Procédé de fabrication de fonte de fer Il est bien connu d'introduire du magnésium dans la fonte en fusion afin de produire de la fonte de fer contenant du graphite sphéroïdal, soit à l'état tel que moulé, soit après traitement thermique. Quelle que soit la façon d'ajouter le magnésium, la tempé rature du fer tend à baisser pendant l'addition et pendant l'attente subséquente, et la fonte en fusion traitée perd également progressivement du magné sium pendant l'attente, jusqu'à ce qu'il n'en reste pas suffisamment pour donner la structure de graphite sphéroïdal désirée.
Pour ces raisons, il n'a pas été possible jusqu'ici de maintenir une réserve de fonte traitée qui soit disponible pour la coulée suivant les besoins. Au contraire, les opérations de traitement et de moulage ont dû être étroitement coordonnées.
Un certain nombre de techniques sont utilisées pour le traitement de la fonte au magnésium. La fonte peut être fondue continuellement dans. un cu- bilot ou par fournées dans un four électrique. Dans tous les cas, elle est en général coulée directement dans une poche préchauffée, le magnésium est in troduit dans la poche et la fonte traitée est ensuite coulée dans les moules. Un avant-creuset chauffé peut être employé comme réservoir de fonte en fu sion non traitée provenant du cubilot.
La poche employée pour le traitement peut être un récipient à pression fermé et la fonte peut être traitée avec plus de magnésium qu'il n'est finalement nécessaire, puis mélangée à une quantité supplémentaire de fonte non traitée dans une seconde poche ou dans un four non continu dans lequel la fonte a été chauffée. En fin, afin d'assurer un bon mélange et le maintien de la température pendant l'introduction du magnésium et l'ensemencement subséquent usuel à l'aide d'un agent graphitisant, la fonte peut être surchauffée dans un four non continu, coulée dans une poche, puis coulée à nouveau dans le four, sur l'alliage d'addi tion de magnésium, et finalement coulée sur l'agent d'ensemencement dans la poche.
Dans toutes ces opérations, la température de la fonte tombe progressivement à partir du moment où elle est soutirée du four, et elle n'est plus chauffée à nouveau après son traitement par le magnésium. La fonte traitée est remise au four seulement après que le chauffage a été interrompu.
Jusqu'ici, on pensait que la perte de magnésium au repos était due à l'oxydation à la surface du bain. Contrairement à cette croyance, on a découvert que le revêtement du récipient dans lequel la fonte est conservée joue un rôle très important dans la perte de magnésium. Jusqu'ici les poches et autres réci pients dans lesquels la fonte est traitée au magné sium puis conservée avaient des revêtements acides composés principalement de silice, car ces revête ments, sont bien meilleur marché et plus stables que les revêtements basiques. ou neutres. On a maintenant constaté que ces revêtements acides réagissent rapi dement avec le magnésium du bain.
La présente invention a pour objet un procédé de fabrication de fonte de fer contenant du graphite sous forme sphéroïdale ou susceptible de prendre la forme sphéroïdale sous l'effet d'un traitement ther mique de graphitisation, comprenant la coulée d'une fonte contenant du magnésium dans lequel on a obvié aux inconvénients susmentionnés.
Ce procédé est caractérisé en ce que l'on main tient le bain de fonte en fusion contenant du ma gnésium, jusqu'au moment de la coulée, dans un ré cipient ayant un revêtement réfractaire basique ou neutre propre, la surface dudit bain étant exempte de laitier fluide, ce récipient étant chauffé pour éle ver la température de la fonte à la température de moulage ou voisine de celle-ci ou pour la maintenir à la température de moulage ou au voisinage de celle-ci.
Dans ces conditions, on constate que le magné sium ne se perd que lentement, et le bain peut être chauffé à l'air pendant des durées telles que, si on l'avait laissé reposer normalement à l'air aussi lon- temps, il aurait perdu une grande partie et le plus souvent la totalité de son magnésium, et donne néan moins du graphite sphéroïdal lors de la solidifica tion ou au cours d'un traitement thermique de gra- phitisation subséquent. En général, on constate que la fonte peut être chauffée pendant au moins 15 mi nutes avant le moulage.
Bien entendu, la fonte doit être moulée pendant qu'elle contient encore une quantité de magnésium efficace pour former du gra phite sphéroïdal dans la fonte telle que moulée ou par traitement thermique de graphitisation subsé quent.
Comme il est bien connu, la fonte est moulée à une température, par exemple de 1450o C, bien inférieure à celle à laquelle le magnésium est rapide ment perdu par volatilisation. Le chauffage ne doit pas élever la température du bain, même localement à un point tel qu'il se produise une perte rapide de magnésium. Pour cette raison, les fours à arc di rect, qui entraînent normalement une surchauffe lo cale considérable de la surface, ne conviennent pas pour la mise en aeuvre du présent procédé. Le réci pient le plus avantageux pour chauffer la fonte est un four électrique à induction, quia pour avantage que le chauffage est pratiquement uniforme dans tout le bain et qu'il n'y a pas de surchauffe locale en surface.
Le matériau du revêtement, sa propreté et l'ab sence de laitier à la surface du bain sont tous des facteurs importants pour maintenir les pertes de ma gnésium à un faible niveau.
Comme les revêtements acides réagissent avec le magnésium, le revêtement doit être basique ou neu tre, et, de préférence, il est composé principalement de magnésie et est pratiquement exempt de silice. La chrome-magnésite est un matériau de revêtement neutre approprié et un réfractaire à base de magnésite est un matériau basique approprié.
Un revêtement basique ou neutre neuf est bien entendu propre et donne des résultats satisfaisants. On constate cependant en général que, durant l'uti lisation, il se recouvre d'un dépôt adhérent que l'on admet consister principalement en magnésium con tenant des inclusions du bain. Lorsque le bain est coulé hors du récipient, un peu de la fonte se trouve retenu dans le dépôt, et ce dépôt et la fonte retenue sont oxydés par exposition à l'air. Si le récipient est alors utilisé pour recevoir une nouvelle charge de fonte contenant du magnésium, le dépôt oxydé réa git rapidement avec le magnésium et en élimine une partie ou la totalité. On entend ici par revêtement propre un revêtement exempt de tout dépôt oxydé de cette sorte.
Un revêtement portant un dépôt oxydé du genre décrit doit être nettoyé avant de pouvoir être utilisé à nouveau. Le nettoyage peut s'effectuer en surchauf fant de la fonte en fusion dans le récipient. Ceci dé tache le dépôt du revêtement et le fait monter à la surface de la fonte sous forme d'un laitier épais, semi-solide, qui peut être écumé. La température de surchauffage est de préférence d'au moins 1550 C et un chauffage de 5 à 10 minutes à 1600 C suffit en général pour enlever complètement le dépôt. Le temps nécessaire dépend naturellement de l'épaisseur du dépôt et de la température de surchauffage.
La fonte utilisée pour nettoyer le revêtement est de préférence exempte de magnésium. La fonte con tenant du magnésium convient également, mais dans ce cas une partie du magnésium est perdue par ré action avec le dépôt pendant l'opération de nettoyage.
