FR2459834A1 - Procede et moule pour la fabrication de pieces de fonderie en fontes de fer-carbone a graphite spheroidal ou compact - Google Patents

Abstract

FABRICATION DE PIECES DE FONDERIE A PARTIR DE FUSIONS DE FER-CARBONE A GRAPHITE SPHEROIDAL OU A GRAPHITE COMPACT A L'INTERIEUR D'UNE CHAMBRE INTERMEDIAIRE PREVUE DANS LE SYSTEME D'ALIMENTATION DU MOULE; LA FUSION EST TRAITEE DANS LA CHAMBRE INTERMEDIAIRE 2 PAR DES GENERATEURS DE GRAPHITE SPHEROIDAL, A L'INTERIEUR D'UNE GARNITURE 3 D'UN NOYAU CREUX 1 QUI SUBDIVISE LA CHAMBRE EN DEUX PARTIES; LE NOYAU CREUX 1 CONTIENT UNE MATIERE POUR LA POST-INOCULATION ET EST EN COMMUNICATION PAR UN PASSAGE 1A AVEC LA PREMIERE PARTIE 2A DE LA CHAMBRE INTERMEDIAIRE 2 RACCORDEE A L'ATTAQUE 4 DU JET DE COULEE; L'INTERIEUR DU NOYAU 1 EST EN COMMUNICATION PAR UN SECOND PASSAGE 1B AVEC LA SECONDE PARTIE 2B DE LA CHAMBRE INTERMEDIAIRE 2, ET AU MOINS UN CANAL 6 SE RACCORDE A LA SECONDE PARTIE 2B.

Description

L'invention concerne un procédé pour la fabrication de pièces de fonderie en fontes de fer-carbone, procédé par lequel on parvient, par addition de générateurs de graphite sphéroidal dans une chambre intermédiaire du moule, à ce que le graphite se présente, soit sous forme sphéroldale, soit sous forme de graphite nodulaire ou vermiculaire.

A cet égard, llinvention propose de placer dans la chambre intermédiaire un noyau creux qui est fait d'une substance convenant pour l'inoculation ultérieure et dont la cavité intérieure contient les générateurs de graphite sphéroidal, chargés en quantité dosée dans une garniture séparée.

Les avantages du traitement de fontes de fer-carbone avec des additifs pour obtenir la formation de graphite sphéroldal ou d'un autre graphite compact dans le moule, par rapport au traitement d'une fonte par de tels additifs en dehors du moule, par exemple dans une poche de coulée, sont connus et décrits par exemple dans la demande de brevet allemand nO 19 36 153 ou dans le brevet britannique nO l 278 265.A titre d'avantages essentiels d'un traitement dans le moule par des générateurs de graphite sphéroidal, il convient de mentionner les points suivants moindre consommation en additifs générateurs de graphite sphéroidal, suppression de l'effet d'évanouissement et, par suite, production plus sûre avec des propriétés physiques garanties des produits moulés, garantie de qualité par de simples contrôles par échantillonnage d'auprès des méthodes statistiques, réduction de l'usure du garnissage, en particulier sur les fours électriques a induction a creuset lors du recyclage du fer de base non traité, possibilité de couler dans des moules des pièces a paroi mince aux hautes températures de coulée nécessaires sans perte au feu appréciable en générateurs de graphite sphéroidal, et déroulement de l'opération sans que l'environnement ét le fondeur soient incommodés par des éclats de lumière, de la fumée et des vapeurs. Tous ces avantages se traduisent en règle générale par une réduction des frais de fabrication.

I1 a été mis au point, au cours de ces dernières années, différents procédés pour le traitement de fusions de base appropriées par des générateurs de graphite sphéroïdal dans le moule.

C'est ainsi que la demande de brevet allemand nO 19 36 153 décrit un procédé d'après lequel une-chambre intermédiaire est formée a l'intérieur du système de coulée et est remplie d'une quantité appropriée de générateurs de graphite sphéroidal. Pour résoudre le problème d'un traitement uniforme du fer coulé pendant toute la durée de la coulée, des calculs de paramètres compliqués sont indiqués et nécessaires, ce qui nécessite dans la pratique une préparation laborieuse du travail pour chaque pièce de fonderie ou plaque de moule.

