<B>Procédé et installation pour le traitement</B> d'alliages <B>ferreux</B> La présente invention est relative au trai tement d'un alliage ferreux, notamment de la fonte et de l'acier, par l'introduction dans l'al liage ferreux liquide d'au moins un élément d'addition très oxydable et à basse tempéra ture de vaporisation, tel que magnésium, cé rium, calcium, etc., soit en vue d'une simple désulfuration de cet alliage, soit pour l'obten tion d'une fonte à graphite sphéroïdal ou d'un alliage spécial à haute teneur en l'un ou plu sieurs de ces éléments.
Ces éléments d'addition étant des corps très oxydables et à basse température de vapo risation par rapport à la température de l'al liage ferreux liquide, il en résulte que, malgré les précautions qui ont déjà pu être prises sui vant divers procédés connus pour l'introduction de ces éléments, telles que le fait d'opérer en présence d'une atmosphère neutre vis-à-vis de l'élément d'addition ou une alimentation for cée de l'élément d'addition au sein de l'alliage ferreux, combinée ou non avec l'atmosphère neutre, les pertes par vaporisation et/ou com bustion de l'élément d'addition sont considéra bles et pratiquement incontrôlables.
Il en ré sulte, finalement, que pour une quantité don née totale d'élément introduit, il subsiste dans tous les cas et avec tous les procédés connus une grande incertitude sur la teneur finale de l'alliage en élément d'addition. Ceci est tellement vrai qu'en pratique, d'une coulée à l'autre, on constate dans les al liages obtenus des différences de comportement et de caractéristiques considérables, obligeant à un contrôle permanent de toutes les coulées avec la nécessité de prendre des marges de sécurité importantes.
L'invention permet de remédier aux incon vénients des procédés connus et d'obtenir, à coup sûr, les compositions désirées.
Elle est caractérisée en ce qu'on introduit séparément l'élément d'addition et une poche contenant l'alliage fondu dans une cuve sus ceptible de résister à une pression interne, on ferme cette cuve, on y introduit un gaz sous pression pour y élever la pression à une valeur au moins égale à la tension de vapeur dudit élément d'addition à la température de l'alliage fondu et l'on mélange par un brassage énergi que l'alliage fondu et l'élément d'addition, tout en maintenant la pression.
Le titulaire a constaté que, grâce à ce pro cédé perfectionné, on diminue considérable ment la proportion de perte en élément d'ad dition par vaporisation et/ou combustion par rapport à la quantité totale d'élément intro duit.
Il en résulte que la teneur de l'alliage traité en élément d'addition est beaucoup moins in fluencée par les pertes que dans les procédés connus et qu'on peut, à l'avance, pour une te neur désirée, connaître avec une précision suffisante, la quantité totale d'élément d'addi tion à introduire, compte tenu des petites per tes, impossibles à éviter, dues à une évapora tion partielle en élément d'addition au cours du traitement -et des légères condensations sur les parois du récipient de traitement.
L'invention concerne également une ins tallation pour la réalisation dudit procédé et caractérisée en ce qu'elle comporte une cuve pourvue d'une ouverture à fermeture étanche pour l'introduction d'une poche contenant l'al liage à traiter et du ou des éléments d'addition, un dispositif pour créer une pression sur cet alliage dans ladite cuve après sa fermeture étanche et des moyens pour assurer le brassage dudit alliage et du ou desdits éléments.
Au dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple la fig. 1 est une vue en élévation, avec coupe partielle, d'une forme d'exécution de l'installation susdite ; la fig. 2 est une coupe horizontale suivant la ligne 2-2 de la fig. 1 montrant la cuve de pression ouverte ; la fig. 3 est une vue, à plus grande échelle, de la cloche à immersion de l'élément d'addi tion ; la fig. 4 est une vue partielle en élévation d'une première variante avec dispositif de bras sage par induction ; la fig. 5 est une vue analogue d'une deuxième variante ;
la fig. 6 est une vue en perspective de la cloche à immersion de cette deuxième variante ; la fig. 7 est une vue en élévation partielle d'une troisième variante ; les fig. 8 et 9 sont des coupes horizontales suivant les lignes 8-8 et 9-9 de la fig. 7, mais à plus grande échelle ; la fig. 10 est une vue d'ensemble, avec ar rachement partiel, d'une autre forme d'exécu tion de l'installation pour l'application du pro cédé suivant l'invention ; la fig. 11 est une coupe suivant la ligne 11-11 de la fig. 10 ;
la fig. 12 est une vue en plan, avec arra chement partiel, suivant la ligne 12-12 de la fig. 10 ; la fig. 13 est une vue d'ensemble d'encore une autre forme d'exécution de l'installation. Dans l'exemple d'exécution représenté aux fig. 1 à 3, un bâti 1 en fer profilé, en forme générale de U, est scellé dans une fosse 2. Sur la base de ce bâti est fixé un vérin à simple effet 3 dont le piston 4 est muni, à sa partie supérieure, d'un plateau 5 sur lequel re pose une cuve 6 en acier.
