BE488662A - - Google Patents

Description

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    "PROCEDE   DE   FABRICATION     D'UNE   FONTE   CONTENANT   DU CALCIUM* 
La présente invention a trait à la fabrication de la fonte de fer et, en particulier, de fontes de fer contenant du calcium. 



   L'introduction du calcium dans la fonte de fer présente des difficultés qui avaient été jusqu'ici considérées comme insurmontables. Si l'on ajoute du calcium métallique à de la fonte de fer à l'état fondu à la température normale- 

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 ment appliquée, par exemple   12500C   à 1500 C, le premier effet est de combiner le calcium et le soufre dans le fer pour donner du. sulfure de calcium qui, étant relativement léger et insoluble dans le fer fondu, flotte à la surface du bain, celui-ci étant de ce fait désulfuré.

   Cet effet de désulfuration du calcium est bien connu*   On   pourrait coire que, lorsque le soufre a été sensiblement éliminé, toute addition supplémentaire de calcium provoquerait la diselu- tion de cet élément dans la fonte de fer et son alliage avec la matière de la manière normale. Or, on constate que des additions de calcium à des fontes de fer qui ont été désul- furées, ou qui n'avaient initialement qu'une faible teneur en soufre, ont comme résultat, aux températures de 12500C - 1500 C, non pas la dissolution du calcium, mais sa conver-   s@ion   enoxyde de calcium insoluble, qui flotte à la surface du métal fondu* Des additions d'alliages de calcium tels que, par exemple, le cuivre-calcium, le nickel-calcium et le cal- cium-silicium, et de composés tels que le carbure de'calcium, aboutissent au même résultat. 



   La Demanderesse a découvert que si l'on ajoute du calcium à de la fonte de fer et élève la température à   1650eC   ou au-dessus,   la,couche   d'oxyde de calcium initialement en- gendrée réagit pour donner du carbure de calcium, qui se dis- sout, dans le fer, au moins en partie, à ces températures, de telle sorte   qu'on   obtient du fer contenant du calcium. Le carbure de calcium lui-même peut être ajouté à de la fonte de fer à une température de 1650 C ou au-dessus, et se dis- sout dans le métal. A des températures plus basses, comme il a été observé plus haut, il se forme de l'oxyde de calcium, 

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 et l'on peut convertir cet oxyde en carbure en élevant la température de la masse fondue.

   D'autres substances donnant naissance à de l'oxyde de calcium, par exemple le calcium métallique ou ses alliages, le siliciure de calcium, le car- bonate de calcium, la dolomite, la dolomite stabilisée ou l'hydrate de calcium'se comportent   similairement.   



   La Demanderesse a, en outre, découvert que s'il est fait usage d'une fonte qui est   hypereutectique   par rapport au carbone et qui donne une fonte grise à la coulée, l'intro- duction de calcium par cette méthode aboutit à une fonte de   f@er   grise dans laquelle le carbone libre est présent en partie ou entièrement, sous forme de graphite nodulaire, de sorte que les propriétés mécaniques de la fonte s'en trouvent améliorées à un degré-marqué- Le perfectionnement est du même ordre que celui décrit par la Demanderesse dans la deman- de de brevet britanoique 21   777/46   au sujet de fontes de fer grises contenant du cérium. 



   Conformément à la présente invention, on introduit du calcium dans du fer en ajoutant une substance productrice d'oxyde de calcium à une fonte de fer à l'état fondu, en convertissant l'oxyde en contact avec le fer fondu en car- bure de calcium à une température d'au moins 1650 C, et en maintenant le tout à cette température jusqu'à ce qu'une par- tie au moins du carbure de calcium ait été dissoute dans le fer fondu. 



   La substance productrice d'oxyde de calcium peut être le calcium métallique ou un alliage de calcium tel que le cuivre-calcium, le nickel-calcium, le silicium-calcium, ou bien on peut faire usage de composés calciques tels que la carbure de calcium, le carbonate de calcium, l'oxalate de calcium, l'hydrate de calcium, et de réfractaires contenant 

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 de l'oxyde de calcium   et/ou   du silicate de calcium. 