Lorsque le revêtement a été ainsi nettoyé, le ré cipient peut être utilisé pour conserver de la fonte contenant du magnésium sans perte appréciable due à une réaction avec le revêtement. Pendant cette con servation, il se forme un nouveau dépôt qui s'oxyde à son tour par oxydation à l'air et doit être éliminé avant une nouvelle utilisation du récipient.
La présence de laitier fluide à la surface du bain paraît accélérer l'oxydation du magnésium à l'inter face métal-laitier, et il faut donc enlever avec soin tout laitier fluide se formant dans le récipient, de préférence avant d'introduire le magnésium dans la fonte. Pendant le traitement du bain au magnésium, il se forme un laitier semi-sofide, pulvérulent, com posé principalement de sulfure de magnésium et d'oxyde de magnésium, et il est préférable d'éliminer également ce laitier.
Cependant, lorsque tout laitier a été éliminé, et pendant la conservation de la fonte contenant du magnésium on constate qu'il se forme à la surface du bain une pellicule consistant essen tiellement en oxyde de magnésium granulaire, et la présence de cette pellicule semble utile pour empê cher l'oxydation du magnésium de se poursuivre à la surface. La pellicule persiste tant qu'il reste plus d'environ 0,01 % de magnésium dans la fonte, mais lorsque la teneur en magnésium tombe en dessous de cette valeur, elle se désagrège et il se forme à nouveau un laitier fluide résultant de l'oxydation du silicium, du manganèse et des impuretés de la fonte.
Si la pellicule superficielle d'oxyde de magné sium est rompue, par exemple par suite d'une tur bulence excessive du bain dans un four à induction, elle se reforme instantanément par une nouvelle oxy dation du magnésium du bain.
A titre de précaution contre une perte de magné sium par cette oxydation, on peut recouvrir sensible ment toute la surface du bain par une plaque de graphite. Une telle plaque peut être utilisée dans n'importe quel type de récipient, mais elle est parti culièrement avantageuse dans un four à induction, car le graphite est chauffé par induction et contri bue à empêcher une perte de chaleur par la surface du bain. La surface du bain tend à prendre la forme d'un ménisque convexe, spécialement dans un four à induction, et pour faire en sorte que la plaque se trouve en contact avec le bain sur sensiblement toute la surface de celui-ci, on peut la charger de poids ou la maintenir vers le bas d'une autre façon.
Comme le graphite est légèrement perméable aux gaz, il est désirable d'étanchéifier la plaque, au moins sur la face en contact avec le métal fondu, au moyen d'une glasure réfractaire fondue. On forme une gla- sure appropriée en étendant à la brosse une mince couche d'un mélange d'alumine finement divisée avec du borax comme fondant, et en fondant cette couche par un chauffage à environ 10001, C pendant envi ron 2 minutes.
Une autre composition de glasure appropriée consiste en un mélange de 50 0/0 SiO#,, 20 % Al.O3, 10 % CaO et 20 % de borax. Il est avantageux d'étendre sur la plaque une très mince couche préliminaire d'un ciment réfractaire comme couche d'ancrage avant d'appliquer la glasure, et de préférence le dessus de la plaque,
qui est exposé à l'air, est également revêtu d'une matière réfractaire pour l'empêcher de brûler et pour augmenter ainsi la durée de, service de la plaque.
Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre de diverses façons pour obtenir et conserver une réserve de fonte de fer contenant du magnésium à une température convenant au moulage.
Dans un mode d'exécution, on fond la fonte dans un four pourvu d'un revêtement propre basique ou neutre et on emp'.oie ce four comme récipient dans lequel le chauffage conforme à l'invention a lieu. On ajoute le magnésium à la fonte se trouvant dans le four et la température de la fonte durant cette addition est de préférence basse, par exemple de 1100 à 1300 C. On écume ensuite la surface du métal fondu et on chauffe la fonte dans le four jusqu'à ce qu'on en ait besoin. La température de moulage peut être par exemple de 1450 C. A titre de variante, on peut ajouter le magnésium à la fonte en dehors du récipient puis introduire la fonte trai tée dans le récipient et la chauffer si nécessaire.
Une technique particulièrement avantageuse con siste à produire, dans le four ou hors du four, une fonte contenant plus de magnésium qu'il n'est né cessaire pour rendre le graphite final sphéroïdal. Ceci peut être effectué par exemple dans un réci pient fermé sous pression, ou même sans emploi de pression si la fonte est à une température suffisam ment basse. La fonte traitée est alors mélangée dans le four avec une quantité de fonte non traitée, de sorte que le mélange résultant est une fonte complè tement traitée, et on chauffe ce mélange dans le four de façon qu'il soit disponible à la température de moulage.
Une autre possibilité est d'effectuer l'addition de magnésium en fondant ensemble dans le four des matières premières ferreuses telles que des gueuses de fonte ou des déchets de fer ou d'acier ou des mé langes appropriés de ces matériaux, et une source de magnésium, par exemple un alliage de magnésium, pour former une fonte traitée qui, après écumage du laitier, est chauffée dans le four à la température de moulage.
Pour mettre en aeuvre le procédé selon l'inven tion, on peut encore produire de la fonte en fusion contenant du magnésium, en fondant dans le four des gueuses de fonte contenant du magnésium et en chauffant la masse fondue résultante, qui doit conte nir au moins suffisamment de magnésium pour rendre le graphite final sphéroïdal, jusqu'à une température convenant au moulage. Si la quantité de magnésium présente est suffisante, on peut ajouter dans le four une quantité supplémentaire de fonte non traitée, soit à l'état solide soit à l'état fondu.
Lorsqu'il est nécessaire de nettoyer un revête ment sale en surchauffant de la fonte dans le réci pient, on peut couler la fonte dans le récipient à l'état fondu ou on peut la fondre dans le récipient. Dans les deux cas, on la surchauffe ensuite à une température et pendant une durée suffisantes pour que le dépôt oxydé se détache du revêtement et flotte à la surface à l'état de laitier. Pendant le chauffage, il convient de veiller à ce que le bain entre en contact avec la totalité du revêtement qui est recouvert par le dépôt oxydé. Ensuite, on écume la surface du bain et on introduit le magnésium.
Si le magnésium doit être ajouté à la fonte directe ment dans le four, il faut d'abord refroidir la fonte pour augmenter la récupération du magnésium.
Pour éviter la nécessité du refroidissement et pour tirer parti de la chaleur contenue dans la fonte surchauffée, on peut préparer dans un autre réci pient un bain de fonte contenant plus que la quan tité désirée de magnésium, avantageusement en intro duisant du magnésium à une basse température, puis mélanger le produit avec la fonte surchauffée.
Le magnésium peut être introduit dans la fonte sous l'une de ses formes usuelles, soit sous forme d'un alliage d'addition contenant du magnésium, soit sous forme de magnésium métallique à condition de prendre les précautions appropriées. Cependant, on constate que la perte de magnésium d'un bain chauffé est diminuée par la présence de nickel, et il est par conséquent avantageux d'introduire le magnésium sous forme d'un alliage nickel-magnésium,
par exemple contenant 85 % de nickel et 15 % de ma- gnésium.
