EP1575724A2 - Produits pour la protection des moules de coulee continue des tuyaux de fonte - Google Patents

Produits pour la protection des moules de coulee continue des tuyaux de fonte

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EP1575724A2
EP1575724A2 EP03715029A EP03715029A EP1575724A2 EP 1575724 A2 EP1575724 A2 EP 1575724A2 EP 03715029 A EP03715029 A EP 03715029A EP 03715029 A EP03715029 A EP 03715029A EP 1575724 A2 EP1575724 A2 EP 1575724A2
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EP
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product according
reducing
cast
product
mixture
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Thomas Margaria
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Pechiney Electrometallurgie SAS
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    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D13/00—Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force
    • B22D13/10—Accessories for centrifugal casting apparatus, e.g. moulds, linings therefor, means for feeding molten metal, cleansing moulds, removing castings
    • 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
    • B22D1/007—Treatment of the fused masses in the supply runners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C3/00—Selection of compositions for coating the surfaces of moulds, cores, or patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B22D13/00—Centrifugal casting; Casting by using centrifugal force
    • B22D13/10—Accessories for centrifugal casting apparatus, e.g. moulds, linings therefor, means for feeding molten metal, cleansing moulds, removing castings
    • B22D13/101—Moulds
    • B22D13/102—Linings for moulds

Definitions

  • the invention relates to a product in powder form, intended for the protection of molds for casting cast iron pipes produced by centrifugal casting; the casting molds used are commonly referred to as "shells".
  • the coatings used to protect the centrifugal casting shells of cast iron pipes were first made of inoculants and powdered refractory materials, as well as mixtures of silica and bentonite, put in place by spraying a suspension aqueous. Such coatings are described for example in US Patent 4,058,153 to Pont-à-Mousson. Subsequently, these products were replaced by powders sprayed dry on the shell before casting the iron, a technique known as “dry spray”. Whatever the technique used for their installation, these products are used to obtain on the one hand a thermal barrier effect limiting the rise in temperature of the shell and thus contributing to increasing its lifespan, and on the other hand an inoculating effect on the cast iron so as to control the metallurgical structure of the pipe.
  • the products used as “dry spray” therefore generally consist of a mixture of several components, including an inoculant of varying degrees of effectiveness, which can constitute from 30 to 100% of the product, for example a ferro-silicon containing from 0.1 to 3% of aluminum and calcium, and an inert mineral filler, for example silica or fluorspar, which can constitute from 0 to 70% of the product.
  • an inoculant of varying degrees of effectiveness which can constitute from 30 to 100% of the product, for example a ferro-silicon containing from 0.1 to 3% of aluminum and calcium
  • an inert mineral filler for example silica or fluorspar
  • mixtures are in the form of powders with a particle size always less than 400 ⁇ m, but free of fines.
  • a particle size between 50 and 200 ⁇ m is for example well suited.
  • the subject of the invention is a powdered product for the protection of molds for centrifugal casting of cast iron pipes, comprising an inoculating metal alloy and possibly inert mineral powders, as well as a metal which is highly reducing and volatile at the temperature of the cast iron. liquid.
  • the products of the prior art used as "dry spray" in the manufacture of cast iron pipes by centrifugal casting have some drawbacks.
  • the inert mineral filler added to the mixture contributes to increasing the risks of mold fouling and the formation of inert mineral inclusions in the cast iron, which can cause surface defects to appear on the pipes.
  • the Applicant has found that, if the addition of a strongly reducing agent such as aluminum improves the protection of the shells and their duration of life, it can, in certain cases, increase the risk of appearance of pitting on the surface of the pipes, defect considered as unacceptable.
  • the applicant's objective therefore consisted in developing products which put the user free from these drawbacks.
  • These products comprise an inoculating alloy, for example based on ferro-silicon, or a mixture of inoculating alloys, optionally a mineral filler, and a reducing agent, at a content of between 0.3 and 18%, consisting of a metal volatile at the temperature of liquid iron, which may be a metal from column 2 of the Mendeleev classification, and preferably a metal from column 2a, of the periodic table.
  • the preferred metals are calcium, or magnesium, or alloys containing at least one of these metals.
  • Silicon alloys are particularly suitable, especially CaSi type alloys.
  • the product preferably contains
  • CaSi alloy which represents a calcium content of between 4 and 14%).
  • ferrous alloys typically containing more than 10% iron, of the FeSiCa type, often called “CaSiFer” and containing (by weight):
  • the reducing metals or alloys used are not used alone, but in the form of a premix with an inert substance, preferably calcium fluoride, magnesium fluoride or a mixture of these two fluorides.
  • an inert substance preferably calcium fluoride, magnesium fluoride or a mixture of these two fluorides.
  • the content of metal or strongly reducing metal alloy in the premix is preferably between 15 and 60%.
  • the grain size of the products is less than 400 ⁇ m, and preferably less than
  • a mixture was prepared according to the prior art from the following constituents: 85% of ferro-silicon with 75.2% of Si, 1.3% of Ca and 0.45% of Al, with a particle size between 50 and 200 ⁇ m, and 15%) of fluorspar with a particle size between 10 and 150 ⁇ m.
  • a mixture according to the invention was prepared from the following constituents: 55% of ferro-silicon with 75.2% of Si, 1.3% of Ca and 0.45% of Al with a particle size between 50 and 200 ⁇ m, and 45% of a mixture consisting of 1/3 fluorspar between 10 and 150 ⁇ m, and 2/3 of calcium silicide containing 60.1% Si, 31.7% Ca and
  • a mixture of 50% magnesium powder in particle size between 50 and 250 ⁇ m, 25% magnesium fluoride in particle size between 40 and 250 ⁇ m, and 25%) of spar fluorine in particle size between 40 and 250 was prepared. .mu.m. Then a mixture was prepared according to the invention formed from 3% of the above mixture and 97% of ferro-silicon to 75.2% of Si, 1.3% of Ca and 0.45% of Al with a particle size between 50 and 200 ⁇ m.
  • a mixture was prepared according to the prior art, equivalent in composition to the mixture of Example 3, mixture consisting (by weight) of:
  • ferro-silicon with 75.2% Si, 1.3% Ca and 0.45% Al in a particle size between 50 and 200 ⁇ m from the same batch as the ferro-silicon used in l 'previous example.
  • magnesium fluoride with a particle size between 40 and 250 ⁇ m

