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.La présente invention est relative à un , procédé d'élaboration de pièces en fonte notamment des lingotières, des bases de lingotière, des poches . à laitier, des volants ou analogues, selon lequel on coule de la fonte liquide dans un moule approprié garni de matériau réfractaire,
Dans les usines sidérurgiques', il est de pratique courante d'élaborer dans des fonderies de fonte, des pièces en fonte massives, importantes, ,mais ne présentant pas des formes compliquées. Parmi ces pièces on peut citer des'lingotières, des bases de lingotière, des cuves ou poches à laitier, des volants de machine ou analogues.
L'élaboration de ces pièces est réalisée par coulée, dans des moules appropriés garnis de matériau réfractaire et pourvus de noyaux éventuels, d'une quantité de fonte liquide fondue dans un appareil de refusion tel qu'un cubilot, un. four à réverbère ou un four électrique.
L'élaboration de telles pièces est donc restée influencée jusqu'4 présent par les impératifs de fa-
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brication de pièces en fonte,moyennes et petites, La diversité des qualités des fontes et l'irrégularité dans les besoins de ces fontes lors de la fabrication de ces pièces moyennes et petites nécessitent la re- fusion de gueusets de 15 Kgs. environ provenant d'un haut-fourneau, dans un appareil de refusion tel que précité.
Pour permettre un chargement aisé et rationnel de'l'appareil de refusion, la fonte du haut-fourneau est coulée en gueusets dans une installation qui com- porte par exemple un bac garni de réfractaire, rece- vant la fonte liquide et débitant celle-ci par un chenal sur des coquilles métalliques montées sur un transporteur sans fin. La fonte se solidifie et re- - -froidit sur le brin montant du transporteur. Les gueusets formés se détachent des coquilles et se déversent du point haut. de l'in@tallation dans des wagons. Les coquille vides redescendent ensuite, se refroidissent à l'air ambiant et sont enduites d'un lait de chaux destiné à les protéger du ohoo thermique.
La chaleur de solidification et de refroidis- sement de la fonte est perdue sans possibilité de ré- oupération,
Cette installation de conditionnement des fontes de première fusion est coûteuse en investisse- ment et en frais de fonctionnement et d'entretien.
L'opération de refusion des gueusets est par- ticulièrement onéreuse quel que soit l'appareil de
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de refusion mis en oeuvre.
, Lorsque l'on produit une fonte liquide de deuxième' fusion au cubilot,' on charge dans celui- oi par couches séparées - du combustible 'soue forme de coke métal- lurgique à raison de 8 à 15 % du poids de la charge métallique, - une charge métallique composée de gueusets,' de retours de fabrication, de mitrailles de fonte, de ferrailles d'acier et d'additions éventuelles de correction et de mise à nuance, - du fondant sous forme de castine à raison de
30 à 45 du poids de coke.
D'autre part, on souffle de l'air froid ou pré- chauffe à travers les tuyères du oubilot situées au- dessus de son creuset. On y produit la combustion du carbone du coke par l'oxygène de l'air. On y fond ainsi les matières solides en atmosphère légèrement oxydante et on obtient un bain de fonte que l'on peut extraire du trou de coulée à une température de 1200 à 1250 @ C.
La chaleur développée par cette combustion est en grande partie perdue notamment dans les fumées sortant du cu- bilot, ce qui rend le rendement thermique de ce dernier peu intéressant et de l'ordre de 30 à 35 %. En outre le coût du coke, la perte par oxydation des matières métalliques enfournées qui est par exemple pour le Si de 10 à 15 % et pour le Mn de 15 à 20 , les frais de
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fonctionnement et: de travail au cubilot, les frais d'entretien du cubilot dont le revêtement réfractaire intérieur doit êter répare fréquemment sont autant de facteurs qui grèvent le prix de revient de la tonne de fonte liquide produite par cet appareil;
Par ailleurs, la capacité du cubilot relativement faible est actuel- lement de 4 à 12 !/heure en Europe et de 20 T/heure ,aux U.S.A.