Sur la face inférieure du piston 4 est admis un fluide sous pression, alimenté par un con duit 7 relié, d'une part, au vérin 3 et, d'autre part, à un robinet à trois voies 8 comportant un orifice d'évacuation 9 et un orifice d'admis sion de fluide sous pression 10.
La cuve 6 est susceptible d'être obturée, d'une manière étanche à sa partie supérieure, au moyen d'un couvercle 11, fixé sur un cadre 12 pivotant dans un plan horizontal autour d'un pivot 13 solidaire d'une pièce 13a fixée à l'ex trémité supérieure de l'une des branches verti cales du bâti 1. L'autre extrémité de ce cadre comporte une rainure en T, 14, dans laquelle peut s'engager la tête correspondante d'une pièce 15 fixée à l'autre branche du bâti, de manière à former un quadrilatère indéfor mable.
Sur la face supérieure du cadre 12 est fixé un chevalet 16 supportant un vérin à double effet 17 dans le corps duquel se déplace un piston relié à une tige verticale 18 traversant d'une manière étanche la partie supérieure du couvercle 11.
Cette tige 1.8 est prolongée, au moyen d'un manchon 181, (fig. 1 et 3), par une tige 19 à l'extrémité de laquelle est fixée une cloche 20 en graphite ou en métal ferreux convenable ment revêtu d'un enduit réfractaire. Cette clo che comporte quelques orifices 21, disposés à sa partie supérieure. L'ouverture inférieure de ladite cloche est obturée de manière amovible au moyen d'une grille 22 maintenue par une tige 22a traversant la cloche de part en part.
Aux deux extrémités du vérin 17 aboutis sent deux conduits 23 et 23,1 susceptibles d'être mis en communication par un distribu teur à tiroir 24, avec un conduit d'admission 25 de fluide sous pression, par exemple d'air, ou un conduit d'évacuation 26. Le tiroir est actionné, par exemple, à l'aide d'un électro aimant 27 dont le circuit comporte un inter rupteur 28.
Dans la cuve 6 est prévu un orifice 29 relié, par une tuyauterie 30 et un robinet 31,à un réservoir 32 de gaz comprimé à une haute pression, supérieure à 20 kg/cm . Ce gaz peut avantageusement être un gaz inerte tel que de l'argon. A ce réservoir 32 aboutit un conduit 33 relié à un robinet à trois voies 34 compor tant un orifice 35 ouvrant sur l'atmosphère et un orifice 36 relié par un conduit 37 à l'ori fice de sortie d'un compresseur 38.
Par ailleurs, le couvercle 11 comporte, à sa partie supérieure, un orifice 39 relié par une tuyauterie 40 à un robinet 41 à trois voies dont un orifice 42 débouche à l'extérieur, tandis que l'autre 43 est relié par un conduit 43a à un réservoir 44 dans lequel règne une basse pres sion de l'ordre de 1 kg/cm2.
Ce réservoir comporte un orifice de sortie 45, relié à travers un robinet d'arrêt 46 par une tuyauterie 47 à l'orifice d'entrée du compres seur 38.
Le fonctionnement de l'installation est le suivant Le couvercle 11 étant ôté (fig. 2), on des cend dans la cuve une poche 48 contenant une certaine quantité de fonte ou autre alliage li quide 49 à traiter, cette poche est centrée dans un trou 50 ménagé dans le fond de la cuve 6 et ayant des dimensions correspondant à celles de la poche 48.
Avant de refermer le couvercle 11, on ôte la tige 22a de la cloche 20 et l'on retire le grillage 22. Sur ce grillage, on dispose une plaque d'amiante 52 et la quantité de magné sium et/ou autre élément d'addition nécessaire au traitement. Ce ou ces éléments sont intro- duits sous forme, de préférence, de petits blocs cubiques 53 de l'ordre d'une trentaine de milli mètres de côté. Puis on replace la tige 22a et l'on referme la cloche 22.
On fait ensuite pivoter le cadre 12 de ma nière à l'engager sur la tête de la pièce 15, ce qui bloque en hauteur le couvercle 11.
Par la manaeuvre du robinet 8, la pression est ensuite admise dans le vérin 3, ce qui fait monter la cuve 6 qui vient s'appliquer de ma nière étanche sur ledit couvercle 11.
On procède ensuite à l'évacuation de l'air contenu dans la cuve 6 en ouvrant légèrement le robinet 31 du réservoir 32 vers la cuve, le robinet à trois voies 41 étant ouvert sur l'ex térieur. Lorsque la cuve ne contient plus d'air, on ferme le robinet 4.1 et l'on admet la pleine pression d'argon dans la cloche de manière que cette pression soit supérieure ou au moins égale à la tension de vapeur de l'élément d'addition ou de la tension la plus forte dans le cas de plusieurs éléments d'addition, à la température au moment de l'addition. Bien entendu, la pression admise au vérin 3 doit être suffisante pour éviter des fuites au joint entre la cuve et son couvercle.
