<Desc/Clms Page number 1>
"PERFECTIONNEMENTS AU,OU RELATIFS AU TRAITEMENT THERMIQUE DE METAUX OU ALLIAGES".
La. orµsente invention se référe à un procédé de traitement thermique de pièces coulées en fonte, telles que fontes à. coeur blanc ou fontes d'alliages ayant une teneur en carbone quil est désirable de modifier soit parti alternent soit essentiellement dans son entièreté.
Les présents demandeurs ont déjà inventé un procédé pour décarburer les pièces coulées en fonte austénitique au manganèse ce qui entraine le traitement thermique des pièces coulées dans un four ayant une atmosphère déca.rburante contrôlée convenable- ment.
L'atmosphère décarburante utilisée dans ce précédent procédé
<Desc/Clms Page number 2>
entraine l'exclusion de l'air de la chambre de traitement ther- mique du four au profit d'une atmosphère gazeuse de composition contrôlée,
Ce gaz peut circuler en circuit fermé circuit incluant la chambre -précitée et une quantité contrôlée d'air peut y être ajoutée pour maintenir les propriétés décarburantes. Dans ce procédé il est essentiel de conserver une -proportion entre les teneurs en CO et CO2 de l'atmosphère gazeuse telle que, quoique celle-ci soit fortement décarburante, il y ait suffisaient d'oxyde de carbone présent pour éviter toute oxydation impor- tante du .,étal.
S'il y a un peu de -fadeur d'eau dans le gaz, il est néces- saire de contrebalancer celle-ci nar une teneur correspondante en hydrogène pour éviter l'oxydation.
De plus, les présents demandeurs ont aussi inventé un pro- cédé pour -oroduire de la fonte malléable, ce procédé comprend le chauffage des pièces coulées de fonte à une température supé- rieure à 900 dans une chanbre étanche aux gaz au pratiquement étanohe aux gaz dans une atmosphère contenant un gaz décarburant et un gaz réducteur.
Cette atmosphère est produite par une combustion contrôlée 5'un mélange prédéterminé d'air et de gaz de bois, de gaz de gazogène, de gaz de charbon ou de gaz de ville et en traitant les produits de la combustion, si nécessaire,-cour éliminer les constituants indésirables. Des mesures seront prises de préféren- ce peur faire circuler l'atmosphère gazeuse dans un circuit ferméqui comprend la $chambre et les moyens pour alimenter le circuit avec une quantité contrôlée d'air.
Le principal objet de la présente invention, est de four- nir un procédé de décarburation nar les gaz, de pièces de fonte ou d'alliages ferreux procéda qui ne nécessite par l'installa- tion d'un appareil spécial générateur de gaz pour produire l'at- mosphère gazeuse décarburante ce qui par conséquent réduit les frais d'installation et d'exploitation.
<Desc/Clms Page number 3>
D'autre part, la présente invention fournit-un procédé de décarburation de-pièces coulées en'fonte ou en alliages ferreux contenant du carbones Ce procédé comprend-un chauffage despièces coulées à une température comprise entre 600 C et 1000 0 dans un four ou moufle étanche ou pratiquement étanche au gaz, four' ou moufleinitialement rempli d'air..Les produits de la réac. tion de l'air avec le carbone oontenu dans les pièces coulées
EMI3.1
sont mis en oirculation et sont reoonditionnétt :
ou régénérés par addition d'une quantité contrôlée dta!r7 d'oxygéne ou autre gaz oxydant, opération' par suite de laquelle une partie de' 11 oxyde de carbone est convertie én. anhydide oaie'ûue et la composition de Itatmosphère gazeuse est maintenue dans les' limites de 33%- 20% d'oxyde de carbone et 0,1% - 6% d'anhydride carbonique limites' dans lesquelles cette atmosphère est décar- burante pour le carbone contenu dans les pièces coulées maïs
EMI3.2
su'bstantiellemen,t'non oxydante pour le métal ou alliage,' La quantité contrôlée d'air à, admettre dans le circuit dépend de la masse et de la surface des,pièces coulées subis- sant le traitement,de la teneur en carbone de'ces pièces, de la température du traitement, thermique ( qui,
contrôle la.vitesse ' de diffusion du carbone dans les pièces coulées') et du temps pendant lequel les pièces ont été à la température.'du traïtement-
EMI3.3
( la vitesse de la réduction de la-teneuit en carbone se réduis sant progressivement pendant le cycle du traitement). Par exem- ple, lorsquton traite des petites pièces coulées formant une charge de 100 lbs (livres) et.ayant une teneur initiale en car-
EMI3.4
bone de 3,2% à la température de 100000, 15 pieds cubes dair par heures peuvent 'être additionnés pendant les deux premières heures, 8 pieds cubes par heure pendant les six heures suivantes
EMI3.5
et seulement 3,5 pieds cubes par heure pour le reste de la pério- de de traitement.
