Procédé et appareil pour favoriser des réactions métallurgiques
dans du métal en fusion.
La présente invention concerne un procédé et un appareil servant à favoriser des réactions métallurgiques. Elle a trait, en particulier,à un procédé et un appareil permettant d'agiter du métal en fusion de manière à exposer efficacement le métal
à des réactifs solides, gazeux ou liquides en vue d'amener rapidement à terme des réactions métallurgiques effectuées avec le métal en fusion.
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gir un produit métallique en fusion avec diverses substances <EMI ID=2.1>
pour modifier la composition chimique du métal en vue d'obtenir une composition finale désirée. Par exemple, on a introduit des gaz, comme de l'air, de l'oxygène et du chlore, dans des
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calcium et en aluminium de ces bains. Ces processus se sont avérés efficaces, mais ont l'inconvénient, dans certains cas, de refroidir le bain de métal en fusion de manière indésirable et d'exiger des temps de traitement relativement longs et des installations de traitement relativement onéreuses.
On a également suggéré d'agiter du métal en fusion au moyen de divers appareils t*-ls que celui décrit dans les brevets amé-
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métallurgiques. Les procédés décrits dans les brevets qui précèdent exigent soit un équipement d'agitation mécanique compliqué, soit une maîtrise précise des schémas d'agitation dans le métal
en fusion.
Cela étant, l'invention a pour but de procurer un procédé et un appareil peu compliqués pour favoriser des réactions métallurgiques faisant intervenir du métal en fusion et pour les mener rapidement à terme.
D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description détaillée donnée ci-après, à titre d'exemple, avec référence au dessin annexé dans lequel:
la Fig. 1 est une vue en élévation d'un appareil conforme
à l'invention;
les Fig.-2 et 3 sont respectivement une vue en plan et une vue en élévation du mécanisme agitateur de l'appareil conforme à l'invention, et
la Fig. 4 est une vue fragmentaire d'une partie périphérique du mécanisme agitateur de l'appareil conforme à l'invention comportant un revêtement protecteur conforme à l'invention.
L'invention peut être illustrée avec référence au dessin annexé dans lequel une poche de coulée classique est indiquée en
10 sur la Fig. 1 et comporte une enveloppe en métal 12 et un garnissage réfractaire 14. Le métal en fusion à traiter, indiqué en
16, est contenu dans la poche de coulée 10 et un agitateur 18 est immergé dans le métal en fusion. La composition de la matière de l'agitateur ainsi que sa forme sont des facteurs importants dans
la mise en pratique de l'invention. L'agitateur 18 est usiné en graphite selon la forme représentée sur les Fig. 2 et 3 et décrite plus en détail plus loin.
L'agitateur 18, usiné dans un graphite haute densité, peut être recouvert, sur ses surfaces en contact avec le métal, d'une mince couche adhérente de laitier à base de silice 17 résultant du contact des surfaces en graphite avec un mélange fondu de silice, de chaux,d'alumine et de magnésie. Le laitier contient dans ce cas
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mination du calcium et de l'aluminium du silicium ou d'alliages à base de silicium à l'aide d'un laitier synthétique fondu décrit ci-après, le traitement avec un tel laitier aboutit au dép$t du revêtement recherché. On a observé que la partir de l'agitateur
18, et la partie de l'arbre de support 34 qui sont immergées dans le métal en fusion ainsi que dans le laitier et qui comportent un revêtement adhérent, ne subissent pas d'oxydation appréciable, tandis que la partie de l'arbre 34 qui n'a pas été ainsi immergée accuse une attaque par oxydation qui aboutit finalement à une mise hors service. La couche de laitier 17 a par exemple de 0,03
à 2,5 mm d'épaisseur. Cette épaisseur peut être obtenue en immergeant l'agitateur en graphite 18 dans le laitier fondu pendant environ 1 minute ou davantage. Du' moment que le laitier soit fondu, la température n'a pas une importance critique.
La forme de l'agitateur 18 est également importante dans
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huit et de préférence six prolongements radiaux en substance identiques 22 ayant une longueur d'environ 25 à 85% du diamètre du moyeu 20. La largeur moyenne du prolongement 22 est d'environ 40 à
80% de leur longueur. La hauteur de l'agitateur 18, indiquée en
24, est d'environ 75 à 200% du diamètre de son moyeu. On a constaté que la forme que l'on vient de décrire est importante, de même que le revêtement adhérent précité lorsqu'il s'agit d'agiter du métal à grande vitesse comme c'est le cas avec la présente invention.