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Abstract

L'invention a pour objet un produit en poudre pour la protection des moules de coulée centrifugée des tuyaux de fonte, comprenant un alliage métallique inoculant et éventuellement des poudres minérales, ainsi qu'un métal fortement réducteur et volatil à la température de la fonte liquide. L'utilisation des produits selon l'invention évite l'encrassement des moules et améliore l'état de surface des tuyaux de fonte.

Description

Produits pour la protection des moules de coulée continue des tuyaux de fonte
Domaine de l' invention
L'invention concerne un produit sous forme de poudre, destiné à la protection des moules de coulée des tuyaux de fonte fabriqués par coulée centrifugée ; les moules de coulée utilisés sont communément désignés sous le nom de « coquilles ».
Etat de la technique
Les revêtements utilisés pour la protection des coquilles de coulée centrifugée des tuyaux de fonte ont d'abord été constitués d'inoculants et de matériaux réfractaires en poudre, ainsi que de mélanges de silice et de bentonite, mis en place par projection d'une suspension aqueuse. De tels revêtements sont décrits par exemple dans le brevet US 4.058.153 de Pont-à-Mousson. Par la suite, ces produits ont été remplacés par des poudres projetées à sec sur la coquille avant coulée de la fonte, technique désignée sous le nom de « dry spray ». Quelle que soit la technique utilisée pour leur mise en place, ces produits sont utilisés pour obtenir d'une part un effet de barrière thermique limitant la montée en température de la coquille et contribuant ainsi à augmenter sa durée de vie, et d'autre part un effet inoculant sur la fonte coulée de façon à contrôler la structure métallurgique du tuyau.
Il est bien connu qu'une inoculation insuffisante entraîne dans la fonte la formation de carbures, un retrait important au refroidissement et un démoulage rapide, gage d'une productivité élevée. Mais les pièces ainsi obtenues nécessitent un traitement thermique ultérieur qui peut s'avérer coûteux.
On peut, selon les cas, préférer inoculer davantage, quitte à ralentir la cadence de production pour éviter le traitement thermique final, ou au contraire inoculer peu, pousser la productivité, et traiter thermiquement la pièce en fonte en aval. Le pouvoir inoculant du « dry spray » peut donc se positionner dans des limites assez larges, par contre les autres effets demandés au produit sont l'objet d'exigences plus constantes.
Les produits utilisés comme « dry spray » sont donc en général constitués d'un mélange de plusieurs composants, dont un inoculant d'efficacité plus ou moins forte, qui peut constituer de 30 à 100% du produit, par exemple un ferro-silicium contenant de 0,1 à 3% d'aluminium et de calcium, et une charge minérale inerte, par exemple de la silice ou du spath fluor, qui peut constituer de 0 à 70% du produit. Le brevet FR 2612097 (Foseco) décrit l'utilisation comme agent de traitement d'alliages du type FeSiMg dont les particules sont chargées électriquement par frottement.
Ces mélanges se présentent sous la forme de poudres de granulométrie toujours inférieure à 400 μm, mais exemptes de fines. Une granulométrie comprise entre 50 et 200 μm est par exemple bien adaptée.
Objet de l'invention
L'invention a pour objet un produit en poudre pour la protection des moules de coulée centrifugée des tuyaux de fonte, comprenant un alliage métallique inoculant et éventuellement des poudres minérales inertes, ainsi qu'un métal fortement réducteur et volatil à la température de la fonte liquide.
Description de l'invention
Les produits de l'art antérieur utilisés comme « dry spray » dans la fabrication des tuyaux de fonte par coulée centrifugée présentent quelques inconvénients. La charge minérale inerte ajoutée au mélange contribue à augmenter les risques d'encrassement des moules et de formation d'inclusions minérales inertes dans la fonte, pouvant faire apparaître des défauts de surface sur les tuyaux.
Par ailleurs la demanderesse a constaté que, si l'ajout d'un agent fortement réducteur tel que l'aluminium améliore la protection des coquilles et leur durée de vie, il peut, dans certains cas, augmenter le risque d'apparition de piqûres à la surface des tuyaux, défaut considéré comme inacceptable.
L'objectif de la demanderesse a donc consisté à mettre au point des produits mettant l'utilisateur à l'abri de ces inconvénients. Ces produits comprennent un alliage inoculant, par exemple à base de ferro-silicium, ou un mélange d'alliages inoculants, éventuellement une charge minérale, et un agent réducteur, à une teneur comprise entre 0,3 et 18%, constitué d'un métal volatil à la température de la fonte liquide, pouvant être un métal de la colonne 2 de la classification de Mendeleiev, et de préférence un métal de la colonne 2a, de la classification périodique des éléments. Les métaux préférés sont le calcium, ou le magnésium, ou les alliages contenant l'un au moins de ces métaux. Les alliages de silicium conviennent particulièrement bien, notamment les alliages de type CaSi. On peut ainsi utiliser avantageusement des alliages de composition (en poids) : Si : 58 - 65%, Ca : 27 - 35%, Fe : 2 - 7%, Al : 0,4 - 2%. Le produit contient, de préférence,
