EP1575724B1 - 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 Download PDF

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EP1575724B1
EP1575724B1 EP03715029.9A EP03715029A EP1575724B1 EP 1575724 B1 EP1575724 B1 EP 1575724B1 EP 03715029 A EP03715029 A EP 03715029A EP 1575724 B1 EP1575724 B1 EP 1575724B1
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EP
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product according
alloy
magnesium
product
weight
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EP03715029.9A
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Thomas Margaria
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Ferroglobe France SAS
Original Assignee
Ferropem SAS
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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
    • 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
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C3/00—Selection of compositions for coating the surfaces of moulds, cores, or patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • 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
    • B22D13/101—Moulds
    • B22D13/102—Linings for moulds

Definitions

  • the invention relates to a product in the form of powder, for the protection of casting molds cast iron pipes manufactured by centrifugal casting; the casting molds used are commonly referred to as "shells".
  • the coatings used for the protection of 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 projection of a suspension aqueous. Such coatings are described for example in the patent US 4,058,153 from Pont-à-Mousson.
  • these products were replaced by powders sprayed dry on the shell before pouring cast iron, a technique referred to as the "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 life, and secondly an inoculating effect on the cast iron so as to control the metallurgical structure of the pipe.
  • inoculate more even if it means slowing the production rate to avoid the final heat treatment, or, on the contrary, to inoculate little, to increase productivity, and to heat-treat the cast iron part downstream.
  • the supply inoculant of the "dry spray” can thus be positioned in rather wide limits, against the other effects asked to the product are the object of requirements more constant.
  • the products used as "dry spray” are therefore generally composed of a mixture of several components, including an inoculant of greater or lesser effectiveness, which can constitute from 30 to 100% of the product, for example a ferro-silicon containing 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 greater or lesser effectiveness which can constitute from 30 to 100% of the product, for example a ferro-silicon containing 0.1 to 3% of aluminum and calcium
  • an inert mineral filler for example silica or fluorspar
  • the patent FR 2612097 (Foseco ) describes the use as a treatment agent of FeSiMg type alloys whose particles are electrically charged by friction.
  • mixtures are in the form of powders of particle size always less than 400 microns, but free of fines.
  • a particle size of between 50 and 200 ⁇ m is well suited.
  • a method of manufacturing a cast iron brake element comprising a step of coating a mold with a nodularizing agent which comprises a ferrosilicon-based alloy which can be combined with a magnesium compound, the nodulating agent being intended to promote the production of ductile iron on the support surface.
  • EP0930113A1 discloses an inoculant alloy based on ferro-silicon which may comprise, in addition to iron and silicon, the following metals: Mn, Zr, Ca, Ba, Sr and / or Al, in a casting process of casting in molds .
  • the subject of the invention is a powder product for the protection of centrifugal casting molds of cast iron pipes, comprising a mixture of particles of an inoculating metal alloy, optionally inert mineral powders, and particles of a strongly reducing metal. and volatile to. the temperature of the liquid iron, said metal being selected from magnesium, calcium and magnesium and / or calcium alloys which contain less than 10% Fe.
  • These products comprise an inoculant alloy, for example based on ferro-silicon, or a mixture of inoculant alloys, optionally a mineral filler, and a reducing agent, at a content of between 0.3 and 18%, consisting of volatile metal at the temperature of liquid iron, which is calcium, or magnesium, or an alloy containing at least one of these metals.
  • Silicon alloys are particularly suitable, especially CaSi type alloys. It is thus possible advantageously to use alloys of composition (by weight): Si: 58-65%, Ca: 27-35%, Fe: 2-7%, Al: 0.4-2%.
  • ferrous alloys typically containing more than 10% iron, of the FeSiCa type, often called CaSiFer and containing (by weight): Si: 51-58% Ca: 16-20% Fe: 23-27% Al: 0, 3-1, 5% as well as alloys of FeSiMg type containing (by weight): Si: 47-53% Fe: 35-48% Mg: 2-12% Al: 0.2-1.5%
  • Ca: 0.1-1.5% rare earths: 0-2% give contrary disappointing results, clearly behind those obtained with the mixtures according to the invention.
  • 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 highly reducing metal or metal alloy in the premix is preferably between 15 and 60%.
  • the particle size of the products is less than 400 ⁇ m, and preferably less than 250 ⁇ m. Fine particles smaller than 40 ⁇ m, and preferably less than 50 ⁇ m, are excluded to avoid dust emissions during use.
  • a mixture according to the prior art was prepared from the following constituents: 85% of ferro-silicon at 75.2% Si, 1.3% Ca and 0.45% Al, at a particle size between 50 and 200 ⁇ m, and 15% of fluorspar of particle size between 10 and 150 microns.
  • 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 of between 50 and 200 ⁇ m, and 45% of a mixture consisting of 1/3 of fluorspar between 10 and 150 ⁇ m, and 2/3 calcium silicide at 60.1% Si, 31.7% Ca and 4.3% Fe.
  • a mixture according to the invention consisting of 3% of the above mixture and 97% of ferro-silicon with 75.2% Si, 1.3% Ca and 0.45% Al of particle size between 50 and 200 ⁇ m.
  • this product gave results judged to be better than those obtained in Examples No. 1 and No. 2; the pipes were demolded after 37 seconds of cooling and on the pipes thus manufactured, a thickness of ferritic cast iron of 30 ⁇ m was noted. The surface condition of the pieces was considered excellent.
  • this product gave results in a net shrinkage compared to those obtained in Example 3; the pipes were demolded after 50 seconds of cooling and, on the pipes thus manufactured, there was a thickness of ferritic cast iron of 35 ⁇ m, and the appearance, on the surface of the pieces, of pits quite unacceptable, of a density of about 25 per m 2 .

