FR2516939A1 - Procede et installation pour le traitement de fonte hors four et fonte ainsi traitee - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA METALLURGIE. LE PROCEDE FAISANT L'OBJET DE L'INVENTION EST DU TYPE CONSISTANT A SOUMETTRE LA FONTE EN FUSION, LORS DE SON ADMISSION DANS UNE POCHE 2, A L'ACTION D'ADJUVANTS MODIFICATEURS ET D'UN VIDE, ET EST CARACTERISE EN CE QUE LE TRAITEMENT DE LA FONTE PAR LE VIDE EST OPERE AVANT LE DEBUT DE LA REACTION DE CELLE-CI AVEC LES ADJUVANTS MODIFICATEURS ET PENDANT CETTE REACTION, ET EN CE QUE LEDIT TRAITEMENT PAR LE VIDE EST EFFECTUE D'UNE MANIERE ININTERROMPUE PENDANT 15 A 120 S. L'INVENTION PEUT ETRE UTILISEE NOTAMMENT DANS LA PRODUCTION DE FONTE PRESENTANT DES FORMES COMPACTES DE GRAPHITE : GLOBULAIRE ET VERMICULAIRE.

Description

La présente invention est relative au domaine de la métallurgie et de la fonderie et a notamment pour objet un procédé et une installation pour le traitement de fonte hors four (traitement en poche) après son élaboration, en vue d'améliorer ses propriétés physiques et mécaniques.

L'invention est applicable avec le plus de succès à la production de fonte présentant des formes compactes de graphite : globulaire et vermiculaire.

Grâce à leurs hautes propriétés physiques et mécaniques, les fontes à formes compactes du graphite deviennent de plus en plus répandues et leur production s'étend rapidement. Un problème important se pose aux spécialistes dans ce domaine : celui de l'amélioration des propriétés physiques et mécaniques de la fonte et de la réduction simultanée de son prix de revient, tout en assurant une productivité élevée du processus technologique.

La condition à remplir impérativement pour 1 obten- tion d'une fonte à graphite vermiculaire et globulaire est un affinage poussé de la fonte pour ltélimination des impuretés nuisibles à ses caractéristiques mécaniques, et en premier lieu, du soufre et de l'oxygène0 Il est communément admis qu'un affinage de cette sorte peut autre obtenu soit par maintien prolongé de la fonte liquide sous un vide poussé (-de l'ordre de 1,333 Pa ou 10 2mu Hg), soit par introduction, dans cette fonte liquide, d'adju- vants modificateurs tels que, par exemple, le magnésium, le cérium, l'yttrium, le calcium métalliques, ou bien leurs mélanges avec d'autres composants (alliages intermédiaires).

Le maintien prolongé des métaux liquides, en particulier de l'acier et de la fonte, sous un vide poussé est déjà connu depuis relativement longtemps (voir, par exemple, le brevet d'invention de Grande
Bretagne NO 956678 et les certificats d'auteur de l'URSS NNO 382695, 440423, 444817), mais n'est généralement effectué que dans les conditions de laboratcire, étant donné le cotit relativement élevé des installations à vide et la durée considérable du processus technologique.

C'est la raison pour laquelle, à l'échelle industrielle, l'amélioration des propriétés physiques et mécaniques de la fonte est obtenue par son traitement aux adjuvants modificateurs, tels que notamment le magnésium, et les préalliages contenant du magnésium, qui sont considérés à l'heure actuelle comme les meilleurs modificateurs (voir, par exemple, les certificats d'auteur de l'URSS NNO 500232, 521317, 709690, 749900).

Il est cependant à noter que le traitement de la fonte à l'aide de magnésium métallique se heurte à des difficultés technologiques considérables, car il s'accompagne d'une "ébullitionuLgoureuse" du métal liquide, d'éjections de celui-ci hors de la poche, d'éclats très lumineux et d'un dégagement actif de gaz et de fumées, ce qui nuit considérablement aux conditions de travail de l'équipe d'opérateurs. D'autre part, on est très gené par le caractère explosif de la combustion du magnésium lorsque celui-ci entre en réaction avec l'oxygène de l'air ambiant.Tous ces inconvénients conduisent à une consommation injustifiée de modificateur et à la pollution de 1 'ambiance0
Pour remédier aux inconvénients mentionnés, on recourt, lors du traitement de la fonte à l'aide de magnésium, à différents dispositifs décrits d'une façon assez détaillée dans la littérature spécialisée (voir, par exemple, le livre : "Magnievy chugun", rédigé par K.I.

Vaschenko et L. Sofroni, Moskva-Kiev, Mashgiz, 1960, pp. 131-170). Cependant, plusieurs de ces dispositifs (poches avec couvercles massifs, poches tournantes, chambres à ventilation) ne permettent pas de prévenir le contact entre les adjuvants modificateurs et l'oxygène de l'air, ce qui conduit à une consommation élevée de magnésium et à un dégagement excessif de gaz et de fumées, tandis que d'autres (autoclaves, poches- étanches), bien qu'ils soient susceptibles de résoudre ces problèmes, en créent d'autres relatifs aux remplacements ou aux remises au point fréquentes de certains organes, sont peu productifs et d'exploitation très compliquée.

On a proposé d'autres procédés de traitement de la fonte, consistant en particulier à plonger dans cette fonte un matériau poreux, du coke par exemple, imprégné de magnésium (voir le brevet d'invention français NO 2004076) ou bien un réfractaire poreux (voir le brevet d'invention de Grande Bretagne NO 1048909)o Mais ces procédés ntont pas trouvé, eux non plus, une large application pratique du fait qu'ils sont peu efficaces
Pour les procédés utilisant les préalliages contenant du magnésium, l'interaction du métal fondu avec le modificateur est moins intense que lorsqu'on utilise du magnésium pur. Ceci permet de recourir, lors de la réalisation de ces procédés, à un matériel plus simple.

L'introduction des préalliages dans la fonte liquide peut être réalisée de plusieurs manières : sous forme de lingots fixés à des tiges et que l'on plonge dans le -métal fondu ; par amenée d'un préalliage pulvérisé dans le jet de métal lors de l'évacuation de ce métal hors du four ou bien lors de sa coulée d'une poche dans l'autre sous forme de briquettes immergeables que l'on amène sur la surface du métal fondu (si la densité du préalliage est supérieure à celle du métal fondu) ; par chargement du préalliage au fond de la poche avant d'y admettre du métal fondu ; etc.

Cependant, lors de la mise en oeuvre de ces procédés, le contact entre les adjuvants modificateurs et l'oxygène de l'air est aussi possible, ce qui conduit à leur consommation élevée, à la formation de grandes quantités de scories et à l'augmentation des échappements nuisibles dans Ilatmosphère. L'emploi des préalliages en forme de briquettes pouvant etre immergées est, en outre, lié à l'utilisation de composants coûteux : cuivre et nickel.

On connaît aussi un procédé de traitement dela fonte en moule ("inmold process") consistant en ce que les adjuvants modificateurs, qui se présentent généralement sous forme Qe préalliages, sont introduits dans une chambre à réaction qui fait partie du système de coulée du moule (voir : Sillen R, "Inmold Nodulization with Delayed
Pouring in Vertically Ported Molde" > " Modern Casting ", 1979, Juillet , pp. 58-59).

Dans ce procédé, le traitement de la fonte se produit lors de l'admission de celle-ci dans le moule de fonderie. Cette technologie permet de limiter l'oxydation du modificateur par l'oxygène de l'air et de réduire les dégagements de gaz et de fumées, mais se caractérise par d'autres difficultés liées au fait que chaque pièce moulée nécessite un traitement séparé.

Chaque pièce moulée nécessite un contrôle visant à déterminer le taux de globulisation du graphite dans la structure métallique. D'autre part, ce procédé de traitant de la fonte exige qu'une désulfuration poussée soit opérée au préalable et qu'on prévoie des quantités supplémentaires de fonte nécessaires pour le remplissage de la chambre à réaction.

On connaît enfin un procédé de traitement de la fonte hors four, qui réunit les deux types de traitement mentionnés plus haut: par les adjuvants modificateurs et par le vide ( voir la description relative à la demande de brevet d'invention du Japon NO 48-17967 ). En conformité avec ce procédé, on ajoute à la fonte liquide des modificateurs tels que : magnésium et/ou calcium et/ou cérium, que l'on engage sous forme métallique, ou des composés et des mélanges contenant au moins l'un de ces éléments . Après cela, le métal fondu est maintenu sous un vide imparfait ( de l'ordre de 6665 Pa ou 50 mm Hg ) pendant 5mn en moyenne. Ce traitement combiné permet, d'une part, de se passer d'un vide poussé, et'autre part, de réduire la consommation d'adjuvants modificateurs et, en même temps, d'obtenir une fonte au graphite à grains fins.