Par exemple, dans la pratique de l'invention, on utilise des vitesses de rotation- élevées pour mener rapidement à terme les réactions métallurgiques impliquées, ce qui évite des temps de fonctionnement prolongés et un refroidissement indésirable du bain. La forme de l'agitateur suivant l'invention lui permet de résister aux fortes contraintes mécaniques produites par des vitesses de rotation élevées tout en déterminant un degré de turbulence élevé. On a constaté que le revêtement décrit plus haut adhère remarquablement bien à l'agitateur en graphite et son épaisseur reste essentiellement constante pendant un fonctionnement au cours duquel un laitier à base de silice est utilisé et des impuretés de calcium et d'aluminium sont éliminées.
La raison de tout ceci n'est pas bien connue, mais elle peut être due au renouvellement du revêtement par les constituants du laitier présents. Au cas où on n'utilise pas de laitier à base de silice et où on n'élimine pas de calcium et d'alumium par oxydation, il peut être souhaitable
de recouvrir périodiquement l'agitateur d'une nouvelle couche de laitier à base de silice, comme décrit plus loin.
La Fig. 1 montre que l'agitateur 18 est construit de manière que son diamètre extérieur 26 soit égal à une valeur com-
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indiqué en 28. De plus, l'agitateur 18 est immergé dans le bain de métal en fusion de manière que sa partie inférieure soit dis-posée dans la moitié supérieure de la hauteur du bain de métal. Lorsque l'agitateur 18 est agencé comme on vient de l'indiquer et comme on peut le voir sur la Fig. 1, le moteur 30 qui agit par l'intermédiaire du réducteur 32 et du dispositif de serrage 33
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se entre 120 et 225 tours/minute. Aux vitesses de rotation spécifiées et avec une forme d'agitateur telle que représentée au dessin, le bain de métal est agité de manière vigoureuse et avec turbulence. Une vitesse de rotation d'au moins environ 120 tours/minute est importante pour amener rapidement à terme la réaction métallurgique envisagée; des vitesses de rotation supérieures à environ
225 tours/minute provoquent des éclaboussures excessives et entraînent éventuellement des pertes de métal. Lorsque le métal en fusion à traiter est un alliage contenant du silicium et que l'on désire éliminer des impuretés telles que du calcium et de l'aluminium, l'exposition du métal en fusion à l'air ambiant assurée par l'agitation précitée est suffisante pour réduire rapidement la te-
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supérieurs de la hauteur du bain de métal en fusion. Dans les cas
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métal.
Lorsque l'on veut.éliminer des impuretés telles que de l'aluminium et du calcium,du silicium ou du ferrosilicium au moyen d'un laitier synthétique, on place l'agitateur de préférence dans les 10 à 20% supérieurs du bain de métal en fusion. Comme le montre le dessin, le moteur 30 et le réducteur 32 sont montés sur un support 29 protégé par une matière réfractaire ,qui peut être sou-levé et abaissé par des vérins hydrauliques 35 afin de régler la position de l'agitateur 18.
Les avantages particuliers de l'invention résident dans la rapidité des réactions métallurgiques impliquées et la longévité remarquable de l'agitateur. La rapidité des réactions évite les effets indésirables que l'on peut rencontrer et qui sont dus au refroidissement du métal en fusion au cours d'une agitation prolongée.
Les exemples suivants illustrent l'invention.
EXEMPLE 1.-
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0,22% de Ca dans une poche de coulée ayant un diamètre intérieur moyen de 1,25 m pour une profondeur de 0,85 m. La température initiale du métal est de 1.510[deg.]C. On immerge dans le métal en fusion un agitateur en graphite du type représenté au dessin ayant un
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longements d'une épaisseur moyenne de 6,35 cm, l'extrémité inférieure de l'agitateur se trouvant environ à 25,4 cm en dessous de la surface. On ajoute un mélange de 47,6 kg de chaux, 90,7 kg de
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-l'agitateur à 120 tours/minute pendant 25 minutes. On coule le métal de la poche de coulée et, après analyse, on constate qu'il <EMI ID=18.1>
EXEMPLE 2.-
On place 3.957 kg de FeSi à 50% contenant 0,60% de Al et 0,07% de Ca dans une poche de coulée ayant un diamètre intérieur moyen. de 1,25 m pour une profondeur de 0,91 m. La température initiale du métal est de 1.600[deg.]C. On immerge dans le métal en fusion un agitateur en graphite du type représenté au dessin ayant un moyeu de 20,3 cm de diamètre et de 20,3 cm de hauteur et 6
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té inférieure de l'agitateur se trouvant environ à 27,9 cm en des- <EMI ID=20.1>
90,7 kg de sable et 20,4 kg de magnésie à la poche de coulée.
