CH323988A - Procédé de fabrication de fonte nodulaire - Google Patents

Description

  Procédé de     fabrication    de fonte     nodulaire       La présente invention concerne la fabrica  tion de fonte contenant du graphite     nodulaire.     



  On connaît des procédés et     traitements    per  mettant d'obtenir une fonte nodulaire. Ce ma  tériau contient du graphite qui est en partie ou  en totalité sous la forme nodulaire. En prin  cipe, ces procédés et traitements ont pour ré  sultat que la fonte retient de petites     quantités     d'agents de     nodulation,    par exemple de ma  gnésium et de cérium. On ajoute de façon clas  sique ces agents à la fonte, habituellement sous  la forme d'alliages, puis on inocule et moule le  fer ainsi obtenu.

   L'inoculation consiste à ajou  ter du silicium à la fonte, ce qu'on a réalisé  antérieurement, soit en procédant à des addi  tions en vrac de silicium ou d'alliages de sili  cium à la fonte contenue dans la poche de  coulée, soit en versant la fonte dans des po  ches de coulée contenant l'inoculant, soit par  d'autres moyens appropriés. Il a été démontré  qu'on peut augmenter le rendement de l'agent  de     nodulation    en ayant recours à des injections  gazeuses de l'agent plutôt qu'aux additions en  vrac utilisées antérieurement. Selon     cette    tech  nique, l'agent de     nodulation    sous forme conve  nable est broyé puis injecté au-dessous de la  surface du fer fondu dans un courant d'un gaz  inerte tel que l'argon.

   Après ce traitement, on    inocule la fonte à la manière classique et la  moule à l'état de fer nodulaire.  



  Bien qu'on ait     utilisé    avec succès ce traite  ment pour obtenir une fonte nodulaire, le ren  dement de l'inoculant, l'homogénéité du pro  duit et les pertes de chaleur au cours du trai  tement     laissent    quelque peu à désirer.  



  La présente invention se propose, en con  séquence, de fournir un procédé perfectionné  de fabrication de fonte contenant du graphite  nodulaire.  



  Ce procédé qui comporte     l'entraînement     d'un agent de     nodulation        pulvérulent    dans un  courant de gaz inerte et     l'injection    du gaz  chargé de poudre dans un bain de fonte fon  due, est     caractérisé    en ce que le gaz entraîne  un inoculant en même temps que l'agent de     no-          dulation..    Si on le désire, le     gaz    peut entraîner  en outre un diluant réfractaire.

   L'invention  comprend également un mélange pulvérulent  convenant à la mise en     oeuvre    du procédé, ainsi  qu'une fonte dont la teneur tant en soufre  qu'en agent de     nodulation    est inférieure à  0,01 01o, obtenue     par    le procédé     selon    l'inven  tion.  



  Parmi les agents de     nodulation    qui peu  vent avantageusement être appliqués dans le  présent procédé, on peut mentionner le ma-           gnésium,    le     magnésium-ferrosilicium,    le     cé-          rium-magnésium-ferrosilicium,    et les oxydes de  terres     rares.    Il convient de     remarquer    que ces  agents de     nodulation    eux-mêmes     peuvent    con  tenir du silicium, qui est un inoculant.

   Toute  fois, du fait du taux élevé de rétention des ma  tières de     nodulation    auquel on parvient en ap  pliquant la technique par     injection,    il est  nécessaire ordinairement d'avoir recours à une  inoculation supplémentaire de la fonte     afin    de       fournir    une quantité     suffisante    de silicium.  



  L'inoculant appliqué     dans    le procédé peut  consister en toute matière     contenant    du sili  cium, ordinairement appliquée à cet     effet    en  métallurgie. Parmi ces matières qui se sont  avérées     comme    étant les plus efficaces, on peut  mentionner le silicium et les     alliages    de     silicium     tels que le silicium calcique et le     ferrosilicium.     



       L'injection    de matières à     point    de fusion  relativement bas dans la fonte fondue consti  tue une opération     difficile,    attendu qu'une telle  matière tend à se ramollir et à obstruer l'appa  reillage.     Afin    d'empêcher cette obstruction, on  peut avoir recours à un diluant à point de fu  sion élevé. Une matière convenant à cet     effet     est le carbure de calcium qui n'a pas     d'effet     nuisible sur la fonte. On peut également utili  ser comme diluants d'autres matières réfractai  res, telles que la magnésie, qui     n'exerce    pas  d'effet nuisible sur la fonte.  



  L'agent de     nodulation,    l'inoculant et le di  luant réfractaire, dans le cas où on l'utilise,  sont broyés de préférence à une dimension in  férieure à 0,84     mm        environ.    Les matières  broyées sont entraînées dans un courant de gaz  inerte, de préférence d'argon ou autre gaz  monoatomique, et injectées dans la fonte fon  due par un tube en graphite ou fer.