Ce procédé peut être réalisé en partie ( sa partie concernant, notamment, le traitement par le vide du métal liquide ), à l'aide, par exemple, d'uneinstaflation comportant un réservoir de réception muni d'un orifice de vidange qui est obturé par une pièce d'insertion, une poche pourvue de tourillons de levage et une chambre à fermeture étanche, munie d'une tubulure pour son raccordement à un système d'évacuation d'air (voir le certificat d'auteur de l'URSS NO 608839).

Cette chambre de l'installation en question est une virole métallique non démontable de forme sensiblement cylindrique dont la partie inférieure est quelque peu élargie, laquelle virole est montée verticalement et est adjacente par son extrémité supérieure à la partie inférieure du réservoir de réception. L''extrémité inférieure de la virole est raccordée d'une manière étanche à la poche, qui présente à cet effet, à sa partie supérieure, une bride d' appui et une garniture d'étanchéité. A l'intérieur de cette virole métallique est disposée une autre virole en matériau réfractaire qui, plus étroite vers le bas, est engagée dans le goulot de la poche. De cette façon, sur le chemin du jet de métal liquide, se forme un espace fermé, délimité par les parois de la chambre à fermeture étanche et dans lequel on produit un vide.La poche est transportée sous la chambre à fermeture étanche à l'aide d'un chariot approprié, et l'étanchéité de la jonction de la chambre et de la poche est obtenue à l'aide de vérins hydrauliques dont est munie l'installation.

L'installation considérée fonctionne de la manière suivante. Lorsqu'on admet de la fqnte liquide dans le réservoir de réception, un joint hydraulique se forme dans la zone de l'orifice de vidange, ce qui permet à son tour de produire un vide dans la chambre à fermeture étanche.

Dès que la pièce d'insertion obturant l'orifice mentionné est percée par fusion, le métal liquide traverse l'espace délimité par la virole réfractaire, où il se trouve soumis à l'effet du vide, et tombe dans la poche.

Bien que le procédé considéré, que l'on réalise à l'aide de l'installation décrite ci-dessus, permette d'améliorer quelque peu les propriétés de la fonte, de sérieuses difficultés apparaissent lors de sa mise en oeuvre.

Ainsi, du fait que les adjuvants modificateurs sont introduits dans la fonte liquide avant son traitement par le vide, l'élimination du soufre et de ltoxygène contenus dans la fonte est due en premier lieu à la consommation des adjuvants modificateurs. En même temps, le traitement par le vide auquel on soumet la fonte affinée déjà à l'aide des modificateurs ne conduit qu'à une évaporation intense des adjuvants modificateurs dont la température d'ébullition devient, en ce cas , plus faible. Le magnésium en est surtout affecté, car ce modificateur, le plus efficace d'ailleurs, présente une température d'ébullition inférieure à celle de la fonte liquide.

D'autre part, le fait d'opérer le traitement par le vide pendant le temps 'ntionné (5mn) a lui aussi un aspect négat5.f, car, ce temps opératoire étant excessi comme l'ont montré les essais efîeckies, on assiste à une réduction de la teneur de la fonte liquide en modificateurs.

Tous ces inconvénients ont pour conséquence que la fonte obtenue présente des propriétés physiques et mécaniques peu intéressantes, que la consommation des adjuvants modificateurs est assez considérable et que le rendement de ce processus technologique est relativement faible.

Du fait que dans l'installation servant à mettre en oeuvre ce procédé la chambre à fermeture étanche n' est pas démontable et se situe entre le réservoir de réception et la poche, le chemin que doit parcourir le jet de fonte liquide est trop long, de sorte que le métal perd une partie de son énergie calorifique. De ce fait, lorsque le traitement de la fonte liquide est opéré en plusieurs cycles et porte sur de faibles quantités de métal, phénomène fréquent dans les entreprises de constructions mécaniques, on peut assister à la" congélation11 de la fonte liquide sur la surface des adjuvants modificateurs.Un tel traitement ne donne pas de résultats satisfaisants et, d'autre part, le métal fondu présente une température relativement faible et une basse fluidité, d'où de nouveaux problèmes relatifs à la coulée du métal dans les moules.

Un autre incaivénient de l'installation considérée réside en ce qu'elle est peu fiable. Cet inconvénient résulte du fait que la bride de la poche et la garniture dont elle est munie sont généralement endommagées lors de l'évacuation du métal par le goulot de la poche, parexemple lorsqu'on remplit les moules. Il s'ensuit que chaque nouveau cycle de traitement de la fonte hors four nécessite une remise en état de ces éléments de l'installation, ce qui ne permet pratiquement pas de ltemployer dans les conditions où la durée des cycles de traitement et des pauses entre ceux-ci ne constitue que 5 à 7 minutes.

La basse fiabilité de cette installation réside aussi en ce qu'une autre garniture d'étanchéité doit être impérativement prévue, cette fois entre le réservoir de réception et la chambre à fermeture étanche, c'est-à-dire dans la zone où apparaissent des charges thermiques importantes. Lorsque les cycles de traitement sont fréquents, cette garniture s'use elle aussi rapidement.

Enfin, il convient de noter que l'installation décrite se caractérise par un rendement relativement faible et ne peut fonctionner qu'en association avec des mécanismes de manutention dont la présence est indispensable pour réaliser toute une série d'opérations auxiliaires.

L'invention vise à remédier aux inconvénients précités.

On stest proposé pour cela de mettre au point un procédé et une installation pour le traitement de la fonte hors four, qui procureraient une fonte présentant dequtes propriétd physiques et mécaniques, tout en assurant une faiblecoesiznatiori d'adjuvants modificateurs, des dégagements de gaz et de fumées insignifiants et un rendement élevé, ces avantages étant obtenus grâce à une modification apportée à la succession opératoire des traitements de la fonte liquide par les adjuvants modificateurs et par le vide et grâce au choix d'une durée optimale du traitement par le vide.

Ce problème est résolu à l'aide d'un procédé de de traitement de la fonte hors four, du type consistant à soumettre la fonte en fusion admise dans une poche à l'effet d'adjuvants modificateurs et d'un vide, lequel procédé est caractérisé en ce que le traitement par le vide de la fonte est opéré avant l'interaction de celle-ci avec les adjuvants modificateurs et pendant cette interaction, et qu'il est réalisé en continu pendant 15 à 120 secondes.

Le fait de soumettre la fonte en fusion à l'effet du vide avant l'interaction de cette fonte avec les adjuvats modificateurs permet un dégazage de la fonte et aboutit, en particulier, à une réduction de sa teneur en oxygène. Ceci conduit à une réduction de la quantité d'adjuvants modificateurs nécessaire à la neutralisation de l'oxygène restant et, par conséquent, permet de réduire la consommation totale de modificateurs.

Le fait de continuer le traitement par le vide de la fonte en fusion pendant l'interaction de cette fonte avec les adjuvants modificateurs permet de prévenir tout contact entre ces modificateurs et l'oxygène de l'air et, par là même, d'éviter les pertes injustifiées de ces modificateurs dues à leur combustion et de réduire considérablement les dégagements de gaz et de fumées.

Le caractère continu du traitement par le vide, qui se traduit par l'absence de toute pause entre les opérations de traitement par le vide et de traitement par les adjuvants modificateurs, permet d'éviter l'admission d'oxygène dans la fonte en fusion, qui aurait inévitablement lieu pendant une telle pause.

La durée du traitement par le vide proposée cidessus est optimale. Lorsque l'opération dure moins de 15 s, les adjuvants modificateurs n'arrivent pas à être assimilés par la fonte fondue pendant que celle-ci demeure sous vide, leur interaction prenant une forme active dans les conditions atmosphériques. Il en résulte des éclats très lumineux sur la surface de la fonte en fusion et des dégagements de gaz et de fumées importants. Si le traitement par le vide est opéré pendant un temps supérieur à 120 s, une quantité considérable de modificateurs, et en premier lieu de magnésium, s'évapore à partir de la fonte, d'où l'altération des propriétés physiques et mécaniques du produit obtenu.

Il est rationnel que le traitement par le vide opéré avant l'interaction des adjuvants modificateurs avec la fonte en fusion, soit exécuté en jet lors de l'admission de la fonte fondue dans la poche, et que l'on procède au traitement par les adjuvants dans la poche tout en continuant à exposer la fonte à l'effet du vide.

