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PERFECTIONNEMENTS RELATIFS A L'INTRODUCTION DE MAGNESIUM DANS LA FONTE
EN FUSION.
Il est bien connu dans la production de fonte grise que, en ajoutant du magnésium à la fonte en fusion de manière à retenir le magnésium dans la fonte après coulée, une certaine quantité ou tout le graphite peut être rendu sphéroidal dans la fonte après coulée, le procédé étant décrit et revendiqué dans le, brevet belge n 481.349.
L'introduction du magnésium dans la fonte en fusion soulève des difficultés. A la température de la fonte en fusion, du magnésium élémentaire développe une pression de vapeur très élevée qui provoque une réaction violente, souvent accompagnée d'une expulsion d'une certaine quantité du métal en fusion, hors du récipient le contenant. En conséquence, le magnésium est couramment introduit sous forme d'un alliage à faible teneur de magnésium, n'excédent pas habituellement 15%, mais même ainsi la récupération de magnésium, c'est-à-dire, la proportion du magnésium utilisé, qui reste réellement dans la fonte après coulée, est faible.
De plus, même si les constituants, avec lesquels le magnésium forme alliage, sont avantageux, ou au,' moins inof- fehsifs, dans la fonte , l'addition de la quantité d'alliage requise refroidit la fonte en fusion d'une manière indésirable.
Une manière de surmonter les difficultés, qui a été proposée, consiste à utiliser des briquettes faites de poudre ou limaille de magnésium comprimée avec de la poudre de fer, mais les briquettes se décomposent lorsque le magnésium fond de sorte que, dans ce cas aussi, la réaction est violente du fait de la présence de magnésium libre, et la récupération de magnésium est faible.
Suivant l'invention,de la matière agglomérée avec du magnésium absorbé dans ses pores est amenée en contact avec de la fonte en fusion à couler. Le magnésium peut être présent dans les pores de la matière agglomérée sous la forme élémentaire ou sous forme d'un alliage de magnésium, et
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peut être introduit dans les pores par un procédé d'imprégnation. Par exemple, la matière agglomérée peut être immergée en dessous de la surface de magnésium fondu, pendant que ce dernier est recouvert par un fondant ou protégé par une atmosphère neutre ou réductrice.
Lorsque la matière agglomérée avec ses pores remplis de magnésium est amenée en contact avec la fonte en fusion, le magnésium s'échappe des pores pour passer dans la fonte sans amener de réaction violente, et il est possible d'obtenir de très élevées récupérations de magnésium.
La matière agglomérée peut elle-même être réalisée par des procédés courants, et peut être d'une nature telle qu'elle se dissolve dans la fonte en fusion, en même temps que le magnésium s'échappe de cette matière.
Par exemple, cette matière peut être du ferro-silicium. De préférence, cependant, la matière agglomérée n'est aucunement ou peu affectée par la fonte en fusion et est enlevée de celle-ci lorsque le magnésium s'est échappé.
On a trouvé que, si la matière agglomérée est de la poudre de fer, une très petite quantité de celle-ci est dissoute. On peut aussi utiliser de la matière céramique. Lorsque la matière agglomérée est de ce type, le transfert du magnésium dans la fonte s'effectue par une lente vaporisation depuis les pores de la matière agglomérée.
La matière agglomérée qui a été enlevée de la fonte en fusion sensiblement non affectée peut être réimprégnée avec du magnésium et utilisée à nouveau, mais il est désirable qu'elle soit d'abord chauffée dans de l'hydrogène à une haute température.
La matière agglomérée préférée consiste en une poudre de fer pure avec un volume de pores de 40 à 60%; ce volume absorbera environ 15 à 20% en poids de magnésium ou d'alliage de magnésium. Un volume de pores d'au moins 40% est désirable pour permettre à une quantité importante de magnésium par volume unitaire de matière agglomérée, d'être introduite dans la fonte.
Si la quantité de pores est de beaucoup supérieure à 60%, la vitesse d'échappement du magnésium, de la matière agglomérée est si élevée que la récupération de magnésium diminue.
La matière agglomérée est, de préférence, réalisée sous forme de briquettes de dimensions et de poids déterminés à l'avance, pour faciliter l'introduction d'une quantité déterminée à l'avance de magnésium dans le métal en fusion. Il est le plus commode de réaliser les briquettes en des dimensions telles qu'une briquette seulement soit nécessaire pour traiter une charge de fonte en fusion dans une poche de coulée.
La matière agglomérée chargée du magnésium peut être mise en contact avec la fonte en fusion de différentes manières. Il est préférable de la mettre dans un plongeur creux dans lequel pénètre la fonte en fusion, mais elle peut être fixée à une barre qui est plongée dans la fonte en fusion.