On actionne ensuite le vérin pneumatique 17 par la fermeture de l'interrupteur 28, de manière à faire descendre la tige 18 et la clo che 20 dans le métal liquide. La course du vérin est choisie telle que, en position infé rieure, la cloche 20 est à proximité du fond de la poche 48.
En fermant et ouvrant alternativement l'in terrupteur 28, on peut faire monter et descen dre la cloche dans le métal liquide ; cette opé ration répétée plusieurs fois au cours de l'ad dition permet de réaliser un brassage énergique du métal liquide.
Lorsque le (ou les) élément d'addition ar rive au contact du métal liquide, il fond et tend à se vaporiser. Mais, comme la pression ré gnant dans la cuve est supérieure à la tension de vapeur de cet élément à la température con sidérée, il reste liquide. En raison de sa faible densité par rapport à celle de l'alliage traité, l'élément liquide tend à surnager et les plongées successives de la cloche 20 dans le métal assu- rent le mélange intime dudit élément avec la totalité de l'alliage contenu dans la poche.
Lorsque l'opération est terminée, on relève une dernière fois la cloche 20. On ferme l'ar rivée d'argon par le robinet 31 et l'on ouvre le robinet 41 vers le réservoir 44, le robinet 46 étant fermé.
Ce réservoir doit avoir une capacité suffi sante pour que, après détente de l'argon con tenu dans la cuve, la pression résiduelle soit négligeable (de l'ordre de 1 kg/cm=). On peut alors ouvrir le couvercle 11 et retirer la poche traitée pour effectuer la coulée.
Bien entendu, lorsque le traitement est ter miné, on opère la récupération de l'argon. Pour ce faire, on ferme le robinet 41, on ouvre le robinet 46 et l'on met en route le compresseur 38 qui aspire le gaz du réservoir 44 et le re- comprime dans la bouteille 32. Par l'orifice 35 du robinet 34, on peut injecter dans la bouteille 32 un complément de gaz sous pression en vue de compenser les pertes inévitables qui se pro duisent au bout d'un certain temps.
On donnera ci-après quelques exemples d'essais du procédé suivant l'invention et qui montrent bien que les résultats recherchés ne sont obtenus que pour une pression de traite ment au moins égale à la tension de vapeur de l'élément d'addition à la température de trai tement. Dans tous ces exemples, on a traité 200 kg de fonte et d'addition est du magné sium pur ajouté à raison de 0,10 0/0, soit 200 g.
<I>Exemple 1</I> On a traité une fonte ayant la composition suivante en poids en dehors du fer
EMI0004.0013
carbone <SEP> <B>....</B> <SEP> 3, <SEP> 75%
<tb> silicium <SEP> <B>....</B> <SEP> 1, <SEP> 70,%
<tb> manganèse <SEP> . <SEP> . <SEP> 0, <SEP> 08%
<tb> phosphore <SEP> . <SEP> . <SEP> 0, <SEP> 04%
<tb> soufre <SEP> <B>......</B> <SEP> 0,032% La température de la fonte lors de son in troduction dans la poche 48 était de 1440 C lue au pyromètre optique sans correction d'émissivité (soit approximativement une tem pérature vraie de 15000 C).
L'opération de mélange a duré 2 minutes, la pression d'argon ayant été maintenue à une valeur réduite comprise entre 3 et 5 kg.
Pendant ce temps, la cloche 20 a effectué 15 aller et retour.
La fonte, à la fin de l'opération, était à la température lue de 1315 C.
L'analyse de la fonte a révélé que la quan tité de magnésium retenue était de 0,01 0/0, tandis que la teneur finale en soufre était de 0,017%. Si l'on définit le rendement en magnésium par l'expression
EMI0004.0016
où le coefficient i' représente le rapport entre les poids atomiques respectifs du magnésium et du soufre, on obtient pour l'exemple précité un rendement faible de 11 % environ.
L'examen micrographique révèle une struc ture de graphite lamellaire et des caractéristi ques mécaniques équivalentes à celles d'une fonte grise courante.
<I>Exemple 2</I> On a traité une fonte de composition sui vante en plus du fer
EMI0004.0027
carbone <SEP> <B>....</B> <SEP> 3, <SEP> 80%
<tb> silicium <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 1, <SEP> 75%
<tb> manganèse <SEP> . <SEP> . <SEP> 0, <SEP> 07,%
<tb> phosphore <SEP> . <SEP> . <SEP> 0, <SEP> 04%
<tb> soufre <SEP> . <SEP> . <SEP> _ <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,026% La température lue de la fonte au début de l'opération était de 1420 C.