Pour le temps relativement court de traitement par le vide, proposé dans la présente invention, le mode opératoire en jet constitue la technique de dégazage la plus efficace, du fait qu'il permet un dégazage dosé de la fonte en fusion et peut être mis en oeuvre à l'aide d'un dispositif relativement simple. En même temps, le fait de modifier la fonte fondue en opérant dans la poche permet d'introduire les adjuvants modificateurs sous le niveau de la fonte et, par là même, de réduire la quantité de modificateurs évaporés, en premier lieu celle de magnésium, car on est alors en présence d'une pression hydrostatique.

En continuant le traitement par le vide, on arrive à prévenir l'oxydation du modificateur par l'oxygène de l'air.

Il est rationnel que les adjuvants modificateurs soient disposés en une couche sur le fond de la poche avant l'admission de la fonte en fusion dans la poche, et que le processus de leur interaction avec la fonte fondue soit réglé en prélevant une portion de la chaleur fournie par la fonte à cette couche de modificateurs.

Le fait que les adjuvants modificateurs soient disposés en une couche sur le fond de la poche avant l'admission de la fonte fondue dans celle-ci, constitue une technique très simple permettant d'arriver à l'interaction de ces adjuvants modificateurs avec la fonte lors du remplissage de cette poche, car on n'a pas alors besoin de moyens supplémentaires pour l'immersion des modificateurs dans la fonte (cloches ou tiges) ou bien des chambres à réaction spéciales très délicates en fonctionnement.

Le fait de régler le processus d'interaction en prélevant une portion de la chaleur fournie par la fonte fondue à la couche de modificateuis permet de réduire la température à laquelle la fonte liquide traverse la couche de modificateurs et, par là même, d'élever la viscosité du métal liquide. Ceci empêche la montée des adjuvants modificateurs à la surface de la fonte liquide et permet de réduire l'évaporation du modificateur.

Pour le prélèvement de la chaleur, on peut recourir à différentes techniques. En particulier, on peut arriver à l'effet recherché en employant un échangeur de chaleur métallique que l'on place sur le fond de la poche avant le chargement des adjuvants modificateurs. Cette technique est très simple et assez éfficace, car la chaleur fournie par la fonte en fusion à la couche de modificateurs est partiellement utilisée pour le chauffage de l'échangeur, qui présente une conductibilité calaifique importante.

Le prélèvement de la chaleur peut aussi être réalisé en variant le débit de ladite liquide arrivant dansla poche, d'une valeur minimale, au stade initial de remplissage de la poche, lequel stade correspond au temps de montée du niveau de la fonte à la surface de la couche de modificateurs, jusqu une valeur maximale lors du remplissage ultérieur.

Du fait que le débit de la fonte liquide admise dans la poche au stade initial de remplissage est inférieur à celui qu'on observe par la suite, ledit stade se prolonge dans le temps, grâce à quoi on assiste à une réduction de l'apport de chaleur à la couche de modificatwrs et, par là même, à une réduction de la quantité de modificateurs perdus par évaporation.

Il est rationnel de varier le débit de la fonte liquide en modifiant le diamètre du jet de fonte arrivant dans la poche à partir de sa valeur minimale, au stade initial de remplissage, jusqu'à sa valeur maximale lors du remplissage ultérieur. Cette technique de réglage du débit de la fonte liquide parait être la plus simple.

Le problème exposé plus haut est aussi résolu à l'aide d'une installation pour le traitemlent de la fonte hors four, du type comportant un réservoir de réception muni d'un orifice de vidange qui est obturé par une pièce d'insertion, une poche pourvue de tourillons de levage et une chambre à fermeture étanche munie d'une tubulure pour le raccordement à un système d'évacuation d'air et reliée au réservoir de réception et à la poche de sorte que ces derniers soient séparés entre eux par un espace fermé délimité par les parois de cette chambre, laquelle installation est caractérisée, selon l'invention, en ce que l'orifice de vidange présente un diamètre permettant de remplir la condition :D = K , où D est le diamètre de cet orifice en mm ; V est le volume de la fonte en cours de traitement, exprimé en dm3 ; K est un coefficient de proportionnalite de 1,5 à 5.

Comme l'ont montré les essais, ce diamètre de l'orifice de vidange contribue à l'écoulement, dans les conditions du vide, de toute la masse de fonte liquide soumise au traitement, à partir du réservoir de réception dans la poche, pendant une durée prédéterminée (de 15à120s).

L'installation proposée peut entre établie en conformité aveu un mode de réalisation dans lequel l'échangeur de chaleur se présente sous forme d'une grille métallique plate dont la hauteur est sensiblement égale à l'épaisseur de la couche d'adjuvants modificateurs et dont les dimensions et la forme en plan correspondent aux dimensions et à la forme du fond de la poche,
Une telle construction de l'installation permet d'uniformiser le transfert de la chaleur la fonte en fusion à l'échangeur sur toute la surface du fond de la poche et sur toute la hauteur de la couche de modificateurs.

On considère comme la plus efficace, au point de vue exploitation, l'installation servant à mettre en oeuvre le mode de réalisation du procédé prévoyant la variation du diamètre du jet de fonte liquide, laquelle installation est caractérisée en ce que dans la pièce d'insertion est ménagé un orifice correspondant au diamètre minimal du jet de fonte liquide, lequel orifice est, la pièce d'insertion étant mise en place, sensiblement coaxial à l'orifice de vidange du réservoir de réception, qui détermine le diamètre maximal du jet de fonte liquide, le diamètre de l'orifice ménagé dans la pièce d'insertion étant de 0,2 à 0,3 fois le diamètre de l'orifice de vidange du réservoir de réception.

Ce mode de réalisation de l'installation permet de prélever la chaleur de la fonte en fusion avant que celle-ci ne tombe sur la couche d'adjuvants modificateurs, car, grâce à la diminution du diamètre du jet de fonte liquide au stade initial du remplissage de la poche, la surface de radiation spécifique de la fonte fondue augmente et, par conséquent, ses pertes de chaleur sur son trajet vers la couche d'adjuvants s'accroissent. Alors, on nta besoin d'aucun dispositif auxiliaire pour prélever la chaleur.

La valeur du diamètre proposée pour l'orifice ménagé dans la pièce d'insertion est optimale. Si ce diamètre constitue moins de 0,2 fois le diamètre de l'orifice de vidange dl réservoir de réception, on peut assister, dans certains cas, à la "congélation" de la fonte liquide dans cet orifice, ce qui nuit à la fiabilité de l'installation.

Si ce diamètre est supérieur à 0,3 fois le diamètre de l'orifice de vidange, on ne peut pas garantir que les adjuvants modificateurs ntapparaîtront pas prématurément à la surface de la fonte en fusion, du fait que celle-ci arrivera alors au sein de leur couche trop chaude et moins visqueuse0 La montée prématurée des modificateurs à la surface de la fonte liquide peut conduire à leur consommation excessive.

Il est rationnel de réaliser l'installation en conformité avec un mode de réalisation selon lequel elle a au moins deux positions de fonctionnement et est munie d'un nombre correspondant de poches précitées, d'un réservoir de réception précité et d'une chambre à fermeture étanche précitée. Alors ladite chambre à fermeture étanche est réalisée démontable et comporte, en chaque position, un corps et un couvercle munis de brides de raccordement.

Le nombre de corps dans l'installation correspond à celui des positions de fonctionnement, chacun des corps est immobile par rapport aux autres corps et reçoit une poche.

Le couvercle est unique pour toutes les positions de fonctionnement et forme un tout avec le réservoir de réception en se présentant sous forme du fond de ce dernier et d'une virole faisant saillie en-dessous de ce fond. Cette virole est montée d'une manière concentrique par rapport aux orifices ménagés dans le fond et dans la pièce d'insertion précitée. L'installation est en outre munie d'un mécanisme de transfert servant à déplacer le réservoir de réception jusqu'à la position nécessaire en vue d'y établir une chambre à fermeture étanche par raccordement de la virole au corps correspondant.A noter que la hauteur à laquelle est prévue la bride de raccordé dement sur chacun desdits corps et la hauteur à laquelle sont montés les tourillons de levage sur chacune des poches sont choisies de telle façon que, lorsque la poche se trouve dans la chambre à fermeture étanche, ses tourillons se trouvent disposés au niveau de la bride de raccordement.

Une telle installation a un rendement élevé et est très fiable. Elle permet de réaliser le procédé de l'invention dans des conditions où les cycles de traitement dela fonte hors four se répètent fréquemment.

