Procédé de fabrication de fonte contenant du graphite compact La présente invention concerne un procédé de fabrication de fonte contenant du graphite sous forme compacte ; elle concerne également un produit pour la mise en aeuvre de ce procédé.
On a antérieurement découvert que l'on peut pro duire de la fonte grise d'une meilleure qualité ou fonte nodulaire, possédant des propriétés supérieu res à celles de la fonte grise ordinaire, en traitant la fonte en fusion de manière que, quand on la coule, le graphite s'y trouve sous forme compacte plutôt qu'en paillettes. Un tel traitement comporte l'intro duction de magnésium dans un bain de fonte en fu sion d'une composition telle que, si on le coulait normalement sans autre traitement, on obtiendrait, sous forme brute de coulée, une fonte grise ordi naire.
Avant que ce traitement au magnésium pro duise effectivement ce compactage du graphite, de façon partielle (amélioration de la qualité) ou com plète (nodulation de manière que la fonte ne con tienne sensiblement que du graphite sphéroïdal) il est ordinairement nécessaire d'éliminer le soufre d'une manière quelconque. Il est d'une grande impor tance que l'ensemble du procédé soit réalisé de telle manière qu'on perde le moins de temps et le moins de chaleur possible et que le coût des agents de trai tement soit le plus bas possible.
Le magnésium constitue un agent bien connu de nodulation ou compactage. Toutefois, les problèmes que pose l'addition du métal lui-même à la fonte en fusion sont tels que les brevets publiés sur ce sujet déclarent qu'il est impossible d'ajouter du magnésium métallique à la fonte en fusion sans qu'il se produise une violente réaction avec perte complète du ma- gnésium. Les difficultés ainsi rencontrées sont dues principalement au passage rapide du magnésium à l'état gazeux aux températures mises en jeu. Le phé nomène s'apparente à la chute de gouttes d'eau dans de la graisse bouillante. Un autre facteur est la ré action du magnésium avec l'oxygène, qui se traduit par un feu d'artifice .
La présente invention permet, de façon rapide et économique, d'introduire du magnésium élémen taire dans de la fonte en fusion, en vue d'assurer sa désulfuration et sa nodulation et d'en améliorer la qualité.
Le procédé selon l'invention, dans lequel on part d'un bain de fonte qui, à l'état brut de coulée, con tiendrait du graphite sous forme de paillettes, est caractérisé en ce que l'on introduit dans le bain de fonte, au-dessous de sa surface, un courant d'un gaz inerte tenant en suspension du carbure de calcium finement divisé et des particules de magnésium mé tallique,
les particules de magnésium constituant 5 à 15 % du mélange et étant d'une finesse suffisante pour passer au tamis à mailles de 840 microns, mais assez grosses pour être retenues en presque totalité au tamis à mailles de 150 microns, les particules de carbure de calcium étant d'une finesse suffisante pour passer au tamis à mailles de 840 microns, après quoi on coule le métal ainsi traité.
De préférence, le carbure de calcium est retenu en majeure partie (90 % au moins) par le tamis à mailles de 75 mi- crons,
25 % au moins étant retenus par le tamis à mailles de 150 microns. On obtient ainsi, après cou lée, une fonte contenant du graphite sous forme compacte. La densité du courant injecté est, de préférence, d'environ 15 à 125 litres de gaz par kilogramme d'agent de traitement constitué par le mélange de magnésium et de carbure de calcium.
Bien entendu le gaz doit être maintenu sous une pression suffi sante pour compenser la pression exercée par la fonte en fusion et ainsi empêcher l'entrée du métal dans le passage par lequel on injecte le mélange. Le débit de mélange injecté peut varier entre environ 2,5 et 15 kg par tonne de fonte et par minute sui vant la dimension de la poche dans laquelle a lieu le traitement ou la quantité de fonte et le type d'ap pareil d'injection. L'injection complète est d'ordi naire effectuée de manière qu'elle ne demande pas plus de dix minutes environ. La coulée doit être faite rapidement, c'est-à-dire qu'on doit la commencer autant que possible dix minutes environ après l'in jection.
Une désulfuration étant nécessaire dans la plu part des cas, il est nettement préférable d'injecter d'abord du carbure de calcium finement divisé à l'aide d'un tube à injection de manière à réduire le taux de soufre à au plus 0,03 % et à, de préférence, moins que cela,
par exemple 0,01 % environ, puis d'injecter le mélange de carbure et de magnésium immédiatement après, par le même tube d'injection.
Dans la plupart des cas, il est également préférable d'introduire, dans la fonte traitée, après traitement, du ferrosilicium à 75 % de silicium ou un agent d'ad- dition analogue.
La quantité de magnésium injectée peut varier entre environ 250 et 6000 g et, de préférence, entre 500 et 3000 g par tonne de fonte, selon les cas. On utilise plus de magnésium si l'on ne désulfure pas d'abord à 0,03 % de soufre par traitement au moyen de carbure de calcium ou si l'on doit effectuer une coulée importante. Si l'on procède à une désulfura- tion préalable, on injecte moins de magnésium.
La densité apparente de la poudre de magnésium est, de préférence, d'environ 0,7. Dans les essais effec tués, on n'a que légèrement tapoté le récipient gra dué pour éliminer les vides.
La température 'du bain de fonte est, de préfé rence, inférieure à 1510o C au moment de l'injection. Il est à noter que le produit obtenu conformément à la présente invention contient normalement du ma gnésium retenu en quantité qui, par elle-même, se rait insuffisante pour produire le type de produit obtenu. Le fait qu'il suffit d'une moindre quantité de magnésium retenu pour obtenir une structure don née est dû à l'action du carbure.
Pour effectuer l'in jection de l'agent de traitement, on peut utiliser l'un des appareils quelconques connus permettant de dé biter un courant de gaz et de solides d'une densité telle qu'il y ait environ 15 à 125 litres de gaz par kilogramme de solides, par exemple le dispositif d'alimentation à vis décrit dans le brevet des Etats- Unis No 2577764, ou un dispositif d'injection par fluidification. Le gaz inerte préféré utilisé pour l'in jection des agents de traitement selon l'invention et du carbure de calcium est l'azote sec. On peut utiliser d'autres gaz tels que l'hélium, l'argon et l'anhydride carbonique.
L'expression de gaz inerte désigne ici un gaz ne réagissant pas avec le magnésium ou la fonte dans les conditions décrites.
On peut préparer un produit pour l'exécution du procédé selon l'invention en mélangeant intimement, par un moyen quelconque, 10 à 17 parties de car bure de calcium finement divisé avec 1 à 2 parties de magnésium en poudre, de manière que le magné- sium constitue moins de 151% du mélange. Le car- bure de calcium peut être un produit de qualité marchande, totalement exempt d'impuretés,
tel qu'on l'obtient aux fours électriques à arc à l'aide d'oxyde de calcium et de coke de haute qualité. Ainsi qu'il a été indiqué, le carbure de calcium doit être d'une dimension telle qu'il passe en totalité au tamis à mailles de 840 microns et, en outre, telle, de préfé- rence, qu'il n'en passe pas plus de 25 % au tamis à mailles de 150 microns.