   On a cons  taté que les taux de débit des particules sus  ceptibles d'être adoptés dépendent     dans    une  certaine mesure de la masse de métal dans la  quelle on injecte le courant de gaz chargé de       particules.    Dans des poches de coulée conte  nant 136 kg environ de métal, on a maintenu  de façon satisfaisante un taux de débit de  0,9 kg environ de     particules        par    minute. Dans  des poches plus grandes, d'une contenance al  lant jusqu'à plusieurs     milliers    de     kilos,    on peut    adopter des taux de débit de 4,5 kg.

   Outre la  dimension de la poche, la composition de la  poudre constitue un     facteur    important     dans    la  détermination des taux de débit. De façon gé  nérale, dans     le    cas où l'agent de     nodulation     consiste en magnésium élémentaire ou     allié,    on  peut adopter un taux de débit de 0,45 kg de  magnésium par minute. La quantité totale de  poudre est évidemment plus grande lorsque le  magnésium est sous forme     d'alliage    que lors  qu'il est sous la forme     élémentaire.     



  Dans un essai portant sur 136 kg de fonte,  on a obtenu du fer nodulaire en     appliquant    le  présent procédé. On a entraîné un mélange       pulvérulent        de        45        %        de        carbure        de        calcium,

            45        %        de        silicium        calcique        et        10        %        d'oxydes     de terres rares dans un courant d'argon qu'on  a introduit dans le fer fondu par     un    tube en  graphite.

   On a maintenu un taux de débit de  0,9 kg environ de poudre par minute jusqu'à       ce        qu'on        ait        ajouté        1,33        '%        de        la        poudre.        On    a  coulé le fer traité sans aucun autre traitement  et constaté qu'il contenait du graphite nodu  laire.  



  Dans un autre essai, on a ajouté un mé  lange par parties égales de carbure de calcium,  de     ferrosilicium    au magnésium et de     ferro-          silicium    à la fonte fondue, en     appliquant    des  techniques analogues. On a obtenu une fonte       nodulaire        pour        une        addition        de        0,36        %        du        mé-          lange.     



  Dans un autre cas, on a ajouté à la fonte       un        mélange        de        50        %        de        carbure        de        calcium,

            de        30        %        de        silicium        calcique        et        de        20        1%        de          cérium-magnésium-ferrosilicium.    Une addition       de        0,

  93        %        de        ce        mélange    a     suffi        pour        obtenir     de la fonte nodulaire à la coulée.  



  Le rendement du présent procédé est mis  en évidence par les taux de rétention élevés des  constituants de la poudre ajoutée. Par exem  ple, la rétention du silicium est comprise entre       75        et        100        1%        dans        la        mise        en        aeuvre        du        pro-          cédé.     



  Dans     certains    cas, il peut être avantageux  d'obtenir une fonte nodulaire contenant des  quantités d'agents de     nodu,lation    inférieures à  celles prescrites par l'ancienne technique pour      les fontes présentant des propriétés physiques  analogues.  



  On y arrive en obtenant une fonte fondue       dont        la        teneur        en        soufre        est        inférieure    à     0,01        %     et en traitant la fonte par un agent de modu  lation. Les fontes ainsi obtenues, lorsqu'on ap  plique le magnésium à titre d'agent de modu  lation, présentent une structure entièrement  nodulaire, avec une teneur en magnésium     re-          tenu        inférieure    à     0,01        %.     



       La        réduction    à     moins        de        0,01        '%        de        la        te-          neur    en soufre des fontes classiques présente  certaines difficultés. On y remédie en désoxy  dant la fonte avant de la     désulfurer,    ce qu'on  peut     obtenir    en ajoutant un désoxydant, par  exemple un     alliage    de calcium-silicium ou de  l'aluminium à la fonte fondue au moment où  on l'évacue du cubilot ou de l'avant-creuset.

    On a constaté qu'une quantité de désoxydant       égale    à     0,1        %        en        poids        du        métal        traité        donne     des résultats tout à fait satisfaisants.  



  On fait suivre le traitement de désoxyda  tion de la fonte par un traitement de     désulfu-          ration,    qu'on réalise de préférence en injectant  dans la fonte fondue une certaine quantité de  carbure de calcium en poudre     entramé    dans  un courant de gaz inerte, par exemple d'argon.

      Grâce à la désoxydation et     désulfuration    com  binées de la fonte, la teneur en soufre est     ré-          duite    à     0,01        %        ou        moins,        de        préférence        entre     0,005 0/<B>0</B><I>et 0,01</I> 0/0.  



  On ajoute l'agent de modulation et l'inocu  lant après avoir réglé la teneur en soufre de  la fonte. Pour obtenir les meilleurs résultats,  on préfère adopter une proportion d'agent de  modulation retenu dans la fonte comprise entre       0,005        %        et        0,01%.     



