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Procédé et dispositif pour la production il'alliages de fer exempts de gaz et en particulier d'oxygène,
CI est un fait connu que les alliages de fer à l'état fon- du dissolvent avidement des gaz mi s en contact avec le bain métallique, et que la capacité dissolvante est d'autant plus grande que la température est plus élevée. Les conditions sont analogues pour la dissolution d'oxyde.
Les gaz et les oxydes absorbés par le fer liquide provoquent dans la fonde- rie de fer et d'acier de nombreux résultats défectueux par exemple une forte viscosité du métal coulé ainsi que des bulles, des pores et des parties spongieuses dans les pièces coulées; ces derniers défauts sont également produits par les gaz qui se forment par la réaction de l'oxyde contenu dans le métal coulé avec le carbone toujours présent.
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L'absorption de gaz et d'oxydes se produit, dans le cubi- lot, dans la zône de fusion et en-dessous de celle-ci, le fer liquide étant à cet endroit mis en contact sous une for- me finement divisée avec les gaz du four au avec le vent de soufflage, et dans le four à réverbère, elle est produite par l'action directe de la flamme toujours dirigée vers le bain, qui refoule la couverture protectrice de scories ou vient en contact avec le métal qui lors de l'ébullition du bain est mis à nu par endroits ou projeté vers le haut.
Dans la fonderie d'acier, on s'efforce de se mettre à l'a- bri des conséquences nuisibles de l'absorption de gaz et d'oxydes par le fait qu'on ajoute avent la coulée des agents de désoxydation ou des agents calmants, le plus souvent du manganèse ou du silicium. L'action de ces agents n'est toute- fois jamais parfaite car ceux-ci n'agissent que sur certains gaz et encore sur une partie déterminée de ceux-ci; en court en outre le danger de voir les produits de désoxydation res- ter dans l'acier liquide et augmenter la viscosité de celui- ci. Le déchet provenant de pièces à bulles ou non denses ou d'un métal de coulée epais ne peut par conséquent pas être évité par ces expédients.
De la même manière, il reste dans la fonte qui a pu lors de la fusion absorber des gaz et
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des oxydes de Il aimo sphère du foqr, malgré la teneur relati- vement forte en silicium, en manganèse et en carbone, des quantités considérables de ces impuretés en solution, ce qui provoque du déchet lors de la coulée. On ne peut donc pas écarter de façon sure les causes les plus essentielles indi- quées ci-dessus des défauts dans la, fonderie de fer et d' a- cier, à l'aide d'éléments d'alliage. De cette constatation résulte l'indication de conduire l'opération de fusion de façon que le métal liquide ne puisse absorber aucun gaz ni oxyde ou tout au moins pas dans une mesure telle que ceux-ci puissent provoquer des difficultés ou du déchet lors de la coulée.
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Ce but est atteint suivant la présente invention par le fait que la fusion du fer chargé est effectuée dans un four en tambour à chauffage au poussier de charbon, et cela très rapidement et sans fo rte oxydation à cause de la flamme ex- trêmement chaude du poussier de houille utilisé de préféren- ce et du mouvement de rotation du four, et par le fait qu'en outre le métal liquide est mis à l'abri de l'absorption de gaz provenant des gaz du four, par une couche de scories re- posant tranquillement sur le bain et non interrompue pendant toute l'opération.
L'oxydation de la charge est également très minime dans le four à fusion rapide, notamment pour cette raison que la combustion de poussier ::le charbon n'exige aucun excès d'oxy- gène et que pendant la fusion la flamme peut être maintenue faiblement réductrice sans que cela ait une influence spécia- lement nuisible sur la marche du four. Les minimes quantités d'oxyde adhérant au métal que l'on fond se séparent de celui- ci lors de la fusion et passent dans la srorie.
Une dissolu- tion de ces oxydes par le métal liquide n'est guère à suppo- ser à cause de la solubilité très minime un peu au-dessus du point de fusion. L'absence d'oxyde dans le bain présente, no- tamment dans le cas d'alliages riches en carbone, cet avanta- ge qu'il ne se produit pas d'ébullition violente par suite de la réaction de l'oxygène sur le, carbone, de sorte que la couche de scories n'est pas percée. La réaction d'alliages de fer plus riches en carbone avec la scorie riche en oxyde métallique est également extrêmement transquille, comme le montre l'observation de la surface du bain.
L'allure tranquille du bain de fonte ainsi que la flamme de poussier de charbon passant tranquillement par-dessus le bain et pouvant avantageusement être dirigée un peu oblique- ment vers le haut ont pour résultat que pendant toute la du- rée de la fusion le métal est mis de façon sure à l'abri de l'action des gaz du four par une couche ininterrompue de sco-
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ries et qu'une saturation du fer en gaz ou en oxydes est ren- due impossible. Cett3 protection est d'autant plus importante que la température du métal coulé est plus élevée, car la capacité d'absorption du fer pour les gaz ne prend de grandes valeurs que dans la phase liquide et augmente fortement avec l'élévation de température.