EMI3.6
Latmoqphère du four peut être mise en circulation par un ventilateur, une soufflerie ou un compresseur, La circulation 1 -peut être effectuée è,'l'intérieur même du four ou à travers
<Desc/Clms Page number 4>
un système qui comprend le four et au moins un conduit extérieur calorifuge.
Si on le désire, un orifice de sortie peut être incorporé dans le système de circulation pour éviter des excès de pression intérieure et le système peut aussi comporter des appareils auxiliaires tels que refroidisseurs, soupapes et appareils de mesure pour contrôler la quantité et la composition des gaz en circulation,
De préférence, pendant son passage dans le circuit, l'at- mosphère gazeuse est maintenue aussi près que possible de la température du traitement pour éviter la nécessité de réchauffer continuellement une quantité considérable de gaz.
Si on le désire, l'addition de la quantité contrôlée de gaz oxydant peut être faite automatiquement pour maintenir une proportion prédé... terminéee entre l'oxyde de carbone et l'anhydride carbonique,
De même, des moyens connus sont de préférence employés pour mesurer ou enregistrer la composition de l'atmosphère dans le four et ou dans le système de circulation c'est à dire pour mesurer ou énregistrer la teneur en anhydride carbonique.
Ainsi, les indications obtenues au moyen de tels procédés de mesure ou d'enregistrement peuvent être utilisées pour défera miner la quantité d'air ou d'oxygène-ou d'autre gaz oxydant à additionner pour donner les conditions de décarburation correctes ou désirées dans le four ou le moufle,
Si on le désire,, les moyens de mesure ou d'enregistrement peuvent provoquer des contacts par lesquels il est/possible de commander- automatiquement un moteur ou un solénoide opérant sur une soupape à travers laquelle lair est admis dans le sys- tème, ouden arrêter et mettre en route le moteur prévu pour la commande du ventilateur de la soufflante ou du compresseur pour admettre la quantité correcte d'air nécessaire pour maintenir la proportion désirée entre oxyde de carbone et anhydride carbonique.
Quoique l'invention puisse être appliquée' avec succès à un four ou moufle unique, qui peut être chauffé, ou non avant
<Desc/Clms Page number 5>
le chargement des pièces de fonte, linvention peut être appli= quée à une batterie de deux ou plusieurs fours disposés en parallèle avec un circuit de circulation si bien qutun seul ventilateur, souffleur 'ou compresseur peut être utilisé pour
EMI5.1
faire circuler ltatmosphèxe gazeuse à travers la batterie'en- tière et qu'un seul équipement de contrôle d'air, d'oxygène ou autre gaz oxydant peut être monté sur le système.
Dans ce der- nier cas, les fours doivent de préférence travailler en succes- sion quelconque de telle sorte, que les charges dans chaque four pris séparément,étant dans différents stades de leur cycle de traitement thermique, il soit possible d'avoir une génération plus constante de l'atmosphère déoarburante et que la probable lité d'une oxydation initiale de la charge d'un four soit ré- duite..
La pression dans le système circulatoire peut être maintenue
EMI5.2
entre ure demi et deux atmosphères.mais de préférence oettqbres- - sion n'est que dtune fraction de pouce deau au dessus de la pression atmosphérique ce qui'est'suffisant pour éviter -toute rentrée d'air,
Le traitement thermique de déoarburation peut aussi être
EMI5.3
effectuéE. à une température entre 60000' et 110000;
de préférence la température est maintenue au dessus-de 850 C car en dessous de cette,température la réaction de.décarburation est lente,' .Au début du chauffage d'une charge dans le four ou moufle pratiquement étanohe aux gaz, l'aire se trouvant dans la chambre de traitement -se-combine avec la surface des pièces coulées
EMI5.4
pour produire une fine couche d'oxydes métalligues.