Quelle que soit la forme dans laquelle le ma gnésium est introduit initialement, une perte éven tuelle de magnésium due à un chauffage très pro longé de la fonte dans le récipient peut être com pensée par de petites additions subséquentes de ma gnésium, par exemple sous forme d'un alliage de magnésium, faites, directement dans le récipient chauffé.
Il est clair que si l'on ne coule qu'une partie d'un bain de fonte contenant du magnésium, le dé- pôt se trouvant sur la partie supérieure du revête ment du four se trouve exposé et est oxydé, à moins qu'il soit protégé, par exemple par une atmosphère de gaz inerte. Si le four est ensuite rechargé de fonte et qu'une nouvelle quantité de magnésium est ajou tée, on perd un peu de magnésium par réaction avec ce dépôt oxydé, et il faut tenir compte de cette perte dans le calcul de la quantité de magnésium à ajouter, afin que cette quantité soit suffisante à la fois pour réagir avec le dépôt et pour rétablir la teneur en magnésium du bain.
Cette manière de faire conduit à une rapide augmentation de l'épais seur du dépôt dans la partie supérieure du four, et après avoir partiellement vidé et rempli le four par exemple quatre ou cinq fois, celui-ci doit être com plètement vidé et le revêtement doit être nettoyé.
Pour fabriquer de la fonte de fer contenant du graphite sphéroïdal à l'état tel que moulée, il est généralement nécessaire d'ajouter à la fonte un agent d'ensemencement de la graphitisation avant le mou lage, par exemple du ferro-silicium. Cet ensemen cement peut être effectué dans le four à condition que la température du métal soit maintenue en des sous de 15501, C. Le métal ensemencé peut alors être coulé directement du four dans des poches à fourche pour la coulée dans les moules. Lorsque l'ensemencement n'est pas effectué dans le four, l'agent d'ensemencement peut être ajouté au métal après sa sortie du four.
Par exemple, on peut le placer au fond de la poche et couler le métal pro venant du four sur l'agent, ou on peut l'ajouter sur la surface du métal se trouvant dans la poche et re muer pour le faire pénétrer dans le bain, ou on peut l'ajouter à la goulotte du four ou dans la poche pen dant le remplissage de cette dernière.
Dans les exemples ci-après, on a prélevé des échantillons de fonte en fusion immédiatement après l'addition du magnésium, puis à différents intervalles de temps. Les échantillons ont été coulés sous forme de tins de cale sèche de 2,5 cm, la fonte coulée pour chaque moulage étant ensemencée avec 0,5 % de si- licium, sous forme de Fesi. Les teneurs en magné sium des moulages ont été déterminées, ainsi que les microstructures de ceux-ci.
Les résultats sont donnés dans le tableau I. <I>Exemple 1</I> On a préparé un bain de fonte de fer dans un four électrique à induction à haute fréquence de 350 kg en fondant 280 kg de fonte affinée. Le four avait un revêtement basique neuf d'un réfractaire à base de magnésite connu sous la désignation H.F.
80 et ayant la composition 86 0/a Mg, 10 % AW3, 1 % CaO, 2 % SiOs, 1 % Fe.,Os et 0,2 % TiOs. Une fois le bain complètement fondu,
on l'a chauffé à 1450o C, on l'a écumé pour le débarrasser du lai- tier fluide et on l'a traité avec 1,
2 % d'alliage d'ad- dition de composition 85 % Ni et 15 % Mg, après quoi on a remué le bain et on l'a écumé à nouveau pour éliminer le laitier formé pendant ce traitement. On a ensuite conservé le bain pendant 90 minutes à une température de 14500 C par chauffage dans le four.
La teneur en magnésium à différents mo ments est donnée au tableau I. Dans tous les échan tillons, la structure du graphite est sensiblement complètement sphéroïdale, l'échantillon à 90 minutes ayant 95 % de son graphite sous forme sphéroïdale dans une matrice perlitique, le reste du graphite étant du graphite compact. <I>Exemple 2</I> On a vidé le four utilisé dans l'exemple 1 et on l'a laissé refroidir.
On a alors constaté qu'il portait un lourd dépôt sur les côtés et sur le fond du re vêtement, dépôt qui s'est rapidement oxydé à l'air en virant d'un brun sale à une couleur bleuâtre. On a alors préparé un nouveau bain de fonte dans ce four et on l'a traité comme précédemment, la tem pérature ne dépassant jamais 1450C. Après élimi nation du laitier, on a conservé le bain à 1450 C dans le four, on a prélevé des échantillons de temps en temps au cours de 60 minutes et on les a analy sés et examinés comme précédemment. Les résultats du tableau I montrent qu'après seulement 30 minu tes, la teneur en magnésium est tombée à moins de 0,01 %.
La structure graphitique de l'échantillon de 20 minutes est 80 % de graphite sphéroïdal, le reste étant du graphite compact, dans une matrice perliti- que. Les échantillons de 30 minutes et les échantil lons. suivants contiennent uniquement du graphite en écailles. Après avoir vidé le four, on a constaté que les dépôts oxydés étaient encore présents sur le revêtement.
On a alors rechargé le four avec des gueuses de fonte que l'on a fondues puis surchauffées à 16000 C pendant 10 minutes. Pendant ce temps, le dépôt oxydé s'est détaché du revêtement et est monté à la surface du bain. On a écumé le laitier résultant, on a laissé la fonte refroidir à 1400 Cet on l'a traitée comme précédemment avec 1,2 0/0 d'un alliage à 85 % Ni et 15 % Mg. Après avoir écumé à nou- veau,
on a chauffé la fonte à 1450 C et on l'a conservée pendant 60 minutes en coulant des échan tillons de temps en temps, comme précédemment. Comme on le voit dans le tableau I, la perte en magnésium a de nouveau été très faible et l'échan tillon prélevé au bout de 60 minutes contient encore 0,022 % de magnésium ;
95 % de son graphite est sphéroïdal et 5 % compact, dans une matrice per- litique. <I>Exemple 3</I> On a répété l'exemple 1 en remplaçant le re vêtement basique par un revêtement neutre neuf en réfractaire chrome-magnésite,
connu sous la désigna- tion Magal II , dont la composition est 76,6 % MgO, 8,1 % Cr.,03, 3 % SiO., 4 % A1,>03, 5,2 % Fe#03,
2,6 % CaO et 0,15 % TiO.. On a maintenu le bain à 1440 Cet les teneurs en magnésium après différents intervalles de temps jusqu'à 90 minutes sont données dans le tableau I.
Le graphite de l'échantillon de 90 minutes est sphéroïdal à raison de 95 % dans une matrice perlitique. Après avoir vidé le four, on a trouvé un dépôt adhérent sur les côtés et sur le fond du revêtement, dépôt qui s'est rapide ment oxydé à l'air en prenant une couleur bleuâtre.