D'après le brevet des Etats-Unis nO 36 58 115, il est disposé, entre le jet de coulée et la cavité de moulage, une garniture formée de deux plaques de recouvrement qui sont munies de trous et entre lesquelles se trouve l'inoculant, La matière des plaques de recouvrement doit avoir un point de fusion assez élevé pour qu'elle ne se décompose pas trop rapidement, mais d'autre part elle doit avoir une composition telle qu'avec l'agrandissement progressif des trous des plaques sous l'effet de l'écoulement de la fusion, il ne se produise pas de modification excessive de la composition chimique de la fonte. Ce procédé ne prévoit pas de chambre de traitement.

I1 est décrit, dans la demande de brevet allemand nO 24 18 966, un dispositif pour la fabrication de pièces de fonderie à graphite sphéroïdal dans un moule, caractérisé par le fait que le volume d'une chambre de traitement qui débouche dans la cavité de moulage est égal à la somme des volumes de la pièce de fonderie à fabriquer et de la masselotte, la chambre de traitement étant fermée du côté jet de coulée par un siphon et du côté pièce de fonderie par un organe de fermeture temporaire qui peut être détruit sous l'effet combiné de la température et de la pression de la fusion.Cet organe de fermeture est constitué par une plaque de tôle dont l'épaisseur et la composition déterminent la durée de la résistance à l'égard de la température et de la pression de la fusion, de telle sorte que l'inoculation se produise dans la chambre de traitement pendant le temps qui est nécessaire pour la destruction de l'organe de fermeture.

Immédiatement en aval est placée, en arrière de cet organe de fermeture, une plaque de séparation en une matière réfractaire neutre, qui comporte une cavité contenant un agent de traitement désoxydant et post-inoculant.

La demande de brevet allemand nO 26 11 278 décrit un procédé d'inoculation en moule pour la fabrication de produits en fonte à graphite sphéroidal, procédé d'après lequel on opère avec deux ou plusieurs chambres d'alliage qui sont parcourues successivement par le métal introduit. Par des additions variables d'agents anti-dissolvants, de préférence à base de fer, on parvient à ce que des pièces de fonderie, qui se trouvent dans un seul et même moule, soient remplies de fer traité uniformément avec un poids fortement différent. D'après ce procédé, les chambres n'vagissent pas simultanément, mais successivement, ce qui signifie qu'elles rendent possible une dissolution de l'alliage dans des périodes qui sont largement échelonnées ou qui se suivent.

Tous les procédés cités ci-dessus ont en commun que les chambres de traitement doivent être calculées et formées suivant des lignes directrices déterminées en ce qui concerne leurs dimensions, en fonction du poids de la coulée considérée. Dans certains cas, un essai préalable est encore nécessaire à cet égard. Pour la séparation des produits de réaction ou des scories après la réaction des générateurs de graphite sphéroidal avec le métal introduit, il est nécessaire de prévoir des dispositifs coûteux ou un système compliqué d'attaques de coulée, adapté à chaque cas d'application et nécessitant des calculs.

Avec la présente invention, on a voulu fournir une technique appliquée améliorée qui simplifie l'application industrielle de l'inoculation en moule avec des générateurs de graphite sphéroidal et, par suite, élargisse les possibilités de mise en oeuvre de cette technique ménageant l'environnement.