On considère comme très intéressant un mode de réalisation de l'installation dans lequel le mécanisme de transfert se présente sous forme d'une colonne portant une console reliée au réservoir de réception précité et d'une commande de mouvement de translation et de rotation, laquelle commande est reliée à la console pour son déplacement dans les plans vertical et horizontal par rapport aux corps précités.

Une telle installationeEtde construction relativement compacte de fabrication simple et d'exploitation commode.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaitront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels
- la figure 1 représente une installation pour la mise en oeuvre du procédé de traitement dela fonte hors four, conforme à l'invention (coupe longitudinale)
- la figure 2 représente la partie inférieure d'une poche faisant partie de l'installation proposée, dans le cas où ladite poche contient une grille métallique (coupe longitudinale)
- la figure 3 est une vue en plan de la partie de poche représentée sur la figure2;;
- les figures 4, 5 et 6 représentent les stades opératoires du procédé conforme à.l'invention, mis en oeuvre à l'aide d'une installation dont la poche est munie d'une grille métallique conformément à l'invention (ci et sur les figures suivantes, les flèches désignent l'évacuation de l'air)
- la figure 4 illustre l'installation au moment où
la fonte en fusion arrive dans le réservoir de
réception ;;
- la figure 5 illustre l'écoulement de la fonte en
fusion du réservoir de réception dans la poche
- la figure 6 montre l'installation au moment de la
fin du remplissage de la poche
- la figure 7 représente en détailla zone de l'orifice de vidange d'un réservoir de réception faisant partie d'une installation comportant, selon l'invention, un orifice ménagé dans la pièce d'insertion de ce réservoir
- les figures 8, 9, et 10 illustrent les stades opératoires du procédé conforme à l'invention, mis en oeuvre à l'aide de l'installation représentée sur la figure 7
- la figure 8 illustre le stade initial d'admission
de la fonte liquide dans la chambre à fermeture
étanche , lorsque le vide opératoire nty est pas
encore obtenu et la fonte liquide s'écoule en un jet
mince
- la figure 9 illustre le stade suivant d'admission
de la fonte dans la chambre à fermeture étanche,
lorsque le vide opératoire y est produit et que
la fonte liquide s'écoule e4t ouvert
- la figure 10 illustre le stade final d'admission
de la fonte liquide dans la chambre à fermeture
étanche, lorsque la pièce d'insertion est
complètement fondue et que la fonte s'écoule en un
jet large
- la figure Il représente le mode de réalisation de l'installation dans laquelle le mécanisme de transfert est une colonne avec une console commandée, suivant l'in Invention
L'installation conforme à l'invention, servant à mettre en oeuvre le procédé proposé, comporte un réservoir de réception 1 revêtu de réfractaire (voir la figure 1 des dessins annexés), une poche à couler 2 munie de tourillons de levage 2a, et une chambre à fermeture étanche 3, munie d'une tubulure 3a pour le raccordement à un système d'évacuation d'air (ce système ne figure pas dans les dessins). Le réservoir de réception 1 est raccordé à la chambre à fermeture étanche 3 par l'intermédiaire d'un joint d'étanché9té (non représenté dans les dessins) et comporte dans son fond la un orifice de vidange lb. Cet orifice de vidange lb est obturé par une pièce d'insertion 4 faite, en particulier, en fonte.

Selon l'invention, le diamètre de l'orifice de vidange lb est choisi de manière à satisfaire à la condition: D = K , oùDest le diamètre de l'orifice en question en mm, V est le volume de la fonte liquide à traiter en dm3, K est un coefficient de proportionnalité de 1,5 à 5, dont la valeur dépend du temps de traitement de la fonte liquide. Un diamètre ainsi choisi de l'orifice de vidange lb du réservoir 1 assure la durée nécessaire du traitement par le vide, qui, suivant l'invention, se trouve dans les limites d'environ 15 à environ 120 s et varie en fonction de la masse de fonte liquide à traiter, de la composition des adjuvants modificateurs et d'un certain nombre d'autres facteurs.

Il est tout à fait intéressant que l'installation proposée comporte une grille métallique plate 5 (voir les figures 2 et 3) qui joue le rôle d'un échangeur de chaleur lors du processus de modification de la fonte ern fusion.

Cette grille 5 est employée lorsque les adjuvants modificateurs sont disposés, en conformité avec le procédé proposé, de manière à former une couche 6 (voir la figure 2) sur le fond de la poche 2, avant l'admission, dans cette poche, de la fonte en fusion. Dans ce cas, la grille métallique 5 est posée sur le fond de la poche 2 avant le chargement desdits adjuvants,qui y sont ensuite admis dans les cellules de la grille 5.La hauteur de la grille métallique 5 est sensiblement égale à la hauteur prédéterminée de la couche 6 formée par les adjuvants modificateurs, ce qui report bien de la figure 2, les dimensions et la forme en plan de cette grille correspond dant aux dimensions et à la forme du fond de la poche 2 (voir la figure 3)0
En vue de réaliser le procédé proposé de traitement de la fonte hors four à l'aide de l'installation qui vient d'autre décrite, on opère de la manière suivante (pour les détails, voir les figures 4, 5 et 6 des dessins annexés). D'abord, on pose dans la poche 2 la grille métallique 5 et on admet dans cette poche des adjuvants modificateurs 6 en opérant de la manière décrite ci-dessus.

La composition et la quantité desdits adjuvants sont établies en fonction de la masse et des caractéristiques initiales de la fonte à traiter, en fonction des propriétés recherchées de la fonte, du rendement du processus technologique à obtenir et de plusieurs autres facteurs.

Ensuite, on procède à l'admission de la fonte liquide 7 à traiter (voir la figure 4) dans le réservoir de réception 1 dont l'orifice de vidange lb est couvert par la pièce d'insertion 4. La fonte en fusion 7 peut arriver dans l'installation directement dune goulotte 8 d'un four à fondre (voir toujours la figure 4 dans laquelle, pour plus de simplicité, le four luiHn8men'est pas représenté), ou bien elle peut être délivrée au poste de traitement à l'aide d'une poche intermédiaire quelconque.Une fois la partie inférieure du réservoir de réception remplie, la fonte en fusion y forme un joint hydraulique dans la zone de l'orifice de vidange 1b, tout en prévenant la pénétration de l'air dans la chambre à fermeture étanche 3 par suite des défauts d'étanchéité entre la pièce d'insertion 4 et la portion de la surface du fond du réservoir I entourant l'orifice de vidange 1b.

A partir du moment de la formation du joint hydraulique, la chambre à fermeture étanche 3 devient parfaitement étanche (à condition que soit assurée 1 'étant chéité des joints entre les autres éléments de l'installation). Dès que la chambre 3 est raccordée par l'intermédiaire de la tubulure 3a au système d'évacuation de l'air, un vide commence à se créer à l'intérieur de cette chambre.

Simultanément avec l'évacuation de l'air, on assiste à un chauffage progressif de la pièce d'insertion 4 par la fonte liquide 7, à une fusion de cette pièce d'insertion (voir la figure 5) et, par suite, à sa dissolution dans la fonte (voir la figure 6). Le matériau et la masse de la pièce d'insertion 4 sont choisis de sorte que la fusion de celle-ci et, par conséquent, l'admission de la fonte liquide 7 dans la chambre 3 ne se produisent que lorsqu'on obtient le vide opératoire voulu (de 666,5 à 2666 Pa ou 5 à 20 mm Hg).

Quand levide désiré s'établit dans la chambre étanche 3, la fusion de la pièce d'insertion 4 provoque l'ouver- ture d'un trou dans celle-ci et la fonte liquide 7 commence à arriver, sous forme d'un jet 7a, dans la poche 2 en parvenant à la couche 6 d'adjuvants modificateurs (voir la figure 5). Le début de l'écoulement dela fonte liquide 7 à partir du réservoir de réception 1 se traduit par une baisse du niveau de la fonte contenue dans ce réservoir. Dans ce cas, si la capacité du réservoir de réception 1 ne permet pas l'admission, dans celui-ci, de tout le volume de la fonte en fusion 7, cette fonte est rajoutée peu à peu dans le réservoir de réception au fur et à mesure de la baisse de son niveau, de manière à ne pas permettre la pénétration de l'air atmosphérique dans la chambre étanche 3.

Sur son trajet à partir de l'orifice de vidange lb du réservoir de réception 1 vers la surface de la couche formée par les adjuvants modificateurs 6, la fonte liquide s'écoulant en jet 7a est soumise à l'effet du vide, d'où il résulte un dégazage partiel de cette fonte avant même qu'elle commence à interagir avec le modifi cateurO Alors, sous l'effet des gaz évacués dans les conditions du vide, le jet 7a s'ouvre et prend une forme proche de celle d'un cône dont le sommet se situe près de l'orifice de vidange lb du réservoir de réception 1.