Lorsque l'on produit une fonte liquide de deuxième fusion au four électrique, on charge dans ce four : - une charge métallique analogue.à celle du cubilot, mais comprenant davantage de mitrail- les et de ferrailles à bas prix, - du fondant formé par de la castine.
On fait alors jaillir un arc électrique intense entre les électrodes et la charge métallique dans le cas du four à arc ou on induit des courants dans la charge métallique en la soumettant à un champ magnétique à moyenne fréquence dans le cas du four à induction. On y fond ainsi les matières solides en atmosphère contrôlée et l'on obtient un bain de fonte que l'on peut extraire à des températures supérieures à celles du cubilot.
Quoi qu'il en soit la consommation coûteuse'd'énergie électrique est un des facteurs importants dans le prix de revient élevé de la tonne de fonte liquide ainsi fabriquée. Les autres facteurs précitée entrent aussi en ligne de compte dans ce prix de revient et sont loin d'être négligeables.
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Ainsi donc, l'opération ae refusion de la fonte de première fusion ou de haut-fourneau et des autres éléments métalliques dea charges, dans un appareil'de deuxième fusion est particulièrement onéreuse et nécessite des installations importantes, du matériel lourd et une main d'oeuvre partiellement . qualifiée.
La présente invention a pour objet un nou- veau procédé d'élaboration de pièces en fonte par ' lequel on remédie aux inconvénients susdits des procédés connus, en substance en supprimant le oon- ditionnement en gueusets de la fonte de première fusion et tout le processus d'obtention d'une fonte liquide de deuxième fusion et en se servant ainsi de la fonte liquide de première fusion sortant d'un ' haut-fourneau, pour remplir le moule de la pièce à fabriquer.
Ainsi, selon-le nouveau procédé, on prélève d'un haut-fourneau, la fonte liquide servant à la coulée dans le moule.
Conformément au nouveau procédé, on peut prélever la fonte liquide du haut-fourneau, la 'crans- porter ensuite à l'étai liquide jusqu'au hall où se trouve le moule de la pièce à fabriquer et la couler enfin dans ce moule. Généralement pour transporter de la fonte liquide on emploie une poche de coulée d'une capacité qui peut être par exemple de 45 T et qui est donc sensiblement plus grande que celle
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généralement limitée à 20 T et souvent de l'ordre de 8 à 10 T des poches de coulée des fonderies de fonte.
De ce fait, selon une particularité de l'in- , vention, on coule la fonte liquide. prélevée du haut- fourneau d'abord dans une pochd de coule:: de grande capacité eu égard à celles des poches de travail des fonderies de fonte et on coule ensuite cette fonte liquide de la poche de coulée dans le moule précité.
Lorsqu'il s'agit de couler des pièces relati- vement petites, on coule le contenu en fonte liquide de la poche de grande capacité, dans des poches de plus faible capacité, et on coule les pièces à obtenir à partir de ces dernières poches.
Selon le nouveau procédé, on peut aussi couler la fonte liquide du haut-fourneau directement dans le moule. Dans ce cas, la fonte liquide n'est pas trans- portée par poche. Le hall de coulée du haut-fourneau est aménagé pour recevoir les moules des pièces à fa- briquer qui peuvent alors être montés sur des chariots ou des wagons circulant sur une voie ferrée. Les che- naux de coulée du haut-fourneau sont alors appropriés pour surplomber les moules en question.
Ainsi selon une autre particularité de l'in- vention, on coule la fonte liquide prélevée du haut- fourneau directement dans le moule susdit.
Cet-ce particularité permet en outre de couler en une seule fois et sans interruption, de très gros- ses pièces de fonte.
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Dans cette dernière forme de mise en oeuvre du nouveau procédé, il est intéressant de couler la fonte liquide dans le moule avec un débit aussi cons- tant que possible. Pour oela on dresse dans le chenal de coulée au moins un barrage.en réfractaire dans lequel on aménage une ouverture inférieure. La fonte sortant du haut-fourneau et acheminée dans ce chenal remplit ce barrage et s'écoule d'une part à travers l'ouverture inférieure susdite suivant un débit utile constant servant au remplissage du moule et d'autre part par un trop-plein suivant un débit excédentaire canalisé par exemple vers une poche de coulée utilisée en fonderie ou dans une installation de formation de gueusets.