A cet effet, on utilise un noyau creux séparé 1, fabriqué indépendamment de l'atelier de moulage, représenté en coupe verticale I-I sur la fig. 1 des dessins dans un moule donné à titre d'exemple et en coupe horizontale II-II sur la fig. 2, ce noyau étant placé à l'intérieur d'une chambre intermédiaire du moule et délimitant la chambre de traitement. Ce noyau est fait de carbure de silicium avec ou sans additions de ferrosilicium et/ou de calcium-silicium. Le noyau 1 comporte deux nervures opposées 5 qui délimitent en deux sections 2a et 2b la chambre intermédiaire 2 qui entoure la surface latérale extérieure du noyau 1 et qui se remplit ultérieurement de fer. La chambre intermédiaire 2 est en communication, par deux fentes la et lb pratiquées dans la paroi circonférentielle du noyau 1 en forme de gobelet, avec la cavité intérieure de ce noyau.A l'intérieur du noyau 1 est disposée une garniture 3 remplie séparément des générateurs de graphite sphéroïdal et/ou d'additifs, garniture qui revêt le noyau 1, est faite d'une matière étanche à l'humi dité, brûlant ou se décomposant sans laisser pratiquement de résidus et dégageant peu de gaz, comme par exemple le polyéthylène ou le carton ciré, et est fermée vers le haut par un couvercle 3a de la même matière. Le noyau 1 forme un tout avec la garniture 3 remplie. Cet ensemble est livré sous forme de système compact au mouleur qui l'introduit dans une portée de modèle appropriée dont les dimensions extérieures correspondent au diamètre extérieur conique du noyau 1.L'ensemble du système se trouve avantageusement dans le châssis de dessous 7 d'un moule en deux parties, mais en cas de nécessité, il peut être également monté suspendu dans le châssis de dessus 8.

A l'attaque de la chambre intermédiaire 2 du côté jet de coulée aboutit un canal 4 provenant du jet de coulée vertical.

Le fer qui arrive se répartit dans toute la section latérale 2a et, dans ces conditions, sa vitesse d'écoulement se ralentit et il progresse par couches successives à travers la fente verticale la pratiquée dans le noyau 1, vers la garniture 3 contenant les générateurs de graphite sphéroldal. A la suite de la réaction, le métal sous forme de fer traité quitte le noyau 1 qui délimite la chambre de traitement en passant par la fente opposée lb et il pénètre dans la seconde section 2b de la chambre intermédiaire 2, mais pas avant d'avoir prélevé sur la substance inoculante du noyau 1, principalement sur la surface intérieure de celui-ci, une quantité d'inoculant nécessaire pour la désoxydation et pour une post-inoculation efficace.En raison de l'élargissement important du passage dans cette seconde section latérale 2b du côté pièce de fonderie, il se produit une modération de l'écoule- ment et on obtient en même temps un effet de mélange. Des essais ont montré qu'il est particulièrement avantageux que le fer traité par des générateurs de graphite sphéroidal soit désoxydé et post-inoculé par réaction avec le noyau 1 formé d'inoculants pour le post-traitement, de sorte qu'en dehors de quelques cas d'exception pour une coulee à paroi extrêmement mince, il ne puisse plus apparaltre de carbures. A partir de la seconde section 2b, du côté pièce de fonderie, de la chambre intermédiaire 2 entourant en enveloppe le noyau 1, le fer traité est dirigé par des attaques de coulée rectangulaires aplaties 6 vers la ou les pièces de fonderie.En cas de poids de coulée très élevés par moule, il est possible sans difficultés de disposer deux ou plusieurs chambres intermédiaires 2, contenant chacune un noyau de traitement 1, dans le système de coulée.

Pour une bonne formation de sphères du graphite sur toute l'étendue de la pièce de fonderie, il est nécessaire que la dissolution des additifs générateurs de graphite sphéroïdal se déroule uniformément dans tout le volume de la charge du moule.

On y parvient, avec le procédé de l'invention, par le fait que le temps de séjour de la fusion dans le noyau 1 de la chambre intermédiaire est régle par la section des fentes de ce noyau, en liaison avec la cavité annulaire 2 qui entoure ce noyau de traitement 1. Le temps de coulée est purement fonction du débit de coulée qui est déterminé par l'épaisseur de paroi représentative de la pièce de fonderie. Ainsi, le temps de coulée dépend simplement de la section transversale et de la hauteur utile de la colonne de jet de coulée. Par contre, les sections transversales de l'arrivée aux noyaux des chambres intermédiaires restent toujours constantes, tandis que les sections transversales des attaques rectangulaires aplaties 6 vers les pièces de fonderie ou des lingots dépendent du nombre des pièces de fonderie et des possibilités d'attaque de coulée qui y existent.