Cetteforme du jet 7a de fonte liquide contribue à son arrivée régulière à-la couche 6 d'adjuvants modificateurs et à la grille métallique 5.

Une partie de la chaleur de la fonte fondue 7 est dépensée pour chauffer et, ensuite, pour faire fondre partiellement la grille 5 C'est la raison pour laquelle la fonte liquide commence à réagir avec les adjuvants modificateurs 6 en étant partiellemi?t t refroidie et ayant, de ce fait, une viscosité élevée. Grâce à ce prélèvement de la chaleur de la fonte en fusion 7, l'évaporation du modificateur se ralentit sensiELement.

D'autre part, on arrive ainsi à diminuer le risque de séparation d'une partie des adjuvants modificateurs de la couche 6 et à prévenir leur montée à la surface de la fonte 7 arrivant dans la poche 2 du fait que la fonte fondue refroidie enveloppe ces adjuvants modificateurs d'une couche visqueuse et épaisse qui les maintient sous le niveau de la fonte admise dans la poche.

Le vide est maintenu dans la chambre 3 pendant tout le temps d'admission de la fonte liquide 7 dans poche 2
La fonte en fusion 7 se trouvant déjà dans la poche 2 et réagissant avec les adjuvants modificateurs continue à dégager des gaz, ce qui provoque une ébullition de cette fonte liquide, accompagnée d'un malaxage actif de la fonte lorsque le niveau de celle-ci commence à dépasser celui de la couche 6 d'adjuvants modificateurs.

Ce malaxage, de même que l'évaporation partielle du modificateur, assure un affouillement ou lavage de la couche 6 et de la couche visqueuse de fonte enveloppant ce modificateur. En raison de ce qui vient d'être dit, on assiste, lors du remplissage de la poche 2, à une dissolution graduelle des adjuvants modificateurs 6 dans la fonte liquide 7. A noter que cette dissolution se produit, en général, sous le niveau de la fonte liquide sous l'effet d'une pression hydrostatique, ce qui entraîne aussi des pertes non justifiées de modificateur dues à son évaporation.

Ainsi, le traitement par le vide de la fonte liquide 7 débute dans le jet avant l'interaction de cette fonte avec le modificateur et continue dans la poche 2, en portant sur tout le volume de la fonte admise dans la poche, lors de cette interaction. La durée totale du traitement par le vide de la fonte liquide 7, ou, ce qui revient au même, la durée de son interaction avec le modificateur sous vide, est déterminée par le temps d'écoulement de la fonte liquide 7 à partir du réservoir 1 dans la poche 2 pendant que le joint hydraulique demeure intact dans la zone de l'orifice de vidange lb et constitue, comme on l'a déjà mentionné plus haut, de 15 à 120 s.Du fait que ce temps est en général fonction (pour de faibles variations du niveau de la fonte liquide 7 dans le réservoir de réception 1) du diamètre D de l'orifice de vidange lb, le choix correct de sa valeur (en conformité avec le rapport recommandé D = K \tu) garantit de bons résultats du traitemet :: hautes propriétés physiques et mécaniques de la fonte obtenue, faible consommation de modificateur et dégsgements de gaz et de fumées insignifiants0
Un trop petit diamètre de orifice de vidange lb (K < 1,5) peut prolonger le traitement par le vide au point que la plus grande partie des composants ayant passé du modificateur dans la fonte en fusion se sera évaporée de celle-ci pendant ce temps de traitement. il s 'ensuivra une altération des propriétés de la fonte obtenue.

Un prop grand diamètre de l'orifice de vidange lb (K > 5) ne permet pas un dégazage efficace de la fonte liquide 7 dans le jet et provoque en outre des dégagements de gaz et de fumées abondants, car, du fait du remplissage rapide de la poche 2, la grille métallique 5 n'arrive pas à refroidir convenablement la fonte liquide 7. Les adjuvants modificateurs montent alors à la surface de cette fonte et brOient sous 11 effet de l'oxygène de l'air ayant pénétré dans la chambre 3 après la vidange du réservoir de réception.

La figure 6 des dessins annexés représente l'installation décrite au moment où la fonte liquide 7 cesse de s' écouler du réservoir de réception 1e Comme il ressort de cette figure, la pièce d'insertion 4, les adjuvants modificateurs 6 et la grille métallique 5 sont dissous complètement ou à peu près dans la fonte liquide 7, et il ne se forme aucun joint hydraulique dans la zone de l'orifice de vidange lb. Les dernières portions de la fonte liquide 7 arrivent dans la chambre 3 avec de l'air, c'est-à-dire que cette chambre n'est plus étanche. A ce moment on isole la tubulure 3a du système d'évacuation d'air Au fur et à mesure de l'admission de l'air dans la chambre 3, la pression régnant dans celleci devient égale à la pression atmosphérique et le traitement par le vide cesse.

Le prélèvement de la chaleur de la fonte en fusion 7 peut être opéré non seulement à l'aide de la grille métallique 5 de la manière décrite plus haut, mais aussi en modifiant le débit de la fonte 7 arrivant dans la poche 2, à partir de sa valeur minimale, au stade initial de remplissage de la poche 2 (correspondant au temps de montée du niveau de la fonte liquide à la hauteur de la couche 6), jusqutà sa valeur maximale aux stades suivants. En modifiant le diamètre du jet de fonte liquide 7, on obtient cet effet le plus facilement.

Pour mettre en oeuvre cette technique, on utilise une installation conforme au mode de réalisation représenté sur les figures 7, 8, 9 et 10 des dessins annexés. En conformité avec ce mode de réalisation, la pièce d'insertion 4 présente un orifice 4a d'un diamètre de 0,2 à 0,3 fois le diamètre D de l'orifice de vidange lb ménagé dans le réservoir de réception 1.Lors de la mise en place de la pièce d'insertion 4, les deux orifices 4a et lb doivent être disposés sensiblement suivant un même axe, le diamètre déterminant le diamètre minimal du jet 7a de la fonte 7, c'est-à-dire son diamètre dans la zone directement adjacente à la face inférieure de la pièce d'insertion 4 au stade initial du remplissage de la poche 2 (figure 9), et le diamètre D déterminant le diamètre maximal de ce jet 7a aux stades suivants du remplissage (figure 10). Pour prévenir tout déplacement de la pièce d'insertion 4 par le jet de fonte liquide, lorsque celleci arrive dans le réservoir de réception 1, il est prévu de ménager, dans le revêtement réfractaire de ce réservoir, un logement pour cette pièce d'insertion, et ce, de la manière représentée sur la figure 7.

On va maintenant examiner en détails le processus de traitement de la fonte en fusion à l'aide de l'installation ainsi perfectionnée. Lorsqu'on admet de la fonte liquide 7 dans le réservoir de réception 1 (voir la figure 8), il se forme dans la zone de la pièce d'insertion 4 un joint hydraulique, après quoi la chambre 3 est raccordée au système d'évacuation d'air précité. Cependant, à la différence du mode de réalisation précédent du procédé, illustré sur les figures 4 à 6, la fonte liquide 7 commence à pénétrer dans la poche 2 avant même que le vide opératoire s'établisse dans la chambre 3. Elle y pénètre par l'orifice 4a de la pièce d'insertion 4.Le jet 7a de fonte liquide 7 s'écoulant du réservoir de réception 1 est relativement mince du fait de l'insuffisance du vide dans la chambre 3 (pour créer le vide opératoire, on a besoin d'un certain temps correspondant, comme on l'a déjà mentionné, au temps de fusion de la pièce d'insertion 4)0
Lors de l'évacuation ultérieure de l'air, le vide augmente dans la chambre 3 et le jet 7a de fonte liquide 7 prend une forme conique (figure 9), mais son diamètre le plus étroit est toujours déterminé par le diamètre de l'orifice 4a merioig;é dans la pièce d'insertion 4. Du fait que cet orifice 4a est sensiblement coaxial à l'orifice lb du réservoir de réception 1, la forme conique du jet 7a n'est pas altérée lorsque ce jet sort de l'orifice 4a.

Ceci contribue à l'arrivée régulière de la fonte liquide 7 sur la surface de la couche 6 d'adjuvants modificateurs.

Lorsque la fonte en fusion 7 sort du réservoir de réception 1 par l'orifice 4a, qui est relativement petit, le jet 7a présente une surface spécifique importante (surface par unité de masse) et de ce fait perd une partie de sa chaleur par radiation sur son trajet allant de la pièce d'insertion4àla couche 6 de modificateurs. En raison de ce qui vient d'être dit, la fonte liquide 7 arrivant à la couche 6 présente, à ce stade du remplissage de la poche 2, une plus faible température et une viscosité plus importante qu'aux stades ultérieurs de remplissage.