Le magnésium en poudre est sous la forme de très petites particules de forme irrégulière. Au microscope, ces particules présentent des bords irréguliers, souvent enroulés. Comme il a été précisé, ces particules de magnésium doivent être d'une dimension telle qu'elles passent au tamis à mailles de 840 microns et qu'il en reste la presque totalité (par exemple 90 0/0) au tamis à mailles de 150 microns.
Une composition particulaire type de magnésium est de 100 % de moins de 840 microns, 86,7 % de moins de 300 microns,
42 0/0 de moins de 230 microns et 6,8 % de moins de 150 microns. Normalement, les particules de carbure de calcium s'échelonnent également en dimensions, la majeure partie de ces particules étant plus fines que celles de magnésium.
Les quantités des composants de l'agent de traitement à utiliser par tonne de fonte grise sont approximativement de 5 à 40 kg pour le carbure de calcium et de 0,250 à 6 kg pour le magnésium. En tout cas, la quantité de magnésium ne doit pas dé- passer 15 % du total.
Dans les essais initiaux effectués à l'aide de peti tes particules de magnésium, il est apparu comme essentiel d'éviter le bouchage du tube d'injection indépendamment des considérations relatives à la quantité de magnésium injecté ou à l'efficacité de l'injection. Le respect des proportions et des dimen sions particulaires indiquées permet en principe d'évi ter le bouchage des tubes d'injection de divers dia mètres.
Ainsi, les caractéristiques en cause résolvent à la fois le problème de l'introduction des particules de magnésium par un tube d'injection en carbone chauffé au rouge au-dessous de la surface de la fonte en fusion et le problème sérieux que repré sente la possibilité d'une réaction violente quand une certaine quantité de magnésium entre en contact avec la fonte en fusion à une température supérieure à la température de vaporisation du magnésium. Ce dernier problème met en cause le risque résultant d'un changement d'état, c'est-à-dire du passage brus que d'un solide à l'état gazeux, le volume du gaz étant de très loin supérieur au volume du solide. Un autre risque est celui de l'oxydation du magnésium à la surface, avec l'inflammation qui peut en résulter.
La présente invention réduit au minimum ce risque d'inflammation, le magnésium étant dispersé au- dessous de la surface, effectivement dissous dans la fonte et protégé partiellement en surface par la cou che de laitier formée par le carbure. On conçoit éga lement que le mélange considéré contribue à la sécu rité d'entreposage et de manipulation. La séparation du magnésium au cours de l'introduction est égale ment réduite au minimum par suite de l'enchevêtre ment des bords rugueux du magnésium et du carbure.
Un exemple particulier de mise en #uvre de l'invention est décrit ci-après.
On a préparé un bain de fonte qui, s'il avait été coulé tel quel, aurait donné une fonte grise conte nant du graphite en paillettes. On a injecté dans ce bain, par un tube à injection, 7,3 kg de carbure de calcium pour réduire le pourcentage originel de sou- fre à 0,082 % et améliorer encore la qualité de la fonte. On a injecté, immédiatement après, par le même tube, un mélange intime homogène de magné sium et de carbure de calcium.
On peut utiliser deux trémies, ou opérer un rechargement rapide 'de ma nière qu'il ne s'écoule pas plus d'une minute entre les injections. Le mélange avait été établi de ma nière à contenir 18 kg de carbure et 2 kg de magné sium par tonne de fonte de manière que la propor- tion de magnésium soit de 10 % environ. Le véhi- cule gazeux utilisé était l'azote sec.
L'injection a été opérée avec un débit de 18 kg environ de mélange par tonne de fonte et par minute. Le rapport du gaz aux solides était de 26 litres environ par kilogramme. Le tube d'injection en carbone était immergé à plus de la moitié de la profondeur du récipient à revête ment basique. Une profondeur d'au moins 15 cm est essentielle. La température de la fonte était d'environ 1525 C.
On a ajouté, immédiatement après l'injec tion, du ferrosilicium à 75 % de silicium dans la proportion d'environ 1 % par tonne. La fonte a été coulée dans les trois minutes suivant l'injection.
On a ainsi obtenu une fonte complètement nodulée. Cette fonte présentait une résistance à la traction de 43,6 kg/mm2, une dureté Brinell de 143, un allon- P <B>a</B> ment de 18,5 % sur 50,8 mm et une profondeur de trempe superficielle de 15,9 mm (voir plus loin).
L'essai ci-dessus relaté est l'essai N-) 882-1 du ta bleau 1 ci-après, qui donnent les résultats analogues pour d'autres essais, ainsi que les analyses chimiques des fontes.
Certaines fontes contiennent de petites quantités d'éléments considérés comme gênants ou nuisibles. Le plomb, l'arsenic, l'étain et l'antimoine sont cer tains des éléments qui sont considérés comme nuisi bles. Quand on a affaire à de telles fontes, ce qu'on constate par des résultats différents -de ceux que l'on obtient généralement par traitement au moyen de carbure de calcium et de magnésium, il est préféra ble d'introduire une petite quantité d'oxydes de terres rares dans le mélange de carbure et de magnésium. Ceci mis à part, il est préférable d'utiliser des oxydes de terres rares quand on désire obtenir du graphite compact, la quantité de magnésium pouvant alors être faible du fait que les oxydes des terres rares ont eux-mêmes un effet de compactage.
On utilise de préférence 500 à 1000g d'oxydes de terres rares par tonne de fer. Ces oxydes sont finement divisés, leur dimension ne dépassant pas 840 microns. Ils peuvent être constitués d'environ 50 % d'oxyde de cérium, 20 % d'oxyde de lanthane,
le reste étant constitué de pourcentages décroissants d'autres composés des terres rares. Cette composition est caractéristique des terres rares que l'on trouve dans la nature. On entend ici par terres rares des matières telles que l'on vient de décrire ou des dérivés de ces matières, dans la proportion où on les trouve naturellement.
Dans le mode préféré de mise en oeuvre, dans lequel on effectue d'abord une désulfuration et une valorisation, telle qu'une désoxydation, par injection de carbure de calcium, immédiatement avant d'effec tuer le traitement principal de mise du graphite sous forme compacte à l'aide de magnésium et de carbure de calcium et de magnésium, ou de magnésium, de carbure de calcium et d'oxydes de terres rares, la quantité préférée de carbure que l'on ajoute est un peu supérieure à 10 kg de carbure par kg de soufre à éliminer, de sorte qu'un taux de soufre inférieur à 0,
03 '% s'obtient rapidement et que le carbure peut exercer une action plus favorable sur la fonte et la rendre plus sensible à l'action du magnésium. Le tableau 1 ci-après montre les proportions de produits à utiliser, les autres conditions opératoires et les résultats obtenus quand on effectue en premier lieu un traitement au carbure.
Dans ce tableau et dans ceux qui suivent, les indi cations numériques figurant sous la mention Ana lyse chimique se rapportent au pourcentage final en silicium, manganèse et phosphore. Sont égale ment indiqués les pourcentages initial et final de soufre. Les autres valeurs sont les poids en kg de matières injectées par tonne de fonte et les proprié tés telles que la résistance à la traction (R), la dureté Brinell (4), les allongements pour cent sur 50,8 mm (A 0/0) et la profondeur de trempe (P.T.). La première quantité de carbure indiquée est celle qui est utili sée pour la désulfuration et la valorisation initiales.