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Description

    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 pourvoir 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.
  • Selon US5249619A , on connait un procédé de fabrication d'un élément de frein en fonte comprenant une étape de revêtement d'un moule avec un agent nodularisant qui comprend un alliage à base de ferro-silicium qui peut être combiné à un composé de magnésium, l'agent nodularisant étant destiné à favoriser la production de fonte ductile sur la surface de support.
  • EP0930113A1 divulgue un alliage inoculant à base de ferro-silicium qui peut comprendre, en plus du fer et du silicium, les métaux suivants : Mn, Zr, Ca, Ba, Sr et/ou Al, dans un procédé de coulée de fonte dans des moules.
    • 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 mélange de particules d'un alliage métallique inoculant, éventuellement de poudres minérales inertes, et de particules d'un métal fortement réducteur et volatil à. la température de la fonte liquide, ledit métal étant choisi parmi le magnésium, le calcium et les alliages de magnésium et/ou de calcium qui contiennent moins de 10% de Fe.
    • Description de l'invention
  • Les produit 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, qui est le calcium, ou le magnésium, ou un alliage 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%, A1 : 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% A1 : 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 le 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°1
  • 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°1.
    • 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°1 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 (10)

  1. Produit en poudre pour protection des moules de coulée centrifugée utilisés dans la fabrication des tuyaux de fonte, caractérisé en ce qu'il comprend un mélange de particules d'un alliage inoculant à base de ferro-silicium et de particules d'un métal à la fois fortement réducteur et volatil à la température de la fonte liquide qui est choisi parmi le magnésium, le calcium, les alliages de magnésium et/ou de calcium, lesdits alliages contenant moins de 10% de Fe.
  2. Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alliage inoculant utilisé est un mélange de plusieurs alliages inoculants.
  3. Produit selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le métal réducteur et volatil utilisé constitue 0,3 à 18% en poids du produit.
  4. Produit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, 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%.
  5. Produit selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il contient entre 15 et 40% en poids d'alliage SiCa.
  6. Produit selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il contient entre 0,5 et 2% de magnésium.
  7. Produit selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il contient 0,2 à 15% de poudre minérale inerte.
  8. Produit selon la revendication 7, 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.
  9. Procédé de fabrication du produit selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les métaux réducteurs et volatils sont introduits dans le mélange sous forme de pré-mélange avec les poudres minérales inertes.
  10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les métaux constituent de 15 à 60% en poids du pré-mélange.
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EP1575724A3 EP1575724A3 (fr) 2005-09-28
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