Cette fonte liquide 7 agit d'une manière analogue à celle décrite pour le cas de la grille métallique 5 (voir les figures de 4 à 6)o L'enveloppe de consistance paisse de fonte liquide 7 ligure 9) se formant ainsi autour des adjuvants modificateurs 6 au stade initial de rez.plissage de la poche 2 contribue à prévenir leur montée aux stades ultérieurs du remplissage.

Il ressort de ce qui précède que la durée du stade initial de remplissage de la poche 2 est déterminée par le diamètre d de orifice 4a choisi dans les limites recommandées. On a établi expérimentalement que,- si d < 0,2D, il se produit dans certains cas une "congélation11 de la fonte liquide dans I 'orifice 4a ; si le diamètre d est supérieur à 0,3D, on est en présence d'un risque accru de montée prématurée d'une partie des adjuvants modificateurs à la surface de la fonte liquide 7 contenue dans la poche 2.

Lors que le niveau de la fonte liquide 7 dans la poche 2 atteint la surface de la couche 6 d'adjuvants modificateurs, la pièce d'insertion 4 est pratiquement complètement dissoute par la fonte en fusion 7 contenue dans le réservoir de réception 1 (voir la figure 10). Par la suite, le remplissage de la poche s'effectue directement à travers l'orifice de vidange 1b Alors la fonte liquide 7 forme un jet large 7a et apporte aux adjuvants modificateurs 6 une plus grande quantité de chaleur qu'au stade initial du remplissage de la poche 2. Ensuite le processus se déroule de la manière représentée sur les figures 4, 5 et 6.

Si le procédé proposé doit être mis en oeuvre dans des conditions de répétitiots f réquentes des cycles de traitement de la fonte hors four, il- est rationnel que l'installation de l'invention soit réalisée de la manière représentée sur la figure Il. En conformité avec ce mode de réalisation, l'installation a au moins deux positions de fonctionnement A et B, est munie de deux poches 2 (le nombre de poches correspond au nombre de positions de fonctionnement), d'un réservoir de réception 1 et d'une chambre à fermeture étanche 3 qui se forme à tour de rôle.

dans chaque position.

La chambre à fermeture étanche 3 est réalisée démontable et comporte dans chaque position un corps (en position A, le corps 9, et en position B, le corps 10) et un couvercle. Le couvercle est unique et commun à toutes les positions de fonctionnement et est réalisé de manière à former un tout avec le réservoir de réception 1 en constituant le fond de celui-ci la. Il comporte aussi une virole 1c faisant saillie en dessous de ce fond.

La virole lo est cylindrique et disposée concentriquement à l'orifice lb ménagé dans le fond la et à l'orifice 4a ménagé dans la pièce d'insertion 4. Pour raccorder le réservoir de réception 1 au corps 9 ou au corps 10, la virole lo est munie d'une bride de raccordement Id, tandis que le corps 9 ou 10 est muni d'une autre bride 9a ou 10a, respectivement, entre lesquelles vient s'intercaler un joint d'étanchéité (non représenté dans les dessins).

Les corps 8 et 10 sont immobiles l'un par rapport à l'autre et reçoivent les poches 2. La hauteur à laquelle sont prévues les brides de raccordement 9a et 10a sur les corps, reopectivement 9 et 10, et la hauteur à laquelle sont montés les tourillons de levage 2a sur les poches 2 sont telles, que lorsque la poche 2 se trouve dans la chambre à fermeture étanche 3, ses tourillons de levage se trouvent disposés au niveau de la bride de raccordement du corps correspondant. Ceci permet, premièrement, d'éloigner ledit joint d'étanchéité de la zone chargée thermiSquement (du "miroir" du bain de fonte contenu dans la poche 2), et deuxièmement, permet le libre accès aux tourillons 2a de la poche 2 lors des opérations de manutention à l'aide de grues. Ces deux facteurs contribuent à la fiabilité de l'installation dans les conditions de répétitions fréquentes des cycles de traitement de la fonte.

L'installation est munie aussi d'un mécanisme de transfert Il qui se présente en particulier sous forme d'une colonne 12 montée sur une base 13, d'une console 14 montée sur cette colonne 12 de manière à pouvoir tourner autour de l'axe de cette dernière, et d'une commande 15 de mouvement de translation et de rotation.

La console 14 est reliée à la commande 15 et est raccordée au réservoir de réception 1, ce qui permet de déplacer celui-ci dans les plans vertical et horizontal par rapport aux corps 9 et 10 et, de cette façon, de le transférer en position de fonctionnement convenable. Il faut noter aussi que le déplacement du réservoir de réception 1 dans le plan horizontal permet de libérer l'espace au-dessus de la poche 2 se trouvant dans la position de fonctionnement considérée et facilite ainsi toutes les opérations de mise en placeet d'extraction de cette poche.

il est irrationnel que les brides de raccordement 9a et 10a soient réalisées sur les corps 9 et 10 à une hauteur inférieure au niveau des tourillons 2a de la poche 2, du fait que cela ne conduit qu'à la nécessité d'allonger le trajet de déplacement vertical duréservoir de réception 1 lors de l 'extraction de la poche 2 de la chambre 3.

L'installation réalisée en conformité avec la figure Il fonctionne de la manière suivante. Lorsque le réservoir de réception I se trouve en position B (montrée en traits fins) et que son orifice de vidange lb est recouvert par la pièce d'insertion 4 (présentant ou non un orifice 4a), la poche 2 chargée d'adjuvants modificateurs et, au besoin, contenant une grille métallique S,est est installée dans le corps 9, après quoi ce réservoir est amené par rotation, à l'aide du mécanisme de transfert 11, en position A et raccordé au corps 9 en formant dans cette position (position de droite sur la figure) une chambre à fermeture étanche 3.

Une autre poche 2 est remplie de fonte en fusion provenant d'un four à fondre et est ensuite transférée, à l'aide d'une grue (non représentée), vers le réservoir de réception 1 (se trouvant en position A), dans lequel on verse la fonte en fusion, Ensuite le processus de traitement de la fonte liquide (évacuation de l'air à partir de la chambre 3, fusion de la pièce d'insertion 4, traitement par le vide de cette fonte et interaction de celle-ci avec le modificateur) s.e déroule de la manière décrite plus haut pour les autres modes de réalisation de l'installationO
Pendant que, en position A, se déroule le traitement de la fonte dans la première poche 2, la deuxième poche 2, qui est vide, est installée dans le corps 10 (position B) où elle reçoit une autre grille métallique 5 et des adjuvants modificateurs.Le traitement de la fonte liquide en position A étant terminé, le réservoir de réception 1 est transféré en position B où il est équipé d'une autre pièce d'insertion 4 et, ensuite, raccordé au corps 10.

Dans cette position, l'installation est prête pour un nouveau cycle de traitement.

La première poche 2, qui se trouve en position A, est enlevée du corps 9 et, à l'aide de la grue, est transportée vers le poste de coulée. Le cycle de traitement suivant a lieu en position B, après quoi la poche 2 vide est renvoyée en position A où elle reçoit des adjuvants modificateurs. Ensuite on opère de la manière décrite plus haut.

Grâce à la présence de plusieurs positions de fonctionnement, l'installation conforme à l'invention permet d'obtenir,par le procédé proposé, une fonte présentant des propriétés physiques et mécaniques remarquables, tout en assurant un rendement élevé du processus technologique qui ne pouvait être obtenu, jusqu'ici, qu'en modifiant la fonte en une poche ouverte (sans traitement par le vide). On obtient en méme temps ure bonne cadence opératoire et une haute fiabilité de l'installation.

L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples de réalisation concrets mais non limitatifs suivants de mise en oeuvre du procédé proposé dans une installation conforme à l'invention0
Exemple 1.

Une fonte résultant de la fusion dans un four à induction à fréquence industrielle a été soumise à un traitement conformément à la technologie proposée. Le revêtement du four était acide. Avant le traitement hors four (après la fusion), la fonte en question contenait ( % en poids ) carbone 3,18 silicium 2,23 manganèse 0,30 chrome 0,16 soufre 0,03.

La température de surchauffe de la fonte dans le four était de 14700C.

Les propriétés physiques et mécaniques du produit de départ étaient les suivantes résistance limite, (MPa) &commat; .......... 196,20 allongement relatif (%) ................ 0,5.