On fait tourner l'agitateur à 120 tours/minute pendant 30 minutes. On coule le métal de la poche de coulée et, après analyse, on
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EXEMPLE 3.-
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fusion un agitateur en graphite du type représenté au dessin ayant un moyeu d'un diamètre de 20,3 cm et d'une hauteur de 20,3cm avec
6 prolongements d'une épaisseur moyenne de 6,35 cm, l'extrémité inférieure de l'agitateur se trouvant à environ 30,5 cm en dessous de la surface. On ajoute un mélange de 223 kg de chaux, 363 kg de sable et 113 kg de magnésie à la poche de coulée. On fait tourner l'agitateur à 175 tours/minute pendant 21 minutes. On coule le métal de la poche de coulée et, après analyse, on constate qu'il
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EXEMPLE 4.-
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0,20% de Ca dans une poche de coulée ayant un diamètre intérieur moyen de 1,04 m pour une profondeur de 0,82 m. La température initiale du métal est de 1.430[deg.]C. On immerge dans le métal en fusion, un agitateur en graphite du type représenté au dessin ayant un moyeu d'un diamètre dé 20,3 cm et d'une hauteur de 20,3 cm avec 6 prolongements d'une épaisseur moyenne de 6,35 cm, l'extrémité inférieu-re de l'agitateur se trouvant à 20,3 cm en dessous de la surface.
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On coule le métal de la poche de coulée et, après analyse, on
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EXEMPLE 5. -
On place 1.662 kg de silicium contenant 0,79% de Al et 0,12% de Ca dans une poche de coulée ayant un diamètre intérieur moyen de 1 m pour une profondeur de 0,79 m. La température initiale du métal est de 1.500[deg.]C. On immerge dans le métal en fusion, un agitateur en graphite du type représenté au dessin ayant un moyeu d'un diamètre de 20,3 cm et d'une hauteur de 20,3 cm avec 6 prolongements d'une épaisseur moyenne de 6,35 cm, l'extrémité inférieure de l'agitateur se trouvant environ à 30,5 cm en dessous
<EMI ID=27.1>
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ner l'agitateur à 150 tours/minute pendant 15 minutes. On coule
le métal de la poche de coulée et, après analyse, on constate
qu'il contient 0,08% de Al et 0,01% de Ca.
EXEMPLE 6.-
On place 10.182 kg de FeSi à 50% dans une poche de coulée ayant un diamètre intérieur moyen de 1,52 m pour une profondeur de.1,40 m. La température initiale du métal est de 1.521[deg.]C. On immerge dans le métal en fusion, un agitateur en graphite du type représenté au dessin ayant un moyeu d'un diamètre de 20,3 cm et d'une hauteur de 20,3 cm avec 6 prolongements d'une épaisseur moyenne de 6,35 cm, l'extrémité inférieure de l'agitateur se trouvant environ à 40,6 cm en dessous de la surface. On ajoute 522 kg de FeSi
à 50% en fines particules, à la poche de coulée. On fait tourner
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Dans la pratique de l'invention, on peut rapidement éliminer des impuretés telles que du calcium et de l'aluminium de silicium et d'alliages de. silicium en fusion contenant environ 50% de silicium ou davantage, par exemple les divers alliages de fer-
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suivante:
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La quantité de laitier par rapport au métal en fusion est d'environ 3,5 à 9% du poids du bain de métal, les quantités de laitier du haut de la gamme étant utilisées avec des teneurs en silicium plus élevées dans le métal en cours de traitement. A l'aide de la gamme de laitiers précitée, on peut abaisser le niveau
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élevés sont tolérables, on peut utiliser, des quantités de laitier moindres.
L'invention peut également être utilisée dans une large variété de traitements de métaux, par exemple des additions de carbure de calcium à du fer en vue de le désulfurer, la dissolution d'additions de métal à du métal en fusion, et l'abaissement de la teneur totale en carbone des alliages de silicium et de manganèse, par exemple du silicomanganèse, à l'aide d'un laitier sousproduit utilisé avec le métal en fusion.
REVENDICATIONS
1.- Procédé pour affiner du métal en fusion contenant des impuretés, caractérisé en ce que:
(i) on introduit du métal en fusiez dans une cuve en substance cylindrique,
(ii) on agite le métal en fusion dans la cuve au moyen d'un agitateur en graphite aligné en substance axialement sur le centre
de la cuve, la partie inférieure de l'agitateur se trouvant dans.
la moitié supérieure de la hauteur du bain de métal, l'agitateur
étant entraîné en rotation à une vitesse comprise entre 120 et 225 tours/minute pour agiter avec turbulence au moins la surface du
bain de métal et comprenant un moyeu en substance cylindrique
comportant de 3 à 8 prolongements radiaux, la longueur des prolongements radiaux étant comprise entre 25 et 85% environ du
diamètre du moyeu leur largeur étant comprise entre 40 et 80%
environ de leur longueur et leur hauteur étant comprise entre 75
et 200% environ du diamètre du moyeu et le diamètre d'un cercle
entourant les prolongements radiaux étant compris entre 25 et 40%
environ du diamètre de la cuve contenant le métal en fusion.