L'air et les 'oxydes formés oxydent également iun.e partia du -carbone contenu dans les pièces coulées et forment de, loxyde de carbone et de l'anhydride carbonique# La proportion relative de ces consti. tuants pour chaque température déterminée dépend de It4quilibre ahimique'â ïaette température entre le .carbone contenu dans le métal ou alliage subissant le traitement et le système gazeux comprenant ltoxyde de carbone, l.arhydride carbonique et ltazote,
<Desc/Clms Page number 6>
Les réactions oxydantes ci-dessus commencent approximati-
EMI6.1
Tement à 600 C mais la vitesse de réaction reste lente juàqutà ce que la température soit dans la zone de 850 0 à 1100 C.
Í" .)".
L'importance de'l*oxydation superficielle dumétal-ou de ' ' - ,,-j l'alliage est.faible si le four ou le moufle est- praquement étanche auxgaz de telle manière qu'aucune rentrée d'air petite ou incontrôlable ne puisse avoir lieu. D'autre pact, si le vo- lume ou la surface des pièces coulées est grand par comparaison au volume de l'air se trouvant initialement dans le four ou
EMI6.2
moufle alors le degré doxydation superfipielle-du métal'ou alliage est infinitésimal.
Dans tous les cas> 1'oxyflation métal-* lique est insuffisante pour produire un effet préjudiciable sur ......Ir ,,,,::r les dimensions des pièces finies, Toutefofst lorsque la décati- buration progresse, tout oxyde métallique formé au début par l'air du four, est réduit, et, les pièces coulées sortant-du
EMI6.3
traitement thermique ne présentent ni oxydation ni écaillage,
Comme il a été établi ci-dessus, lorsque les pièces coud lées sont chauffées dans les limités de température indiquées,
EMI6.4
il se forme de 1oxyde de carbone et de l*anhydride carbonique. le reste de l'atmosphère gazeuse dans le four étant en ordre principal de l'azote.
Il peut y avoir de faibles quantité dthydrogène provenant des pièces coulées chauffées et parfois, une petite quantité de vapeur d'eau peut avoir été libérée par les matériaux réfrao. taires du four.
Cette atmosphère gazeuse et entraînée par Inaction du ven- tilateur, de la soufflante ou du compresseur hors de la chambre de traitement ou de la charge (si le circuit est intérieur) et reconditionnée ou régénérée de manière telle que la proportion désirée de 00 et CO2 est obtenue par l'addition contrôlée d'air ou dtoxygène,
Cette proportion est d'envoiron trois volumes dioxyde de carbone pour un volume d'anhydride carbonique à la température de 1050 C.
<Desc/Clms Page number 7>
Le mélange gazeux régénéré est alors renvoyé dans la chambre de traitement ou dans la charge.(poux circulation intérieure) .et réagit à nouveau aveo le carbone contenu dans le métal'ou 11:alliage.
'.La vitesse de déplacement du carbone des places coulées, contrôle ou détermine de cette manière-la vitesse de régénération des gaz dans le circuit des gaz. En effet le four ggit comme un générateur.,de gaz employant le carbone de la charge comme oom- bustible'et la fourniture contrôlée d'air ou d'oxygène comme comburant,
Dans certains cas, il peut être avantageux d'ajouter de,la vapeur d'eau dans le circuit de telle sorte que de l'hydrogène puisse être obtenu par réaction entre le carbone et la vapeur d'eau.
De plus, la vapeur d'eau peut remplacer l'air ou l'oxy- gène partiellement ou complètement, car la vapeur réagit avec l'oxyde de carbone pour donner de lanhydride carbonique con- formément à Inéquation 00 + H2O = CO2 + H2.