  On a analysé et soumis aux essais un cer  tain nombre d'échantillons de la fonte obtenue  par le procédé selon l'invention, avec les ré  sultats qui sont consignés dans le tableau     ci-          dessous.    Dans chaque cas, on avait désoxydé  la fonte fondue avec du     silicium    calcique, puis  on l'avait     désulfurée    à l'aide de carbure de cal  cium selon la manière préférée.

   Le tableau  donne la     teneur    en soufre avant le     traitement     de modulation, lequel a consisté à injecter sous       forme    pulvérulente un alliage de     cérium-          magnésium-ferrosilicium.    Le tableau donne     les     quantités de cérium et de     magnésium    ajoutées  au fer et celles de chacun de ces corps qui ont  été retenues. Le tableau     donne        également    la  résistance à la traction et une brève descrip  tion de la microstructure du fer.

    
EMI0003.0067     
  
    Coulée <SEP> Teneur <SEP> Addition <SEP> ( /o) <SEP> Résiduel <SEP> ( /o)
<tb>  N  <SEP> en <SEP> S <SEP>  /o <SEP> Mg <SEP> Ce <SEP> Mg <SEP> Ce
<tb>  1 <SEP> 0,006 <SEP> 0,020 <SEP> 0,001 <SEP> 0,007 <SEP> 0,0006
<tb>  2 <SEP> 0,007 <SEP> 0,030 <SEP> 0,0015 <SEP> 0,005 <SEP> 0,0007
<tb>  3 <SEP> 0,006 <SEP> 0,030 <SEP> 0,0015 <SEP> 0,006 <SEP> 0,0008
<tb>  4 <SEP> 0,006 <SEP> 0,030 <SEP> 0,0015 <SEP> 0,005 <SEP> 0,0007
<tb>  5 <SEP> _ <SEP> 0,006 <SEP> 0,040 <SEP> 0,002 <SEP> 0,008 <SEP> 0,0009
<tb>  Résistance
<tb>  Coulée <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> Microstructure
<tb>  N  <SEP> (kg/cm\)
<tb>  1 <SEP> 4077 <SEP> 40% <SEP> <B>601)

  /o</B>
<tb>  2 <SEP> 5083 <SEP> <B>800/0</B> <SEP> 20'%
<tb>  3 <SEP> 4837 <SEP> <B>800/0</B> <SEP> 20%
<tb>  4 <SEP> 4619 <SEP> 75% <SEP> 25%
<tb>  5 <SEP> 5413 <SEP> <B>1000/0</B>
<tb>  x <SEP> Nodules.
<tb>  a- <SEP> Paillettes <SEP> agglomérées.         Il résulte de ce tableau qu'on peut obtenir  de la fonte présentant une structure     graphiti-          que    entièrement nodulaire avec une quantité  retenue d'agent de     nodulation    inférieure à       0,01        %.        Ce        fait,

          joint        aux        économies        résultant     de l'application des techniques d'injection, con  duit à la production d'une fonte à l'aide     d'u.ne     mise en     oeuvre    de matières sensiblement moin  dre que celles nécessitées par l'ancienne tech  nique.  



  Le mélange pulvérulent qui est entraîné  dans un gaz inerte et injecté dans le bain de  fonte fondue contient d'ordinaire, en plus de  l'agent de     nodulation    et de l'inoculant, une ma  tière     qui    ne fond pas à la température du bain.  Ce diluant réfractaire sert à empêcher l'obs  truction de l'appareillage par les autres cons  tituants du mélange qui fondent ou se ramol  lissent à cette température. Parmi les diluants  satisfaisants, on peut mentionner le carbure de  calcium, la magnésie et l'oxyde de calcium.

    Bien que la quantité de diluant nécessaire     dans     le mélange dépende, par exemple, de la tem  pérature du fer, de la vitesse des particules et  de la profondeur de l'injection, un mélange       contenant        entre        40        et        70        %        en        poids        de        diluant     donne en général satisfaction.  



  Le magnésium et le cérium constituent des  agents de     nodulation    recommandés. On peut  les appliquer soit seuls, soit en mélange mutuel,  et ils sont, de préférence, présents sous forme  d'alliage. Le     magnésium-ferrosilicium    et le     cé-          rium-magnésium        ferrosilicium    sont des exem  ples de matières contenant des agents de modu  lation qui ont     donné    d'excellents résultats dans  le mélange.  



  Pour inoculer la fonte, le silicium doit être  présent, par exemple sous forme d'alliage tel  que le     ferrosilicium    ou le silicium     calcique.    Une  partie, au moins, du silicium nécessaire peut  être     alliée    avec l'agent de modulation comme,  par exemple, dans le     magnésium-ferrosilicium.     La quantité d'inoculant     nécessaire    dans le mé  lange est évidemment moindre lorsque le fer en  cours de traitement a une     ten--ur    élevée en sili  cium.

