<Desc/Clms Page number 1>
Perfectionnements à la fabrication de la fonte malléable.
La présente invention se rapporte à la fabrication de fontes malléables.
On a proposé différents modes opératoires et procédés pour recuire la fonte malléable intérieurement blanche et d'autres fontes blanches dans des atmosphères décarburantes. Tous ces procédés emploient des atmosphères artificiellement préparées soit extérieurement au four dans un dispositif spécial, soit en les formant par une oxydation sélective du carbone dans les moulages.
La présente invention a pour objet : le recuit des moulages dans un four chauffé au gaz d'une manière directe ou semi-directe; l'utilisation aussi complète que possible de la puissance calorifique des gaz combustibles pour le chauffage des moulages, et simultanément, la formation d'une atmosphère convenable pour la décarburation des moulages sans oxydation excessive.
A ces fins la présente invention prévoit un procédé de recuit de moulages en fonte malléable intérieurement blanche et d'autres moulages en fonte blanche, dans un four chauffé directement au gaz, procédé dans lequel le gaz est brûlé dans le four moyennant une admission d'air contrôlée de manière que les produits de combustion soient sensiblement non-oxydants relativement aux moulages à recuire.
Lorsqu'on emploie du gaz de houille, du gaz de fours à coke, du gaz à l'eau carburé, du gaz naturel amendé et des gaz similaires, qui ont des teneurs en hydrogène plus hydrocarbure excédant 48% en volume, et des puissances calorifiques comprises entre 380 et 600 unités thermiques anglaises (u.th.a.) par pied cube, brutes (c'est-à-dire y compris la chaleur latente de la vapeur), le rapport en volume air à gaz sera compris entre 2,0 et 2,8 à 1.
On peut employer aussi d'autres gaz combustibles contenant des hydrocarbures, possédant une puissance calorifique plus importante, tels que le gaz de pétrole naturel, possédant une puissance calorifique brute de 1. 000 à 1.150 u.th.a. par pied cube,
<Desc/Clms Page number 2>
mais lorsqu'on traite des fontes malléables par ces derniers gaz les rapports correspondants air à gaz seront de 4,7 à 6,8 volumes d'air pour un volume de gaz. Des mélanges répondant à ces rapports fournissent des produits de combustion contenant entre 20 -et 30% de constituants combustibles, principalement du CO et du Dans ce qui suit la combustion de ces mélanges sera désignée combustion primaire.
La puissance calorifique des produits de cette combustion primaire est comprise entre 70 et 110 u.th.a. par pied cube net (c'est-à-dire sans la chaleur latente de la vapeur). Lorsqu'on traite ces produits pour en enlever la vapeur d'eau, le volume des produits est réduit et leur puissance calorifique est accrue à environ 80 à 120 u.th/a. par pied cube.
On soumet certains de ces produits de combustion pri- maire, ou tous ces produits, à la combustion secondaire servant à compléter sensiblement la combustion, dans un type connu convena- ble quelconque, de régénérateur ou d'échangeur thermique, de sorte que la majeure partie de la puissance calorifique de ces produits de combustion primaire servent à préchauffer l'air et/ou le gaz destiné à la combustion primaire. De cette manière pratiquement la totalité de la puissance calorifique des gaz combustibles employés (sauf les pertes de chaleur dans l'échangeur thermique) sert à chauf- fer les moulages pendant le recuit, tandis que l'atmosphère peut être contrôlée en même temps de manière à être décarburante et sensiblement non-oxydante relativement aux moulages.
Il est aussi possible d'utiliser la chaleur sensible des produits des combustion primaire et secondaire dans un type connu convenable quelconque de récupérateur.
On peut aussi employer une partie des produits de la combustion primaire pour préchauffer des moulages,destinés à être recuits dans un autre four, jusqu'à une température de 750 à 800 C, au-dessous de laquelle l'oxydation produite n'est généralement pas suffisante, au moins pendant le chauffage, pour affecter sensi- blement les dimensions finales des moulages recuits.