Pour chaque température de four,/la vitesse de déplacement du carbone est la plus grande au début du traitement. Toutefois, la quantité de gaz produite est en ordre principal une fonction des températures et de la surface des pièces coulées pour autant que le mélange gazeux soit maintenu bien décarburant en tout' temps c'est à dire pour autant que la vitesse de circulation du mélange gazeux soit adéquate pour déplacer ltoxyde de carbone au fur àt à mesure de sa production dans la chambre de traite.. ment et pour autant que l'addition dtair ou d'oxygène soit telle .
que le'rapport désiré entre l'oxyde de carbone et l'anhydride carbonique soit maintenu,
Quand le carbone contenu dans les pièces coulées est réduit parle traitement thermique, la vitesse.de production de gaz diminue et il est essentiel que la quantité minimum de gaz pro- duit jusque la fin du traitement soit suffisante pour contre. balancer toute perte de gaz se trouvant dans le circuit y com pris le four,
<Desc/Clms Page number 8>
Dans une application typique de cette invention, un-four ayant un volume de 40 pieds cubes peut être rempli avec 1000 1bs (livres) de pièces coulées en fonte contenant'3,3% 'de carbone /en fonte malléable à coeur .blanc. pour en obtenir des;pièces.
S'il est requis de réduire la teneur en carbone à 0,2% un total de 30 lbs (livres) de carbone doit être éliminé et cela peut être effectué en 25 heures à une tem- pérature de traitement'de 1050 C.
La combustion de 30 ble (Livres) de carbone produit approxi- mativement 3500 pieds cubes de gaz contenant 30% dtoxyde de carbone, 2% d'anhydride carbonique, 2% d'hydrogène et le reste de l'azote. Environ sept volumes de cet oxyde de carbone est brûlé avec les 10% de l'air se trouvant dans le système pour donner 23 volumes d'oxyde de carbone et sept. parties d'anhydride carbonique de manière à donner un gaz contenant '35% d'oxyde de carbone, 6% d'anhydride carbonique et 2% dthydrogène, le reste étant de l'azote. L'azote contenu dans l'addition contrôlée d'air augmenté le volume du mélange gazeux jusque approxima- tivement 4000 pieds cubes.
Prise sur une période'de 25 heures, une telle production de gaz est l'équivalente d'une vitesse moyenne de production de 160 pieds cubes par heure,
Dans la période initiale du traitement de décarburation, la vitesse de production de gaz est de. l'ordre de 250 à 350 pieds cubes à l'heure, alors que vers la fin du traitement,cette vitesse tombe à une valeur comprise.entre 80 à I20 pieds cubes par heure. Il est donc essentiel que le four ou moufle soit suffisamment étanche auz gaz pour que les pertes dues aux fuités ntexcèdent pas la quantité minimum de gaz produit soit 80 à 120 pieds cubes à l'heure, faute de quoi une oxydation excessive de la charge pourrait avoir lieu.
Il peut cependant être admis dans certains cas de permettre une -légère oxydation sans causer de préjudice,,'
A la fin du traitement de décarburation, la charge peut être retirée du four et refroidie rapidement par trempe à l'huile
<Desc/Clms Page number 9>
l'eau ou à l'air souffle et réchauffée ultérieurement dans un four de revenu;
ou alternativement pendant que le four est main- tenu dans ses conditions d'étanchéité aux gaz,-l'addition con- trôlée de gaz oxydant peut être arrêtée et l'on peut laisser refroidir lentement la charge dans le .four jusque 'toute tempes rature désirée avant de l'enlever* Normalement la charge sera retirée à une température inférieure à la température critique d'environ 700 C pour qu'il n'y ait aucune tendanoe à écaillage ,ou. à trempe des. produits traités.
Toutefois, lorsqu'un certain degré d'écaillage ou de trempe n'est pas préjudiciable, les pièces coulées peuvent être retirées à une température plus élé vée, par chemple entre 850 C et 900 0 et refroidies à l'air,¯ les'méthodes de refroidissement à adopter seront choisies en tenant oompte des.propriétés physiques requises pour le produit fini.
Comme il est indiqué ci-dessus il est avantageux d'opérer avec deux¯ ou plusieurs fours en parallèle et à des états d'avan- cement différents dans la cycle de traitement. Avec ce procédé il est possible de régler la production de gaz dans le système de manière à obtenir un taux de production presque uniforme de gaz c'est à dire que lorsqu'un four produit au maximum un second peut produire au minimum et un troisième peut produire à une vitesse intermédiaire.
Le-terme " gaz" employé dans cet exposé inclus la vapeur.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.