Procédé pour introduire du magnésium dans du fer fondu, et matière pour la mise en aeuvre de ce procédé Il est bien connu dans la production de la fonte grise qu'en ajoutant du magnésium au fer fondu de manière que le magnésium soit retenu dans le fer moulé, une partie ou la tota lité du graphite se trouve sous forme sphé- roïdale dans le fer moulé, ce qui est très avan tageux. Ce procédé est décrit dans le brevet suisse N- 278655.
L'introduction du magnésium dans le fer fondu présente des difficultés. A la tempéra ture du fer fondu, le magnésium élémentaire développe une très forte pression de vapeur qui produit une réaction violente, souvent ac compagnée par l'éjection d'une partie du métal fondu hors de la cuve qui le contient. En conséquence, le magnésium est ordinaire ment introduit sous forme d'un alliage à faible teneur en magnésium, ne dépassant habituelle ment pas 15 %, mais même ainsi la propor tion du magnésium utilisé qui reste réellement dans le fer moulé est basse. De plus, même si les constituants avec lesquels le magnésium forme alliage sont avantageux, ou tout au moins sans inconvénient dans le fer moulé, l'addition de la quantité d'alliage requise re froidit le fer fondu de manière indésirable.
On a proposé de surmonter ces difficultés en utilisant des briquettes faites de poudre ou de limaille de magnésium comprimée avec de la poudre de fer, mais ces briquettes se désa grègent quand le magnésium fond, de sorte que, dans ce cas également, la réaction est violente par suite de la présence de magné sium libre, et la proportion du magnésium restant dans le fer est basse.
L'invention concerne un procédé pour in troduire du magnésium dans du fer fondu, caractérisé en ce qu'on met en contact une matière frittée comprenant du magnésium ab sorbé dans ses pores, avec le fer fondu. Le magnésium peut être présent dans les pores de la matière frittée sous forme élémentaire ou sous forme d'alliage, et il peut être intro duit dans les pores de ladite matière par im prégnation. La matière frittée peut être, par exemple, immergée au-dessous de la surface d'un bain de magnésium fondu, tandis que ce dernier est recouvert par un fondant ou pro tégé par une atmosphère neutre ou réductrice.
Quand la matière frittée dont les pores sont remplis de magnésium est mise en contact avec le fer fondu, le magnésium s'échappe des pores pour passer dans le fer sans causer de réaction violente, et il est possible d'obtenir une utilisation effective très élevée de ma gnésium. La matière frittée peut être obtenue elle- même par des méthodes courantes et peut être de nature telle qu'elle se dissolve dans le fer fondu en même temps que le magnésium qui s'en échappe. De préférence cependant, la matière frittée est, au moins dans une grande mesure, inattaquée par le fer fondu et elle est séparée de celui-ci quand le magnésium s'en est échappé.
On a constaté que si la matière frittée est de la poudre de fer, il ne s'en dis sout que très peu. On peut utiliser aussi une matière céramique. Quand la matière frittée est de ce type, le transfert du magnésium dans le bain fondu se fait par vaporisation lente à partir des pores de la matière frittée.
La matière frittée qui a été séparée du fer fondu pratiquement inattaquée peut être réim- prégnée de magnésium et réutilisée, mais il est avantageux qu'elle soit auparavant chauffée dans de l'hydrogène à une haute température.
La matière frittée préférée est une poudre de fer pur frittée ayant un volume de pores de 40 à 60 0/0 ; elle absorbe 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 quan- tité notable de magnésium par unité de volume de matière frittée d'être introduite dans le mé tal fondu. Si la valeur des pores est très supé rieure à 60 0/0, la vitesse de libération du ma gnésium hors de la matière frittée est si élevée que le taux d'utilisation effective du magné sium s'abaisse.
La matière frittée est de préférence sous forme de briquettes, de dimensions et de poids déterminés pour faciliter l'introduction d'une quantité déterminée à l'avance de ma gnésium dans le métal fondu. Le plus avanta geux est de faire des briquettes d'une dimen sion telle qu'une seule soit nécessaire pour traiter la charge de fer fondu d'une coulée.
La matière frittée chargée de magnésium peut être mise en contact avec le fer fondu de diverses manières. On préfère la placer dans un plongeur creux dans lequel le fer fondu pénètre, mais elle peut être fixée sur une barre qui est plongée dans le fer fondu. Dans ce cas, la barre peut comporter un filet gros- sier, et un filet complémentaire peut être fait dans une ouverture prévue dans la matière frittée au cours de sa fabrication, de sorte que la matière frittée peut être vissée sur la barre.