La seconde quantité est celle que l'on introduit dans le mélange pour la mise du graphite sous forme com pacte O. T. E. représente les quantités d'oxydes de terres rares ajoutés dans un certain nombre d'es sais. C. T. et C. E. indiquent respectivement le carbone total et le carbone équivalent. La tempé rature est celle de la fonte au début du traitement. Le pourcentage de FeSi se rapporte à la quantité de ferrosilicium à 75 % de silicium ajoutée, par rapport à la fonte traitée.
On a ajouté le ferrosilicium par transfert d'une poche dans une autre, bien qu'il puisse être injecté. Quand il n'y a pas de chiffre correspon-
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TABLEAU <SEP> I
<tb> Mélange <SEP> injecté <SEP> Analyse <SEP> chimique
<tb> (kg/T) <SEP> R
<tb> Essai <SEP> Temp. <SEP> FeSi <SEP> S <SEP> S <SEP> (kg/ <SEP> P. <SEP> T.
<tb> No <SEP> CCa <SEP> O.T.R. <SEP> Mg <SEP> (o <SEP> C) <SEP> (o/o) <SEP> C. <SEP> T. <SEP> Si <SEP> Mg <SEP> init. <SEP> final <SEP> P <SEP> C. <SEP> E.
<SEP> mm) <SEP> A <SEP> A <SEP> % <SEP> (mm)
<tb> 815-l <SEP> 10,0 <SEP> - <SEP> 2,5 <SEP> 1470 <SEP> 0,75 <SEP> 3,38 <SEP> 2,68 <SEP> 0,22 <SEP> 0,013 <SEP> 0,006 <SEP> 0,03 <SEP> 4,47 <SEP> 48,5 <SEP> 163 <SEP> 18,5 <SEP> x <SEP> 15,9
<tb> 22,5
<tb> 867-1 <SEP> 10,0 <SEP> 0,5 <SEP> 1,0 <SEP> 1440 <SEP> 0,75 <SEP> 3,59 <SEP> 2,26 <SEP> 0,68 <SEP> 0,088 <SEP> 0,003 <SEP> 0,043 <SEP> 4,34 <SEP> 48,8 <SEP> 163 <SEP> 7,8 <SEP> x <SEP> 25,4
<tb> 8,5
<tb> 879-1 <SEP> 8,0 <SEP> 1,0 <SEP> 2,0 <SEP> 1480 <SEP> 1,00 <SEP> 3,56 <SEP> 2,57 <SEP> 0,12 <SEP> 0,082 <SEP> 0,003 <SEP> 0,028 <SEP> 4,43 <SEP> 44,2 <SEP> l49 <SEP> 18,0 <SEP> x <SEP> 38,1
<tb> 17,0
<tb> 880-1 <SEP> 8,0 <SEP> 1,0 <SEP> 2,0 <SEP> l480 <SEP> l,00 <SEP> 3,60 <SEP> 2,54 <SEP> 0,12 <SEP> 0,107 <SEP> - <SEP> 0,022 <SEP> 4,45 <SEP> 44,9 <SEP> 146 <SEP> 17,0 <SEP> x <SEP> 28,6
<tb> 17,0
<tb> 881,1 <SEP> 8,0 <SEP> 0,
580 <SEP> 1,19 <SEP> 1480 <SEP> 1,00 <SEP> 3,56 <SEP> 2,57 <SEP> 0,14 <SEP> 0,100 <SEP> - <SEP> 0,027 <SEP> 4,43 <SEP> 44,8 <SEP> 155 <SEP> 19,0 <SEP> x <SEP> 25,4
<tb> l0,1
<tb> 882-1 <SEP> 8,0 <SEP> - <SEP> 2,0 <SEP> 1480 <SEP> 1,00 <SEP> 3,66 <SEP> 2,43 <SEP> 0,14 <SEP> 0,082 <SEP> - <SEP> 0,028 <SEP> 4,48 <SEP> 43,6 <SEP> 143 <SEP> l8,5 <SEP> x <SEP> 15,9
<tb> 18,0
<tb> 883-1 <SEP> 8,0 <SEP> 0,666 <SEP> 1,333 <SEP> 1480 <SEP> 1,00 <SEP> 3,55 <SEP> 2,32 <SEP> 0,30 <SEP> 0,113 <SEP> - <SEP> 0,033 <SEP> 4,43 <SEP> 56,9 <SEP> 186 <SEP> 11,5 <SEP> x <SEP> 19,0
<tb> 11,3
<tb> 884-1 <SEP> 8,0 <SEP> 1,0 <SEP> 2,0 <SEP> 1480 <SEP> 1,00 <SEP> 3,55 <SEP> 2,46 <SEP> 0,33 <SEP> 0,103 <SEP> - <SEP> 0,036 <SEP> 4,38 <SEP> 47,4 <SEP> 162 <SEP> 9,5 <SEP> 25,4
<tb> 17,0
<tb> 903-1 <SEP> 8,0 <SEP> 0,5 <SEP> 1,5 <SEP> 1480 <SEP> 1,00 <SEP> 3,57 <SEP> 2,44 <SEP> 0,37 <SEP> 0,
096 <SEP> - <SEP> 0,034 <SEP> 4,38 <SEP> 46,8 <SEP> 159 <SEP> 17,5 <SEP> x <SEP> 7,9
<tb> 13,0 dant dans le tableau, c'est qu'on n'a pas ajouté de ferrosilicium.
Dans l'essai No 883-1, le magnésium était d'une dimension particulaire comprise entre les tamis de 230 et 150 microns. Cette poudre de magnésium passait au premier tamis et était retenue par le se cond. Cet essai montre l'efficacité du carbure en co opération avec de très petites particules de magné sium.
Le chiffre indiqué pour la profondeur de trempe superficielle dans ce tableau et ceux qui suivent a été obtenu en coulant un coin de fonte dans un moule de sable sur un support formé d'un bloc de graphite. Le coin formé avait 89 mm de haut, 22,2 mm de large au sommet et 11,1 mm à la base. Les chiffres indiqués correspondent à la hauteur en millimètres de fonte ayant subi la trempe, à partir de la base du coin en contact avec le bloc.
Les fontes affectées d'un x après les valeurs d'al longement, dans le tableau I, et ceux qui suivent étaient complètement nodulées, c'est-à-dire que le graphite n'y était présent qu'à l'état de nodules. Les autres fontes étaient de qualité améliorée, c'est-à-dire que le graphite y était présent, non pas à l'état de paillettes, mais se trouvait compacté partiellement à l'état de nodules et partiellement sous forme vermi- culée (fils courts et épais).
Les paillettes se trouvaient éliminées dans sen siblement la totalité des essais présentement décrits. On a constaté de façon très nette que le graphite vermiculé est un facteur contribuant à la résistance. Des exemples de fontes à graphite compact sous forme d'un mélange de nodules et de formations ver- miculées sont représentés par les essais 884-l, envi- ron 60 % de nodules (au-dessus), 871-1,
environ 50 % de nodules (au-dessous), et No 872-l, environ 50 % de nodules (au-dessous). D'une manière géné- rale,
la résistance à la traction est d'autant plus élevée que le pourcentage de nodules est élevé.