L'opération de mélange a duré 1 minute 30, la pression d'argon ayant été maintenue entre 9 et 10 kg/cm=, c'est-à-dire encore bien au- dessous de la tension de vapeur du magnésium à ladite température, tension qui est d'environ 13 kg/cm2 d'après la formule de Clapeyron, pour le magnésium
EMI0005.0002
T étant la température absolue (Ref. Basic. Open Hearth Steelmaking, édition 1951, p. 537).
L'analyse chimique a montré que la teneur en magnésium était de 0,010/0 et la teneur fi nale en soufre de 0,008 0/0.
Le rendement en magnésium était de 23 toutefois, en raison de la teneur insuffisante en magnésium retenu, le graphite était toujours sous forme lamellaire.
<I>Exemple 3</I> On a traité une fonte de composition sui vante en plus du fer
EMI0005.0006
carbone <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 3,73 <SEP> 0/0
<tb> silicium <SEP> <B>....</B> <SEP> 1,72%
<tb> manganèse <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,07%
<tb> phosphore <SEP> . <SEP> 0,04 <SEP> %
<tb> soufre <SEP> <B>......</B> <SEP> 0,03% La température lue de la fonte au début de l'opération était de 1450 C.
L'opération a duré 1 minute 30, la pres sion d'argon étant maintenue entre 11,5 et 12,6 kg/cm , c'est-à-dire légèrement au-dessous de la tension de vapeur du magnésium (13 kg/cm2).
La température finale lue était de 1280,) C. L'analyse chimique a révélé une teneur en magnésium résiduel de 0,03 % et une teneur finale en soufre de 0,010 '0/0.
Le rendement en magnésium était de 45 0/0 et, au microscope, on a observé un mélange de graphite sphéroïdal et de graphite lamellaire. <I>Exemple 4</I> On a traité une fonte de composition sui vante en plus du fer
EMI0005.0018
carbone <SEP> . <SEP> 3, <SEP> 74%
<tb> silicium <SEP> <B>....</B> <SEP> 1, <SEP> <B>700/0</B>
<tb> manganèse <SEP> . <SEP> . <SEP> 0, <SEP> 08%
<tb> phosphore <SEP> . <SEP> 0, <SEP> 04%
<tb> soufre <SEP> . <SEP> . <SEP> 0,036% La température lue de la fonte au début de l'opération était de 1465 Cet sa teneur en soufre de 0,036 0/0..
L'opération a duré 2 minutes avec une pression d'argon comprise entre 16 et 19 kg/ cm2, c'est-à-dire supérieure à la tension de va peur du magnésium (13 kg/cm2).
La température finale lue était de 13000 C. L'analyse a révélé une teneur en magné- sium retenu de 0,04 % et une teneur finale en soufre de 0,007 0/0.
Le rendement était alors de 67 0/0 et le gra phite était sphéroïdal.
Cette fonte a été, suivant une technique connue, inoculée avec 1 % de ferro-silicium à 75 % de silicium, ce qui a donné une teneur finale en silicium de 2,
43 %. Une éprouvette de 25 mm d'épaisseur, coulée en sable sec, à partir de la fonte ainsi obtenue, présentait, à l'état brut de. coulée, une résistance à la trac tion de 76 kg/cm2,
un allongement à la rup- ture de 4 % et une dureté Brinell de 229. <I>Exemple S</I> On a traité une fonte ayant la composition suivante en plus du fer
EMI0005.0068
carbone <SEP> <B>....</B> <SEP> 3, <SEP> 75 <SEP> 0/0
<tb> silicium <SEP> <B>....</B> <SEP> 1, <SEP> <B>800/0</B>
<tb> manganèse <SEP> . <SEP> . <SEP> 0, <SEP> 07%
<tb> phosphore <SEP> . <SEP> . <SEP> 0, <SEP> 04%
<tb> soufre <SEP> ...... <SEP> 0,031% La température lue de la fonte au début de l'opération était de 14700 C.
L'opération a duré 2 minutes en présence d'azote, la pression d'azote étant comprise entre 16 et 18 kg/cm2.
L'analyse a révélé une teneur en magné- sium retenu de 0,05 % et une teneur finale en soufre de 0,007 0/0.
Le rendement était alors de 70 '% environ et l'examen micrographique a révélé un gra phite sphéroïdal ; les propriétés mécaniques de la fonte à l'état brut de coulée étaient sensible ment équivalentes à celles de la fonte obtenue suivant l'exemple 4.
Les exemples 4 et 5 ci-dessus montrent que l'application du procédé suivant l'invention per- met d'obtenir des teneurs en magnésium assu rant la présence du graphite sous forme sphé- roïdale, grâce à des additions en magnésium extrêmement faibles de 0,10 %. En outre, l'em- ploi du magnésium à l'état pur assure une fa brication économique.
Bien entendu, le brassage de la fonte ou autre alliage ferreux au cours du traitement peut être réalisé par d'autres moyens que celui dé crit à propos du premier exemple.
