adaptable à tous les cas, elle est plus onéreuse que l'injection directe d'additif en poudre et d'une utilisation moins souple pour l'emploi de nombreux additifs de types différents.
    • OBJECT DE L'INVENTION
  • L'objet de la présente invention est un dispositif d'introduction continue et contrôlée, dans un courant de métal liquide, d'une proportion prédéterminée d'additif pulvérulent, sous pression, hors du contact direct avec l'atmosphère et, si nécessaire, sous atmosphère protectrice, avec un rendement proche de 100% et, dans tous les cas supérieur à 85%. Un autre objet de la même invention pst un procédé d'introduction d'additif dans un courant de métal liquide mettant en oeuvre le dispositif ci-dessus.
  • Le dispositif se caractérise en ce qu'il comporte successivement, du haut vers le bas:
    • - un compartiment supérieur, pour l'entrée du métal fondu,
    • - une chambre de traitement, reliée au compartiment supérieur par un orifice d'entrée calibré et dans laquelle débouche, d'une part un tube relié à un dispositif d'injection d'additif pulvérulent sous faible pression de gaz, et, d'autre part, au moins un conduit d'évacuation des gaz, fumées et crasses éventuelles,
    • - au moins un compartiment-tampon, associé, dans sa partie inférieure, à un orifice de sortie calibré, éventuellement séparé dudit compartiment tampon,
    • - un moyen collecteur du métal traité.
  • Le procédé, qui met en oeuvre le dispositif selon l'invention, comporte les étapes successives suivantes:
    • - on introduit le métal fondu dans le compartiment supérieur en maintenant le niveau entre un niveau optimal et un niveau maximal,
    • - on injecte dans la chambre de mélange, l'additif pulvérulent dans un courant de gaz porteur sous faible pression et on règle la vitesse d'injection de façon à introduire un poids d'additif prédéterminé par kg de métal à traiter,
    • - on maintient le niveau de métal fondu dans le compartiment inférieur entre le niveau optimal et le niveau maximal en agissant sur le débit d'introduction et sur le niveau du métal fondu dans le compartiment supérieur,
    • - on récupère le métal fondu à traiter à la sortie de l'orifice inférieur.
    DESCRIPTIONDES FIGURES
  • Les figures 1 à 5 illustrent l'invention.
    • - La figure 1 représente, en coupe verticale, le dispositif proprement dit dans lequel s'effectue l'injection de l'additif sans le métal liquide.
    • - La figure 2 représente en coupe l'ensemble d'un appareillage industriel comportant, en plus, un distributeur-doseur d'additif pulvérulent qui ne fait pas partie lui-même de l'invention, mais qui est donné à titre d'exemple de mise en oeuvre.
    • - La figure 3 représente, en coupe verticale, une variante de dispositif proprement dit dans lequel le dispositif est placé directement sur un moule de coulée.
    • - La figure 4 représente, en coupe verticale, une variante du dispositif proprement dit dans lequel 2 injections successives dans le métal liquide d'additifs pulvérulents différents peuvent être réalisées grâce à la présence de deux compartiments-tampons.
    • - La figure 5 représente, en coupe verticale, une variante du dispositif de la figure 1 (applicable également aux figures 3 et 4) dans lequel un compartiment siphon a été prévu pour retenir totalement les crasses résiduelles non évacuées par l'orifice prévu à cet effet.
  • Le dispositif qui présente la forme générale d'un sablier comporte une enveloppe métallique extérieure (1) et un garnissage intérieur (2) calorifuge et réfractaire dont la nature est adaptée au métal (ou alliage) à traiter. Dans tout ce qui suit, nous désignerons par "métal" tout produit métallique fondu, non allié ou allié, soumis à l'injection d'additif, et par "additif" tout produit pulvérulent (quels que soient sa nature et ses effets sur le métal) injecté dans le métal. Le terme de "produit pulvérulent" est pris ici dans le sens de produit en poudre plus ou moins fine et/ou en petits grains dont la grosseur peut attein- dre plusieurs millimètres, la limite étant fixée par les possibilités d'entraînement du produit dans un courant de gaz à faible pression.