Il peut quelquefois être avantageux d'effectuer le traitement au moyen de mélanges de magnésium et de carbure de calcium immédiatement avant le trai tement au carbure de calcium. On peut opérer de cette manière quand on dispose de fonte à basse teneur en soufre ou quand, la fonte étant à forte teneur en soufre, il est avantageux de n'utiliser qu'un mélange comprenant du magnésium et du carbure. Le tableau Il ci-après montre les proportions, les conditions et les résultats obtenus quand on injecte ensemble du magnésium et du carbure.
Il ressort du tabeau II qu'il est possible de dé- sulfurer une fonte à teneur en soufre relativement élevée et d'en compacter le graphite en n'utilisant qu'un mélange de magnésium et de carbure. C'est ainsi que l'essai N 781-2 montre un tel résultat, la fonte étant complètement nodulée. Il est à noter que l'on peut obtenir du graphite compacté à des tem pératures ne dépassant pas 1370 C.
Les essais Nos 781-2 et 791-3 ont donné ce résultat, avec ob tention d'une fonte complètement nodulée. Les es sais Nos 783-3 et 858-1 ont donné respectivement des fontes contenant 14 et 95 % du graphite, sous forme de nodules, le reste du graphite étant du gra phite vermiculé.
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TABLEAU <SEP> II
<tb> Mélange <SEP> injecté <SEP> Analyse <SEP> chimique
<tb> (kg/T) <SEP> R
<tb> Essai <SEP> Temp. <SEP> FeSi <SEP> S <SEP> S <SEP> (kg/ <SEP> P. <SEP> T.
<tb> <U>No <SEP> C.Ca <SEP> Mg <SEP> (o <SEP> C) <SEP> (o/0 <SEP> C. <SEP> T. <SEP> Si <SEP> Mg <SEP> init. <SEP> final <SEP> P <SEP> C. <SEP> E.
<SEP> mm"-) <SEP> A <SEP> A <SEP> o/o <SEP> (</U>mm)
<tb> 783-3 <SEP> 12,5 <SEP> 1,<B>6</B>5 <SEP> 1504 <SEP> 0,60 <SEP> 3,61 <SEP> 2,34 <SEP> 0,42 <SEP> 0,077 <SEP> 0,015 <SEP> 0,<B>1</B>1 <SEP> 4,42 <SEP> 35,9 <SEP> 167 <SEP> 2,0 <SEP> 9,5
<tb> 781-1 <SEP> 18,0 <SEP> 2,0 <SEP> 1422 <SEP> - <SEP> 3,6<B>1</B> <SEP> 2,08 <SEP> 0,43 <SEP> 0,083 <SEP> 0,008 <SEP> 0,11 <SEP> 4,34 <SEP> 41,5 <SEP> 285 <SEP> 0 <SEP> x <SEP> 93,5
<tb> 781-2 <SEP> 18,0 <SEP> 2,0 <SEP> 1422 <SEP> 0,60 <SEP> 3,61 <SEP> 2,48 <SEP> 0,43 <SEP> 0,083 <SEP> 0,009 <SEP> 0,11 <SEP> 4,47 <SEP> 54,7 <SEP> 176 <SEP> 7,5 <SEP> x <SEP> 7,9
<tb> 789-3 <SEP> 22,0 <SEP> 3,0 <SEP> 1491 <SEP> 0,75 <SEP> 3,15 <SEP> 2,57 <SEP> 0,42 <SEP> 0,088 <SEP> 0,017 <SEP> 0,11 <SEP> 4,04 <SEP> 43,6 <SEP> 211 <SEP> 2,0 <SEP> 9,5
<tb> 782-2 <SEP> 17,0 <SEP> 3,0 <SEP> 1455 <SEP> 0,60 <SEP> 3,45 <SEP> 2,42 <SEP> 0,51 <SEP> 0,
087 <SEP> 0,013 <SEP> 0,11 <SEP> 4,29 <SEP> 57,0 <SEP> 174 <SEP> 9,0 <SEP> x <SEP> 15,9
<tb> 791-3 <SEP> 22,0 <SEP> 3,0 <SEP> 1499 <SEP> 0,75 <SEP> 3,18 <SEP> 2,66 <SEP> 0,44 <SEP> 0,082 <SEP> 0,012 <SEP> 0,11 <SEP> 4,10 <SEP> 55,6 <SEP> 187 <SEP> 8,0 <SEP> x <SEP> 12,7
<tb> 792-3 <SEP> 22,0 <SEP> 3,0 <SEP> 1371 <SEP> - <SEP> 3,42 <SEP> 2,21 <SEP> 0,21 <SEP> 0,023 <SEP> 0,006 <SEP> 0,03 <SEP> 4,14 <SEP> 49,2 <SEP> 203 <SEP> 3,5 <SEP> x <SEP> 93,5
<tb> 792-4 <SEP> 22,0 <SEP> 3,0 <SEP> 1371 <SEP> 0,60 <SEP> 3,42 <SEP> 2,58 <SEP> 0,21 <SEP> 0,023 <SEP> 0,006 <SEP> 0,03 <SEP> 4,28 <SEP> 45,1 <SEP> 149 <SEP> 21,8 <SEP> x <SEP> 11,1
<tb> 871-1 <SEP> 9,0 <SEP> 1,0 <SEP> 1482 <SEP> 1,40 <SEP> 3,41 <SEP> 2,77 <SEP> 0,13 <SEP> 0,006 <SEP> 0,006 <SEP> 0,024 <SEP> 4,34 <SEP> 39,4 <SEP> 143 <SEP> 8,7 <SEP> 14,3
<tb> 878-1 <SEP> 18,0 <SEP> 2,0 <SEP> 1482 <SEP> 1,00 <SEP> 3,40 <SEP> 2,
55 <SEP> 0,14 <SEP> 0,022 <SEP> 0,003 <SEP> 0,027 <SEP> 4,26 <SEP> 44,7 <SEP> 149 <SEP> 21,0 <SEP> x <SEP> 25,4
<tb> 858-1 <SEP> 18,0 <SEP> 2,0 <SEP> 1482 <SEP> 1,00 <SEP> 3,37 <SEP> 2,62 <SEP> 0,16 <SEP> 0,013 <SEP> 0,004 <SEP> 0,03 <SEP> 4,24 <SEP> 46,3 <SEP> 163 <SEP> 8,5 <SEP> - Le tableau III ci-après montre les proportions, les conditions et les résultats obtenus par utilisation de magnésium, d'oxydes de terres rares et de carbure de calcium sans désulfuration préalable immédiate, compte tenu de ce que la teneur initiale en soufre avait dans tous les essais une valeur peu élevée, de l'ordre de celle qui peut facilement être et, de préfé rence, est obtenue par traitement au carbure.
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TABLEAU <SEP> III
<tb> Mélange <SEP> injecté <SEP> Analyse <SEP> chimique
<tb> (kg/T) <SEP> R
<tb> Essai <SEP> Temp. <SEP> FeSi <SEP> S <SEP> S <SEP> (kg/ <SEP> P. <SEP> T.