   L'addition peut être effectuée aux températures de fusion normales, c'est à dire à 1300 C - 1500 C, auquel cas l'oxyde de calcium est aussitôt obtenu sous forme d'une couche à la surface de la fonte de fer.   On   élève alors la température à au moins 1650 C (de préférence à 1700 C), température à laquelle l'oxyde de calcium se convertit en car- bure de calcium et ce dernier se dissout progressivement. 



   A titre d'alternative, l'addition peut être effectuée après que la fonte de fer a été chauffée à au moins 1650 C. Si l'agent d'addition choisi est le carbure de cal- cium, il se dissout progressivement, comme tel, à ces tempé- ratures* Si c'est un autre des agents d'addition calciques qu'on choisit, il se forme d'abord de l'oxyde de calcium, et cet oxyde se convertit en carbure de calcium, qui se dis- sout progressivement. 



   L'oxyde de calcium et, par conséquent, toutes les substances productrices d'oxyde de calcium sont des désulfu- rants' La fonte de fer contient habituellement du soufre - quelquefois une quantité atteignant ou dépassant 1 % - et la quantité de substance productrice d'oxyde de calcium ajoutée doit être suffisante pour réduire la teneur en soufre à 0,02% ou moins. C'est seulement lorsque la teneur en soufre a été réduite dans cette mesure que commence l'introduction du calcium dans la fonte. On peut, si on le désire, effectuer une désulfuration préliminaire à l'aide de désulfurants, mais les substances productrices d'oxyde de calcium sont peu coûteuses et l'utilisation d'un excès de ces substances ne présente pas d'inconvénient. 



   La quantité de calcium qui peut être incorporée au fer par le présent procédé est limitée par la solubilité 

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 du carbure de calcium dans le fer fondu* Cette solubilité est appréciable à   16500C   et s'accroît quelque peu avec la température. La Demanderesse a réussi à produire de la fonte de fer contenant de 0,02 à 0,25% de calcium enappliquant des températures de 1650 à 1750 C. 



   L'application la plus importante de l'invention   rési-   de dans la production de fontes de fer grises à partir de fontes   hypereutectiques.   On dit qu'une fonte de fer est hy-   pereutectique   (par rapport au carbone) lorsque le pourcentage de carbone présent dépasse 
 EMI5.1 
 P et Si représentent respectivement les pourcentages de phosphore et de silicium* En l'absence d'agents de stabilisa- tion du carbure de fer, tels que le chrome, le manganèse, le tellure, le bore, la vanadium ou le soufre, et pourvu que la teneur en silicium ait été réglée de façon qu'elle soit celle qui convient pour le taux de refroidissement de la pièce cou- lée, conformément aux principes bien connus dans la pratique de la fonderie de fer,

   une fonte hypereutectique se solidifie- ra avec une partie sensible de sa teneur en carbone sous forme de paillettes, qui seront distribuées dans toutes les parties de la masse métallique. C'est à la présence de ce graphite en paillettes qu'est due la médiocrité de la   résis-   tance aux chocs et d'autres propriétés mécaniques de la fonte   d@e   fer grise ordinaire. 



   L'addition de 0,02% de calcium, ou davantage, à ces fontes (c'est à dire aux fontes hypereutectiques donnant des pièces coulées grises) provoque l'apparition du carbone   hpereutectique   entièrement ou principalement sous forme de graphite nodulaire, au lieu du graphite en paillettes, et la 

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 résistance aux chocs et d'autres propriétés mécaniques de la fonte de fer sont, de ce fait,   grandement   améliorées. Les seules conditions du succès, à cet égard, sont que la fonte, telle qu'on obtient à la coulée, soit   hypereutectique   et grise et contienne du calcium.

   La fonte appliquée comme matière initiale peut contenir du soufre sans limitation, pourvu qu'on y ajoute une quantité suffisante de substance productrice d'oxyde de calcium pour réduire la teneur en soufre de la fonte de fer à 0,02% ou moins* La matière dont on part peut contenir d'autres éléments normalement présents ou ajoutés au cours normal de la fabrication, pourvu qu'elle soit capable de donner une pièce coulée grise. Cette matière peut même être hypereutectique, pourvu que du graphite ou du carbone sous quelque autre forme soit ajouté à la masse fondue en quantité suffisante pour qu'on soit sûr que, à   l'é-   tat de pièce coulée, la fonte sera hypereutectique. 