  • Le dispositif est muni, à sa partie supérieure, d'une entrée (3) pour le métal à traiter, et, à sa partie inférieure, dans le cas figure 1, d'un orifice calibré (4) de sortie de métal traité. Il comporte trois compartiments distincts, mais communiquant entre eux: un compartiment supérieur (5) dans lequel arrive le métal à traiter provenant soit directement d'un four d'élaboration ou d'un four de maintien, soit d'une poche de stockage intermédiaire, un compartiment-tampon (6) qui débouche par l'orifice calibré (4) sur un récipient de stockage intermédiaire ou sur une poche de coulée et, enfin, une chambre de traitement (7), située dans la partie supérieure du compartiment-tampon (6).
  • La chambre de traitement (7) communique avec le compartiment d'entrée (5) qui la surmonte par un orifice calibré d'entrée (8) dont le rôle sera précisé plus loin. L'additif pulvérulent est injecté dans le métal par le tube (9), dans un courant de gaz sous pression, qui vient se briser sur la nappe de métal liquide s'écoulant dans la zone centrale (10) de la chambre de traitement. Un conduit latéral (11) permet l'évacuation vers l'atmosphère du gaz protecteur et d'éventuels gaz de réaction, de fumées ou crasses, de façon telle que la chambre de réaction reste à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique. On peut aussi prévoir (fig. 3) deux conduits (11), un conduit supérieur (11 A) pour l'évacuation des gaz, vapeurs et fumées, et un conduit inférieur (11 B) pour l'évacuation des crasses.
  • Le courant de métal mélangé à l'additif pulvérulent s'écoule ensuite dans le compartiment tampon (6) où s'achèvent éventuellement la dissolution de l'additif et les réactions entre le métal et l'additif.
  • Pour laisser à cette dissolution et à ces réactions le temps de s'achever et pour permettre la séparation des crasses qui peuvent se former, on dé termine la section de passage de l'orifice de sortie (4), c'est-à-dire en fait, la vitesse de sortie du métal du compartiment-tampon (6) de façon telle que ce compartiment (6) reste constamment rempli de métal liquide jusqu'à un niveau au moins égal à la mi-hauteur environ et, de préférence, au moins égal aux deux- tiers environ de la hauteur (niveau N1), sans toutefois dépasser un niveau maximal (N2) situé plus bas que l'orifice inférieur (11 B) d'évacuation des crasses éventuelles.
  • C'est là un point clé de l'invention. En effet, en maintenant un volant de métal dans le compartiment tampon (6), on assure à la fois de façon complète le mélange et la réaction entre l'additif et le métal (donc un rendement d'utilisation de l'additif proche de 100%) et on laisse aux crasses (12) qui peuvent se former, le temps de se rassembler à la surface du métal, pour être éventuellement dégagées par l'orifice (11 B).
  • Pour que ces conditions soient remplies, il faut:
    • a) alimenter le compartiment supérieur (5) en métal à traiter à une vitesse telle qu'il se maintienne à un niveau proche du niveau optimal N3, et relativement constant.
    • b) qu'il y ait, entre la section de passage de l'orifice calibré d'entrée (8) et celle de l'orifice calibré (4) une relation telle que, compte tenu de la viscosité du métal fondu et de la pression métallostatique, le niveau du métal dans le compartiment-tampon (6) se maintienne entre les limites fixées. Dans le cas de la figure 1, lorsque la coulée est achevée, le compartiment (6) se vide en totalité, de telle sorte que les crasses se retrouvent en surface de la poche réceptrice (non représentée).
  • L'alimentation contrôlée en additif pulvérulent peut s'effectuer par tout moyen connu de l'homme de l'art. La figure 2 schématise un dispositif particulièrement bien adapté qui comporte essentiellement un réservoir d'additif pulvérulent (20), une vis d'alimentation (21) traversant la partie inférieure (22) du réservoir (20), un moteur (23) à vitesse régulée et variable assurant par l'intermédiaire d'un réducteur (24) l'entraînement de la vis (21) dont le débit en additif pulvérulent est proportionnel à la vitesse de rotation, et une alimentation (25) en air comprimé séchée et déshuilée, ou en gaz neutre (par exemple azote ou argon) qui assure l'entraînement de l'additif vers l'injecteur (26) qui agit également comme dispositif anti-retour, puis vers le canalisation d'introduction (9), alimentée en gaz sous pression par la tubulure (27). Le réservoir (20) comporte deux sondes de mesure du niveau de l'additif pulvérulent (28).