L'absence de gaz et d'oxyde dans les alliages de fer fon- dus suivant le présent procédé se constate par le fait que le fer liquide ne présente lors du refroidissement dans la poche de coulée aucune sortie de gaz et permet à peu prés indépen- damment de sa composition chimique la coulée de pièce ayant des sections transversales les plus minces et ne fournit pra- tiquement aucun déchet de pièces coulées a bulles ou poreuses.
La production d'alliages de fer exempts de gaz et notam- ment d'oxydes présente une importance tout à fait spéciale pour la fonderie de pièces recuites. Une lande partie des oxydes métalliques se présentant dans des alliages de fer est séparée, lors de la prise, de la solution avec le fer et reste lors de la cristallisation de l'alliage, sous la forme de pellicules étendues et cohérentes, entre les cristaux; ceci dérange la cohésion métallique de l'alliage d'une manié- re très sensible et empêche en outre la diffusion du carbone ou du gaz contenant du carbone lors du recuit. La conséquen- ce en est que la durée du recuit est considérablement allon- gée et que les propriétés de résistance, notamment 1.'allonge.. ment, sont influencées très défavorablement.
La matière coulée à recuire, pauvre en gaz et en oxyde, fabriquée suivant le présent procédé nécessite un recuit beaucoup plus court que la matière fondue suivant les autres procédés connus, son allongement est à peu près double de celui que celle-ci pré- sente dans les meilleurs cas.
Le dessin représente. un exemple de réalisation de l'inven- tion.
La figure 1 montre en coupe longitudinale ver ticale le
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four de fusion complet, avec la tuyère en vue de côté.
La figure 2 est une coupe longitudinale verticale de la tuyère de brûleur avec la partie voisine du four en tambour, à plus grande é chell e.
La figure 3 est une vue de dessus de la tuyère à plus gran- de échelle. a est un four en tambour pouvant tourner autour d'un axe longitudinal horizontal et dont une extrémité comporte le dis- positif d'amenée d'air ou de poussier de charbon.,
L'air est introduit à grande vitesse par le tube vertical h dans le brûleur g, tandis que le poussier de charbon ést ame-, né par le tube horizontal c débouchant d'une manière connue dans une position centrale à l'intérieur du brûleur.
Le brûleur± est maintenu, conformément à la présente in- vention, dans une position réglable sous des angles différents par rapport à l'axe longitudinal du four a, de sorte que la flamme peut, à volonté,être plus ou moins détournée de la matière à fondre et être, dirigée vers la partie supérieure de la paroi interne du four,,
A cet effet, le brûleur g est raccordé au moyen d'une pie- ce tubulaire flexible i à la conduite d'aire, tandis que dans le voisinage de sa tête k il est pourvu de chaque côté d'un pivot latéral m,
ces pivots étant supportés par deux plaques o disposées sur le côté du brûleur . Les plaques ou les pattes o sont fixées chacune à l'extrémité supérieure d'un pilier vertical p et contiennent à l'extrémité opposée au pivot $ une fente longitudinale r disposée radialement par rapport à celui-ci et dans lequel est guidée une tige s montée latérale- ment sur le brûleur A son extrémité libre pourvue d'un fi- letage, la tige s porte un écrou u qui présente une poignée t et au moyen duquel on peut effectuer un déplacement de la ti- ge s dans les limites de la fente f et par conséquent une mise en position angulaire quelconque du brûleur g.
La tête k du brûleur présente à son extrémité antérieure
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une surface périphérique sphérique et elle est introduite dans une ouverture de forme correspondante %7 du four en tant- bour a, de sorte que comme on l'a représentéen trait de chai- nette à la figure 1, la tête k est maintenue, pour toutes les positions du brûleur g, de façon à obturer l'ouverture w.
La flamme de combustion peut ainsi d'une manière simple être réglée de façon à s'écarter plus ou moins de la matière à fon- dre.
Une caractéristique importante du four est que la flamme à poussier de charbon entre directement dans le four et est gui- dée de telle façon que la cendre entrainée quitte de nouveau le four pour la plus grande partie, sans influencer aucunement de fa çon potable l'opération de fusion. En même temps que la cendre, 'la totalité du soufre contenu dans le charbon s'échappe du four. La réalisation du procédé bénéficie encore d'un grand avantage des foyers à poussier de charbon, avantage consistant en ce que pour la combustion complète il ne faut pas un excès d'air notable.
On peut par conséquent atteindre des températures de la flamme qui se rapprochent des tempéra- tures théoriques; il en résulte la possibilité de travailler, lors de la fusion, avec une flamme faiblement réductrice ou tout au, moins avec une flamme qui n'est pas fortement oxydan- te et,qui possède encore une température suffisante pour pro- duire une fusion rapide.
