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La présente invention concerne un perfectionnement ou modification apporté au mélange d'addition de ferro-alliage décrit dans le brevet principal n 562.103'et en particulier un mélange d'alliage perfectionné pour l'incorpora- tion d'aluminium dans des masses de fer ou d'acier en fusion faiblement alliées.
Le brevet principal décrit un mélange d'addition d'alliage compre- nant un agrégat de 88 à 99,5% en poids d'additifs d'alliage pulvérisés et de 0,5 à 12% en poids d'un liant pulvérisé. L'additif d'alliage décrit ci-après peut comprendre soit des alliages ferreux ou non ferreux, soit des métaux à bas point de fusion ou des métaux réfractaires, tels que le chrome, le manganèse, le vanadium, le zirconium, le tungstène, le titane ou le niobium, par exemple.
Le métal d'alliage peut se présenter sous sa forme élémentaire ou comme consti- tuant d'un alliage ou d'un ferro-alliage, et peut avoir une teneur en carbone élevée ou faible.
Jusqu'à présent, un problème se posait lorsqu'on ajoutait des métaux réactifs tels que l'aluminium à du métal liquide. Afin de compenser l'aluminium qui se perd par oxydation par l'air, il fallait ajouter des quantités supérieures à celles nécessaires pour désoxyder l'acier ou former un alliage avec lui. Cette pratique conduit à produire une quantité excessive d'oxyde d'aluminium, ce qui augmente la probabilité de la présence d'inclusions dans le produit final et réduit sensiblement la récupération d'aluminium d'alliage. L'oxydation de l'alu- minium par l'air est matériellement favorisée par sa faible densité qui l'amène à flotter sur la surface du métal en fusion. De plus, les conditions de coulée varient fortement d'une charge à l'autre et rendent difficile le maintien du contrôle serré nécessaire de la teneur en aluminium résiduelle.
Cela étant, la présente invention a pour but d'éviter les difficùl- tés précitées et de procurer des mélanges d'addition d'alliage pour des masses de fer ou d'acier en fusion ainsi que pour d'autres utilisations, qui soient effica- ces et économiques à utiliser pour la plupart des aciers faiblement alliés d'in- térêt commerciale
En ce qui concerne le mélange d'addition de ferro-alliage décrit dans le brevet principal, des métaux à bas point de fusion tels que de l'aluminium peuvent être un constituant du mélange d'alliage à ajouter aux bains de métaux.
Bien que l'addition du mélange d'alliage ait pour effet de refroidir le bain, elle n'est pas nuisible quand les quantités ajoutées sont inférieures à 2% en poids, ces quantités constituant le domaine d'intérêt principal des additions faites dans la poche de coulée. Cette façon de procéder est bien dis- tincte de la technique antérieure suivant laquelle on introduisait des quantités importantes de matière d'alliage dans le four avant la coulée.
Une utilisation importante de l'aluminium est son incorporation dans une matière en fusion comme élément d'alliage. Au moins un agent d'alliage autre que l'aluminium peut être présent lorsque la teneur en aluminium est comprise entre 20 et 70% du mélange d'addition.
Comme seconde utilisation importante de l'aluminium, il est parfois souhaitable de prévoir dans l'additif d'alliage total une quantité d'aluminium suffisante pour désoxyder la masse en fusion. Un exemple est la fabrication d'un acier destiné à être fortement étiré. Dans ce cas, on ajoute environ 5 livres d' aluminium (2,26 kg) par tonne d'acier à des fins de désoxydation. La quantité requise dépend de la teneur en carbone de l.a masse en fusion, qui détermine à son tour la teneur en oxygène de l'acier.
Une troisième utilisation importante de l'aluminium se présente lors- qu'on ajoute des métaux hautement réactifs tels que du titane et du zirconium.
Par exemple, une partie du titane réagit avec 1 oxygène pour former du TiO ,une substance très réfractaire, qui freine le taux de dissolution du Ti restant.
Pour éviter cet état de choses, .et améliorer le taux de dissolution, il est
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souhaitable d'incorporer des fondants tels que du CaF et de l'aluminium pour former du A1203 dans le mélange d'addition de l'invention., Lorsqu'on l'utilise de cette façon, l'aluminium peut être présent en quantités allant jusqu'à 5% en poids.