  • La figure 3 représente, en coupe verticale, une première variante de l'invention, selon laquelle le dispositif est placé directement sur un moule de coulée (30) dont seule l'entrée est représentée. L'orifice calibré de sortie n'est plus disposé à la base du compartiment inférieur: il est inclus dans le moule et il est constitué par la plus petite section transversale du système d'attaque (ensemble des conduits amenant le métal de l'entrée du moule jusqu'aux canaux d'alimentation des empreintes du moule) et, par exemple, dans le cas figuré, par la descente de charge (31) ou par les attaques (32) des pièces à mouler.
  • Dans ce cas, lorsque la coulée est achevée, le compartiment (6) se vide en totalité, de telle sorte que les crasses éventuelles se retrouvent en surface du godet du moule sans risque pour la santé interne des pièces.
  • La figure 4 représente, en coupe verticale, une seconde variante selon laquelle deux injections successives d'additifs pulvérulents dans le métal liquide peuvent être réalisées grâce à la mise en série de deux compartiments tampons, un intermédiaire (6A), un inférieur (6B), chacun possédant sa propre arrivée (9) (9') d'additifs pulvérulents, ses orifices (11A) et (11 B) d'évacuation des gaz et des crasses et sa chambre de traitement (7) (7'), et ses orifices calibrés d'entrée (8) et (8').
  • La figure 5 représente une troisième variante de l'invention, consistant en l'adjonction à la partie inférieure du compartiment-tampon (6) d'un siphon (35) permettant de retenir totalement les crasses non évacuées par l'orifice (11 B). Le siphon peut s'adapter aussi bien au cas de la figure 1 et, dans ce cas, c'est l'orifice calibré (4), disposé à la base du compartiment tampon (6) qui régie la vitesse de sortie du métal, qu'au cas de la figure 5 où le compartiment tampon (6) ou (6B) ne comporte pas d'orifice de sortie calibré. Ce rôle est alors joué par la section de sortie (36) du siphon qui est, pour cela, convenablement calibrée.
  • Le maintien du niveau de métal dans le compartiment inférieur (6) peut, si nécessaire, être mesuré et, le cas échéant régulé, en disposant un certain nombre de sondes de niveau (13) dans la paroi de ce compartiment et en asservissant la vitesse d'introduction du métal dans le compartiment supérieur. D'autre part, le débit de l'additif pulvérulent peut être asservie au débit du métal liquide pénétrant dans la chambre de réaction par l'orifice calibré (8) à partir de la mesure du niveau dans le compartiment supérieur (5) au moyen des sondes (14) par exemple.
  • Le dessin de la chambre de mélange (7) est donné à titre d'exemple de réalisation et ne constitue pas une limitation de l'invention. L'homme de l'art peut optimiser ce dessin en fonction de la nature du métal traité (réactivité, viscosité) et de la nature de l'additif (poudre en grains plus ou moins fins, plus ou moins réactifs) de façon à créer, par exemple, des effets tourbillonnaires ou des effets de dispersion du courant de métal, par exemple en adpatant la forme de l'orifice (8) ou en interposant un obstacle tel que (15) sur ce courant à la sortie de l'orifice (8) ou par tout autre moyen équivalent.
  • Pour en faciliter l'entretien et le nettoyage, le dispositif, objet de l'invention, peut être réalisé en deux parties, séparées par un plan passant par l'axe vertical AA et perpendiculaire au tube (9) d'arrivée du produit pulvérulent, et qui sont maintenues, pendant la coulée, en relation jointive et étanche par des colliers de serrage ou des vérins hydrauliques, de façon connue, selon les dimensions du dispositif.
    • EXEMPLES D'APPLICATION Exemple 1.
  • On a construit un dispositif expérimental de traitement, selon l'invention, conforme au schéma de la figure 1, en vue du traitement de nodulisation de fonte à graphite sphéroïdal par addition d'un ferrosilicomagnésium en petits grains contenant 5,7% de magnésium.
  • Le compartiment d'entrée (5) a une forme de pyramide renversée. La section d'entrée est de 250 x 250 mm et la hauteur hi de l'orifice (8) jusqu'au sommet du compartiment d'entrée (5) est de 250 mm. L'orifice (8) a une section de 1200 mm2 de forme rectangulaire 10 x 120 mm. Le compartiment inférieur est cylindrique avec un diamètre de 150 mm et une hauteur h2 de 270 mm entre le trou calibré de sortie (4) et l'orifice d'évacuation des crasses (11 B).