Les fontes malléables intérieurement blanches et d'autres fontes blanches à traiter par le procédé faisant l'objet de la pré- sente invention sont rendues malléables principalement par décarbu- ration, sauf au centre des fortes sections où la ségrégation du graphite participe aussi à la réduction de la quantité de carbone combiné ou du carbure primaire, présents. La présente invention s'applique à tous les moulages rendus malléables ou ductiles par une décarburation intentionnelle, que la malléabilité soit secondée par une ségrégation de graphite, ou non.
On sait que l'anhydride carbonique, l'hydrogène et la vapeur d'eau décarburent le fer à des températures de recuit de 600 C et plus. Le taux de décarburation augmente rapidement avec la température, et suivant la présente invention la température de recuit est comprise de préférence entre 950 C et 1.100 C. Aussi bien le C02 que la vapeur d'eau oxydent les moulages de fonte, et les teneurs ou les proportions de C02 et de vapeur d'eau présents doivent être balancées par une quantité déterminée de CO et de H2, afin de limiter on d'éviter l'oxydation pendant le recuit.
La pro- portion de CO et de H2,requise pour balancer la tendance oxydante du C02 et de la vapeur d'eau, varie avec la température, suivant des équilibres chimiques bien connus, et la présente invention a entre autre pour objet un travail à des températures aussi élevées que possible, de sorte que la vapeur d'eau contenue dans les produits de combustion primaire ne provoque pas une oxydation des moulages.
Par exemple, lorsqu'on exécute le recuit à 950 C, le rapport H2/H20 nécessaire pour établir des conditions balancées - c'est-à- dire sans oxydation ni réduction - est de 1,6, alors que pour un @
<Desc/Clms Page number 3>
recuit à 1.050 C ce rapport tombe à 1,4, ce qui signifie que le gaz peut contenir beaucoup plus de vapeur d'eau sans provoquer une oxydation. Par conséquent on travaillera de préférence à une température aussi élevée que pratiquement possible, la limite étant imposée par la déformation ou le fléchissement des moulages. Cette limite de température est généralement comprise entre 1040 et 1080 C, suivant la forme et les dimensions,des moulages.
Suivant une autre variante d'exécution de l'invention on peut d'abord chauffer les moulages par des éléments de chauffage électrique et employer les gaz combustibles lorsque la température approche de la température de recuit on' atteint cette température.
Dans ce cas la majeure partie du réchauffement est exécutée électriquement, et on n'admet dans le four qu'une quantité de gaz seulement suffisante pour maintenir les moulages pendant la période de recuit à la température requise, ce gaz servant toutefois aussi à former l'atmosphère requise pour décarburer les moulages. Les produits de cette combustion primaire peuvent être employés d'une manière similaire, au préchauffement de l'air et/ou du gaz d'admission de manière à utiliser autant que possible toute lapuissance calorifique du gaz. '
Le procédé est exécuté dans un four étanche ou sensiblement étanche aux gaz, dans lequel le mélange de gaz et d'air est injecté sous pression, de sorte que tout le contenu du four soit soumis à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique.
Ceci empêche les rentrées d'air excessives, même s'il y a des faibles fuites.
Dans une forme d'exécution particulière de l'invention on fait usage d'un four chauffë directement au gaz de houille, et on mélange préalablement le gaz de houille à de l'air dans un rapport d'un volume de gaz de houille à 2,4 volumes d'air. On brûle ce mélange dans le four, et dans le cas d'un gaz de houille.de composition moyenne les produits de cette combustion primaire contiennent 4,3% de C02, 11% de CO, 16% de H2, 11% de H2O, le reste étant principalement de l'azote. Ce gaz présente un rapport H2/H2O de 1,46, qui n'est pas oxydant pour le fer à 1.050 C, tandis que le rapport de CO/C02 est de 2,56, qui est juste légèrement oxydant. Cette faible tendance oxydante est cependant plus que contre-balancée par la réaction du CH4 avec le C02 présent conduisant à la formation de quantités ultérieures de CO et de H2.
Le CH4 réagit aussi avec une partie de la vapeur d'eau, spécialement en présence des moulages.