Quand on utilise un plongeur creux, ce dernier peut être ouvert dans son fond, la ma tière frittée étant maintenue en place par un petit coin de fer ou de toute autre manière appropriée pendant que le plongeur est mani pulé et plongé dans le métal fondu. De toute manière, le plongeur présente de préférence des ouvertures dans ses parois latérales pour permettre au fer fondu de les traverser, et il est suffisamment large pour permettre à une seule briquette ou à une autre masse de ma tière frittée de se déplacer librement à l'inté rieur du plongeur.
Diverses précautions doivent être prises dans la mise en #uvre du procédé pour obte nir un résultat satisfaisant. Il est important que le magnésium s'échappe de la matière frit- tée et entre dans le métal fondu à une vitesse régulière. Si celle-ci est trop rapide, il se pro duit une réaction violente et le taux d'utilisa tion réelle du magnésium est faible. La vitesse dépend non seulement du volume des pores mais aussi de la température du fer fondu, de sorte que si le fer est localement refroidi, le volume des pores peut être augmenté. Un tel refroidissement local se produit quand on uti lise un plongeur creux, et il peut être réglé par un choix approprié de la dimension du plongeur.
Il est nécessaire de mettre un frein à la volatilisation initiale du magnésium, et de permettre à celle-ci de s'activer de plus en plus quand la température du fer fondu autour et dans le plongeur approche de celle du reste du bain.
D'une manière générale, l'introduction de 1 kg de fer dans 100 kg de fer fondu refroidit le bain de fer fondu d'environ 150 C, de sorte que l'emploi d'un plongeur pesant environ 5 kg chargé de 1 kg de matière frittée réduit la température du bain de 90 à 100,1 C si le plongeur est maintenu dans le bain jusqu'à ce qu'il prenne la même température que celui-ci. En pratique, cependant, en retirant le plongeur immédiatement après que le magné- sium a quitté la matière frittée, le bain n'est pas refroidi autant.
Envisageons l'exemple suivant : on utilise 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 pesant 4,7 kg et ayant une capacité calorifique de 0,7 cal/OC. Il présente six ouvertures circulaires de 20 mm de dia mètre chacune dans sa paroi latérale.
On uti lise un disque fritté de poudre de fer pur, ayant un volume de pores de 40 % et conte- nant 15 % du poids du disque de magnésium, le disque ayant un diamètre de 100 mm et une épaisseur de 24 mm.
Le plongeur avec son disque sont immergés dans un bain de fer fondu à une température de 13900 C. Le ma gnésium a entièrement pénétré dans le bain après 90 secondes et le plongeur est retiré. Le bain est additionné de ferro-silicium, de la ma nière usuelle, et coulé.
On retrouve environ 55 % du magnésium dans le moulage, dans lequel les 75 % environ du graphite sont sous forme sphéroïdale.
Le taux d'utilisation réelle du magnésium et la production de graphite sphéroïdal sont pratiquement les mêmes quand on utilise un plongeur quelque peu similaire pesant 5,7 kg et ayant une capacité calorifique de 0,85 cal/0 C. Ce plongeur a les mêmes dimensions externes que le premier, mais sa paroi latérale est deux fois plus épaisse, de sorte que le dia mètre interne n'est que de 100 mm et que la matière frittée est en conséquence étroitement serrée dans le plongeur. Malgré les ouvertures dans la paroi latérale, la cavité n'est pas rem plie par le métal fondu.
En conséquence, la libération du magnésium prend plus de temps et nécessite un mouvement supplémentaire du plongeur dans le bain, et la distribution du magnésium dans le fer moulé n'est pas aussi bonne qu'avec le premier plongeur.
Quand on utilise un plongeur encore plus lourd de 100 mm de diamètre interne et con tenant un disque fritté de 100 mm de diamè tre, on n'obtient aucun succès quelconque dans des conditions par ailleurs similaires. Ce troisième plongeur a une paroi de 16 mm d'épaisseur et une profondeur de cavité de 80 mm, son poids étant de 9,3 kg et sa capa cité calorifique de 1,4 cal/ C. Après une mi nute, la température à l'intérieur du plongeur n'a- pas atteint le point d'ébullition du ma gnésium.
Ces résultats montrent qu'il est désirable d'assurer un libre mouvement de la matière frittée dans le plongeur et nécessaire d'empê cher un trop fort refroidissement local, c'est-à- dire d'éviter l'emploi d'un plongeur trop large, bien qu'il soit désirable cependant d'assurer initialement un refroidissement local.