Le tableau I donne également les résultats de fusions semblables maintenues à d'autres températu res dans des fours comportant des revêtements chrome-magnésite propres. Après un séjour de 90 minutes à 1400 ou 1500 C, la structure graphi- tique est sensiblement entièrement sphéroïdale, tan dis qu'après un séjour de 60 minutes à 15500 C, le graphite de l'échantillon est à 95 % sphéroïdal, et après 90 minutes le graphite de l'échantillon est sphéroïdal à raison de 70 %.
on a revêtu la face inférieure d'une couche de 1,5 cm d'un mélange de 50 % SiO2, 20 % A1203, 10 0/0 CaO et 20 % de borax,
que l'on a soigneusement lissée puis préfrittée à 1000-10601> C pendant envi ron 1 h. On a employé cette plaque pour couvrir un bain de fonte préparé et traité dans un four pourvu d'un revêtement de chrome-magnésite propre, exac tement comme décrit pour la plaque de graphite non étanchéifiée. Les chiffres du tableau I montrent que la perte de magnésium a été un peu plus lente qu'avec la plaque non étanchéifiée.
Après l'utilisation, on a constaté que la face inférieure de la plaque était recouverte d'un dépôt adhérent qui s'est oxydé à l'air, mais ce dépôt et le revêtement réfractaire ont pu être facilement déta chés et la plaque a pu être réutilisée après avoir été revêtue à nouveau d'une glasure réfractaire. <I>Exemple 4</I> On a répété l'exemple 2 en employant le four avec, sur son revêtement, le dépôt oxydé provenant de la fusion de l'exemple 3 qui avait été conservée à 1440 C.
Les analyses du tableau I montrent que lorsque le dépôt oxydé n'a pas été éliminé, la teneur en magnésium est tombée à environ 0,01% en 20 minutes seulement.
Dans l'échantillon de 20 mi- nutes, seulement 60 % de graphite est sphéroïdal, le reste étant du graphite compact, et les échantil lons ultérieurs ne contiennent pratiquement que du graphite en écailles.
Après avoir éliminé le dépôt en surchauffant un bain de fonte dans le four à 1600 C pendant 10 mi nutes, la vitesse de la perte de magnésium a de nouveau été réduite à environ la même valeur qu'avec un revêtement neuf. Une teneur en magné- sium de 0,011 % a subsisté après 90 minutes,
et l'échantillon de 90 minutes a plus de 95 % de son graphite sous forme sphéroïdale dans une matrice perlitique. <I>Exemple 5</I> Pour illustrer l'emploi d'une plaque de couver ture, on a préparé un bain de fonte contenant du magnésium comme dans, l'exemple 3, dans un four comportant un revêtement de chrome-magnésite pro pre.
Après avoir écumé le laitier provenant de l'ad dition du magnésium, on a mis en place sur la sur face de la fonte une plaque circulaire de graphite d'un diamètre d'environ 1,2 cm inférieur à celui de l'intérieur du four, et on a chauffé le bain pendant 45 minutes à 1450 C. Les teneurs en magnésium à différents intervalles de temps sont indiquées dans le tableau I.
On a préparé une seconde plaque de graphite en la chauffant à 9001) C à l'air pour attaquer la sur face en brûlant les fines particules éventuellement présentes. On a ensuite soufflé de l'air sur la plaque pour la débarrasser de toute matière non fermement retenue, et on l'a entièrement enduite à la brosse d'une mince couche de ciment réfractaire.
Ensuite, <I>Exemple 6 à titre</I> comparatif Pour montrer l'effet de l'emploi d'un revêtement acide, on a répété l'exemple 1 dans un four com portant un nouveau revêtement acide de la compo- si.ion 94,7 % Si02, 0,5 % A1203, 0,6 % Fe2O3, 2,7 % TiO2, 0,
07 % CaO, 0,04 % MgO, 0,5 % K20 et 0,
2 % Niz0. Les résultats figurant dans le tableau I montrent que la perte de magnésium a été très rapide et qu'il en est resté moins de 0,01 % après 15 minutes.
Déjà au bout de 10 minutes, tout le graphite de l'échantillon est sous forme d'écailles. On a répété l'exemple en employant une plaque de couverture avec revêtement réfractaire, mais il n'en est résulté aucun ralentissement appréciable de la perte de magnésium.
<I>Exemple 7</I> On a préparé un bain de 350 kg de fonte de fer dans un four électrique à haute fréquence pourvu d'un revêtement neutre de chrome-magnésite, en fon dant une charge consistant en 280 kg de gueuses de fonte affinée et 70 kg de gueuses de fonte contenant 0,3 % de magnésium. Sitôt qu'un bain complètement fondu a été formé (à environ 1150-12000 C),
on a placé au contact de la surface du bain une plaque de graphite revêtue d'un ciment réfractaire et d'une glasure réfractaire fondue par la technique préférée décrite plus. haut, et on l'a maintenue en place pen dant que l'on surchauffait le bain à 1500o C. Ceci a pris 20 minutes. On a alors retiré la plaque et on a coulé la fonte dans une poche pour le moulage. Tous les moulages produits ont des structures gra- phitiques entièrement sphéroïdales et la teneur rési duelle moyenne en magnésium est de 0,05 ()/o.
Les résultats obtenus dans les exemples ci-dessus et rassemblés dans le tableau I illustrent une autre caractéristique importante de l'invention. On cons tate qu'en maintenant la fonte en fusion à la tempé rature de moulage ou au voisinage de celle-ci, avan tageusement à une température de 14300 C à 14500 C, on peut obtenir une fonte dans laquelle le graphite est entièrement ou principalement sous forme sphé- roïdale, dans l'état tel que moulé ou après un trai tement thermique de graphitisation,
malgré une te- neur résiduelle en magnésium inférieure à 0,03 %, par exemple de 0,02 à 0,01 %. Jusqu'ici, ceci n'a été possible qu'en désulfurant la fonte jusqu'à des très faibles teneurs en soufre avant de la traiter par le magnésium.
En maintenant la fonte pendant de longues durées, par exemple de 15 minutes ou da vantage, il se dépose du sulfure de magnésium et d'autres inclusions contenant du magnésium prove nant du traitement de la fonte par le magnésium, sur le revêtement du récipient et également sur la face inférieure de la plaque de couverture si l'on en utilise une, et seul le magnésium qui agit pour changer la forme du graphite reste dans la fonte. Cette élimina tion des inclusions est favorisée par le brassage qui se produit lorsque la fonte est conservée dans un four à induction.
L'élimination des inclusions et la diminution de la teneur en magnésium de la fonte ont toutes deux pour effet d'améliorer la propreté des moulages et de diminuer la tendance à la formation de moulages encrassés. Les crasses se forment le plus facilement sur la surface horizontale d'un moulage et provien nent de la séparation d'inclusions présentes dans le bain pendant la solidification du moulage. Si on laisse les inclusions se séparer avant la coulée du moulage, elles ne peuvent plus entrer dans le moulage. D'au tre part, la diminution de la teneur en magnésium diminue la tendance à la formation de nouvelles cras ses d'oxyde de magnésium par oxydation du magné sium pendant la coulée du moulage à l'air et dans la cavité du moule, spécialement au cas où il se pro duit un écoulement turbulent.