Ainsi selon une particularité supplémentaire de l'invention, on coule la fonte liquide prélevée du haut-fourneau dans un barrage que l'on réalise préalablement dans le chenal de coulée de ce haut- fourneau et par lequel on coule un débit utile sensi- blement constant de fonte liquide directement dans le moule susdit tandis qu'on coule le débit excéden- taire de la fonte liquide du barrage dans une poche de' coulée..
L'invention est encore relative à une pièce de fonte élaborée par le nouveau procédé.
Outre l'intérêt économique évident du nouveau procédé celui-ci présente encore les avantages suivants.
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Le nouveau procédé permet d'améliorer la qualité des pièces élaborées.
'En effet, en prélevant en une seule fois une quantité importante de fonte liquide au haut- fourneau et en la coulant par exemple dans une poche de coulée de 20 à 45 T, on obtient une fonte liquide de composition pratiquement homogène et de . température sensiblement uniforme pour remplir le moule de la pièce à. fabriquer. Au besoin, des tech- niques connues peuvent parfaire ces objectifs.
D'autre part, la fonte -liquide sortant du haut- fourneau peut être échantillonnée des le début de la coulée et analysée par des procédés rapides. Comme le remplissage d'une poche de coulée de 30 T environ dure 20 minutes, on peut aisément traiter la fonte liquide sortant du haut-fourneau dans le chenal de coulée ou dans la poche de coulée. Ce traitement est effectué en référence à l'analyse obtenue et en fonc- tion de la composition exigée. Il est donc ainsi pos- sible de régler la composition de la fonte'liquide avant son introduction dans le moule de la pièce à fabriquer.
D'autre part, en prélevant en une seule fois une telle quantité de fonte liquide au haut-fourneau et en la coulant dans une poche de coulée de 20 à 45 T, or. obtient à cause du faible rapport des surfaces re- froidissantes au volume du bain liquide, une chute par- ticulièrement lente de la température de la fonte qui
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reste donc voisine de celles réalisées dans le creuset d'un haut-fourneau (1350 à 1450 c), et qui assure au besoin la surchauffe permettant d'affiner le graphite de la fonte et de mieux le disperser dans celle-ci* ' .
Par ailleurs, en prélevant la fonte liquide du haut-fourneau pour o'ouler les pièce.. à fabriquer, on élimine l'introduction dans cette fonte de cer- tains oligo-élémenta qui sont-susceptibles D'INFLU@@- oer défavorablement le comportement à l'usage des pièces coulées. Ces oligo-éléments sont apportés par les additions de provenances diverses et inoontrô- lables dans les procédés connus et surtout dans celui de la refusion au four électrique. De telles additions sont généralement polluées d'éléments tels que cuivre, étain, nickel, ohrome, et éventuellement titane, melybiène, vanadium,dont l'élimination au cours de l'opération de refusion est nulle ou négligeable.
Oes impuretés se retrouvent dans la fonte produite et dans les retours de fabrication recyclés. (;,est ainsi que le cuivre est néfaste à la structure des linga- tièrès tandis que le chrome, le nickel, le titane et le vanadium en facilitent la fissuration, Comme la fonte du haut-fourneau destinée à ces fabrications est élaborée avec le.minimum àe mitrailles et à partir de minerais contrôlés, cette fonte est pauvre en oligo- éléments; lea pièces obtenues au moyen d'une fonte de première fusion sont donc meilleures à l'emploi que colles élaborées à l'aide d'une fonte de deuxième
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fusion.
A titre d'exemple, une fonte de haut-fourneau a comme composition en ae'tela éléments :
Cu 0,027 %
Sn = 0,020 %
Ni 0,011 %
Cr = 0,01 %
Aa 0,008 %
Va 0,015 % teneurs ,qui sont particulière'ment faibles.
En outre, la fonte liquide issue du haut-fourneau à milieu interne réducteur est moins oxydée que celle. issue d'un cubilot. Comme l'oxygène est aussi un élément défavorable à la bonne qualité de la fonte solidifiée, une pièce élaborée suivant le nouveau procédé se com- porte mieux à l'emploi qu'une pièce analogue faite selon un procédé connu.