<tb> <U>No <SEP> C_Ca <SEP> O.T.R. <SEP> Mg <SEP> (0 <SEP> C)</U> <SEP> (1/o<U>) <SEP> C. <SEP> T. <SEP> Si <SEP> Mg <SEP> init. <SEP> final <SEP> P <SEP> C. <SEP> E.
<SEP> mm2) <SEP> A <SEP> A <SEP> o/o <SEP> (mm)</U>
<tb> 836-1 <SEP> 10,0 <SEP> 0,5 <SEP> 1,0 <SEP> 1482 <SEP> 1,60 <SEP> 3,36 <SEP> 3,38 <SEP> 0,37 <SEP> 0,018 <SEP> 0,006 <SEP> 0,04 <SEP> 4,49 <SEP> 3976 <SEP> <B>1</B>67 <SEP> 5,0 <SEP> 3,2
<tb> 839-1 <SEP> 10,0 <SEP> 0,5 <SEP> 0,5 <SEP> 1482 <SEP> 1,60 <SEP> 3,47 <SEP> 3,26 <SEP> 0,32 <SEP> 0,015 <SEP> 0,007 <SEP> 0,04 <SEP> 4,56 <SEP> 3878 <SEP> 156 <SEP> 5,0 <SEP> 848-1 <SEP> 8,5 <SEP> 0,5 <SEP> 1,0 <SEP> 1482 <SEP> 0,75 <SEP> 3,38 <SEP> 2,23 <SEP> 0,18 <SEP> 0,018 <SEP> - <SEP> 0,025 <SEP> 4,12 <SEP> 3804 <SEP> 140 <SEP> 5,0 <SEP> 20,6
<tb> 850-1 <SEP> 8,5 <SEP> 0,5 <SEP> 1,0 <SEP> 1482 <SEP> 1,00 <SEP> 3,76 <SEP> 2,45 <SEP> 0,17 <SEP> 0,010 <SEP> - <SEP> 0,025 <SEP> 4,58 <SEP> 4137 <SEP> 139 <SEP> 14,5 <SEP> 9,5
<tb> 856-<B>1</B> <SEP> 17,0 <SEP> 1,0 <SEP> 2,0 <SEP> 1482 <SEP> 1,00 <SEP> 3,30 <SEP> 2,47 <SEP> 0,
15 <SEP> 0,015 <SEP> 0,005 <SEP> 0,029 <SEP> 4,12 <SEP> 4599 <SEP> 152 <SEP> 18,5 <SEP> x <SEP> 25,4
<tb> 872-1 <SEP> 8,5 <SEP> 0,5 <SEP> 1,0 <SEP> 1482 <SEP> 1,40 <SEP> 3,38 <SEP> 2,76 <SEP> 0,17 <SEP> 0,017 <SEP> 0,006 <SEP> 0,031 <SEP> 4,31 <SEP> 3766 <SEP> 150 <SEP> 5,0- <SEP> 12,7 On a également obtenu une fonte valorisée à par tir d'une fonte hypoeutectique à basse teneur en soufre par injection de 7,5 kg de carbure et de 750 g de magnésium par tonne de fonte, suivie d'une in jection de 0,5 % de ferrosilicium. Le magnésium constituait environ 7,5 % du mélange. La résistance à la traction a été presque doublée, bien qu'il ne se soit pas formé de nodules.
Cet essai indique la quan tité inférieure préférée et la proportion nécessaire de magnésium, c'est-à-dire environ 500 g par tonne de fonte et environ 5 % du mélange.
Il est à noter que le procédé selon la présente invention s'applique particulièrement bien à l'obten tion d'une fonte nodulée à basse teneur en silicium, c'est-à-dire à moins de 2,5 % de silicium, en raison de ce que le seul silicium introduit l'est au cours de l'injection. Une fonte de ce type présente une résis tance au choc supérieure à celle de nombre de fon tes nodulaires contenant un pourcentage plus élevé de silicium et peut remplacer le laiton dans certaines applications.
En se reportant aux essais ci-dessus relatés, on peut voir que nombre de types de fontes peuvent être produits, allant des fontes complètement nodu- lées à des fontes améliorées ayant une résistance à la traction atteignant environ 35 kg/mm2. Il est à noter que ces essais ont été effectués au moyen de fontes au point eutectique ou voisines de ce point, soit 4,3 /o d'équivalent de carbone, qui est le pour centage de carbone plus le tiers de la somme des pourcentages de silicium et de phosphore. La gamme préférée d'équivalents de carbone est de 4 à 4,6, bien qu'il soit possible de traiter des fontes comprises entre 3,8 et 5.
On peut, bien entendu, utiliser des récipients ou poches à revêtements basiques ou aci des ou des fours à soles avec l'un ou l'autre de ces revêtements.
Les dimensions des particules sont toutes indi quées en microns et les pourcentages en poids.
Il doit être entendu que le procédé selon la pré sente invention peut comporter l'injection d'un mé lange contenant, outre du magnésium en poudre, du carbure de calcium finement divisé et, éventuelle ment, des composés de terres rares, une petite quan tité d'autres substances finement divisées, telles que de l'oxyde de magnésium ou du graphite.
Toutefois le carbure doit toujours constituer plus de 80 % du mélange et le magnésium ne doit pas dépasser 15 % du total.
Dans un essai identique au No 783-3, sauf que l'on n'a pas procédé à une addition ultérieure de ferrosilicium, l'injection simultanée de carburé, de magnésium et de graphite (environ 0,3 % de gra- phite relativement au fer) a donné de bons résultats.
Les quantités ci-dessus mentionnées de magné sium et d'autres agents, la manière de les introduire et la dimension des particules assurent une addition de magnésium sans violence excessive ni combustion excessive du magnésium à la surface de la fonte et permettent un traitement économique, rapide et amé lioré. Il est à noter que l'on pense que le laitier de structure granuleuse, analogue au laitier usuel de carbure seul, contribue à la diminution du risque d'inflammation du magnésium.
Method for manufacturing cast iron containing compact graphite The present invention relates to a method of producing cast iron containing graphite in compact form; it also relates to a product for the implementation of this process.
It has previously been found that one can produce better quality gray iron, or nodular iron, having properties superior to those of ordinary gray iron, by treating the molten iron in such a way that, when it is sinks, the graphite is there in a compact form rather than as a flake. Such a treatment comprises the introduction of magnesium into a bath of molten iron of a composition such that, if it were cast normally without further treatment, an ordinary gray iron would be obtained in as-cast form.
Before this magnesium treatment actually produces this compaction of the graphite, either partially (improvement in quality) or completely (nodulation so that the cast iron contains substantially only spheroidal graphite), it is usually necessary to remove the graphite. sulfur in some way. It is of great importance that the whole process be carried out in such a way that the least possible time and heat is wasted and that the cost of the treatment agents is as low as possible.
Magnesium is a well-known nodulating or compacting agent. However, the problems with the addition of the metal itself to the molten iron are such that the patents published on this subject state that it is impossible to add metallic magnesium to the molten iron without it occurring. produces a violent reaction with complete loss of magnesium. The difficulties thus encountered are mainly due to the rapid passage of magnesium in the gaseous state at the temperatures involved. The phenomenon is similar to the fall of drops of water in boiling fat. Another factor is the reaction of magnesium with oxygen, which results in fireworks.