Pour obtenir des mou lages de fonte à graphite sphéroïdal de propreté améliorée à partir d'un bain de fonte contenant ini- tialement plus de 0,04 % de magnésium,
il convient donc d'enlever la scorie du bain et de le conserver avant le moulage jusqu'à ce que la teneur en ma- gnésium soit tombée en dessous de 0,03 % et de préférence en dessous de 0,02 %, dans un récipient chauffé ayant un revêtement basique ou neutre pro pre. L'amélioration qui peut en résulter est illustrée par l'exemple suivant.
<I>Exemple 8</I> On a préparé un bain de fonte en fondant une fonte affinée dans un four électrique à haute fré quence pourvu d'un revêtement basique de magné site de la composition indiquée dans l'exemple 1. Après avoir écumé le laitier fluide, traité avec 1,2 0/0 d'alliage à 85 % Ni et 15 % Mg et écumé à nou- veau,
on a conservé la fonte à l'air à 1450 C sans plaque de couverture et on a coulé des échantillons ayant une surface supérieure horizontale importante après 0, 15 et 30 minutes, chaque moulage étant ensemencé avec 0,5 % de silicium sous forme de ferrosilicium. Les analyses des moulages sont don nées dans le tableau II ci-après,
et les résultats d'es sais mécaniques dans le tableau IIl. Tous les mou lages ont des structures graphitiques sensiblement en tièrement sphéroïdales, mais les surfaces horizonta les supérieures des échantillons coulés à 0 mn sont très encrassées, alors que les échantillons coulés après 15 minutes n'ont que quelques grains de sco ries et ceux coulés après 30 minutes sont complète ment propres.
L'élimination progressive du bain des inclusions contenant du soufre ressort de la chute progressive des teneurs en soufre (tableau II) et l'amélioration ré sultant de la propreté des moulages s'accompagne de l'amélioration des propriétés mécaniques (ta bleau III).
EMI0006.0069
TABLEAU <SEP> II
<tb> <I>Changement <SEP> de <SEP> la <SEP> composition <SEP> en <SEP> fonction <SEP> du <SEP> temps</I> <SEP> (exemple <SEP> 8)
<tb> Moulage <SEP> Composition <SEP> (d/o) <SEP> Durée <SEP> de
<tb> N <SEP> C <SEP> Si <SEP> Mn <SEP> S <SEP> P <SEP> Ni <SEP> Mg <SEP> conservation
<tb> 1 <SEP> 3,3 <SEP> 2,3 <SEP> < 0,1 <SEP> 0,014 <SEP> 0,03 <SEP> 1,0 <SEP> 0,041 <SEP> 0
<tb> 2 <SEP> <B> <SEP> <SEP> </B> <SEP> 0,003 <SEP> <B> <SEP> D</B> <SEP> 0,020 <SEP> 15
<tb> 3 <SEP> <B> <SEP> D</B> <SEP> <SEP> 0,002 <SEP> <B> <SEP> </B> <SEP> 0,
014 <SEP> 30
EMI0006.0070
TABLEAU <SEP> III
<tb> <I>Propriétés <SEP> mécaniques</I> <SEP> *(exemple <SEP> 8)
<tb> Moulage <SEP> Limite <SEP> d'élasticité <SEP> 0,2 <SEP> a/o <SEP> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> traction <SEP> Allongement
<tb> N <SEP> (kg/mm') <SEP> (kg/mmz) <SEP> ( /o)
<tb> 1 <SEP> 60,5 <SEP> 78,5 <SEP> 5
<tb> 2 <SEP> 63,0 <SEP> 94,9 <SEP> 4
<tb> 3 <SEP> 59,9 <SEP> 94,5 <SEP> 5
<tb> <B>*</B>Après <SEP> normalisation <SEP> de <SEP> 3 <SEP> h <SEP> à <SEP> 900e <SEP> C <SEP> et <SEP> refroidissement <SEP> à <SEP> l'air.
EMI0007.0001
Process for manufacturing cast iron It is well known to introduce magnesium into molten cast iron in order to produce cast iron containing spheroidal graphite, either in the as-cast state or after heat treatment. Regardless of how the magnesium is added, the temperature of the iron tends to drop during the addition and during the subsequent hold, and the treated molten iron also gradually loses magnesium during the hold, up to not enough left to give the desired spheroidal graphite structure.
For these reasons, it has heretofore not been possible to maintain a reserve of treated cast iron which is available for casting as required. On the contrary, the processing and molding operations had to be closely coordinated.
A number of techniques are used for treating cast iron with magnesium. Cast iron can be continuously melted into. one cook or in batches in an electric oven. In all cases, it is generally poured directly into a preheated ladle, the magnesium is introduced into the ladle and the treated cast iron is then poured into the molds. A heated fore-crucible can be used as a reservoir for untreated molten iron from the cupola.
The ladle used for the treatment can be a closed pressure vessel and the cast iron can be treated with more magnesium than is ultimately needed, then mixed with an additional amount of untreated cast iron in a second ladle or in a furnace non-continuous in which the cast iron has been heated. Finally, in order to ensure good mixing and maintenance of the temperature during the introduction of the magnesium and the usual subsequent seeding with the aid of a graphitizing agent, the cast iron can be superheated in a non-continuous furnace, casting in a ladle, then poured again in the furnace, on the addition of magnesium alloy, and finally poured on the seeding agent in the ladle.
In all these operations, the temperature of the cast iron drops gradually from the moment it is withdrawn from the furnace, and it is no longer heated again after its treatment with magnesium. The treated cast iron is returned to the furnace only after the heating has been interrupted.
Hitherto, it was believed that the loss of magnesium on standing was due to oxidation on the surface of the bath. Contrary to this belief, it has been found that the coating of the vessel in which the cast iron is stored plays a very important role in the loss of magnesium. Hitherto bags and other containers in which cast iron is treated with magnesium and then stored have had acidic coatings composed mainly of silica, as these coatings are much cheaper and more stable than basic coatings. or neutral. It has now been found that these acidic coatings react quickly with the magnesium in the bath.
The present invention relates to a process for the manufacture of cast iron containing graphite in spheroidal form or capable of taking the spheroidal form under the effect of a thermal treatment of graphitization, comprising the casting of a cast iron containing magnesium. in which the aforementioned drawbacks have been obviated.
This process is characterized in that one hand holds the molten iron bath containing magnesium, until the moment of casting, in a receptacle having a clean basic or neutral refractory coating, the surface of said bath being free. of fluid slag, this container being heated to raise the temperature of the cast iron to or close to the molding temperature or to maintain it at or near the molding temperature.
Under these conditions it is found that the magnesium is lost only slowly, and the bath can be heated in air for such times that, if it had been allowed to stand normally in air for so long, it would have lost a large part and most often all of its magnesium, and nevertheless gives spheroidal graphite during solidification or during a subsequent graphitization heat treatment. In general, it has been found that cast iron can be heated for at least 15 minutes before casting.