De plus, la forme et les dimensions du graphite d'une fonte de deuxième fusion dépendent partiellement de celles des fontes de première fusion et varient no- tamment avec la vitesse de refroidissement en coquille de ces fontes de première fusion. Comme cette vitesse de refroidissement n'est pas rigoureusement constante, la forme et les dimensions du graphite varient sensible- ment dans les fontes solidifiées de première fusion.
Or, la refusion des fontes de première fusion n'élimine.pas totalement ces variations de forme et ces différences de dimension du graphite, celui-ci étant ainsi aussi
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irrégulier dans les fontes solidifiées de seconde fusion, Une telle cause d'irrégularité du graphite dans la fonte solidifiée qui rend hétérogène la structure de oelle-oi, est éliminée par le nouveau procédé puisqu'on ne solidifie pas en guensets la fonte issue du haut-fourneau et puisqu'on ne refond pas ces gueuaets. La forme et les dimensions du graphite ne dépendent donc plus, pour une analyse donnée, que des conditions de aoulée en fonderie que le fondeur approprie alors efficacement aux caractéristiques ou propriétés des pièces coulées.
Enfin, la fonte liquide issue du haut-fourneau à milieu interne réducteur et basique est bien désul- furée tandis que celle provenant du cubilot à milieu interne oxydant et insuffisamment basique est plus sulfurée à cause de l'apport du soufre du coke dans la charge solide et des possibilités quasi nulles de désulfuration au moyen de cet appareil de refusion.
En conséquence, la fonte liquide prélevée au haut- fourneau peut présenter une teneur en soufre comprise entre 0,010 et 0,030 tandis que celle provenant du oubilot est rarement inférieure'à 0,070 % à moins qu'un traitement coûteux de désulfuration à la soude (Na2 CO3) soit pratiqué pour réduire ladite teneur à 0,030 %. Comme la présence du S dans une fonte de moulage sous forme de sulfure de fer facilite le dépôt de cémentite, crée des zones duras et produit des ten-
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sions internes élevées occasionnant la fissuration' du métal solidifié, la pièce faite suivant le nou- veau procédé est mécaniquement meilleure que celle fabriquée habituellement.
Le procédé conforme à l'invention est illustré particulièrement par un exemple de fabrication de 10 lingotières d'aciérie Thomas.
Selon cet exemple, on prélève d'un haut- fourneau marchant en fonte hématite, des quantités de 40 T environ de fonte liquide ayant la composition moyenne suivante : .
Mn 0,55 %
Si : 1,33 %
S : 0,010 %
P : 0,072 %
Ct : 4,10 %
Par le chenal de coulée du haut-fourneau, on coule la fonte liquide, dans une poche de coulée ayant une capacité de 45 T.
On transporte cette fonte.liquide jusqu'au hall de coulée des lingotières.
On coule ensuite ladite fonte liquide de chaque poche de coulée successivement dans 10 moules appro- priés afin d'obtenir 10 lingotières de 4 T. La fonte
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constitut.ive'des*lingotibres solidifiées a comme analyse moyenne :
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Mn 0,55
Si 1,27 %
S : 0,013 %
P : 0,007 %
C : 3,94 % Ces lingotières ainsi obtenues sont utilisées
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à l'aoiérie Thomas et y sont ret'roidiea â l'eau.
Leur campagne moyenne est de 78 coulées. Il est à noter que comparativement à ce nouveau procède, des lingo- titres de môme capacité et de même poids obtenues par le procédé conventionnel de prélèvement de fonte li- quide au cubilet, de coulée de cette fonte dans des poches de coulée de 8 T et de ooulée de ladite fonte de ohacune de celles-ci dans, deux moules, présentent une campagne analogue soit 76 coulées dans ces condi- tions d'exploitation identiques en aciérie.
Il est évident que l'invention n'est pas limitée aux quelques considérations exposées ci-dessus et que des modifications .peuvent y être apportées à condition de ne pas sortir du cadre des revendications suivantes.