A là, fig. 4 est représentée une première variante dans laquelle le brassage est obtenu par induction électrique, comme déjà connu en soi. A cet effet, la cuve 6a est pourvue intérieu rement, d'un enroulement 54 convenablement isolé de la paroi de la cuve et relié à un géné rateur à haute fréquence 55. Le reste de l'ins tallation est identique à celui de la fig. 1.
A noter qu'en raison du brassage obtenu grâce à l'enroulement 54, il n'est pas néces saire de déplacer pendant le traitement la clo che contenant le ou les éléments d'addition.
Les fig. 5 et 6 sont relatives à une autre variante dans laquelle la tige 18v du vérin 17 supporte un moteur 56 qui entraîne en rota tion la tige 19v. La cloche 20b (fig. 6) est pour vue d'ailettes latérales 57, de sorte que, lors de l'introduction de la cloche dans l'alliage à trai ter, le brassage est réalisé grâce à l'entraîne ment en rotation de cette cloche. Dans cette variante, le reste de l'installation est identique à celui du premier exemple.
Les fig. 7 à 9 représentent une autre va riante dans laquelle la cuve 60 a des dimensions suffisantes pour recevoir deux poches super posées, dont une poche inférieure 58 au fond de laquelle est disposé le magnésium en mor ceaux 53. Le garnissage de cette poche com porte des saillies 59 retenant un grillage 60 comportant des échancrures 61, destinées à co opérer avec lesdites saillies 59.
Le magnésium est déposé au fond de la poche 58 et le grillage est mis en place, les échancrures étant en regard des saillies. Une simple rotation à gauche ou à droite permet de verrouiller le grillage 60. Au-dessus de la poche 58 est placée une poche 62 à .quenouille 63 dont le levier 64 peut être actionné par un plateau 65, fixé au bout de la tige 18 du vérin 17c'. La course de ce vérin est, bien entendu, appropriée au déplacement du levier 64.
Après avoir purgé et mis la cuve 6c sous pression comme dans l'exemple de la fig. 1, il suffit d'actionner le vérin 17c pour ouvrir la poche 62 à quenouille 63. Le métal se déverse dans la poche 58 et le magnésium retenu tem porairement par le grillage 60 fond progressi vement en traversant le métal qui se trouve brassé par suite du simple remplissage par gra vité de ladite poche 58, et ce suivant une tech nique bien connue en soi en fonderie.
On notera que, dans les divers exemples précédents, on n'a pas tenu compte du temps des opérations préliminaires au brassage : fer meture de la cuve, purge de l'air contenu dans la cuve et mise en pression de celle-ci avec le gaz inerte, temps qui avait une durée de plu sieurs minutes, de l'ordre de trois à cinq minu tes. Au total, l'opération de traitement avait une durée de l'ordre de cinq à sept minutes.
'On notera que la température du métal li quide à traiter était mesurée avant la ferme ture de la cuve, et aussitôt après sa réouver ture. Etant donné les valeurs indiquées dans les exemples donnés, on note une baisse de température de l'ordre de 150 à 170,1 C, ce qui, pour une température initiale de l'ordre de 1450 à 1470 C, conduit à une température finale de l'ordre de 1280 à 1320o C.
Or, on sait que la qualité des pièces cou lées est d'autant meilleure que l'opération de coulée a été effectuée avec un métal plus chaud, ayant une viscosité plus faible et, par conséquent, une meilleure coulabilité. On sait également que la coulée d'une fonte traitée au magnésium ou produit similaire, en vue d'ob tenir une fonte à graphite sphéroïdal, doit être effectuée immédiatement après l'introduction de l'élément d'addition.
Il est donc du plus grand intérêt d'avoir à la fin du traitement une température de métal aussi élevée que possible, sans être obligé de surchauffer exagérément le métal avant le trai tement, chauffage qui, outre l'augmentation de prix de revient qu'il entraîne, provoque géné ralement une oxydation non désirable du métal. La titulaire a donc continué ses essais et recherches dans le but de réduire le temps de l'opération d'introduction du ou des éléments d'addition, ce qui, par voie de conséquence, diminue la chute de température et permet, en partant d'une fonte à la même température, d'obtenir une fonte plus chaude et plus apte à la coulée.
Or, au cours de ses recherches, la titulaire a constaté que la pression gazeuse à laquelle doit être soumis le métal au cours du traitement peut être obtenue avec de l'air com primé, au lieu de gaz neutre.
Les fig. 10 à 12 représentent une installa tion plus particulièrement adaptée, quoique non exclusivement, pour le traitement en présence d'air comprimé.