Les paramètres technologiques du traitement hors four étaient les suivants
- quantité de fonte liquide traitée en une fois masse, kg , ee 700
volume, dm ................................. 105
- quantité d'adjuvants modificateurs introduits dans la fonte liquide (% en poids par rapport à la fonte)
.............................. 1
- composition des adjuvants modificateurs (% en poids):
magnésium ..................................... 8,9
métaux de terres rares
du groupe du cérium............................ 2,22
calcium 14,3
silicium 49,0
fer ................................... le reste.

- dimension granulométrique des adjuvants
modificateurs, mm........................ de 0,3 à 20
- température de la fonte liquide à l'entrée du réservoir de réception, C de 1410 à 1440
vide opératoire dans la
chambre à fermeture étanche, (Pa) de 666,5 à L?666
Pour le traitement, on a opéré de la manière suivante.

Une poche d'une capacité de 700 kg de fonte, portée à 5000C, a été installée dans le corps de la chambre à fermeture étanche en position A (voir la figure 11 des dessins annexés). Les adjuvants modificateurs ont été placés sur le fond de la poche et ont été répartis régulièrement sur la surface de ce fond . La hauteur de la couche d'adjuvants était de 40 mm. Ensuite le réservoir de réception a été raccordé, d'une manière étanche, suivant la bride de la virole, au corps de la chambre à fermeture étanche. on a employé à cet effet le mécanisme de transfert.

Le diamètre D de l'orifice de vidange de ce réservoir était de 30 mm, c ' est-à-dire qu'il correspondait à la fonction
D = 2,93 W et satisfaisait par conséquent à la condition 1,5 < K < 5. L'orifice de vidange a été fermé à l'aide d'une pièce d'insertion qui se présentait sous forme d'un disque plein (sans orifice) épais de 3 mm.

On a évacué du four à induction une portion de fonte liquide à traiter que l'on a admise dans une poche intermédiaire analogue à celle installée dans la chambre à fermeture étanche. Une partie de cette fonte liquide a été admise ensuite dans le réservoir de réception de l'installation, grâce à quoi un joint hydraulique s'est formé dans la zone de l'orifice de vidange du réservoir de réception. Après cela, la chambre à fermeture étanche, qui, de ce fait est devenue parfaitement étanche, a été raccordée à un système d'évacuation de l'air. En même temps que ltévacuation de l'air a eu lieu la dissolution de la pièce d'insertion par la fonte liquide, et quand le vide opératoire s'est établi dans la chambre à fermeture étanche, un jet de fonte a commencé à s'écouler dans la poche par l'orifice de vidange du réservoir de réception en traversant 1'espace ile de Ja chambre étanche pour - parvenir ensuite à la couche d'adjuvants modificateurs se trouvant dans la poche.

A partir du moment où la fonte a commencé à quitter le réservoir de réception, le niveau de cette fonte dans le réservoir en question a commencé à descendre, ce qui montrait que le traitement par le vide de la fonte liquide (traitenent par le vide en jet) avait commencé.

A partir de ce moment on a procédé à la mesure de la durée de ce processus. Après avoir déterminé le moment du début du traitement par le vide, on a versé dans le réservoir de réception la fonte restant dans la poche intermédiaire.

Le joint hydraulique s'est maintenu dans le réservoir de réception pendant toute la durée de la vidange de ce dernier. La vidange terminée, l'air a commencé à pénétrer dans la chambre par l'orifice de vidange au réservoir de réception, ce qui a abouti à l'égalisation des pressions à l'intérieur et à l'extérieur de cette chambre. Le début de la pénétration de l'air dans la chambre a été marqué par l'apparition d'un bruit caractéristique témoignant dela fin du traitement par le vide. Le temps du traitement par le vide a été de 32 s.

La poche intermédiaire vidée a été installée dans le corps libre (en position B). A l'aide du mécanisme de transfert, le réservoir de réception a été transféré en position intermédiaire et la poche contenant la fonte traitée a été transférée de la position A au poste de moulage où on a fabriqué des échantillons qui ont été soumis ensuite aux essais mécaniques et étudies métallographiquement
La fonte résultant du traitement présentait les caractéristiques suivantes graphite , globulaire et vermiculaire résistance limite, MPa 480,7 allongement relatif 5
Sur la surface de la fonte liquide se trouvant dans la poche on a constaté la présence d'une quantité insignifiante de scorie.

A titre de comparaison, on donne ci-dessous les résultats d'un traitement selon la technique connue, qui ont été publiés dans la description qui accompagne la demande due brevet d'invention japonais N048-17967 mentionné précedemment résistance limite de la fonte, MPa :
avant le traitement 176,6
après le traitement 294,3 allongement relatif, % :
avant le traitement .............. 0,5
après le traitement 0,9.

il est évident que le traitement de la fonte selon le procédé proposé est plus avantageux, car, pour une fonte dont les propriétés initiales sont pratiquement analogues dans les deux cas, il permet d'obtenir un produit dont les caractéristiques mécaniques et physiques sont plus élevées.

Exemple 2.

Pour traiter la fonte selon le procédé de l'invention, on a opéré d'une manière essentiellement analogue à celle de l'exemple 1. Le diamètre de l'orifice de vidange. du réservoir a été modifié et constituait en l'occurence 25 en (K = 2,44). La durée du traitement par le vide était de 40s.

Les résultats obtenus étaient les suivants graphite ................ globulaire et vermiculaim résistance limite, MPa.............................. MPa 412 allongement relatif, % 3,5.

Exemple 3.

Le traitement de la fonte liquide a été opéré d'une manière essentiellement analogue à celle de l'exemple 1.

Le diamètre de l'orifice de vidange du réservoir de réception a été modifié et constituait 40 mm (K = 3,9).

La durée du traitement par le vide a été de 19 s.

Les résultats obtenus figurent ci-dessous graphite globulaire et vermiculaire résistance limite, l!!E > a 461 allongement relatif, %....................... 4,5
Exemple 4.

Le traitement de la fonte liquide a été opéré d'une manière sensiblement analogue à celle de l'exemple 1. Le diamètre de l'orifice du réservoir de réception a été modifié et constituait, en l'occurence, 50.mm (K 5). La durée du traitement par le vide a été de 13 s.

Les résultats obtenus figurent di-dessous graphite globulaire et vermiculaLre résistance limite, MPa.......................... 392,4 allongement relatif, %.......................... 3,5.

Exemple 5.

Le traitement de la fonte a été opéré d'une manière sensiblement analogue à celle de l'exemple 1. Le diamètre de l'orifice de vidange a été modifié et constituait, en l'occurrence, 15 mm (K --1,5). La durée du traitement par le vide était de 119 s.

Les résultats obtenus figurent ci-dessous graphite vermiculaire résistance limite, MPa ........................ 294,3 allongement relatif, %.......................... 2
Exemple 6.

Le traitement de la fonte a été opéré d'une manière sensiblement analogue à celle de l'exemple 1. Le diamètre de l'orifice de vidange du réservoir de réception a été modifié et constituait, en l'occurrence, 60 min, c'est-àdire que le coefficient K était supérieur à la valeur recommandée et constituait 5,85. La durée du traitement par le vide était de 6 s.

On a obtenu les résultats suivants graphite vermiculaire résistance limite, MPa........................... 333,5 allongement relatif, % ........................... 3
Malgré les propriétés mécaniques satisfaisantes de la fonte obtenue, son traitement s1 est accompagné de la formation d'une quantité importante de scorie sur la surface de la fonte liquide et d'un fort dégagement de fumées. On a constaté d'autre part des éclats lumineux sur la surface de la fonte liquide et des éjections de cette fonte hors de la poche.

Exemple 7.

Le traitement a été opéré d'une manière essentiellment analogue à celle de l'exemple 1. Le diamètre de l'orifice de vidange du réservoir de réception a été modifié et constituait, en l'occurrence, 13 mm, c'est-à-dire que le coefficient K était inférieur à la valeur recommandée ( K = 1,27). La durée du traitement par zen vide a été de 200 s.

On a obtenu les résultats suivants graphite ................................ lamellaire résistance limite, MPa................... 196,2 allongement relatif, %................... 0,5.

Du fait des pertes de chaleur considérables, lors du passage de la fonte liquide par l'orifice de vidange du réservoir de réception on a assisté à une solidification de la fonte liquide sur la surface de la couche d'adjuvants modificateurs, ce qui a empêché la modification de cette fonte.

Exemple 8.

Le traitement de la fonte a été opéré d'une manière sensiblement analogue à celle décrite dans l'exemple 1.