The present invention makes it possible, quickly and economically, to introduce elementary magnesium into molten iron, with a view to ensuring its desulfurization and its nodulation and to improving its quality.
The process according to the invention, in which one starts from a cast iron bath which, in the as-cast state, would contain graphite in the form of flakes, is characterized in that one introduces into the cast iron bath , below its surface, a stream of an inert gas holding finely divided calcium carbide and particles of metallic magnesium in suspension,
the magnesium particles constituting 5 to 15% of the mixture and being of sufficient fineness to pass through an 840 micron mesh sieve, but large enough to be retained almost entirely on a 150 micron mesh sieve, the carbide particles of calcium being of sufficient fineness to pass through an 840 micron mesh sieve, after which the metal thus treated is poured.
Preferably, the calcium carbide is retained for the most part (90% at least) by the sieve with a 75 micron mesh,
At least 25% being retained by the 150 micron mesh screen. Thus, after casting, a cast iron containing graphite in compact form is obtained. The density of the injected stream is preferably about 15 to 125 liters of gas per kilogram of treatment agent consisting of the mixture of magnesium and calcium carbide.
Of course, the gas must be maintained under sufficient pressure to compensate for the pressure exerted by the molten iron and thus prevent the entry of the metal into the passage through which the mixture is injected. The flow rate of the mixture injected can vary between approximately 2.5 and 15 kg per tonne of cast iron and per minute depending on the size of the ladle in which the treatment takes place or the quantity of cast iron and the type of injection device. . The complete injection is usually given in such a way that it does not take more than about ten minutes. The casting should be done quickly, that is, it should be started as much as possible about ten minutes after the injection.
Since desulfurization is necessary in most cases, it is clearly preferable to first inject finely divided calcium carbide using an injection tube so as to reduce the sulfur level to at most 0, 03% and preferably less than that,
for example approximately 0.01%, then injecting the mixture of carbide and magnesium immediately after, through the same injection tube.
In most cases it is also preferable to introduce into the treated cast iron after treatment 75% silicon ferrosilicon or the like.
The quantity of magnesium injected can vary between approximately 250 and 6000 g and, preferably, between 500 and 3000 g per tonne of cast iron, depending on the case. More magnesium is used if one does not first desulfurize to 0.03% sulfur by treatment with calcium carbide or if a large pour is to be made. If a preliminary desulfurization is carried out, less magnesium is injected.
The bulk density of the magnesium powder is preferably about 0.7. In the tests carried out, the grained container was only lightly tapped to remove the voids.
The temperature of the cast iron bath is preferably less than 1510o C at the time of injection. It should be noted that the product obtained in accordance with the present invention normally contains retained magnesium in an amount which, by itself, would be insufficient to produce the type of product obtained. The fact that a smaller quantity of retained magnesium is sufficient to obtain a given structure is due to the action of the carbide.
In order to effect the injection of the treating agent, any of the known apparatuses can be used for delivering a stream of gas and solids of a density such that there is about 15 to 125 liters of gas. gas per kilogram of solids, for example the screw feeder disclosed in United States Patent No. 2,577764, or a fluidization injection device. The preferred inert gas used for the injection of the treatment agents according to the invention and of the calcium carbide is dry nitrogen. Other gases such as helium, argon and carbon dioxide can be used.
The expression inert gas here denotes a gas which does not react with magnesium or cast iron under the conditions described.
A product can be prepared for carrying out the process according to the invention by intimately mixing, by any means, 10 to 17 parts of finely divided calcium carbonate with 1 to 2 parts of powdered magnesium, so that the magnesium - sium constitutes less than 151% of the mixture. Calcium carbide can be a product of commercial quality, completely free of impurities,
as obtained in electric arc furnaces using high quality calcium oxide and coke. As has been indicated, the calcium carbide should be of such a size that it passes entirely through the 840 micron mesh sieve and, moreover, preferably such that it does not pass. pass no more than 25% through a 150 micron mesh sieve.
Magnesium powder is in the form of very small, irregular shaped particles. Under the microscope, these particles show irregular edges, often rolled up. As has been specified, these magnesium particles must be of a size such that they pass through an 840 micron mesh sieve and that almost all of them (for example 90%) remain through the mesh sieve of 150 microns.
A typical particulate composition of magnesium is 100% less than 840 microns, 86.7% less than 300 microns,
42% of less than 230 microns and 6.8% of less than 150 microns. Normally, calcium carbide particles also range in size, most of these particles being finer than those of magnesium.
The amounts of the treating agent components to be used per ton of gray iron are approximately 5 to 40 kg for calcium carbide and 0.250 to 6 kg for magnesium. In any case, the amount of magnesium should not exceed 15% of the total.
In the initial tests carried out using small particles of magnesium, it appeared essential to avoid the blockage of the injection tube regardless of considerations relating to the quantity of magnesium injected or the efficiency of the injection. . Respecting the proportions and particle sizes indicated makes it possible in principle to avoid blocking injection tubes of various diameters.
Thus, the characteristics in question solve both the problem of the introduction of the magnesium particles through a red-heated carbon injection tube below the surface of the molten iron and the serious problem represented by possibility of violent reaction when a certain quantity of magnesium comes into contact with molten iron at a temperature above the vaporization temperature of magnesium. This last problem involves the risk resulting from a change of state, that is to say from the sudden passage of a solid into the gaseous state, the volume of the gas being far greater than the volume of the gas. solid. Another risk is that of the oxidation of magnesium on the surface, with the inflammation that can result.
The present invention minimizes this risk of ignition, the magnesium being dispersed below the surface, effectively dissolved in the cast iron and partially protected on the surface by the layer of slag formed by the carbide. It is also understood that the mixture considered contributes to safe storage and handling. The separation of the magnesium during the introduction is also minimized due to the entanglement of the rough edges of the magnesium and the carbide.
A particular example of implementation of the invention is described below.
A cast iron bath was prepared which, if it had been cast as is, would have given a gray cast containing flake graphite. 7.3 kg of calcium carbide was injected into this bath through an injection tube to reduce the original percentage of sulfur to 0.082% and further improve the quality of the cast iron. Immediately afterwards, through the same tube, a homogeneous intimate mixture of magnesium and calcium carbide was injected.
Two hoppers can be used, or a quick reloading can be done so that no more than a minute passes between injections. The mixture had been established to contain 18 kg of carbide and 2 kg of magnesium per tonne of cast iron so that the proportion of magnesium was about 10%. The gaseous vehicle used was dry nitrogen.
The injection was carried out with a flow rate of approximately 18 kg of mixture per tonne of cast iron and per minute. The gas to solids ratio was about 26 liters per kilogram. The carbon injection tube was submerged to more than half the depth of the basic coated vessel. A depth of at least 15cm is essential. The temperature of the cast iron was around 1525 C.
Immediately after the injection, ferrosilicon containing 75% silicon was added in the amount of about 1% per tonne. Cast iron was poured within three minutes of injection.
A completely nodulated cast iron was thus obtained. This cast iron exhibited a tensile strength of 43.6 kg / mm2, a Brinell hardness of 143, a P <B> a </B> elongation of 18.5% over 50.8 mm and a quench depth. superficial of 15.9 mm (see below).