Dans cet exemple d'exécution, une cuve 101 en tôle de forte épaisseur et à fond bombé est scellée dans le sol. Cette cuve est garnie, intérieurement, d'un revêtement réfractaire 102. Dans le fond de la cuve sont soudées nor malement, à la surface dudit fond, des tôles 103 de renforcement du garnissage réfractaire, qui affleurent ledit garnissage de manière à former une sole plane 104 et qui comporte des saillies 104,1 servant de centrage pour une poche 105, également à paroi réfractaire et destinée à recevoir le métal liquide 106. La partie su périeure de la cuve forme un emboîtement co nique 107 pourvu, extérieurement, d'une bride 108 à créneaux.
La cuve 101 est coiffée d'une cloche 109 de même diamètre interne, également en tôle et pourvue d'un garnissage réfractaire analo gue. Cette cloche comporte, à sa partie infé rieure, une bride circulaire 110 s'étendant vers l'extérieur et prolongée vers le bas par une portée conique<B>111,</B> destinée à pénétrer dans l'emboîtement 107. La surface externe de la portée conique 111 comporte un logement cir culaire 112 dans lequel est disposé un anneau d'étanchéité 113 en un matériau élastique tel que du caoutchouc et à section en forme de U, d'un type connu, formant joint automatique.
Sur la bride 110 prend appui une contre- bride de verrouillage annulaire 114 à section radiale en forme de U, la branche supérieure prenant appui sur la face supérieure de la bride 110 et la branche inférieure étant pour vue de créneaux qui ménagent des parties plei nes de développement circonférentiel au plus égal à celui des créneaux de la bride 108 et qui, après avoir été engagés à travers ces cré neaux, par un déplacement axial de la contre- bride, sont destinés à venir prendre appui de bas en haut sous les parties pleines de la bride 108, à la suite d'une rotation de la contre bride autour de l'axe longitudinal.
Les rotations de la contre-bride 114 sur la bride<B>108</B> sont obtenues à l'aide d'un vérin à double effet à air comprimé 115 (fig. 12) dont le corps est fixé par une articulation 116 sur la cloche 109, tandis que l'extrémité de la tige de piston 117 est articulée en 118 sur la contre bride 114.
La course du vérin 115 est telle qu'elle fait tourner la contrebride 114 d'un cer tain angle, de sorte qu'elle est susceptible d'oc cuper deux positions par rapport à la bride 108 : l'une dans laquelle ses parties pleines sont en face des créneaux de la bride 108, c'est la position d'ouverture ; l'autre dans laquelle les dites parties pleines sont en face de celles de la bride, c'est la position de verrouillage. Bien entendu, les surfaces de contact réciproque de la bride 108 et de la contrebride 114 sont légè rement inclinées ou hélicoïdales pour assurer un serrage axial progressif au fur et à mesure de la rotation de la contrebride.
La cloche 109 est surmontée d'un carter <B>119</B> communiquant avec l'intérieur de la cuve par un alésage cylindrique 120. Ce carter est fermé de manière étanche, à sa partie supé rieure, par un couvercle 121. Dans ce carter est disposée une tige 122, articulée à son ex trémité supérieure à un levier 123 claveté, à son autre extrémité, sur un arbre 124 qui tou- rillonne dans des paliers portés par le carter 119 (fig. 11). La tige 122 est pourvue, à la hauteur de l'alésage 120, d'une collerette de centrage 125 à surface latérale sphérique, cou lissant dans ledit alésage et, à son extrémité inférieure, d'un plateau 126.
La portion infé rieure de la tige et le plateau 126 sont recou verts d'un revêtement réfractaire 127.
L'une des extrémités de l'arbre 124 sort à l'extérieur du carter 119 par un joint étanche 128d (fia. 11) et, sur cette extrémité, est claveté un levier 128 à contrepoids 129. Ce levier est articulé à l'extrémité de la tige 130 du piston d'un vérin 131 dont le corps est articulé en 131a sur la cloche 109. Ce vérin 131 est d'un type connu, à fonctionnement automatique de va-et-vient. Il est alimenté en fluide sous pres sion par une tuyauterie 132.
Sur la cloche 109 est fixée une console 133 constituant un support pour un réservoir à air comprimé 134. Ce réservoir est relié, d'une part, par une tuyauterie 135 à travers un robi net 136 de manoeuvre à une source d'air com primé, par exemple un compresseur, non re présenté, et, d'autre part, par une tuyauterie 137 à travers un robinet de manoeuvre 138 à l'intérieur de l'enceinte de la cuve.
On notera que, d'une part, la tuyauterie 137 est d'un diamètre relativement important, en vue de permettre une communication rapide entre le réservoir 134 et l'intérieur de la cuve et, d'autre part, la capacité du réservoir 134 est telle qu'elle permet de remplir l'intérieur de la cuve d'air comprimé à une pression au moins égale à celle de la vapeur saturante du magné sium ou autre produit d'addition à la tempé rature du métal liquide, ou de celui des élé ments d'addition, dans le cas où l'on envisage d'en introduire plusieurs, qui a la plus forte tension à cette température.
