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Dans le brevet principal, on a décrit un procédé de traitement d'une masse de métal récemment coulé pour réduire la dimension de la cavi- té de retrait se formant normalement pendant la solidification du métal.
On place la buse d'un brûleur au-dessus de la surface supérieure de la coulée et on dirige la flamme d'un gaz constitué par un mélange d'oxygène et d'un gaz combustible, jaillissant de cette buse contre ladite surface de la coulée, ce qui oblige cette coulée à se solidifier progressivement du bas vers le haute Le procédé est caractérisé en ce que le rapport de la vitesse de mélange du combustible à la proportion d'oxygène au gaz com- bustible et à la distance entre la buse et la surface supérieure de la cou- lée soit tel que l'action de la flamme se manifeste tout d'abord en un point éloigné de la face de la 'buse du brûleur.
Pour obtenir une telle flamme, on préfère calculer l'écoulement du mélange oxygène-gaz combustible à une vitesse de débit comprise entre 60 et 300 mètres par seconde (quantité d'écoulement du gaz superficie to- tale de l'orifice = débit), et que le rapport du volume d'oxygène au gaz combustible dans le mélange soit maintenu dans les limites comprises entre 1,3: 1 et 1,8 1. De préférence, la buse est espacée de la surface su- périeure de la coulée d'une distance comprise entre 6 et 31 cm.
On a maintenant découvert qu'il était préférable de maintenir le rapport du volume d'oxygène au volume 'du gaz combustible entre 1,3 : 1 et 1,8 : 1 pour le gaz naturel, entre 2,5 : 1 et 4 :1 pour le propane et entr 0,5 :1 et 1,1 s 1 pour le gaz de four à coke et le gaz d'éclairage.
On a également découvert que dans certaines circonstances, on avait avan- tage à modifier le traitement d'une masse de métal fraîchement coulé en introduisant des scories sur la surface supérieure de cette coulée.
Ces scories peuvent être constituées par des matériaux naturels, tels que la wollastonite ou par des matériaux synthétiques spécialement préparés. L'utilisation des scories présente les divers avantages suivants l'élimination de 1 appauvrissement des éléments facilement oxydables de l'acier, une chauffe utilisant des rappots plus élevés entre l'oxygène et le gaz combustible, permettant d'obtenir des flammes à des températures plus élevées, et possibilité de traiter efficacement des lingots de gran- des dimensions.
Lorsqu'on traite des lingots de petites dimensions, jusqu'à en- viron 38 cm de côté au carré, et compte tenu des caractéristiques du mé- tal, le but essentiel de l'introduction des scories est d'empêcher l'oxy- dation des éléments, pouvant provoquer une porosité de la tête chauffée de la coulée, l'élément principal en question étant le carbone. On peut traiter de nombreux aciers alliés en utilisant des flammes d'un mélange gazeux oxygène-combustible, pour de plus petits lingots, sans recourir aux scories pour jouer le rôle d'une barrière.
Lorsqu'on traite des lingots de grandes dimensions, le problème se pose tout différemment. La solidification des lingots s'exprime par la formule suivante
EMI1.1
où T = temps de la solidification du lingot (minutes)
K =-coefficient dépendant des propriétés de coulage du lingot et du temps de chauffe et d = la plus petite dimension du lingot (cm)
En utilisant cette formule, et en supposant pour simplifier que
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K = 1, le temps de solidification d'un lingot carré de 25 cm de c8té est 25 minutes, tandis que pour un lingot de 75 cm de coté, ce temps augmente jusqu'à 225 minutes. Il en résulte que les lingots de grandes dimensions restent exposés à l'effet oxydant des produits de combustion du mélange oxygène-gaz pendant une durée -proportionnellement plus longue.
Ainsi, on peut considérer que si 1' oxydation n'est pas un facteur important pour des petits lingots ayant des ca@actéristiques chimiques déterminées, le pro- blème devient de plus en plus ardu au fur et à mesure qu'on traite des lingots plus importants. Par exemple, on pourrait chauffer des lingots en acier inoxydable du type 304 ayant une dimension de 25 x 25 cm avec un rapport d'oxygène au gaz naturel de 1,5 : 1. Pour des lingots de grandes dimensions, par exemple 55 x 63 cm, on devra réduire ce rapport jusqu'à 1,1 ;1 pour remédier à l'oxydation provoquée par les produits de combus- tion. Avec un tel rapport, la chaleur émanant des produits de combustion n'est plus suffisante pour traiter efficacement le lingot.