Dans ce cas, la barre peut être pourvue d'un filet grossier, et un filet complémentaire peut être réalisé dans une ouverture faite dans la matière agglomérée durant la fabrication de celle-ci, de manière que la matière agglomérée puisse être vissée sur la barre.
Quand on utilise un plongeur creux, il peut être ouvert à la base, la matière agglomérée étant maintenue en place par un petit -coin en fer ou de toute autre manière convenable, pendant que le plongeur est manipulé et plongé dans le métal en fusion. Dans certains cas,le plongeur a, de préférence, des ouvertures dans ses parois latérales pour permettre à la fonte en fusion de passer à travers, et est grand assez pour permettre à une seule briquette ou autre corps de matière agglomérée de se déplacer librement dans son espace intérieur.
En mettant le procédé en oeuvre, différentes précautions doivent être prises pour atteindre au succès. Il est important que le magnésium s'échappe de la matière agglomérée et pénètre dans le métal en fusion à une vitesse réglée. Si celle-ci est trop rapide, il y a une violente réaction, et la récupération du magnésium est faible. Cette vitesse dépend non seulement du volume de pores, mais encore de la température de la fonte en fusion,
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de la sorte, si la fonte est refroidie localemeht, le volume des pores peut être augmenté. Un tel refroidissement local s'effectue lorsqu'un plongeur creux est utilisé, et peut être réglé par un choix approprié des dimensions du plongeur.
Ce qui est nécessaire est de mettre un frein à la volatilisation- initiale du magnésium, et de permettre à celle-ci de se produire de plus en plus lorsque la température de la fonte en fusion autour et dans le plongeur approche celle du restant de la fonte.
Comme règle générale, l'introduction de 1 kg de fer dans 100 kg de fonte en fusion refroidit le bain de fonte en fusion d'environ 15 C, de manière que l'utilisation d'un plongeur pesant environ 5 kg, en même temps que d'un kg de matière agglomérée chargée, réduit la température du bain de
90 à 100 C, si le plongeur est admis à rester dans le bain jusqu'à ce qu'il atteigne la température du bain. En pratique, cependant, en enlevant le plongeur immédiatement après que le magnésium a abandonné la matière agglomé- rée, le bain n'est pas refroidi jusqu'à ce point.
A titre d'exemple, un plongeur cylindrique en acier de 116 mm de diamètre interne avec une cavité de 60 mm de profondeur et une épaisseur de paroi de 8 mm, pesait 4,7 kg et avait une capacité de chaleur de 0,7 kilo- calorie par C. Ce plongeur avait six ouvertures circulaires, ayant chacune 20 mm de diamètre, dans ses parois latérales. On utilisait un disque aggloméré de poudre de fer pure, avec un volume de pores de 40%, contenant du magnésium s'élevant à 15% en poids du disque, le disque ayant un diamètre de 100 mm et une épaisseur de 24 mm. Le plongeur avec le disque à l'intérieur était immergé dans un bain de fonte en fusion à une température de 1390 C.
Le magnésium avait entièrement pénétré dans la fonte après 90 secondes, et le plongeur était alors enlevé. La fonte recevait du ferro-silicium comme d'habitude et était coulée. Environ 55% de magnésium étaient récupérés dans la pièce coulée, le graphite étant sphéroidal pour environ 75%.
La récupération de magnésium et la production de graphite sphéroldal étaient sensiblement les mêmes, lorsqu'un plongeur assez semblable pesant 5,7 Kg avec une capacité thermique de 0,85 kilocalorie par C était utilisé. Ce plon- geur avait les mêmes dimensions externes que le premier, mais sa paroi latérale était deux fois aussi épaisse, de sorte que le diamètre interne n'était que de 100 mm, et la matière agglomérée se montait, de ce fait, étroitement à l'intérieur dudit plongeur. En dépit des ouvertures de la paroi latérale, il n'y avait pas de remplissage dela cavité avec le métal fondu. En conséquence, l'échappement du magnésium prenait plus de temps et exigeait un mouvement supplémentaire du plongeur dans le bain, et, dans la fonte, la répartition du magnésium n'était pas aussi bonne qu'avec le premier plongeur'.
Lorsqu'un plongeur encore plus lourd de 100 mm de diamètre interne était utilisé avec un disque aggloméré de 100 mm de diamètre, on n'atteignait à aucun succès du tout sous des conditions pourtant similaires. Ce troisième plongeur avait une épaisseur de paroi de 16 mm et une profondeur de cavité de 80 mm; il pesait 9,3 kg et avait une capacité thermique de 1,4 kilocalorie par C. A la fin d'une minute, la température à l'intérieur du plongeur n'avait pas atteint le point d'ébullition du magnésium.