Par ailleurs, un conduit d'échappement de fort diamètre 139, susceptible d'être obturé par un robinet 140, est branché à la partie supé rieure du carter<B>119.</B>
Enfin, dans la partie supérieure de la clo che<B>109</B> est prévu un dispositif pour l'introduc tion du ou des produits d'addition, de préfé rence sous forme de lingots en barres. Ce dis positif comporte une ouverture tubulaire 141 traversant la cloche et le réfractaire et débou chant au-dessus de la poche de fonte 105. Cet orifice est obturé, de l'extérieur, par un bou chon amovible étanche 142.
On notera que cet orifice 141 se trouve dis posé de telle sorte qu'il est placé immédiate ment au-dessus du plateau 126 lorsque celui-ci est dans la position haute 126,1, représentée en traits pointillés sur la fi-. 10. Toute la partie supérieure du dispositif comprenant la cloche 109, le carter 119 et le réservoir 134, est mobile en hauteur au moyen d'un câble 143 à contrepoids 144. Ce câble est accroché en 145 au couvercle 121 et passe sur une poulie folle 146 et sur un tambour d'en traînement 147, montés sur une poutre 148 formant flèche, susceptible de pivoter sur un support 149, autour d'un axe vertical.
Le fonctionnement de l'installation est le suivant : la partie supérieure du dispositif étant soulevée et dégagée par rotation de la poutre 148, on place dans la cuve 101 la poche 105 contenant le métal fondu 106 à traiter. Cette poche est centrée entre les saillies 1041, des tôles 103. On replace ensuite la cloche 109 au dessus de la cuve et on la fait descendre jusqu'à engagement de la portée conique 111 dans l'emboîtement 107 de la cuve 101. Le vérin 115 est actionné de manière à faire tourner la contrebride de verrouillage 114, ce qui solida rise la cloche 109 avec la cuve 101. Le joint ainsi formé est étanche grâce à la rondelle 113.
Le ou les éléments d'addition, par exemple du magnésium, est ou sont introduits en 150 (fig. 10) par l'orifice 141. Comme à ce mo ment la tige 122 est en position haute, le pla teau 126 se trouve en 126a à proximité de l'orifice 141 et reçoit ce ou ces éléments d'ad dition et les empêche de tomber dans le métal <B>106.</B> Le bouchon 142 est ensuite remis en place.
L'orifice d'échappement 139 étant fermé et le réservoir 134 étant plein d'air comprimé, on ouvre le robinet 138, ce qui met en communi cation rapide le réservoir 134 avec l'intérieur de la cuve.
Le robinet<B>138</B> est refermé lorsque la pres sion d'air dans la cuve est au moins égale à la pression saturante à la température du métal liquide, puis le robinet 136 est ouvert pour per mettre au compresseur de remplir à nouveau le réservoir 134 pour une opération ultérieure.
On alimente alors le vérin 131 dont le pis ton se trouve animé d'un mouvement de va-et- vient provoquant ainsi un mouvement alterna tif de haut en bas de la tige 122 et du plateau 126. Dès que le plateau 126 a suffisamment démasqué l'orifice 141, les barres 150 de l'élé- ment d'addition retenues dans ledit orifice tom bent dans le métal 106 et fondent rapidement à sa surface. A noter qu'au cours de son mou vement de va-et-vient, la tige 122 ne se déplace pas en translation rectiligne, mais décrit un mouvement d'oscillation dans un plan passant par le levier 123.
Le mouvement du plateau 126 entre les positions limites 126Q et 126U brasse la fonte d'une manière très énergique, assurant ainsi une dissolution rapide de l'élé ment d'addition dans le métal. Il y a lieu de préciser que pour assurer une bonne dissolu tion, la vitesse de translation du plateau 126 doit être au moins de l'ordre de quinze cen timètres par seconde.
Lorsque l'opération de brassage est termi née, on arrête le mouvement du vérin 131, de manière que le plateau 126 soit en position haute 126Q, en dehors du métal. On ouvre le robinet 140 d'échappement d'air pour suppri mer la pression à l'intérieur de l'enceinte. Le vérin<B>1,15</B> est manoeuvré en sens inverse pour faire pivoter la contrebride 114 dans le sens du déverrouillage, et la cloche<B>109</B> est soulevée.
On notera qu'au lieu de prévoir une seule cuve de traitement, on peut disposer autour du support 149 deux ou plusieurs cuves inférieu res<B>101</B> au-dessus de chacune desquelles peut être amené successivement la cloche 109 par une simple rotation de la flèche 148. Cette dis position permet d'éviter les temps morts lors de la mise en place et de l'enlèvement des poches à traiter.
Dans une autre variante, représentée à la fig. 13, le dispositif de levage est fixe et l'on a prévu deux cuves inférieures 101Q et 101t,, placées sur un chariot 151, mobile sur des rails entre deux butées 152, 153, chacune corres pondant à la position du chariot pour laquelle l'une ou l'autre des cuves est sous la cloche 109.