  • L'orifice de sortie (4) a un diamètre de 40 mm, soit une section de passage de 1257 mm2, à comparer aux 1200 mm2 de l'orifice (8).
  • L'additif ferrosilicomagnésium est injecté par le tube (9) avec un débit pondéral de 90 g/seconde. Le gaz porteur utilisé est de l'azote sous une pression de 0,06 MPa Le débit de fonte liquide est de 10 kg/seconde, ce qui correspond à une addition de 0,9% en poids de FeSiMg à 5,7% de magnésium, soit 0,051 % de Mg ajouté. Le dispositif est alimenté en font liquide par un four à induction, la fonte traitée étant récupérée dans une poche réceptrice de 500 kg placée sous le dispositif de traitement. Le rendement d'incorporation de magnésium défini par la relation:
    Figure imgb0001
    est de 87%.
    • Exemple 2.
  • On a construit un second dispositif expérimental de traitement, selon l'invention,conforme au schéma de la figure 3, en vue d'effectuer en une seule opération le traitement de nodulisation et d'inoculation de fonte à graphite sphéroïdal.
  • Ce dispositif est directement placé sur un moule en sable furanique. Le poids total de la grappe coulée est de 55 kg. La pièce coulée présente une épaisseur minimale de 5 mm.
  • Le compartiment d'entrée (5) a une forme de pyramide renversée. La section d'entrée est de 250 x 250 mm et la hauteur de l'orifice jusqu'au sommet du compartiment d'entrée (5) est de 250 mm.
  • L'orifice (8) a une section de 600 mm2 de forme rec- ctangulaire 6 x 100 mm. Le compartiment inférieur est cylindrique avec un diamètre de 150 mm et une hau- ':teur de 220 mm entre le plan de pose (34) sur le moule (30), et l'orifice d'évacuation des crasses (11 B).
  • Le débit pondéral d'écoulement dans le moule est de l'ordre de 5 kg/sec. Ce débit est réglé en donnant au canal de descente de charge une section calibrée.
  • Le produit de traitement est un produit mélange comprenant 95% de FeSiMg à 5,7% de magnésium et 5% d'un ferrosilicium inoculant contenant, entre autres, 1% de Bismuth et 0,5% de Terres Rares, selon notre brevet français FR 2 511 044 (= US 4 432 793).
  • Le produit mélange de granulométrie 0,2 à 1 mm est injecté par le tube (9) avec un débit pondéral de 45 g/seconde, ce qui correspond à 0,049% de Mg ajouté. La fonte ainsi traitée a pour analyse finale: C = 3,74 Si = 2,46 Mn = 0,12 P = 0,043 S = 0,004 Mg = 0,037
  • La pièce coulée présente une structure parfaitement nodulaire dans une matrice totalement ferriti- que et exempte de carbures.
  • Le rendement d'incorporation du Mg dans ce cas est de 85%.
    • AVANTAGES PROCURES PAR L'INVENTION
  • Par rapport aux systèmes actuellement utilisés ou connus, l'invention présente les avantages suivants:
    • - rendement d'incorporation de l'additif proche de 100%,
    • - taux d'ajout de l'additif constant pendant toute la durée de la coulée, ce qui évite les opérations manuelles de pesage du métal liquide et de l'additif,
    • - possibilité d'emploi de particules très fines d'additifs avec un excellent rendement et sans risques de pertes et de pollution de l'atmosphère de l'atelier et des sables de moulage.
  • L'invention peut également être appliquée aux traitements simultanés de nodulisation et inoculation, ainsi qu'il est décrit dans l'exemple 2, pour les fontes à graphite sphéroïdal; les taux d'additifs nécessaires pour obtenir les caractéristiques correctes pour ces fontes sont souvent inférieurs de 50% aux procédés classiques de nodulisation et d'inoculation en poche.
  • Le procédé et le dispositif peuvent d'autre part et de façon non limitative, s'appliquer:
    • - au traitement de vermiculisation des fontes,
    • - au traitement de recarburation des fontes,
    • - au traitement de désulfuration en continu des fontes,
    • - au traitement de désulfuration et dénitruration des aciers,
    • - aux microadditions dans les aciers (telles que le bore) ou dans les fontes (telles que le vanadium, le titane ...)