Avant le chargement des adjuvants modificateurs, on a posé sur le fond de la poche une grille en fonte de forme à peu près circulaire. La dimension maximale de la grille en plan était sensiblement égale au diamètre intérieur du fond de la poche, la hauteur de cette grille était de 40 mm, c'est-à-dire qu'elle était égale à l'épaisseur de la couche d'adjuvants modificateurs introduits par la suite. Les cellules de 70 x 70 mm de la grille entaient séparées les unes des autres par des cloisons épaisses de 5 mm. La durée du traitement par le vide a été de 30 s.

On est arrivé aux résultats qui figurent ci-dessous graphite .................................... globulaire résistance limite, MPa....................... 608,2 allongement relatif, % 5,7
Exemple 9. t
Le traitement de la fonte a été opéré d'une manière essentiellement analogue à celle de l'exemple 1. Cependant, on-a ménagé un orifice de 7,5 mm de diamètre dans la pièce d'insertion destinée à la fermeture de l'orifice de vidange du réservoir de réception (le diamètre de l'orife ménagé dans la pièce d'insertion constituait 0,25D).Au début, lors du remplissage de la poche, la fonte liquide s'écoulait du réservoir de réception en formant un jet mince, mais quand le niveau de la fonte dans la poche a atteint une hauteur de 40 mm (c'est-à-dire a atteint la surface de la couche d'adjuvants modificateurs), la pièce d'insertion a fondu et l'écoulement de la fonte liquide s'est effectuée sous forme d'un jet large.

La durée de 11 écoulement de la fonte était de 42 s.

il est à noter qu'à la différence des exemples précédents, la durée de l'écoulement de la fonte ne coïncide pas avec celle du traitement par le vide et est, en l'occurrence, sensiblement supérieure. Cela s'explique par le fait que la durée de 11 écoulement comprend non seulement le temps du traitement par le vide opératoire mais aussi un espace de temps séparant le début du remplissage de la poche du moment où le vide atteint sa valeur opératoire.

De ce fait, la durée du traitement par le vide est, dans cet exemple, inférieure à celle de exemple 1 ( bien que le diamètre de l'orifice de vidange soit le même, car une portion de ladite a été admise dans la poche avant l'établissement du vide opératoire dans la chambre. il s'ensuit qu'une plus faible quantité de fonte a subi le traitement par le vide opératoire.

On est arrivé aux résultats suivants graphite h globulaire résistance limite, MPa 588,6 allongement relatif, % 5,5
Exemple 10.

Le traitement de la fonte a été opéré d'une manière essentielleme,nt analogue à celle de l'exemple 8. On a cependant diminué la quantité d'adjuvants modificateurs jusqu'à 0,5 % en poids. La durée du traitement par le vide a été de 31 s.

On est arrivé aux résultats suivants graphite vermiculaire résistance limite, MPa.................. 382,6 allongement relatif, % ................ 3.

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour le traitement de fonte hors four, du type consistant à soumettre la fonte en fusion, lors de son admission dans une poche2, à l'action d'adjuvants modificateurs et d'un vide, caractérisé en ce que le traitement de la fonte par le vide est opéré avant le début de la réaction de celle-ci avec les adjuvants modificateurs et pendant cette réaction, et en ce que ledit traitement par le vide est effectué d'une manière ininterrompue pendant 15 à 120 s.

2. Procédé de traitement selon ia revendication 1 caractérisé en ce que le traitement de la fonte par le vide avant la réaction de celle-ci avec les adjuvants modificateurs, est exécuté sur le jet de fonte fondue pendant son admission dans la poche, et en ce que lton effectue dans ladite poche le traitement de -la fonte par par les adjuvants modificateurs tout en continuant le traitement par le vide de la fonte contenue dans la poche.

3. Procédé de traitement selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'on dépose les adjuvants modificateurs en une couche sur le fond de la poche avant l'arrivée de la fonte en fusion dans la poche et en ce quton règle le processus de leur réaction avec cette fonte en prélevant une partie de la chaleur de celle-ci transmise à la couche d'adjuvants.

4. Procédé de traitement selon l'une des revendicatms 1, 2 et 3, caractérisé en ce que ledit prélèvement de chaleur est réalisé en mettant en contact la fonte liquide avec un échangeur de chaleur métallique disposé sur le fond de la poche avant le chargement des adjuvants modificateurs.

5. Procédé de traitement selon l'une des revendicstxns 1, 2 et 3, caractérisé en ce que ledit prélèvement de chaleur est opéré en faisant varier, d'une valeur minimale au stade initial de remplissage de la poche correspondant au temps de montée du niveau de la fonte dans ladite poche jusqu la surface de la couche d'adjuvants, à une valeur maximale lors des stades suivants dudit remplissage, le débit de la fonte en fusion au cours de son admission dans ladite poche.

6. Procédé de traitement selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite variation du débit delafonte liquide est opéréepar modification du diamètre du jet de celle-ci à partir d'une valeur minimale au stade initial de remplissage de la poche, jusqu'à une valeur maximale lors des stades de remplissage suivants.

7. Installation pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une des revendications I à 6, du type comportant un réservoir de réception (1) pourvu d'un orifice de vidange (lob) fermé par une pièce d'insertion (4), une poche (2) pourvue de tourillons de levage (2a) et disposée audessous du réservoir (1), et une chambre à fermeture drame (3) munie d'une tubulure (3a) pour son raccordement à un système d'évacuation d'air et reliée au réservoir de réception (1) et à la poche (2) de manière à former entre ces derniers un espace fermé délimité par les parois de la chambre (3), caractérisée en ce que l'orifice de vidange (lob) du réservoir de réception (1) présente un diamètre satisfaisant à la condition : D = K l6V, où D est le diamètre de cet orifice en mm, V est le volume de la fonte liquide à traiter, exprimé en dm3, et K est un coefficient de proportionnalité de 1,5 à 5.

8. Installation selon la revendication 7 pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une des revendications 1 et 4, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur précité est une grille métallique plate (5) dont la hauteur correspond sensiblement à l'épaisseur de la couche (6) d'adjuvats modificateurs et dont les dimensions et la forme en plan correspondent aux dimensions et à la forme du fond de la poche (2).

9. Installation selon la revendication 7 pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'une des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que dans la pièce d'insertion (4) est ménagé un orifice (4a) dont le diamètre correspond au plus petit diamètre du jet de fonte liquide, et qui, lorsque la pièce d'insertion (4) est mise en place, est sensiblement coaxial à l'orifice de vidange (lob) du résssor de réception (1), qui détermine le plus grand diamètre dudit jet, le diamètre de l'orifice (4a) ménagé dans la pièce d'insertion (4) étant de 0,2 à 0,3 fois le diamètre de l'orifice de vidange (lob) du réservoir de réception (1).

10. Installation selon l'une des revendications 7, 8 et 9, caractérisee en ce qu'elle comporte au moins deux positions de fonctionnement et un nombre correspondant de poches (2), un réservoir de réception (1) et une chambre à fermeture étanche (3) démontable et comportant,dans chaque position, un corps et un couvercle munis de brides de raccordement, le nombre de corps (9, 10) équipant l'installation correspondant au nombre de ses positions de fonctionnement, chacun d'eux étant immobile par rapport aux autres et recevant l'une des poches (2), ledit couvercle étant unique et commun à toutes les positions de fonction- nement et étant réalisé d'une seule pièce avec le réservoir de réception (i) en se présentant sous forme du fond ( la) de celui-ci et d'une virole (lc) faisant saillie en-dessous dudit fond, et disposée concentriquement à l'orifice (lob) ménagé dans le fond (via) et à l'orifice (4a) ménagé dans la pièce d'insertion (4), ladite installation étant en outre munie d'un mécanisme de transfert (îi) servant à déplacer le réservoir de réception (1) jusqu'à la position voulue et à former, dans cette position, la chambre à fermeture étanche (3) par jonction de la virole (lc) au corps correspondant (9 ou îo), la hauteur à laquelle est disposée la bride de raccordement (9a, lova) sur chacun desdits corps (9, 10) et la hauteur à laquelle sont montés les tourillons de levage (2a) sur chacune des poches (2) étant telles, que lorsque la poche (2) est installée dans la chambre (3), ses tourillons se trouvent disposés au niveau dela bride de raccordement (9a, 10a ) du corps (9, 10).

Il. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que le mécanisme de transfert (iî) se présente sous forme d'une colonne (12) portant une console (14) reliée au réservoir de réception (1) précité et une commande (15) de mouvement de translation et de rotation reliée à la console (14) pour déplacer celle-ci dans les plans vertical et horizontal par rapport aux corps (9,10).

12. Fonte caractérisée en ce qu'elle alibi un traitement conformément au procédé selon l'une des revendications 1 à 6.