The test reported above is test N-) 882-1 of Table 1 below, which gives the analogous results for other tests, as well as the chemical analyzes of the pig iron.
Some fonts contain small amounts of material considered to be troublesome or harmful. Lead, arsenic, tin and antimony are some of the elements which are considered to be harmful. When dealing with such cast irons, which can be seen by different results from those generally obtained by treatment with calcium and magnesium carbide, it is preferable to introduce a small quantity of rare earth oxides in the mixture of carbide and magnesium. Apart from this, it is preferable to use rare earth oxides when it is desired to obtain compact graphite, the amount of magnesium then possibly being small because the rare earth oxides themselves have a compacting effect.
Preferably 500 to 1000 g of rare earth oxides are used per tonne of iron. These oxides are finely divided, their size not exceeding 840 microns. They can be made up of about 50% cerium oxide, 20% lanthanum oxide,
the remainder being made up of decreasing percentages of other rare earth compounds. This composition is characteristic of rare earths found in nature. The term “rare earths” is understood here to mean materials as just described or derivatives of these materials, in the proportion in which they are found naturally.
In the preferred embodiment, in which a desulfurization and upgrading, such as deoxidation, by injection of calcium carbide is first carried out, immediately before carrying out the main treatment of forming the graphite in the form compact using magnesium and calcium and magnesium carbide, or magnesium, calcium carbide and rare earth oxides, the preferred amount of carbide that is added is a little over 10 kg of carbide per kg of sulfur to be removed, so that a sulfur content of less than 0,
03% is obtained quickly and that the carbide can exert a more favorable action on the cast iron and make it more sensitive to the action of magnesium. Table 1 below shows the proportions of products to be used, the other operating conditions and the results obtained when a carbide treatment is carried out first.
In this table and in those which follow, the numerical indications appearing under the entry Chemical Ana lysis relate to the final percentage of silicon, manganese and phosphorus. The initial and final percentages of sulfur are also indicated. The other values are the weights in kg of injected material per tonne of cast iron and properties such as tensile strength (R), Brinell hardness (4), percent elongation over 50.8 mm (A 0 / 0) and the hardening depth (PT). The first quantity of carbide shown is that which is used for the initial desulfurization and upgrading.
The second quantity is that which is introduced into the mixture for the formation of the graphite in compact form O. T. E. represents the quantities of rare earth oxides added in a certain number of tests. C. T. and C. E. indicate total carbon and carbon equivalent, respectively. The temperature is that of the cast iron at the start of the treatment. The percentage of FeSi refers to the amount of ferrosilicon at 75% silicon added, relative to the treated cast iron.
The ferrosilicon was added by transferring from one bag to another, although it could be injected. When there is no corresponding number
EMI0004.0001
TABLE <SEP> I
<tb> Mixture <SEP> injected <SEP> Chemical <SEP> analysis
<tb> (kg / T) <SEP> R
<tb> Test <SEP> Temp. <SEP> FeSi <SEP> S <SEP> S <SEP> (kg / <SEP> P. <SEP> T.
<tb> No <SEP> CCa <SEP> O.T.R. <SEP> Mg <SEP> (o <SEP> C) <SEP> (o / o) <SEP> C. <SEP> T. <SEP> If <SEP> Mg <SEP> init. <SEP> final <SEP> P <SEP> C. <SEP> E.
<SEP> mm) <SEP> A <SEP> A <SEP>% <SEP> (mm)
<tb> 815-l <SEP> 10.0 <SEP> - <SEP> 2.5 <SEP> 1470 <SEP> 0.75 <SEP> 3.38 <SEP> 2.68 <SEP> 0.22 <SEP> 0.013 <SEP> 0.006 <SEP> 0.03 <SEP> 4.47 <SEP> 48.5 <SEP> 163 <SEP> 18.5 <SEP> x <SEP> 15.9
<tb> 22.5
<tb> 867-1 <SEP> 10.0 <SEP> 0.5 <SEP> 1.0 <SEP> 1440 <SEP> 0.75 <SEP> 3.59 <SEP> 2.26 <SEP> 0 , 68 <SEP> 0.088 <SEP> 0.003 <SEP> 0.043 <SEP> 4.34 <SEP> 48.8 <SEP> 163 <SEP> 7.8 <SEP> x <SEP> 25.4
<tb> 8.5
<tb> 879-1 <SEP> 8.0 <SEP> 1.0 <SEP> 2.0 <SEP> 1480 <SEP> 1.00 <SEP> 3.56 <SEP> 2.57 <SEP> 0 , 12 <SEP> 0.082 <SEP> 0.003 <SEP> 0.028 <SEP> 4.43 <SEP> 44.2 <SEP> l49 <SEP> 18.0 <SEP> x <SEP> 38.1
<tb> 17.0
<tb> 880-1 <SEP> 8,0 <SEP> 1,0 <SEP> 2,0 <SEP> l480 <SEP> l, 00 <SEP> 3,60 <SEP> 2.54 <SEP> 0 , 12 <SEP> 0.107 <SEP> - <SEP> 0.022 <SEP> 4.45 <SEP> 44.9 <SEP> 146 <SEP> 17.0 <SEP> x <SEP> 28.6
<tb> 17.0
<tb> 881.1 <SEP> 8.0 <SEP> 0,
580 <SEP> 1.19 <SEP> 1480 <SEP> 1.00 <SEP> 3.56 <SEP> 2.57 <SEP> 0.14 <SEP> 0.100 <SEP> - <SEP> 0.027 <SEP> 4.43 <SEP> 44.8 <SEP> 155 <SEP> 19.0 <SEP> x <SEP> 25.4
<tb> l0.1
<tb> 882-1 <SEP> 8.0 <SEP> - <SEP> 2.0 <SEP> 1480 <SEP> 1.00 <SEP> 3.66 <SEP> 2.43 <SEP> 0.14 <SEP> 0.082 <SEP> - <SEP> 0.028 <SEP> 4.48 <SEP> 43.6 <SEP> 143 <SEP> l8.5 <SEP> x <SEP> 15.9
<tb> 18.0
<tb> 883-1 <SEP> 8.0 <SEP> 0.666 <SEP> 1.333 <SEP> 1480 <SEP> 1.00 <SEP> 3.55 <SEP> 2.32 <SEP> 0.30 <SEP > 0.113 <SEP> - <SEP> 0.033 <SEP> 4.43 <SEP> 56.9 <SEP> 186 <SEP> 11.5 <SEP> x <SEP> 19.0
<tb> 11.3
<tb> 884-1 <SEP> 8.0 <SEP> 1.0 <SEP> 2.0 <SEP> 1480 <SEP> 1.00 <SEP> 3.55 <SEP> 2.46 <SEP> 0 , 33 <SEP> 0.103 <SEP> - <SEP> 0.036 <SEP> 4.38 <SEP> 47.4 <SEP> 162 <SEP> 9.5 <SEP> 25.4
<tb> 17.0
<tb> 903-1 <SEP> 8,0 <SEP> 0.5 <SEP> 1.5 <SEP> 1480 <SEP> 1.00 <SEP> 3.57 <SEP> 2.44 <SEP> 0 , 37 <SEP> 0,
096 <SEP> - <SEP> 0.034 <SEP> 4.38 <SEP> 46.8 <SEP> 159 <SEP> 17.5 <SEP> x <SEP> 7.9
<tb> 13.0 in the table is that no ferrosilicon has been added.