- soit de 0,3 à 4% en poids de magnésium, et de préférence de 0,5 à 2%. Au delà de 4%, on constate un début d'encrassement du moule de coulée sous forme de traces blanchâtres de MgO.
- soit de 15 à 40% en poids d'alliage CaSi, ce qui représente une teneur en calcium comprise entre 4 et 14%).
Les essais effectués par la demanderesse ont montré par contre que les alliages ferreux, contenant typiquement plus de 10% de fer, du type FeSiCa, souvent dénommés « CaSiFer » et contenant (en poids) :
Si : 51 - 58% Ca : 16 - 20% Fe : 23 - 27% Al : 0,3 - 1 ,5% ainsi que les alliages du type FeSiMg contenant (en poids) :
Si : 47 - 53% Fe : 35 - 48% Mg : 2 - 12% Al : 0,2 - 1,5% Ca : 0,1 -
1,5% terres rares : 0 - 2%, donnent au contraire des résultats décevants, nettement en retrait de ceux obtenus avec les mélanges selon l'invention. Les quantités respectives des différents constituants dans la mélange final ont été évaluées en fonction des défauts que peuvent faire apparaître des surdosages.
Par ailleurs, pour des raisons de sécurité liées à la préparation des produits, les métaux ou alliages réducteurs utilisés ne sont pas utilisés seuls, mais sous forme d'un pré-mélange avec une substance inerte, de préférence le fluorure de calcium, le fluorure de magnésium ou un mélange de ces deux fluorures. Pour un maximum d'efficacité, la teneur en métal ou alliage métallique fortement réducteur dans le pré-mélange se situe de préférence entre 15 et 60%. La granulométrie des produits est inférieure à 400 μm, et de préférence inférieure à
250 μm. Les fines particules inférieures à 40 μm, et de préférence inférieures à 50 μm, sont exclues pour éviter les émissions de poussières lors de l'utilisation.
Exemples
Exemple N°l
On a préparé un mélange selon l'art antérieur à partir des constituants suivants : 85% de ferro-silicium à 75,2% de Si, 1,3% de Ca et 0,45% d'Al, à une granulométrie comprise entre 50 et 200 μm, et 15%) de spath fluor de granulométrie comprise entre 10 et 150 μm.
Utilisé en « dry spray » à titre d'essai de référence, ce produit a donné des résultats satisfaisants ; les tuyaux se sont démoulés après 55 secondes de refroidissement et sur les tuyaux ainsi fabriqués, on a mesuré une épaisseur de fonte ferritique de 35 microns. On a noté par contre une légère attaque des coquilles.
Exemple N°2
On a préparé un mélange selon l'invention à partir des constituants suivants : 55% de ferro-silicium à 75,2% de Si, 1,3% de Ca et 0,45% d'Al de granulométrie comprise entre 50 et 200 μm, et 45% d'un mélange constitué de 1/3 de spath fluor entre 10 et 150 μm, et 2/3 de siliciure de calcium à 60,1% de Si, 31,7% de Ca et
4,3% de Fe.
Utilisé en « dry spray », ce produit a donné des résultats satisfaisants ; les tuyaux se sont démoulés après 45 secondes de refroidissement et sur les tuyaux ainsi fabriqués on a mesuré une épaisseur de fonte ferritique de 25 μm. Par ailleurs, on n'a pas noté d'attaque visible des coquilles. Ce type de produit donne donc des résultats meilleurs que le produit cité à l'exemple N°l.
Exemple N°3
On a préparé un mélange de 50% de magnésium en poudre en granulométrie comprise entre 50 et 250 μm, 25% de fluorure de magnésium en granulométrie comprise entre 40 et 250 μm, et 25%) de spath fluor en granulométrie comprise entre 40 et 250 μm. Ensuite on a préparé un mélange selon l'invention formé de 3% du mélange précédent et 97% de ferro-silicium à 75,2% de Si, 1,3% de Ca et 0,45% d'Al de granulométrie comprise entre 50 et 200 μm.
Utilisé à titre d'essai en « dry spray », ce produit a donné des résultats jugés meilleurs que ceux obtenus aux exemples N°l et N°2; les tuyaux se sont démoulés après 37 secondes de refroidissement et sur les tuyaux ainsi fabriqués, on a noté une épaisseur de fonte ferritique de 30 μm. L'état de surface des pièces a été jugé excellent.
Exemple N°4
On a préparé un mélange selon l'art antérieur, équivalent en composition au mélange de l'exemple 3, mélange constitué (en poids) de:
- 43% de ferro-silicium à 75,2% de Si, 1,3% de Ca et 0,45% d'Al dans une granulométrie comprise entre 50 et 200 μm provenant du même lot que le ferro- silicium utilisé dans l'exemple précédent.
- 29,5% d'un alliage de type FeSiMg en granulométrie comprise entre 50 et 200 μm, ayant donné à l'analyse 50,7% de Si, 42,0% de fer, 5,2% de Mg, 1,2% de Ca, 0,35% d'Al,
- 26%) de poudre de silicium métallurgique en granulométrie comprise entre 50 et 200 μm, contenant 98,6% de Si.
- 0,75%) de fluorure de magnésium en granulométrie comprise entre 40 et 250 μm,
- 0,75%) de spath fluor en granulométrie comprise entre 40 et 250 μm. Utilisé à titre d'essai en dry spray, ce produit a donné des résultats en net retrait par rapport à ceux obtenus à l'exemple 3; les tuyaux se sont démoulés après 50 secondes de refroidissement et, sur les tuyaux ainsi fabriqués, on a noté une épaisseur de fonte ferritique de 35 μm, et l'apparition, à la surface des pièces, de piqûres tout à fait inacceptables, d'une densité de l'ordre de 25 par m2.