Of course, the cast iron must be cast while it still contains an amount of magnesium effective to form spheroidal graphite in the cast iron as cast or by subsequent graphitization heat treatment.
As is well known, cast iron is cast at a temperature, for example 1450 ° C, much lower than that at which magnesium is rapidly lost by volatilization. Heating should not raise the temperature of the bath, even locally to such an extent that rapid loss of magnesium occurs. For this reason, direct arc furnaces, which normally cause considerable local overheating of the surface, are not suitable for carrying out the present process. The most advantageous vessel for heating cast iron is an electric induction furnace, which has the advantage that the heating is practically uniform throughout the bath and that there is no local overheating on the surface.
The material of the liner, its cleanliness and the absence of slag on the surface of the bath are all important factors in keeping the loss of magnesium at a low level.
Since acidic coatings react with magnesium, the coating should be basic or neutral, and preferably it is composed primarily of magnesia and is substantially free of silica. Chromium-magnesite is a suitable neutral coating material and a magnesite-based refractory is a suitable basic material.
A new basic or neutral coating is of course clean and gives satisfactory results. However, it is generally observed that, during use, it becomes covered with an adherent deposit which is admitted to consist mainly of magnesium containing inclusions from the bath. When the bath is poured out of the vessel, some of the melt is retained in the deposit, and this deposit and the retained iron are oxidized by exposure to air. If the vessel is then used to receive a new load of cast iron containing magnesium, the oxidized deposit reacts rapidly with the magnesium and removes some or all of it. By clean coating is meant here a coating free of any oxidized deposit of this kind.
A coating bearing an oxidized deposit of the kind described must be cleaned before it can be used again. Cleaning can be carried out by overheating the molten iron in the vessel. This loosens the deposit from the coating and causes it to rise to the surface of the cast iron as a thick, semi-solid slag which can be skimmed off. The superheat temperature is preferably at least 1550 C and heating for 5 to 10 minutes at 1600 C is generally sufficient to completely remove the deposit. The time required naturally depends on the thickness of the deposit and the superheating temperature.
The cast iron used to clean the coating is preferably free of magnesium. Cast iron containing magnesium is also suitable, but in this case part of the magnesium is lost by reaction with the deposit during the cleaning operation.
Once the coating has been so cleaned, the vessel can be used to store cast iron containing magnesium without appreciable loss due to reaction with the coating. During this storage, a new deposit forms which in turn oxidizes by oxidation in air and must be removed before the container is used again.
The presence of fluid slag on the surface of the bath appears to accelerate the oxidation of magnesium at the metal-slag interface, and any fluid slag that forms in the container should therefore be carefully removed, preferably before introducing the magnesium. in cast iron. During the treatment of the magnesium bath, a semi-soft, powdery slag is formed, consisting mainly of magnesium sulphide and magnesium oxide, and it is preferable to remove this slag as well.
However, when all slag has been removed, and during the preservation of the cast iron containing magnesium, it is found that a film formed on the surface of the bath consisting essentially of granular magnesium oxide, and the presence of this film seems useful. to prevent the oxidation of magnesium from continuing to the surface. The film persists as long as there is more than about 0.01% magnesium left in the cast iron, but when the magnesium content falls below this value it breaks up and a fluid slag forms again resulting from the oxidation of silicon, manganese and cast iron impurities.
If the surface film of magnesium oxide is broken, for example as a result of excessive turbulence of the bath in an induction furnace, it instantly reformed by further oxidation of the magnesium in the bath.
As a precaution against a loss of magnesium by this oxidation, the entire surface of the bath can be covered substantially with a graphite plate. Such a plate can be used in any type of vessel, but it is particularly advantageous in an induction furnace, since the graphite is heated by induction and helps to prevent heat loss from the surface of the bath. The surface of the bath tends to take the form of a convex meniscus, especially in an induction furnace, and to ensure that the plate is in contact with the bath over substantially the entire surface of the bath, it can be done. load weight or hold it down in some other way.
Since graphite is slightly gas permeable, it is desirable to seal the plate, at least on the face in contact with the molten metal, by means of a molten refractory glaze. A suitable glaze is formed by brushing a thin layer of a mixture of finely divided alumina with borax as a flux, and melting this layer by heating at about 1000 ° C. for about 2 minutes.
Another suitable glaze composition is a mixture of 50% SiO # ,, 20% Al.O3, 10% CaO and 20% borax. It is advantageous to spread on the plate a very thin preliminary layer of a refractory cement as an anchoring layer before applying the glaze, and preferably the top of the plate,
which is exposed to air, is also coated with a refractory material to prevent it from burning and thereby to increase the service life of the plate.
The process according to the invention can be implemented in various ways to obtain and maintain a reserve of cast iron containing magnesium at a temperature suitable for molding.
In one embodiment, the cast iron is melted in a furnace provided with a clean basic or neutral coating and this furnace is employed as a vessel in which the heating according to the invention takes place. Magnesium is added to the cast iron in the furnace and the temperature of the cast iron during this addition is preferably low, for example from 1100 to 1300 C. The surface of the molten metal is then skimmed off and the cast iron is heated in the furnace. until we need it. The molding temperature may for example be 1450 C. As a variant, the magnesium can be added to the cast iron outside the container and then the treated cast iron is introduced into the container and it is heated if necessary.
A particularly advantageous technique consists in producing, in the furnace or outside the furnace, a pig iron containing more magnesium than is necessary to make the final graphite spheroidal. This can be done for example in a closed container under pressure, or even without the use of pressure if the cast iron is at a sufficiently low temperature. The treated pig iron is then mixed in the furnace with an amount of untreated pig iron, so that the resulting mixture is a fully processed pig iron, and this mixture is heated in the furnace so that it is available at molding temperature. .
Another possibility is to effect the addition of magnesium by melting together in the furnace ferrous raw materials such as pig iron or scrap iron or steel or suitable mixtures of these materials, and a source of magnesium, for example a magnesium alloy, to form a treated cast iron which, after skimming the slag, is heated in the furnace to molding temperature.
In order to carry out the process according to the invention, it is still possible to produce molten iron containing magnesium, by melting in the furnace pig iron containing magnesium and heating the resulting melt, which must contain less enough magnesium to make the final graphite spheroidal, up to a temperature suitable for molding. If the quantity of magnesium present is sufficient, an additional quantity of untreated iron, either in the solid state or in the molten state, can be added to the furnace.
When it is necessary to clean a dirty coating by superheating iron in the container, the iron can be poured into the container in a molten state or it can be melted in the container. In both cases, it is then superheated to a temperature and for a time sufficient for the oxidized deposit to detach from the coating and float on the surface in the state of slag. During heating, care should be taken to ensure that the bath comes into contact with the entire coating which is covered by the oxidized deposit. Then, the surface of the bath is skimmed and the magnesium is introduced.
If magnesium is to be added to the cast iron directly in the furnace, the cast iron must first be cooled to increase magnesium recovery.