Ici s'appliquent les mêmes règles que dans l'état de la technique pour le dimensionnement des attaques de coulée pour des pièces de fonderie en fonte à graphite lamellaire, en tenant compte, il est vrai, d'un autre coefficient d'écoulement. Etant donné que la condition de continuité "section transversale x vitesse d'écoulement = constante" s'applique dans tout le système d'attaques de coulée, on a la possibilité, par le dimensionnement des fentes la et lb dans le noyau 1, ainsi que de l'epais- seur et de la hauteur de la cavité annulaire subdivisée 2a et 2b, de régler en fonction de la vitesse de dissolution de l'agent de traitement utilisé le temps de séjour du fer qui arrive dans la garniture 3 contenant l'agent de traitement.Un calcul de volume de la chambre de traitement et de "chicanes" pour le nid à crasses, adapté au volume de la pièce de fonderie, n'est pas nécessaire, ce qui simplifie beaucoup l'application industrielle du procédé. De préférence, les attaques de coulée 4 et 6 sont décalées latéralement par rapport aux fentes la et lb.

La chambre annulaire subdivisée 2 a non seulement pour roule d'assurer un mélange effectif de la fusion traitée, mais aussi d'empêcher, par la stabilisation de l'écoulement obtenue simultanément, des turbulences indésirables, des jaillissements d'étincelles ou des projections résultant de la formation de vapeur, si bien que le procédé ménage l'environnement et est sans nuisance pour le fondeur. De ce fait, il est également possible, en cas de fortes teneurs en soufre du fer de base, inévitables pour des raisons d'exploitation, d'effectuer un dosage accentué en conséquence des générateurs de graphite sphéroïdal et de parvenir ainsi à la désulfuration nécessaire.

Des essais ont été menés avec des fusions de base qui présenteraient une forte teneur en soufre, c'est-à-dire qui avaient par exemple une composition de 3,76 % de C, 2,68 % de Si, 0,22 % de Mn, 0,033 % de P, 0,043 % de S. On a obtenu dans la fonte 100 % de sphérolites dans une texture de 80 % de perlite et de 20 % de ferrite.

De faibles teneurs en soufre du fer non traité sont évidemment souhaitables, surtout pour des raisons économiques. Mais il s'est révélé que les fonderies avaient de plus en plus de difficultés à parvenir à de faibles taux de soufre, par exemple 0,01 %. D'apres le procédé de l'invention, la production de pièces de fonderie à graphite sphéroïdal avec des taux de soufre de l'ordre de 0,02 à 0,025 % dans le fer de départ est possible à coup sûr avec une très bonne formation de sphères.

La post-inoculation souhaitée par réaction du fer traité avec le noyau 1 formé d'inoculants assure en même temps la formation de sphères particulièrement fines et évite les carbures. Ci-après sont présentés à titre d'exemples les résultats de deux essais qui ont été menés en appliquant le procédé de l'invention pour la coulée de lyres tenant la pression pour l'exploitation de centrales électriques.

Exemple 1
La lyre tenant la pression à couler avait un poids de 31,5 kg. La fusion de base avait une composition de 3,79 % de C, 2,70 % de Si, 0,18 % de Mn, 0,028 % de P, 0,029 % de S. La température du fer fondu au jet de coulée dans le moule s'élevait à 1480OC, le temps de coulée à 10 s.