Pendant la fusion, on exécute avec le four seulement quel- ques mouvements de basculement pour amener toujours de nouveau en contact avec la flamme les parties les plus froides de la charge, de sorte que la matière à fondre s'échauffe unifor- mément et rapidement. La fusion s'effectue par conséquent beaucoup plus rapidement que dans les fours à réverbère fixes pour une même température de la Flamme et l'utilisation de la chaleur est plus favorable à cause de la grande différence de température entre la flamme et la surface de la charge qui .est tournée vers celle-ci. A cause de l'accélération de la fu-
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sion, on évite une forte oxydation de la charge surtout lorsque 'pendant cette période on travaille avec une flamme faiblement réductrice.
Au moment de la fusion, l'oxyde adhé- rant la matière peut se séparer facilement et passer dans les scories, la capacité de dissolution du fer pour les oxy-: des étant minime seulement un peu au-dessus du point de fu- sion.
Immédiatement après la fusion, le métal liquide est couvert par une scorie pour la formation de laquelle on ajoute à la charge un peu de chaux. Pendant la suite de l'opération de fusion, le bain métallique est donc soustrait à l'action des gaz du four par une couverture de scories étanche* Cette cou- che n'est toutefois pas d'une épaisseur telle qu'elle agisse comme calorifuge. Un contact direct du métal avec la flamme ne se produit que pendant le commencement de la fusion, c'est à dire à un instant où la capacité de dissolution du fer pour les gaz est encore très minime. A l'état liquide, la ca- pacité de dissolution du fer pour les gaz est notablement plus grande qu'à l'état solide et elle augmente en outre da- vantage avec l'accroissement de la température.
Dans la pério- de pendant laquelle le fer liquide est chauffé à la températm- re nécessaire de coulée et pendant laquelle il pourrait donc s'enrichir be plus fortement en gaz, il est soustrait à l'ao- tion de l'atmosphère du four par une couche de scories le protégeant bien.
Parmi les conditions spéciales produites lors de la réali- sation de ce procédé, il faut signaler que pendant le sur- chauffage du métal liquide, la couverture de scories n'est percée ni par une ébullition violente du bain ni par l'action énergique de la flamme de poussier de charbon sur le bain.
Par suite de cette circonstance favorable que lors du com- mencement de la fusion des quantités hotables d'oxydes mé tal- liques ne parviennent pas dans le bain, il ne se produit pas dans une mesure notable d'ébullition du bain par réaction du
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carbone avec les oxydes éventuellement présents dans le bain.
La réaction entre la teneur en carbone du bain et les oxydes métalliques dans la scorie se fait très tranquillement et n' a pas pour conséquence une projection du métal vers le haut, ce qui pourrait oxyder davantage celui-ci.
Bien que la flamme de poussier de charbon se développe extrêmement vite, elle est toutefois conduite de telle façon au' elle remplit à peu près uniformément l'espace libre du four, sans atteindre en aucun endroit le bain avec sa pleine violence et sans refouler la couverture de scories. La scorie et les parois du four absorbent la chaleur et la transmettent au métal. Une action directe de la flamme sur le bain ne se produit donc pas.
Dans le procédé qui fait l'objet du présent brevet le fier a donc à peine l'occasion de dissoudre des gaz ou des oxydes.
Les oxydes qui lors de la fusion parviennent dans le bain et sont en suspension dans celui-ci peuvent se mettre dans la scorie. Il en résulte que les alliages terminés sont extrême- ment pauvres en gaz et en oxydes dissous ou en suspension.
Par ces points qui viennent d'être indiqués, ce procédé de fusion s'écarte essentiellement des procédés usuels jus- qu'à présent pour la fusion de la fonte.
Lors de la fusion au cubilot, il est impossible d'éviter que la fonte ruisselant à l'état finement divisé dissolve des gaz et des oxydes provenant de l'atmosphère du four et entraine, en outre des oxydes finement répartis dans le bain de fonte. De danger d'obtenir une fonte riche en gaz et en oxydes est dans ce procédé extrêmement grand.
Dans le four à réverbère fixe, la fusion dure très long- temps à cause de la transmission défavorable de la cnaleur aux parties de la cnarge qui ne sont pas immédiatement à la surface, de sorte que déjà pendant la fusion le fer à l'oc- casion de se saturer de gaz provenat de l'atmpsphère du four, dans la phase solide. En vue de l'utilisation avanta-
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geuse de la chaleur pour la fusion et pour éviter une des- truction rapide de la voûte du four, la flamme doit être abaissée sur le bain de sorte qu'un contact direct de la sur- face nue du métal est impossible à éviter.
La partie du bain fondu fortement chauffée, atteinte par la flamme possède pour les gaz une capacité élevée de dissolution, en concor- dance avec la température, les gaz étant amenés, en cet en- droit, par la @ directement vers le métal. Cette influ- ence exercée sur le bain se produit spécialement fort dans le four à huile dans lequel les dards de flamme relativement petits agissent très fortement sur le bain métallique. il n'y a que dans le four électrique que l'on peut produire une fonte irréprochable, mais ce procédé n'est pas économique pour la fusion.
Avec le procédé suivant la présente invention on peut au contraire fondre d'une façon économique jamais atteinte jus- qu'à présent, des alliages de fer qui sont caractérisés par une qualité tout à fait supérieure.