Claims

Revendications
1) Produit en poudre pour protection des moules de coulée centrifugée utilisés dans la fabrication des tuyaux de fonte, comprenant un alliage inoculant éventuellement additionné de poudres minérales inertes, caractérisé en ce qu'il contient également un métal à la fois fortement réducteur et volatil à la température de la fonte liquide.
2) Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage inoculant utilisé est un mélange de plusieurs alliages inoculants.
3) Produit selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le métal réducteur et volatil est un élément de la colonne 2 de la classification de
Mendeleiev.
4) Produit selon la revendication 3, caractérisé en ce que le métal réducteur et volatil est un élément du sous-groupe 2a de la classification périodique des éléments.
5) Produit selon la revendication 4, caractérisé en ce que le métal réducteur et volatil utilisé est le magnésium ou le calcium.
6) Produit selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le métal réducteur et volatil utilisé constitue 0,3 à 18% en poids du produit.
7) Produit selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le métal réducteur utilisé est introduit sous forme d'un ou de plusieurs alliages non- ferreux, contenant typiquement moins de 10% de fer.
8) Produit selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'alliage non ferreux est un alliage SiCa contenant (en poids) : Si : 58 - 65%, Ca : 27 - 35%, Fe : 2 - 7%, Al : 0,4 - 2%.
9) Produit selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il contient entre 15 et 40% en poids d'alliage SiCa.
10) Produit selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il contient entre 0,5 et 2%> de magnésium.
11) Produit selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il contient 0,2 à 15%o de poudre minérale inerte.
12) Produit selon la revendication 11, caractérisé en ce que la poudre minérale inerte utilisée est un fluorure de calcium, un fluorure de magnésium ou un mélange de ces deux fluorures.
13) Procédé de fabrication du produit selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les métaux réducteurs et volatils sont introduits dans le mélange sous forme de pré-mélange avec les poudres minérales inertes.
14) Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que les métaux constituent de 15 à 60%o en poids du pré-mélange.
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