La chambre intermédiaire d'égalisation 2 et le noyau creux 1 avec la garniture 3 remplie avaient les formes et proportions visibles sur les dessins. La hauteur totale du noyau 1 était de 10 cm. L'ensemble du système de traitement était disposé dans le châssis de dessous et était fermé, audessus du joint, par le châssis de dessus. Les ouvertures de passage la et lb, ainsi que les éléments de cloisonnement 5 pour la chambre intermédiaire d'égalisation avaient les proportions visibles sur les dessins. Abstraction faite des ouvertures de passage, des nervures 5, etc., la chambre intermédiaire d'égalisation 2 comme le noyau 1 présentaient une symétrie de révolution complète, de même que la garniture 3. Le noyau creux était fait de sable quartzeux, lié au ciment, qui contenait en tant qu'inoculant 60 % de calcium-silicium, avec 30 % de Ca et 50 % de Si.La garniture 3 de matiere synthétique, munie d'un couvercle fait de la même matière et réalisée par exemple sous une forme habituelle dans la technique de l'emballage, renfermait de manière étanche à l'air la quantité de générateurs de graphite sphéroidal qui s'y trouvait. La garniture 3 obturait aussi les fentes la et lb qui n'ont été fondues que par la fusion introduite. La garniture 3 était remplie de 200 g d'un alliage de NiMg de 0,5 à 5 mm de grosseur de grains, ce qui correspond à un apport de 0,63 z en poids de générateurs de graphite spheroidal, par rapport au poids de la coulée. Un contrôle de la pièce de fonderie finie a donné 100 % de sphérolites, avec 75 % de perliteet 25 % de ferrite.

Exemple 2
La même pièce a été coulée avec la fusion de base suivante : 3,71 % de C, 2,70 % de Si, 0,21 % de Mn, 0,029 % de
P, 0,028 % de S, 0,06 % de Cor, 0,09 % de Cu. Avec 31,5 kg, le poids de la coulée était le même que dans l'exemple 1. Le temps de coulée s'est élevé à 8 s, la température de coulée à 14250C.

La garniture dans le noyau de traitement contenait 100 g d'un alliage de FeSiMg avec 5 % de Mg + 30 g de fins copeaux de magnésium pur. Cela signifiait une proportion de 0,4 % en poids de générateurs de graphite sphéroidal. L'operation de coulez s'est déroulée de manière parfaitement tranquille, la formation de graphite sphéroidal a atteint 100 %, la texture se composait à l'état de coulée de 5 % de perlite et 95 % de ferrite.

Ces exemples montrent que le procédé est indépendant, dans des limites relativement larges, de la nature des générateurs de graphite sphéroidal.

Outre cet avantage que le noyau 1 formant chambre de traitement a toujours les mêmes dimensions et qu'il n'y a besoin, pour sa mise en place à l'intérieur du moule sur la plaquemodèle, que d'une portée ronde à cône, non représentée sur les dessins et simple a fabriquer, le procédé offre cet avantage supplémentaire que le personnel mouleur n'a pas la responsa bilité de doser correctement la quantité nécessaire de générateurs de graphite sphéroldal qui doit être introduite chaque fois dans le moule avec un gobelet doseur ou un dispositif similaire dans le cas des procédés à chambre connus. Avec la technique du procédé proposé, la garniture 3 peut être remplie très exactement des agents de traitement choisis et, le cas échéant, d'autres additifs, par exemple sur des balances doseuses à passage continu. Ce remplissage peut s'effectuer dans des locaux secs et propres, si bien que les agents de traitement entrent toujours en réaction à l'état sec, puisqu'avec le procédé de l'invention, ils sont maintenus à l'abri du contact avec le sable à vert, jusqu'à la coulée dans le moule, par la garniture 3 en forme de gobelet fermé. Comme on l'a déjà indiqué, le mouleur reçoit le système compact, composé du noyau 1 et de la garniture 3 remplie. I1 est donc soulagé de toute opération de dosage, ce qui exclut de multiples sources d'erreur. C'est ainsi par exemple qu'on peut détecter immédiatement à la coulée que, dans le cas extrême, le mouleur a oublié de placer le noyau 1.

L'invention ne se limite pas à l'exemple de réalisation représenté qui a été surtout donné à titre d'illustration, mais qui fait apparaître des caractéristiques avantageuses de l'invention.