To avoid the need for cooling and to take advantage of the heat contained in the superheated cast iron, a cast iron bath containing more than the desired amount of magnesium can be prepared in another vessel, advantageously by introducing magnesium at a low level. temperature, then mix the product with the superheated cast iron.
Magnesium can be introduced into cast iron in one of its usual forms, either in the form of an addition alloy containing magnesium, or in the form of metallic magnesium, provided that the appropriate precautions are taken. However, it is found that the loss of magnesium from a heated bath is reduced by the presence of nickel, and it is therefore advantageous to introduce the magnesium in the form of a nickel-magnesium alloy,
for example containing 85% nickel and 15% magnesium.
Regardless of the form in which magnesium is initially introduced, any loss of magnesium due to prolonged heating of the iron in the vessel can be compensated for by subsequent small additions of magnesium, for example in the form of of a magnesium alloy, made, directly into the heated container.
It is clear that if only part of a cast iron bath containing magnesium is poured, the deposit on the upper part of the furnace lining becomes exposed and is oxidized, unless it is protected, for example by an inert gas atmosphere. If the furnace is then recharged with cast iron and a new quantity of magnesium is added, some magnesium is lost by reaction with this oxidized deposit, and this loss must be taken into account when calculating the quantity of magnesium to be add, so that this quantity is sufficient both to react with the deposit and to restore the magnesium content of the bath.
This procedure leads to a rapid increase in the thickness of the deposit in the upper part of the oven, and after having partially emptied and filled the oven, for example four or five times, it must be completely emptied and the coating. must be cleaned.
In order to manufacture cast iron containing spheroidal graphite in the as-cast state, it is generally necessary to add to the cast iron a seeding agent for graphitization before the molding, for example ferro-silicon. This seeding can be carried out in the furnace provided that the temperature of the metal is kept below 15501, C. The seeded metal can then be poured directly from the furnace into fork pockets for casting into the molds. When seeding is not performed in the oven, the seeding agent can be added to the metal after it leaves the oven.
For example, it can be placed at the bottom of the ladle and the metal from the furnace poured onto the agent, or it can be added to the surface of the metal in the ladle and stirred to make it penetrate into the agent. bath, or it can be added to the oven chute or to the ladle during filling of the latter.
In the following examples, samples of molten iron were taken immediately after the addition of the magnesium and then at various time intervals. The samples were cast as 2.5 cm dry-dock tins, the cast iron for each cast being seeded with 0.5% silicon, as Fesi. The magnesium contents of the castings were determined, as well as the microstructures thereof.
The results are given in Table I. <I> Example 1 </I> A cast iron bath was prepared in a 350 kg high frequency induction electric furnace by melting 280 kg of refined cast iron. The furnace had a new basic coating of a magnesite-based refractory known as the H.F.
80 and having the composition 86 0 / a Mg, 10% AW3, 1% CaO, 2% SiOs, 1% Fe., Os and 0.2% TiOs. Once the bath has completely melted,
we heated it to 1450o C, we skim it to get rid of the fluid milk and we treated it with 1,
2% composition addition alloy 85% Ni and 15% Mg, after which the bath was stirred and skimmed again to remove slag formed during this treatment. The bath was then kept for 90 minutes at a temperature of 14,500 C by heating in the oven.
The magnesium content at various times is given in Table I. In all samples, the structure of graphite is substantially completely spheroidal, with the 90 minute sample having 95% of its graphite in spheroidal form in a pearlitic matrix, the the remainder of the graphite being compact graphite. <I> Example 2 </I> The oven used in Example 1 was emptied and allowed to cool.
It was then observed that it carried a heavy deposit on the sides and on the bottom of the garment, which deposit rapidly oxidized in the air, turning from a dirty brown to a bluish color. A new cast iron bath was then prepared in this oven and treated as before, the temperature never exceeding 1450C. After removal of the slag, the bath was kept at 1450 ° C. in the oven, samples were taken occasionally over the course of 60 minutes and analyzed and examined as before. The results of Table I show that after only 30 minutes, the magnesium content fell to less than 0.01%.
The graphite structure of the 20 minute sample is 80% spheroidal graphite, the remainder being compact graphite, in a pearlite matrix. The 30 minute samples and the samples. The following contain only flake graphite. After emptying the oven, it was found that the oxidized deposits were still present on the coating.
The furnace was then recharged with pig iron which was melted and then superheated at 16000 C for 10 minutes. During this time, the oxidized deposit loosened from the coating and rose to the surface of the bath. The resulting slag was skimmed off, the cast iron was allowed to cool to 1400 Ce and treated as before with 1.2% of an 85% Ni and 15% Mg alloy. After having skimmed again,
the cast iron was heated to 1450 ° C. and stored for 60 minutes by running samples occasionally, as before. As can be seen in Table I, the loss of magnesium was again very low and the sample taken after 60 minutes still contains 0.022% magnesium;
95% of its graphite is spheroidal and 5% compact, in a pearl matrix. <I> Example 3 </I> Example 1 was repeated, replacing the basic clothing with a new neutral coating in chromium-magnesite refractory,
known under the designation Magal II, the composition of which is 76.6% MgO, 8.1% Cr., 03, 3% SiO., 4% A1,> 03, 5.2% Fe # 03,
2.6% CaO and 0.15% TiO. The bath was maintained at 1440 Ce. The magnesium contents after different time intervals up to 90 minutes are given in Table I.
The graphite in the 90 minute sample is 95% spheroidal in a pearlite matrix. After emptying the oven, an adherent deposit was found on the sides and on the bottom of the coating, which deposit rapidly oxidized in air to a bluish color.
Table I also gives the results of similar melts maintained at other temperatures in furnaces with clean chromium-magnesite coatings. After a stay of 90 minutes at 1400 or 1500 C, the graphical structure is substantially entirely spheroidal, tan say that after a stay of 60 minutes at 15,500 C, the graphite of the sample is 95% spheroidal, and after 90 minutes the graphite of the sample is spheroidal at a rate of 70%.
the underside was coated with a 1.5 cm layer of a mixture of 50% SiO2, 20% A1203, 10 0/0 CaO and 20% borax,
which was carefully smoothed and then pre-sintered at 1000-10601> C for about 1 hour. This plate was used to cover a cast iron bath prepared and treated in an oven with a clean chromium-magnesite coating, exactly as described for the unsealed graphite plate. The figures in Table I show that the loss of magnesium was somewhat slower than with the unsealed plate.
After use, it was found that the underside of the plate was covered with an adherent deposit which oxidized in air, but this deposit and the refractory coating could easily be loosened and the plate could be reused after being re-coated with a refractory glaze. <I> Example 4 </I> Example 2 was repeated using the oven with, on its coating, the oxidized deposit resulting from the melt of Example 3 which had been stored at 1440 C.
The analyzes in Table I show that when the oxidized deposit was not removed, the magnesium content fell to about 0.01% in just 20 minutes.
In the 20 minute sample, only 60% of the graphite is spheroidal, the remainder being compact graphite, and subsequent samples contain virtually only flake graphite.