   Il est avantageux, lorsque le présent procédé est appliqué à la fabrication d'une fonte grise de structure graphitique nodulaire, d'ajouter, après l'introduction du cal- cium, un inoculant de graphitation tel que le ferro-silicium, le graphite, le silicium ou des alliages au silicium d'alu- minium, de calcium, de manganèse ou de zirconium. 



   L'exemple qui suit illustrera   l'invention-dans   une de ses formes de réalisation préférées 
Une fonte de fer de la composition suivante 
 EMI6.1 
 
<tb> Carbone <SEP> total <SEP> '4,02 <SEP> % <SEP> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Silicium <SEP> 2,68%
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Manganèse <SEP> 0,57 <SEP> % <SEP> 
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Soufre <SEP> 0,018 <SEP> %
<tb> 
<tb> 
<tb> 
<tb> Phosphore <SEP> 0,035 <SEP> %
<tb> 
 a été préparée par fusion dans un creuset engraphite eu faisant usage d'un four à induction à haute fréquence. Le 

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 poids total de la charge était de 5,6 kg. Une fois le métal fondu, on a fait couler   28,3   gr d'oxyde de calcium pur sur la surface du métal et élevé   lentementa   température à 1700 C, cette température ayant été maintenue pendant 20 minutes.

   Au début, l'oxyde de calcium restait solide;après quelque temps, il est devenu visqueux, parce qu'une portion du dit oxyde s'était convertie en carbure de calcium et qu'un mélange à faible point de fusion d'oxyde de calcium avait pris naissance. A mesure que la température de chauffa- ge continuait à s'élever, la couche non métallique revê- tant la surface du métal est redevenue solide, ce qui indi- quait qu'elle s'était complètement convertie en carbure de calcium. On a alors coulé le métal dans une poche contenant 
28,3 gr de   ferro-silicium   à 80% de silicium, et on a coulé dans un moule au sable vert une barre-éprouvette de 22,2 mm de diamètre et de 305 mm de longueur. L'examen de cette é- prouvette au microscope a révélé que sa   structure graphiti-   que était nodulaire. 



   L'analyse, après traitement, a donné 
 EMI7.1 
 
<tb> Carbone <SEP> total <SEP> 4,43 <SEP> %
<tb> Silicium <SEP> 3,01%
<tb> manganèse <SEP> 0,50 <SEP> %
<tb> Soufre <SEP> 0,009 <SEP> %
<tb> Phosphore <SEP> 0,03 <SEP> %
<tb> 
<tb> Charge <SEP> de <SEP> rupture <SEP> 41,4 <SEP> kg/mm2
<tb> Dureté <SEP> Brinell <SEP> N  <SEP> 194
<tb> Charge <SEP> de <SEP> rupture <SEP> transversale <SEP> 79 <SEP> kg/mm2
<tb> 

Claims (1)

1. RESUME a) Procédé de fabrication d'une fonte de fer con- tenant du calcium, caractérisé par les points suivants, sé- parément ou en combinaisons : 1. Il consiste à traiter de la fonte de fer à l'état fondu à une température d'au moins 1650 C par du <Desc/Clms Page number 8> carbure de calcium, de l'oxyde de calcium ou des substances qui, dans ces conditions, donnent naissance à de l'oxyde de calcium ou à du carbure de calcium, le bain fondu étant maintenu à 1650cC ou à une température plus élevée jusqu'à ce qu'une partie au moins du carbure de calcium initialement ajouté ou engendré pendant l'opération ait été dissoute dans la masse fondue.

   2. Pour obtenir une fonte grise dans laquelle le carbone libre est présent en tout ou en partie sous forme de graphite nodulaire, on part d'une fonte qui, à l'état de pièce coulée, est hypereutectique par rapport au carbone, on introduit du calcium dans la fonte fondue comme il est dit ci-dessus et on coule le métal dans un moule.

   3. Après que le calcium a été intrpduit dans la matière fondue comme spécifié sous 2, on traite la masse fondue, avant la coulée, par un inoculant de graphitation, tel que le ferro-silicium ou le graphite. b) A titre de produits industriels nouveaux obtenus p a r ce procédé : 4. Une fonte de fer contenant du calcium.

   5. Une fonte de fer grise dans laquelle le carbone libre est présent en tout ou en partie sous forme de graphite nodulaire.