   Pour obtenir les meilleurs résultats, la  quantité d'inoculant dans le mélange doit     être       de 7 à 20 fois supérieure en poids à     celle    de  l'agent de     nodulation.     



  Un mélange pour exécuter     l'invention    qui  a donné d'excellents résultats a la composition       suivante    :     60        %        de        carbure        de        silicium,        15        %          de        cérium-magnésium-ferrosilicium        et        25        %        de          silicium    calcique.

   Dans ce mélange, le     cérium-          magnésium-ferrosilicium    avait une teneur en       silicium        de        50        %        et        une        teneur        combinée        en          cérium        et        magnésium        de        10        %.        Le        calcium-          ferrosilicium    a  <RTI  

   ID="0004.0079">   une        teneur        de        60        %        en        silicium.     



  On broie les constituants et le mélange de  façon à obtenir un mélange sensiblement ho  mogène. Les particules broyées doivent avoir  une dimension telle qu'elles puissent facile  ment être entraînées dans le courant gazeux.  Des particules d'une dimension inférieure à  3,18 mm ont donné d'excellents résultats.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS I. Procédé de fabrication de fonte nodu laire, comportant l'entraînement d'un agent de nodulation pulvérulent dans un courant de gaz inerte et l'injection dans un bain de fonte fon due du gaz chargé de poudre, caractérisé en ce qu'un inoculant est entraîné dans le gaz en même temps que l'agent de nodulation. II. Mélange pulvérulent pour la mise en muvre du procédé selon la revendication I, ca ractérisé en ce qu'il comprend un agent de mo dulation et un inoculant. III.

   Fonte obtenue par le procédé selon la revendication I, caractérisée en ce qu'elle con tient du graphite nodulaire, en ce qu'elle a une teneur en soufre inférieure à 0,01 0/0, et en ce qu'elle contient moins de 0,01 % de l'agent de modulation. SOUS-REVENDICATIONS 1. Procédé selon la revendication I, carac térisé en ce qu'un diluant réfractaire est en traîné dans le gaz en même temps que l'agent de modulation et l'inoculant. 2.

   Procédé selon la revendication I et la sous-revendication 1, caractérisé en ce qu'on injecte dans le bain un mélange pulvérulent de magnésium à titre d'agent de modulation, du silicium à titre d'inoculant, et un diluant ré fractaire. 3. Procédé selon la revendication I et les sous-revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le magnésium et le silicium sont présents dans le mélange sous la forme d'alliages. 4. Procédé selon la revendication I et les sous-revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on injecte dans le bain un mélange pulvéru lent de cérium-magnésium-ferrosilicium à titre d'agent combiné de modulation et d'inoculant, et de carbure de calcium à titre de diluant ré fractaire. 5.

   Procédé selon la revendication I, carac- térisé en ce qu'on abaisse à 0,01% au maxi- mum la teneur en soufre de la fonte fondue avant d'injecter le gaz chargé de poudre, la quantité d'agent de modulation injectée étant suffisante pour laisser moins de 0,010/0 d'agent de modulation résiduel dans la fonte obtenue de moulage. 6.

   Procédé selon la revendication I et la sous-revendication 5, caractérisé en ce qu'on réduit la teneur en soufre du bain fondu en le désoxydant et en y introduisant du carbure de calcium. 7. Procédé selon la revendication I et les sous-revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le carbure de calcium est introduit par in jection de la matière pulvérisée dans un cou rant de gaz inerte. 8. Mélange pulvérulent selon la revendica tion II, caractérisé en ce qu'il contient un di luant réfractaire. 9. Mélange pulvérulent selon la revendica tion II, caractérisé en ce qu'il contient des éléments d'alliage. 10.

   Mélange pulvérulent selon la revendi cation II et la sous-revendication 8, caracté- risé en ce qu'il contient 40 à 70 % en poids d'un diluant réfractaire, un agent de modula tion, et un inoculant en quantité en poids de 7 à 20 fois supérieure à celle de l'agent de modulation. I1.

   Mélange pulvérulent selon la revendi cation II et la sous-revendication 8, caracté- risé en ce qu'il contient de 40 à 70 % en poids de carbure de calcium, du magnésium-ferro- silicium, et du silicium calcique,

   la quantité totale de silicium contenue dans le mélange étant en poids de 7 à 20 fois supérieure à celle du magnésium. 12. Mélange pulvérulent selon la revendi cation II et la sous-revendication 8, caracté- risé en ce qu'il contient 40 à 70 % en poids de carbure de calcium, du cérium-magnésium- ferrosilicium,

   la quantité totale de silicium contenue dans le mélange étant en poids dé 7 à 20 fois supérieure à la quantité combinée de magnésium et de cérium.