After removing the deposit by superheating a cast iron bath in the furnace at 1600 C for 10 minutes, the rate of magnesium loss was again reduced to about the same as with a new coating. A magnesium content of 0.011% remained after 90 minutes,
and the 90 minute sample has more than 95% of its graphite in spheroidal form in a pearlite matrix. <I> Example 5 </I> To illustrate the use of a cover plate, a cast iron bath containing magnesium was prepared as in Example 3 in an oven with a chromium-magnesite coating clean.
After having skimmed off the slag from the addition of magnesium, a circular graphite plate with a diameter of about 1.2 cm smaller than that of the inside of the cast iron was placed on the surface of the cast iron. oven, and the bath was heated for 45 minutes at 1450 C. The magnesium contents at different time intervals are shown in Table I.
A second graphite plate was prepared by heating it to 9001) C in air to attack the surface by burning any fine particles present. The plate was then blown with air to remove any loose material, and brushed completely with a thin layer of refractory cement.
Next, <I> Example 6 for Comparison </I> To show the effect of using an acidic coating, Example 1 was repeated in an oven with a new acidic coating of the compound. .ion 94.7% Si02, 0.5% A1203, 0.6% Fe2O3, 2.7% TiO2, 0,
07% CaO, 0.04% MgO, 0.5% K20 and 0,
2% Niz0. The results shown in Table I show that the loss of magnesium was very rapid and that less than 0.01% remained after 15 minutes.
Already after 10 minutes, all of the graphite in the sample is in the form of scales. The example was repeated using a refractory lined cover plate, but no appreciable slowing of the loss of magnesium resulted.
<I> Example 7 </I> A bath of 350 kg of cast iron was prepared in a high frequency electric furnace provided with a neutral chromium-magnesite coating, melting a load consisting of 280 kg of pigs. of refined pig iron and 70 kg of pig iron containing 0.3% magnesium. As soon as a completely molten bath has been formed (at approximately 1150-12000 C),
a graphite plate coated with a refractory cement and a refractory glaze melted by the preferred technique described further on was placed in contact with the surface of the bath. high, and held it in place while the bath was overheated to 1500o C. This took 20 minutes. The plate was then removed and the cast iron was poured into a pocket for molding. All of the castings produced have fully spheroidal graphic structures and the average residual magnesium content is 0.05 () / o.
The results obtained in the examples above and collated in Table I illustrate another important characteristic of the invention. It can be seen that by maintaining the molten iron at or near the molding temperature, advantageously at a temperature of 14,300 C to 14,500 C, it is possible to obtain a cast iron in which the graphite is entirely or mainly in spheroidal form, in the state as molded or after a heat treatment of graphitization,
despite a residual magnesium content of less than 0.03%, for example 0.02 to 0.01%. So far, this has only been possible by desulphurizing cast iron to very low sulfur contents before treating it with magnesium.
By maintaining the cast iron for long periods of time, for example 15 minutes or longer, magnesium sulphide and other magnesium-containing inclusions from the treatment of the cast iron with magnesium are deposited on the coating of the vessel and also on the underside of the cover plate if one is used, and only the magnesium which acts to change the shape of the graphite remains in the cast iron. This elimination of inclusions is favored by the stirring which occurs when the cast iron is kept in an induction furnace.
Removing inclusions and decreasing the magnesium content of the cast iron both have the effect of improving the cleanliness of the castings and decreasing the tendency for fouled castings to form. Dross forms most readily on the horizontal surface of a casting and results from the separation of inclusions present in the bath during solidification of the casting. If the inclusions are allowed to separate before the casting is poured, they can no longer enter the casting. On the other hand, the decrease in the magnesium content decreases the tendency for the formation of new magnesium oxide cras ses by oxidation of the magnesium during the casting of the molding in air and in the mold cavity, especially. in the event that turbulent flow occurs.
To obtain improved cleanliness of spheroidal graphite cast iron from a cast iron bath initially containing more than 0.04% magnesium,
it is therefore advisable to remove the slag from the bath and store it before molding until the magnesium content has fallen below 0.03% and preferably below 0.02%, in a heated container having a clean basic or neutral coating. The resulting improvement is illustrated by the following example.
<I> Example 8 </I> A cast iron bath was prepared by melting a refined cast iron in a high frequency electric furnace provided with a basic coating of magnesium the composition indicated in Example 1. After having skimmed off the fluid slag, treated with 1.2 0/0 of 85% Ni and 15% Mg alloy and skimmed again,
the cast was kept in air at 1450 ° C. without a cover plate and samples having a large horizontal top surface were cast after 0, 15 and 30 minutes, each cast being seeded with 0.5% silicon in the form of ferrosilicon. The analyzes of the castings are given in Table II below,
and the results of mechanical tests in Table IIl. All the moorings have substantially fully spheroidal graphitic structures, but the upper horizontal surfaces of samples cast at 0 min are very fouled, whereas samples cast after 15 minutes have only a few grains and those cast after 30 minutes are completely clean.
The gradual elimination of the sulfur-containing inclusions from the bath emerges from the gradual fall in the sulfur contents (Table II) and the resulting improvement in the cleanliness of the castings is accompanied by an improvement in the mechanical properties (Table III). .
EMI0006.0069
TABLE <SEP> II
<tb> <I> Change <SEP> of <SEP> the <SEP> composition <SEP> in <SEP> function <SEP> of the <SEP> time </I> <SEP> (example <SEP> 8)
<tb> Casting <SEP> Composition <SEP> (d / o) <SEP> Duration <SEP> of
<tb> N <SEP> C <SEP> If <SEP> Mn <SEP> S <SEP> P <SEP> Ni <SEP> Mg <SEP> conservation
<tb> 1 <SEP> 3.3 <SEP> 2.3 <SEP> <0.1 <SEP> 0.014 <SEP> 0.03 <SEP> 1.0 <SEP> 0.041 <SEP> 0
<tb> 2 <SEP> <B> <SEP> <SEP> </B> <SEP> 0.003 <SEP> <B> <SEP> D </B> <SEP> 0.020 <SEP> 15
<tb> 3 <SEP> <B> <SEP> D </B> <SEP> <SEP> 0.002 <SEP> <B> <SEP> </B> <SEP> 0,
014 <SEP> 30
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TABLE <SEP> III
<tb> <I> Mechanical <SEP> properties </I> <SEP> * (example <SEP> 8)
<tb> Molding <SEP> Limit <SEP> of elasticity <SEP> 0,2 <SEP> a / o <SEP> Resistance <SEP> at <SEP> the <SEP> tension <SEP> Elongation
<tb> N <SEP> (kg / mm ') <SEP> (kg / mmz) <SEP> (/ o)
<tb> 1 <SEP> 60.5 <SEP> 78.5 <SEP> 5
<tb> 2 <SEP> 63.0 <SEP> 94.9 <SEP> 4
<tb> 3 <SEP> 59.9 <SEP> 94.5 <SEP> 5
<tb> <B> * </B> After <SEP> normalization <SEP> of <SEP> 3 <SEP> h <SEP> to <SEP> 900th <SEP> C <SEP> and <SEP> cooling <SEP > to <SEP> air.
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