Il est clair que les trois utilisations précitées de l'aluminium ne sont données qu'à titre d'exemples. Elles ne s'excluent pas mutuellement et peuvet être combinées comme on le désire. L'aluminium peut également être ajouté comme ingrédient d'alliage, par exemple, et être présent également en quantités supplé- mentaires pour la désoxydation.
Le liant à utiliser dans le mélange d'addition d'alliage de l'inven- tion peut comprendre un liant organique qui produit des gaz par combustion lors- que le mélange est ajouté à l'acier. Dans le procédé de la présente invention, l'apparition de produits de réaction gazeux provoque une agitation souhaitable du bain, favorisant la dissolution et la répartition uniforme de l'alliage.
Des exemples de liants appropriés que l'on peut utiliser dans la pratique de 1' invention sont des résines de bois et des dérivés à point de fusion élevé de ces résines, ainsi que des résines synthétiques et naturelles, qui ne prennent pas en masse pendant l'emmagasinage. Des résines qui se prêtent à l'utilisation dans le procédé de l'invention sont habituellement constituées par de l'acide abéitique (C20H2902) et des complexes de cet acide. Des liants qui sont les plus souhaitables sont ceux qui n'introduisent pas d'impuretés dans la masse en fusion et qui se décomposent à des températures supérieures à environ 75 C. Un liant résineux thermoplastique de ce genre s'obtient lors du raffinage des résines de bois.
Il est insoluble dans du naphte de pétrole, soluble dans des alcools et partiellement soluble dans des solvants de goudron.
La composition du mélange d'addition d'alliage de l'invention peut varier dans une mesure considérable sans qu'il perde ses propriétés. Cela étant, le mélange d'addition non exothermique de l'invention peut être appliqué à une variété de procédés de fabrication de l'acier utilisés dans différentes aciéries.
Par exemple, un pourcentage substantiel en poids d'additifs d'alliages utilisable peut efficacement être incorporé dans une masse d'acier en fusion lorsque la composition en poids du mélange d'addition se trouve dans la gamme suivante :
EMI2.1
<tb> Utilisable <SEP> Préférée
<tb>
<tb>
<tb> Additif <SEP> d'alliage <SEP> 88 <SEP> à <SEP> 99,5% <SEP> 95 <SEP> à <SEP> 99%
<tb>
<tb>
<tb> Liant <SEP> 0,5 <SEP> à <SEP> 7% <SEP> 1 <SEP> à <SEP> 3%
<tb>
<tb>
<tb> CaF2 <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 10% <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 3%
<tb>
<tb>
<tb> Al <SEP> (à <SEP> l'exclusion <SEP> de
<tb>
<tb> l'Al <SEP> d'alliage) <SEP> O,
à <SEP> 5% <SEP> 0 <SEP> à <SEP> 3%
<tb>
Le mélange d'addition de la présente invention peut être légèrement tassé dans des récipients appropriés pour faciliter la manipulation lors de l'expédition ou de l'emmagasinage ou lorsqu'on l'incorpore dans une masse d'acier en fusion. A cet effet, chaque ingrédient d'addition est d'abord pulvérisé de façon à traverser des cribles à ouvertures de 1/4 pouce (6,35 mm) ou moins.
Une granulométrie souhaitable est celle dans laquelle la matière d'alliage est capable de traverser un crible de 20 mesh (ouvertures de 0,833 mm), et est rete- nue sur un crible de 200 mesh (ouvertures de 0,074 mm), la granulométrie pré- férée étant inversement .proportionnelle à la densité de l'ingrédient d'alliage.
On mélange ensuite soigneusement les ingrédients et on les fixe par exemple en cuisant le mélange dans un récipient approprié, à une température peu élevée. On chauffe suffisamment longtemps pour faire fondre le liant et agglomérer les particules, de façon à obtenir, lors du refroidissement, une masse cohérente.
Des exemples suivants servent à illustrer le procédé de la présente invention, tous les pourcentages utilisés étant exprimés en poids à moins d'in- dication contraire.