Grâce aux installations suivant les fig. 10 à 13, on notera que la durée des opérations préliminaires au traitement proprement dit du métal par le magnésium ou autre élément d'ad dition peut être considérablement réduite : le verrouillage du couvercle sur la cuve devenu automatique est très rapide ; la purge de l'air contenu dans l'enceinte, préalablemént à la mise sous pression, est supprimée et la mise sous pression de la cloche est accélérée. Grâce à cette réduction de temps, on évite ainsi une perte de température appréciable de la fonte.
Par ailleurs, la titulaire a constaté au cours d'essais que, lorsque le brassage est suffisam ment énergique, comme c'est le cas avec les installations des fi-. 10 à 13, la durée de l'in troduction effective du magnésium ou autre élément d'addition dans la fonte peut être no tablement réduite. C'est ainsi qu'au lieu de durer deux minutes et même plus, le temps de brassage a pu être réduit entre 1 minute et 1 minute 15 secondes, ce qui réduit la perte de l'élément d'addition, d'une part, par vapo risation partielle et, d'autre part, par contact direct, en surface du bain, de l'élément liquide avec l'air qui est oxydant.
On donnera ci-après deux exemples com plets de traitement <I>Exemple 6</I> On a traité une fonte à l'aide du dispositif ci-dessus en la soumettant à une pression d'air comprimé dans les conditions suivantes La quantité de fonte était de 200 kg et l'élément d'addition du magnésium pur, ajouté à raison de 0,10 %, soit 200 g.
La fonte avait la composition suivante''en poids, en dehors du fer
EMI0009.0014
carbone <SEP> <B>....</B> <SEP> 3, <SEP> <B>85,0/0</B>
<tb> silicium <SEP> <B>....</B> <SEP> 1, <SEP> <B>720/0</B>
<tb> manganèse <SEP> . <SEP> . <SEP> 0, <SEP> <B><I>0501()</I></B>
<tb> phosphore <SEP> . <SEP> . <SEP> 0, <SEP> 05%
<tb> soufre <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> <B>... <SEP> 0,0160/0</B> La température de la fonte lue avant la fer meture de la cloche était de 1420o C.
La durée totale de l'opération a été de 3 minutes et le brassage a duré 75 secondes, avec une pression d'air comprimé comprise entre 16 et 18 kg/cmL, c'est-à-dire sensiblement supérieure à la tension de vapeur saturante du magnésium (13 kg/cm-' environ).
La température lue à la fin de l'opération était de 1350o C, soit une chute de tempéra ture de 700 C seulement. L'analyse a révélé une teneur en magné- sium retenu de 0,044% et une teneur finale en soufre de 0,
008 %. L'examen micrographi- que a montré une fonte dont la totalité du gra phite était sous forme sphéroïdale.
<I>Exemple 7</I> On a traité 200 kg de fonte avec du ma gnésium pur à raison de 0,100/0, soit 200 g. L'analyse de la fonte était la suivante, en dehors du fer
EMI0010.0018
carbone <SEP> <B>....</B> <SEP> 3, <SEP> 60%
<tb> silicium <SEP> <B>....</B> <SEP> 1, <SEP> 701%
<tb> manganèse <SEP> . <SEP> . <SEP> 0, <SEP> 07%
<tb> phosphore <SEP> . <SEP> . <SEP> 0, <SEP> 04%
<tb> soufre <SEP> <B>......</B> <SEP> 0,0191)/o La température lue avant la fermeture de la cloche était de 1430 C.
La durée totale de l'opération a été de 2 minutes et demi et le brassage a duré 1 mi nute, sous une pression d'air comprise entre 17 et 19 kg/cm2.
La température finale lue était de 1370 C, soit une chute de température de 600 C seu lement.
L'analyse chimique a révélé une teneur en magnésium retenu de 0,049 % et une teneur finâle en soufre de 0,0008 %.
L'examen micrographique a montré une fonte dont la totalité du graphite était sous forme sphéroïdale.
Comme on le voit, la réduction notable de la durée totale de l'opération permise grâce à l'emploi du dispositif décrit ci-dessus a pour effet de réduire la chute de température du métal pendant le traitement dans une propor tion importante de l'ordre de la moitié.
Bien entendu, dans le cas où, au lieu d'air comprimé, on désirerait utiliser dans les instal lations des fig. 10 à 13 un gaz inerte, on récu pérerait ce gaz en plaçant sur la sortie du robi net 140 un dispositif de récupération tel que celui représenté à la fi-. 1.
II est bien évident que le brassage pourrait être réalisé par tous autres moyens quelcon ques connus, par exemple par renversement du métal d'une poche dans une autre, par barbo tage d'un gaz, etc., sous la seule réserve que le bain de métal soit maintenu sous pression.