Une basse température seule n'est pas né cessairement fatale, puisqu'en utilisant dans le premier plongeur un disque fritté de 30 mm d'épaisseur, mais identique par ailleurs aux autres disques, pour traiter un bain à 13000 C, le taux d'utilisation réelle du magnésium fut de 85 0/0:
Ce disque servait à introduire dans le bain une quantité de magnésium égale à 0,25 % du poids du bain, de sorte que le fer coulé contenait plus de 0,2 % de magnésium,
les 80 % du graphite étant sous forme sphé- roïdale. Le succès de cet essai montre que si l'on prend soin de permettre au métal fondu de s'écouler dans la cavité et de la remplir, une basse température peut être non seulement tolérée, mais peut conduire aussi à augmenter le taux d'utilisation réelle du magnésium.
On peut utiliser des plongeurs de graphite ou de céramique à la place de plongeurs d'acier. Ils ont une capacité calorifique infé rieure, de sorte que le cours de la réaction peut être réglé aussi par un choix approprié de la matière constituant le plongeur.
Une autre manière de régler la vitesse à laquelle le magnésium s'échappe de la matière frittée est d'utiliser une telle matière dans la quelle certains des pores à la surface sont totalement ou partiellement fermés, de sorte que pour un volume donné de magnésium, la surface à travers laquelle il peut s'échapper, est plus petite. De plus, par le choix de l'aire pour laquelle les pores sont ainsi bloqués, le magnésium peut être forcé à quitter la matière frittée principalement en des points choisis.
En particulier, en bloquant les pores à la par- tie supérieure de la matière et non à la partie inférieure, et en immergeant ensuite la partie inférieure de la matière dans le bain, de ma nière que tous les pores ouverts se trouvent dans le métal fondu, le taux d'utilisation réelle du magnésium peut être augmenté. En agis sant ainsi, il n'est même pas nécessaire d'im merger toute la matière frittée, mais celle-ci peut être plutôt posée sur la partie supérieure du métal fondu et maintenue là par une tige.
Le blocage des pores peut être assuré au moyen de graphite après que la matière frit- tée a absorbé le magnésium.
Comme indiqué plus haut, on peut utiliser un alliage de magnésium à la place du magné sium pur, bien que certains avantages du pro cédé selon l'invention soient naturellement perdus si l'alliage n'est pas riche en magné sium. Par exemple, on peut utiliser des ro- gnures d'alliage du type contenant 90 % ou plus de magnésium, le solde étant entièrement ou partiellement constitué par de l'aluminium, et il est préférable d'éviter l'emploi d'alliages contenant du zinc,
la forte pression de vapeur du zinc entravant le passage du magnésium dans le bain.
Si on utilise un alliage, il ne doit évidem ment contenir aucun des éléments connus pour être préjudiciables à la production de la forme sphéroïdale du graphite.
Il est particulièrement avantageux d'utili ser des alliages de magnésium contenant de 0,001 à 1 % de bérylium. Ces additions de bérylium diminuent l'inflammabilité du magné sium et rendent possible d'en imprégner la matière frittée sans utiliser un appareil com pliqué fournissant une atmosphère protectrice.
Dans un autre exemple, on utilise un dis que fritté de poudre de fer pur d'un diamètre de 100 mm et d'une épaisseur de 50 mm pour traiter 100 kg de fer fondu. La matière frit- tée a un volume de pores de 45 0% et est im prégnée d'un alliage de magnésium contenant 1,25 % d'Al et 0,1 % de Be, le solde étant du magnésium.
Elle contient ainsi environ 300 gr d'alliage de magnésium, et le magné sium dans la matière frittée se monte à 16,3 0/0 en poids. La matière frittée est immergée dans le bain à l'extrémité d'une barre, et tout le magnésium passe dans le bain en 90 secondes. La matière frittée est alors retirée du bain, au quel on ajoute ensuite du ferro-silicium avant le coulage, de la manière usuelle. Dans le fer moulé, les 95 % du graphite sont sous forme sphéroïdale.
Bien que le procédé selon l'invention soit particulièrement utile dans la production de la fonte grise contenant du graphite sphéroï- dal, il peut être utilisé pour introduire du ma gnésium dans d'autres qualités de fer, par exemple dans le fer pour fonte blanche, et qui est ensuite soumis à un traitement destiné à le rendre malléable.