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EXEMPLE 1.-
On ajoute une quantité suffisante de matière d'alliage composée de manganèse électrolytique finement divisé fixé à l'aide de 1,8% de résine de bois, à un bain de 100 livres (45 kg) d'acier en fusion pour élever la teneur en manganèse de l'acier de 1%ce le bain étant à une température de 1600 C La matière se dissout en 13 secondes et on enregistre une chute de température de 11 C.
L'analyse montre que 91% du manganèse sont récupérés, c'est-à-dire passent dans l'acier.
EXEMPLE 2. -
On ajoute un mélange de 98,5% d'un alliage de ferro-titane de 20 mesh et de 1,5% de résine en poids à un bain de 100 livres (45 kg) d'acier en fusion en quantités suffisantes pour élever la teneur en titane de 1% Le métal se dissout en 2 minutes et 45 secondes. Dans des essais semblables utilisant du CaF2 et/ou de l'aluminium, la durée de dissolution est sensiblement réduite comme le montrent les résultats d'essai suivants.
COMPOSITION, % en poids
EMI3.1
<tb> FeTi <SEP> Résine <SEP> CaF2 <SEP> Al <SEP> Taux <SEP> de <SEP> dissolution,
<tb>
<tb> ¯¯¯ <SEP> en <SEP> secondes
<tb>
<tb> 93,2 <SEP> 1,8 <SEP> 3 <SEP> 2 <SEP> 31 <SEP> à <SEP> 35
<tb>
<tb>
<tb> 93,5 <SEP> 1,5 <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 39
<tb>
<tb>
<tb> EXEMPLE <SEP> 3.-
<tb>
On pulvérise du ferro-manganèse à teneur en carbone moyenne jusqu'à ce qu'il traverse un crible de 20 mesh (ouvertures de 0,833 mm) et de l'aluminium jusqu'à ce qu'il traverse un crible de 5 mesh (ouvertures de 3,96 mm). On forme un mélange en utilisant 61% de ferro-manganèse, 34% d'aluminium, 3% de CaF2 et 2% de résine de bois. On fixe les ingrédients ensemble en cuisant le mélange dans un récipient approprié sous une chaleur faible de façon à obtenir, au re- froidissement, une masse cohérente.
On utilise ensuite ce mélange comme additif dans des essais à échelle réduite. Le tableau suivant indique l'amélioration im- portante dans la récupération de l'aluminium et du manganèse par rapport à celle que l'on obtenait dans la technique antérieure normale.
EMI3.2
<tb>
Technique <SEP> Essais <SEP> à <SEP> échelle <SEP> réduite
<tb>
<tb> antérieure <SEP> utilisant <SEP> la <SEP> présente
<tb>
<tb>
<tb> normale <SEP> invention
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Récupération <SEP> d'aluminium <SEP> 25% <SEP> 52,5%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Récupération <SEP> de <SEP> manganèse <SEP> 75 <SEP> à <SEP> 85% <SEP> 90%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> EXEMPLE <SEP> 4. <SEP> -
<tb>
On pulvérise du ferro-manganèse à teneur en carbone moyenne jusqu'à ce qu'il traverse un crible de 20 mesh (ouvertures de 0,833 mm) et de l'aluminium jusqu'à ce qu'il traverse un crible de 5 mesh (ouvertures de 3,96 mm). On forme un mélange de 73% de ferro-manganèse, 25% d'aluminium, et 2% de résine de bois.
On fixe les ingrédients en cuisant le mélange dans un récipient approprié sous une.chaleur faible de manière à obtenir, au refroidissement, une masse cohérente.
On utilise alors ce mélange comme additif dans des essais à échelle réduite.
Le tableau suivant indique la récupération améliorée de l'aluminium et de man- ganèse.
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EMI4.1
<tb>
Technique <SEP> Essais <SEP> à <SEP> échelle <SEP> réduite
<tb>
<tb> antérieure <SEP> utilisant <SEP> la <SEP> présente
<tb> normale <SEP> invention
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Récupération <SEP> d'aluminium <SEP> 25% <SEP> 45%
<tb>
<tb>
<tb> Récupération <SEP> de <SEP> manganèse <SEP> 75 <SEP> à <SEP> 85% <SEP> approximativement <SEP> 100%.
<tb>
L'analyse des échantillons dtacier produits suivant la présente in- vention indique que le nombre d'inclusions d'oxyde qu'ils contiennent est au bas de la gamme rencontrée dans des lingots produits suivant la technique antérieure normale.