Claims (7)

- REVENDICATIONS

1. Procédé pour la fabrication de pièces de fonderie à partir de fusions de fer-carbone à graphite sphéroldal ou à graphite compact, par exemple sous forme nodulaire ou vermiculaire, une fusion de composition appropriée étant traitée par des générateurs de graphite sphéroldal à l'intérieur d'une chambre intermédiaire prévue dans le système d'alimentation du moule, avant qu'elle ne pénètre dans la cavité de moulage, caractérisé en ce que la fusion est traitée dans la chambre intermédiaire (2) par une quantité déterminée de générateurs de graphite sphéroidal, en ce que cette quantité de générateurs de graphite sphéroidal se trouve à l'intérieur d'une garniture (3) qui revêt un noyau creux (1) disposé dans la chambre intermédiaire (2), en ce que le noyau creux (1) subdivise la chambre intermédiaire en deux parties, en ce que le noyau creux (1) contient dans sa substance une matière pour la post-inoculation, en ce que l'intérieur du noyau creux (1) est en communication par un passage (la) avec la première partie (2a) de la chambre intermédiaire (2) raccordée à l'attaque (4) du jet de coulée, en ce que l'intérieur du noyau (1) est en communication par un second passage (lb) avec la seconde partie (2b) de la chambre intermédiaire (2), et en ce qu'au moins un canal (6) vers la cavité de moulage se raccorde à la seconde partie (2b) de la chambre intermédiaire (2).

2. Moule pour l'exécution du procédé selon la revendication 1, avec une chambre intermédiaire prévue dans le système d'alImentation et contenant des générateurs de graphite sphé roldal, caractérisé en ce qu'il est prévu, dans la chambre intermédiaire, un noyau creux (1) fabriqué à part - de préférence en carbure de silicium (SiC) ou en un mélange de carbure de silicium avec par exemple du calcium-silicium, du ferrosilicium et/ou d'autres inoculants, tels qu'on en utilise ordinairement dans la production de fonte à graphite sphéroïdal -, en ce que le noyau creux (1) a une forme géométrique définie et est solidifié par un liant approprié de telle sorte qu'il puisse être placé sans endommagement et/ou usure par frottement dans des portées correspondantes de la chambre intermédiaire, mais que d'autre part il puisse exercer son effet inoculant lors de la réaction avec la fusion coulée.

3. Moule selon la revendication 2, caractérisé en ce que le noyau creux (1) comporte, du côté entrée et du côté sortie, des fentes (la, lb) de forme géométrique définie qui, en combinaison avec une cavité entourant le noyau (1), délimitée par la chambre intermédiaire (2) et subdivisée en deux cavités partielles (2a, 2b), règle le passage de la fusion de telle sorte que les additions utilisées pour la formation du graphite sphéroidal soient dissoutes uniformément dans une proportion de plus de 80 % pendant toute la durée du processus de coulée, ce qui garantit une formation de graphite sphéroidal de bonne qualité, et en ce que les crasses qui se forment sont retenues avant l'entrée dans le système d'attaques de coulée proprement dit vers la pièce de fonderie, en raison de la stabilisation de l'écoulement.

4. Moule selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les générateurs de graphite sphéroldal sont enfermés, en une quantité adaptée au poids de la coulée, dans une garniture (3) qui peut être brûlée par la fusion introduite, garniture qui revêt au moins en partie le noyau creux (1) et qui est placée avec celui-ci, en un ensemble complet dans le moule.

5. Moule selon l'une quelconque des revendications 2 à4, caractérisé en ce qu'il est prévu, en tant que substances génératrices de graphite sphérordal, des métaux alcalins ou alcalinoterreux comme le cérium, le didyme, le lithium, le magnésium, le strontium, le calcium, le baryum, le lanthane ou l'yttrium sous forme d'alliages ou de métaux mixtes, en grains ou en poudre, ainsi que le magnésium pur en grains, en mélange avec du ferro- et/ou du calcium-silicium, avec ou sans additifs destinés à agir sur les caractéristiques de dissolution.

6. Moule selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les générateurs de graphite sphéroldal sont utilisés dans des proportions de 0,15 à 2 % en poids par rapport au poids de la fusion de base coulée, la teneur en soufre de la fusion de base pouvant s'élever jusqu'à 0,04 %.

7. Moule selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les générateurs de graphite sphéroidal logés dans la garniture (3) sont mélangés en plus avec du ferro-silicium, du calcium-silicium ou d'autres inoculants pour que l'on obtienne, en cas de coulée à paroi mince, une absence complète de cémentite sans traitement thermique ultérieur.