    • - aux divers traitements de dégazage et d'affinage d'alliages légers.
  • La disposition de l'appareil permet l'introduction immédiate du métal traité dans le ou les moules (fig. 3) ce qui limite le risque d'évanouissement de l'effet de certains additifs volatils, oxydables ou à l'action fugace (germination).
  • Enfin l'appareil, tel qu'il vient d'être décrit, sous ses différentes variantes, permet également l'injection d'un gaz ou d'un liquide réactifs, avec ou sans transport associé d'additif pulvérulent, par exemple pour réaliser le dégazage de l'aluminium par injection d'un mélange chloreazote.

Claims (13)

1. Dispositif d'injection continue sous faible pression d'un additif pulvérulent dans un courant de métal fonde qui comporte successivement, du haut vers le bas:
- un compartiment supérieur (5), pour l'entrée du métal fondu,
- une chambre de traitement (7), reliée au compartiment supérieur par un orifice d'entrée calibré (8), et dans laquelle débouche, d'une part un tube (9) relié à un dispositif d'injection d'additif pulvérulent sous pression de gaz et, d'autre part, au moins un conduit (11) d'évacuation des gaz, fumées et crasses éventuelles,
- au moins un compartiment tampon (6) coopérant avec un moyen de réglage du débit de sortie du métal traité,
- un moyen collecteur du métal traité.
2. Dispositif selon revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux compartiments tampons superposés en série, un compartiment intermédiaire (6A) et un compartiment inférieur (6B), comportant chacun une chambre de traitement (7), (7'), un orifice calibré d'entrée (8) (8') et au moins un conduit d'évacuation des gaz, fumées et crasses.
3. Dispositif, selon revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la chambre de traitement comporte deux conduits d'évacuation, un conduit supérieur (11 A) pour les gaz et fumées, et un conduit inférieur (11 B) pour l'évacuation des crasses.
4. Dispositif, selon revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comporte à la base du compartiment tampon (6) ou du compartiment tampon inférieur (6A) un siphon (35) de rétention des crasses.
5. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le moyen de réglage du débit de sortie du métal traité est constitué par un orifice calibré disposé sur le trajet du métal traité.
6. Dispositif, selon revendication 5, caractérisé en ce que l'orifice calibré (4) est disposé à la base du compartiment tampon (6) ou du comparti ment inférieur (6A).
7. Dispositif selon revendication 5, caractérisé en ce que l'orifice calibré est intégré au moyen collecteur du métal traité.
8. Dispositif selon revendication 5, caractérisé en ce que l'orifice calibré est intégré au siphon (35).
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens tels que (13)(14) de mesure du niveau de métal fondu dans le compartiment inférieur (6) et/ou dans le compartiment supérieur (5).
10. Dispositif selon revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'asservissement de l'arrivée de métal fondu dans le compartiment supérieur (5) au niveau du métal fondu dans le compartiment inférieur (6).
11. Dispositif, selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est constitué en deux parties séparées par un plan passant par l'axe vertical et perpendiculaire à/aux orifices d'arrivée du/des additifs pulvérulents (9).
12. Procédé d'injection continue d'un additif pulvérulent dans un courant de métal fondu, mettant en oeuvre le dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé en ce que:
- on introduit le métal fondu dans le compartiment supérieur (5) en réglant le débit de façon à maintenir le niveau entre un niveau optimal N3 et un niveau maximal N4
- on injecte dans la ou les chambres de mélange (7)(7'), par le ou les tubes (9)(9'), dans un courant de gaz porteur sous pression, le ou les additifs dont le débit d'injection est réglé de façon à introduire un poids d'additif prédéterminé par kg de métal à traiter,
- on maintien le ou les niveaux dans le ou les compartiments tampons (6) (6') entre le niveau optimal N1 et le niveau maximal N2 en agissant sur le débit d'introduction du métal dans le compartiment supérieur (5),
- on collecte le métal traité à la sortie du compartiment tampon (6) ou du compartiment tampon inférieur (6B).
13. Application du dispositif, selon l'une des revendications 1 à 11, au traitement du métaux fondus, ferreux ou non ferreux, caractérisé en ce que l'on injecte, par le tube (9) un gaz, une vapeur ou un liquide réactifs.
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