Afin de mieux indiquer la portée de la présente invention, le tableau I suivant donne les résultats de charges typiques dans lesquelles on a ajouté 1% de manganèse ou de chrome aux 100 livres (45 kg) d'acier pour déterminer le taux de dissolution et la chute de température. Dans chaque cas, l'ingrédient d.'alliage qui se présente sous forme d'un ferro-alliage, a été pulvérisé à une granulométrie inférieure à 20 mesh et a été fixé à l'aide de 1,5% d'une résine thermoplastique obtenue à partir de résines de bois. On ajoute le mélange fixé, en morceaux de 1 pouce (2,5 cm) sur 1/4 pouce (6,35 mm).
Les données du tableau I soutiennent favorablement la comparaison avec la chute de température approxi- mative de 11 C, et une L'urée de dissolution de 25 à 30 secondes qui caractérisent les granules exothermiques utilisés dans des essais analogues.
TABLEAU I.
EMI4.2
<tb> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> la <SEP> Granulométrie <SEP> Taux <SEP> de <SEP> Chute <SEP> de <SEP> température
<tb>
<tb>
<tb> composition <SEP> de <SEP> maximum <SEP> de <SEP> dissolution <SEP> en <SEP> C
<tb>
<tb>
<tb> l'addition <SEP> de <SEP> l'élément <SEP> de <SEP> en <SEP> secondes
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ferro-alliage <SEP> ferro-alliage
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Mn <SEP> Cr <SEP> C <SEP> Si
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 81, <SEP> 31 <SEP> 0 <SEP> 1,42 <SEP> 0,81 <SEP> 20 <SEP> 17 <SEP> 18
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 81,31 <SEP> 0 <SEP> 1,42 <SEP> 0,81 <SEP> 20 <SEP> 18 <SEP> 21
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 0 <SEP> 68,4 <SEP> 5, <SEP> 50 <SEP> 1,
32 <SEP> 20 <SEP> 21 <SEP> 22
<tb>
On a évalué davantage ces agents d'addition par des essais de labo- ratoire dans lesquels on ajoute des additions d'alliage de manganèse à 800 livres d'acier en fusion (362 kg) pendant une coulée à 1650 C. dans une poche de coulée, en quantités suffisantes pour élever la teneur en manganèse de 1,45%' On a en- registré des chutes de température de 100 C. Ces chutes de température représen- tent l'effet total de refroidissement brusque de l'addition d'alliage plus la perte de chaleur par le refroidissement de la poche de coulée et l'exposition de l'acier à l'air pendant la coulée.
On a enregistré des durées de dissolution de 20 secondes dans chaque cas et on a obtenu des récupérations de manganèse de 98% Dans des essais analogues utilisant des additions d'alliage de manganèse semblables mais sous forme de mélanges exothermiques du commerce, on a enregistré une chute de température de 90 C et on a obtenu des récupérations de manganèse de 95% L'analyse de l'acier produit par le procédé d'addition exothermique a également indiqué une captation d'azote atteignant 0,007%, tandis que la captatic d'azote lorsqu'on utilise l'agent d'addition non exothermique de l'invention est comprise entre 0 et 0,
003%-. L'analyse de l'acier produit par chaque type d'addi- tion montre que l'on obtient une excellente répartition du manganèse dans l'acier en dépit des durées de coulée très réduites d'environ 30 secondes.
Il ressort dece qui précède que les.additions d'alliage de l'inventi représentent des agrégats plus simples et plus efficaces aux points de vue écono- mie, uniformité de la répartition de l'alliage dans la masse en fusion, et bonne récupération, sans risque de contaminer l'acier. Cette addition d'alliage,
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lorsqu'elle est introduite dans une charge d'acier, se dissout remarquablement vite, et ne refroidit pas la masse en fusion de façon indésirable.
REVENDICATIONS.
1.- Perfectionnement ou modification apporté au mélange d'addition d'alliage décrit dans le brevet principal n 562.103 comprenant un agrégat de 88 à 99,5% en poids d'additif d'alliage pulvérisé et de 0,5 à 12% en poids de liant pulvérisé, caractérisé en ce que le mélange d'addition d'alliage contient jusqu'a 98% en poids d'aluminium.