Ces résultats montrent qu'il est désirable d'assurer que la matière agglomérée puisse se déplacer librement dans le plongeur, et la nécessité d'empêcher un refroidissement local trop important, c'est-à-dire, d'éviter l'utilisation d'un plongeur trop grand, bien qu'il soit avantageux d'assurer un refroidissement local au départ.
Une faible température seule n'est pas nécessairement funeste, puisque, lorsqu'un disque aggloméré d'une épaisseur de 30 mm, mais par ailleurs identique aux autres disques, était utilisé dans le premier plongeur pour traiter un bain à 1300 G, la récupération de magnésium était réellement de 85%. Le disque servait à introduire dans le bain une quantité de magné- sium. égale à 0,25% du poids du bain, de sorte que la fonte contenait plus de 0,2% de magnésium, et le graphite était phéroldal pour 80%. Le succès de ce test montre que si on prend soin de permettre au métal en fusion de s'écouler dans et de remplir la cavité, une faible température peut non
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seulement être tolérée mais encore conduira à une augmentation de la récupération de magnésium.
Des plongeurs de graphite ou de céramique peuvent être utilisés au lieu de plongeurs d'acier, et ont une capacité de chaleur plus basse, de sorte que le déroulement de la réaction peut également être réglé ou contrôlé par un choix approprié de la matière du plongeur.
Une autre manière de régler la vitesse à laquelle le magnésium s'échappe de la matière agglomérée consiste à utiliser une matière agglomérée dans laquelle une certaine partie des pores de surface sont entièrement ou partiellement fermés, de manière qu'avec un volume donné de magnésium, il y ait une plus petite surface à travers laquelle ledit magnésium pùisse s'échapper. De plus, en choisissant la surface sur laquelle les pores sont ainsi bloqués, le magnésium peut être forcé à quitter la matière agglomérée principalement en des points choisiso En particulier, en bloquant les pores au sommet mais non à la base, et en immergeant alors la base de la matière dans le bain de manière que tous les pores ouverts soient dans le métal en fusion, la récupération du magnésium peut être augmentée.
En travaillant de cette manière, il n'est même pas nécessaire d'immerger toute la matière agglomérée, mais elle peut plutôt être mise sur le haut du métal en fusion et y maintenue par une tige.
Le blocage des pores peut être réalisé au moyen de graphite après que la matière agglomérée a absorbé le magnésium.
Comme indiqué ci-avant, un alliage de magnésium peut être utilisé au lieu de magnésium pur, bien que naturellement certains des avantages de l'invention soient perdus si l'alliage n'est pas riche en magnésium. Par exemple, on peut utiliser de la mitraille d'alliage du type contenant 90% ou plus de magnésium, le restant étant constitué entièrement ou principalement l'aluminium, bien qu'il soit désirable d'éviter l'utilisation d'alliages contenant du zinc, car la pression de vapeur élevée du zinc empêche le passage du magnésium dans le bain.
Naturellement, si on utilise un alliage, il ne devrait pas contenir d'éléments connus pour être nuisibles à la production de la forme sphéroi- dale de graphite.
Il est particulièrement avantageux d'utiliser des alliages de magnésium contenant de 0,001 à 1% de béryllium. Ces additions de beryllium diminuent l'inflammabilité du magnésium et lui permettent d'imprégner la matière agglomérée sans utilisation d'un appareil compliqué pour procurer une atmosphère protectrice.
Comme autre exemple, un disque aggloméré de poudre de fer pure de.100 mm de diamètre et de 50 mm d'épaisseur était utilisé pour traiter 100 kg de fonte en fusion. La matière agglomérée avait un volume de pores de 45% et était imprégnée d'un alliage de magnésium contenant 1,25% de Al et 0,1% de Be, le restant étant du magnésium. Ladite matière contenait ainsi environ 300 gr d'alliage de magnésium, et le magnésium dans la matière agglomérée s'élevait à 16,3% en poids. La matière agglomérée était immergée dans le bain à l'extrémité d'une barre, et tout le magnésium pénétrait dans le bain en 90 secondes. La matière agglomérée était alors retirée du bain, qui recevait ensuite, de la manière habituelle, du ferro-silicium avant la coulée. Dans la fonte, le graphite était sphéroïdal pour 95%.
Bien que l'invention soit spécialement intéressante dans la production de fonte grise contenant du graphite sphéroidal, elle peut être utilisée pour introduire du magnésium dans d'autres fontes, par exemple de la fonte.qui se coule blanche et est ensuite soumise à un traitement pour la rendre malléable.
REVENDICATIONS.
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