Il est toutefois admissible que le mélange gazeux présente soit légèrement oxydant, parce que la rapidité de la réaction avec le carbone dans les moulages assure un minimum d'oxydation superficielle de la charge. Le mélange gazeux ne doit pas être suffisamment oxydant pour affecter sérieusement les dimensions des moulages recuits. L'importance de l'oxydation doit être moindre pour les petits moulages, pour lesquels la tolérance est faible, tandis que pour les moulages de fortes dimensions la tolérance relative aux dimensions est plus grande. Par exemple, l'oxydation maximum admissible pour un moulage d'une épaisseur de 1/8 pouce n'est que de 0,02 pouce, alors que pour un moulage de 2 pouces d'épaisseur elle peut être de 0,05 pouce.
Les brûleurs peuvent. être disposés dans le four de préférence de manière que les produits de la combustion primaire passent sensiblement à travers et sur toutes les surfaces des moulages, et produisent une décarburation uniforme. On peut créer des remous additionnels par l'emploi de ventilateurs utilisables aux hautes températures.
<Desc/Clms Page number 4>
Le chauffage initial des moulages peut être exécuté au moyen de mélanges plus pauvres, c'est-à-dire d'un rapport supérieur air à gaz, parce qu'au cours du chauffage initial le taux d'oxyda- tion est faible. Par exemple, en employant du gaz de houille,, on peut exécuter un chauffage initial a 750 C moyennant un rapport de 4 à 1 air/gaz (envolume), et diminuer ensuite le rapport de mélange, soit progressivement soit directement, à 2,4 pour 1 lorsqu'on approche de la température de recuit de 1.050 C.
Pendant la période de chauffe ou de recuit proprement dit on recueille les produits de la combustion primaire venant du four et on peut les faire passer par un récupérateur afin de trams- férer une partie de leur chaleur sensible au gaz et/ou à l'air en- trant, utilisé pour la combustion primaire et secondaire. On peut ensuite brùler ces produits dans un échangeur thermique tubulaire (éventuellement après les avoir refroidis) de manière à utiliser leur puissance calorifique au préchauffement ultérieur de l'air et/ou du gaz----- requis pour la combustion primaire.
Lorsque la période de chauffe ou de recuit à 1.050 C est terminée il est généralement nécessaire, pour obtenir un produit entièrement adouci, de procéder à un refroidissement dans le four à environ 680 C, ou moins. On coupe le gaz et l'air de combustion et on peut laisser le four hermétiquement clos pour minimiser l'oxydation pendant le refroidissement. Ouon peut introduire dans le four un faible courant d'une atmosphère neutre ou réductrice, exté- fieurement préparée, pour empêcher les rentrées excessives d'air.
Cette armosphère neutre ou réductrice peut être du gaz de ville brûlé et purifié, du gaz de gazogène brut, de l'azote industriel ou tout autre gaz similaire convenablement produit.
De même on peut ajouter dans le four une atmosphère neu- tre ou réductrice au mélange provenant de la combustion primaire, de manière à augmenter le volume de gaz passant sur les moulages, ou à rendre le gaz plus réducteur. Si l'atmosphère reçoit un supplé- ment constitué par une quantité de gaz extérieurement préparé, on peut augmenter légèrement le rapport air à gaz dans la combustion primaire.
Quant au volume de gaz requis pour effectuer une décar- buration rapide, il est essentiel de maintenir un écoulament conve- nable à tout moment de la période de recuit ou de chauffe, même au prix d'une certaine diminution du rendement du four par une ré- duction de l'isolement thermique des parois du four. Lorsque la température du four est contrôlée automatiquement, on emploie un régulateur d'un type progressif plutôt qu'un réglage du type "ouvert-fermé", de manière à avoir toujours suffisamment de gaz pour compenser les pertes.
REVENDICATIONS ---------------------------
1.- Procédé de 'recuit de moulages en fonte malléable in- térieurement blanche et d'autres moulages en fonte blanche, dans un four chauffé directement au gaz, caractérisé en ce que le gaz est brûlé dans le four moyennant une admission d'air contrôlée de manière que les produits de combustion soient sensiblement non-oxydants relativement aux moulages à recuire.