La difficulté provient de la formation des scories poudreuses sur la surface du métal pendant la chauffe. Ces scories en poudre contiennent probablement des quantités considérables d'oxyde de chrome qui est hautement réfractaire.
Ce propriétés réfractaires des scories produisent un degré considérable de réflexion de la chaleur, ce qui a pour effet de diminuer sensiblement la quantité de chaleur disponible pour traiter le métal. Lorsqu'il s'agit d'acier inoxydable 321, les résultats sont également peu satisfaisants, bien que ces scories aient un caractère pâteux.
On a effectué les premières expériences en mettant du verre pilé sur la tête de la coulée avant l'application de la chauffe. Ce procédé s'est avéré satisfaisant dans la plupart des cas. Dans certains cas toute- fois, on préfère incorlorer des scories synthétiques plutôt que du verre pilé, car les scories sythétiques ont une composition chimique plus uniforme, leur viscosité peut être réglée, leurs dimensions sont mieux réglées et elles sont plus facilement obtenables dans le commerce. Ces scories pré- sentent cependant l'inconvénient de coûter cher.
Pour traiter des lingots à l'échelle industrielle, il est sou- haitable dans certains cas d'ajouter aux scories synthétiques des maté- riaux exothermiques. Le matériau exothermique donne de la chaleur à la tête de la coulée, et retarde sa solidification jusqu'au moment où la cuil- ler de coulée s'est déplacée suffisamment pour que les lingots se trouvent au-dessous des becs chauffants. Le délai s'écoulant entre le moment d'in- co:.poration des scories et le début de la chauffe constitue un facteur im- portant. Pour traiter un lingot de 23 x 23 cm, on a ajouté des scories -- comprenant un mélange de 60 % de scoriessynthétiques (Si230 %, Cao.Al2O3.
2SiO@50 %, et 2MgO Si020 %) et 40 % de periclase sur la tête de la coulée, et immédiatement après, on a commencé le traitement thermique à la flamme.
La vitesse élevée de la flamme a eu pour effet d'éjecter les scories de la tête de la coulée. Il est souhaitable de laisser passer un petit laps de temps entre l'addition des scories et le début de la chauffe pour per- mettre une fonte partielle de ces scories. Pour des aciers rapides et a- ciers à outils de types variés, une couche de wollastonite @ -----a été efficace pour empêcher l'oxydation des éléments de l'acier.
Les exemples suivants permettront une meilleure compréhension de l'invention.
EXEMPLE 1.
On a chauffé un lingot en acier inoxydable 430 mesurant 38 x 71 cm et pesant 2.877 kgs à l'aide débit horaire d'oxygène de 26,3 m3 et d'un
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débit horaire de gaz naturel de 18,7 m3, la flamme étant du genre décrit ci-dessus. La chauffe a duré 50 minutes. En utilisant des scories, la chute de tête a été de 4,1 %, alors que pour des lingots traités de façon classique, la chute de tête était de 10 %. Il n'aurait pas été possible de chauffer la tête de la coulée à l'aide d'un mélange oxygène-gaz naturel avec un tel rapport sur un lingot de cette dimension sans addition de sco- ries.
EXEMPLE 2.-
On a chauffé un lingot en acier inoxydable 304 mesurant 55 x 71 cm et pesant 30171 kgs à l'aide d'un débit horaire d'oxygène de 46,4 m3 et d'un débit horaire de propane de 13,6 m3, en ajoutant des scories de verre pilé et en utilisant une flamme comme ci-dessus. Le rendement du lingot a été de 88 % compte-tenu de la chute supérieure, de la chute infé- rieure et de la perte par oxydation. Un lingot coulé par un procédé clas- sique pour permettre la comparaison a donné un rendement de 80 %. Encore une fois, on n'aurait pas pu chauffer la tête de ce lingot sans utiliser de scories.