In test No. 883-1, the magnesium was of a particle size between the sieves of 230 and 150 microns. This magnesium powder passed through the first sieve and was retained by the second cond. This test shows the efficiency of the carbide in co-operation with very small particles of magnesium.
The figure given for the surface quenching depth in this table and those which follow was obtained by casting a wedge of cast iron in a sand mold on a support formed from a block of graphite. The wedge formed was 89mm high, 22.2mm wide at the top and 11.1mm at the base. The figures shown correspond to the height in millimeters of the quenched cast iron, from the base of the wedge in contact with the block.
The cast irons marked with an x after the al long values, in Table I, and those which follow were completely nodulated, that is to say that the graphite was only present in the state of nodules. The other castings were of improved quality, that is to say that the graphite was present there, not in the state of flakes, but was partially compacted in the state of nodules and partially in vermiculous form ( short and thick threads).
Flakes were eliminated in substantially all of the tests described herein. It has been found very clearly that vermiculated graphite is a factor contributing to strength. Examples of compact graphite cast irons in the form of a mixture of nodules and vermiculated formations are shown by tests 884-1, about 60% nodules (above), 871-1,
about 50% nodules (below), and No 872-1, about 50% nodules (below). In a general way,
the higher the percentage of nodules, the higher the tensile strength.
It may sometimes be advantageous to carry out the treatment with mixtures of magnesium and calcium carbide immediately before the calcium carbide treatment. One can operate in this way when one has low sulfur content cast iron or when, the high sulfur content cast iron, it is advantageous to use only a mixture comprising magnesium and carbide. Table II below shows the proportions, the conditions and the results obtained when the magnesium and the carbide are injected together.
It can be seen from Table II that it is possible to desulphurize a relatively high sulfur content iron and to compact the graphite therein using only a mixture of magnesium and carbide. Thus test N 781-2 shows such a result, the cast iron being completely nodulated. Note that compacted graphite can be obtained at temperatures not exceeding 1370 C.
Tests Nos 781-2 and 791-3 gave this result, obtaining a completely nodulated cast iron. The tests Nos 783-3 and 858-1 gave cast irons containing 14 and 95% of the graphite, respectively, in the form of nodules, the rest of the graphite being vermiculated graphite.
EMI0005.0001
TABLE <SEP> II
<tb> Mixture <SEP> injected <SEP> Chemical <SEP> analysis
<tb> (kg / T) <SEP> R
<tb> Test <SEP> Temp. <SEP> FeSi <SEP> S <SEP> S <SEP> (kg / <SEP> P. <SEP> T.
<tb> <U> No <SEP> C.Ca <SEP> Mg <SEP> (o <SEP> C) <SEP> (o / 0 <SEP> C. <SEP> T. <SEP> Si <SEP > Mg <SEP> init. <SEP> final <SEP> P <SEP> C. <SEP> E.
<SEP> mm "-) <SEP> A <SEP> A <SEP> o / o <SEP> (</U> mm)
<tb> 783-3 <SEP> 12.5 <SEP> 1, <B> 6 </B> 5 <SEP> 1504 <SEP> 0.60 <SEP> 3.61 <SEP> 2.34 <SEP > 0.42 <SEP> 0.077 <SEP> 0.015 <SEP> 0, <B> 1 </B> 1 <SEP> 4.42 <SEP> 35.9 <SEP> 167 <SEP> 2.0 <SEP > 9.5
<tb> 781-1 <SEP> 18.0 <SEP> 2.0 <SEP> 1422 <SEP> - <SEP> 3.6 <B> 1 </B> <SEP> 2.08 <SEP> 0 , 43 <SEP> 0.083 <SEP> 0.008 <SEP> 0.11 <SEP> 4.34 <SEP> 41.5 <SEP> 285 <SEP> 0 <SEP> x <SEP> 93.5
<tb> 781-2 <SEP> 18.0 <SEP> 2.0 <SEP> 1422 <SEP> 0.60 <SEP> 3.61 <SEP> 2.48 <SEP> 0.43 <SEP> 0.083 <SEP> 0.009 <SEP> 0.11 <SEP> 4.47 <SEP> 54.7 <SEP> 176 <SEP> 7.5 <SEP> x <SEP> 7.9
<tb> 789-3 <SEP> 22.0 <SEP> 3.0 <SEP> 1491 <SEP> 0.75 <SEP> 3.15 <SEP> 2.57 <SEP> 0.42 <SEP> 0.088 <SEP> 0.017 <SEP> 0.11 <SEP> 4.04 <SEP> 43.6 <SEP> 211 <SEP> 2.0 <SEP> 9.5
<tb> 782-2 <SEP> 17.0 <SEP> 3.0 <SEP> 1455 <SEP> 0.60 <SEP> 3.45 <SEP> 2.42 <SEP> 0.51 <SEP> 0 ,
087 <SEP> 0.013 <SEP> 0.11 <SEP> 4.29 <SEP> 57.0 <SEP> 174 <SEP> 9.0 <SEP> x <SEP> 15.9
<tb> 791-3 <SEP> 22.0 <SEP> 3.0 <SEP> 1499 <SEP> 0.75 <SEP> 3.18 <SEP> 2.66 <SEP> 0.44 <SEP> 0.082 <SEP> 0.012 <SEP> 0.11 <SEP> 4.10 <SEP> 55.6 <SEP> 187 <SEP> 8.0 <SEP> x <SEP> 12.7
<tb> 792-3 <SEP> 22.0 <SEP> 3.0 <SEP> 1371 <SEP> - <SEP> 3.42 <SEP> 2.21 <SEP> 0.21 <SEP> 0.023 <SEP > 0.006 <SEP> 0.03 <SEP> 4.14 <SEP> 49.2 <SEP> 203 <SEP> 3.5 <SEP> x <SEP> 93.5
<tb> 792-4 <SEP> 22.0 <SEP> 3.0 <SEP> 1371 <SEP> 0.60 <SEP> 3.42 <SEP> 2.58 <SEP> 0.21 <SEP> 0.023 <SEP> 0.006 <SEP> 0.03 <SEP> 4.28 <SEP> 45.1 <SEP> 149 <SEP> 21.8 <SEP> x <SEP> 11.1
<tb> 871-1 <SEP> 9.0 <SEP> 1.0 <SEP> 1482 <SEP> 1.40 <SEP> 3.41 <SEP> 2.77 <SEP> 0.13 <SEP> 0.006 <SEP> 0.006 <SEP> 0.024 <SEP> 4.34 <SEP> 39.4 <SEP> 143 <SEP> 8.7 <SEP> 14.3
<tb> 878-1 <SEP> 18.0 <SEP> 2.0 <SEP> 1482 <SEP> 1.00 <SEP> 3.40 <SEP> 2,
55 <SEP> 0.14 <SEP> 0.022 <SEP> 0.003 <SEP> 0.027 <SEP> 4.26 <SEP> 44.7 <SEP> 149 <SEP> 21.0 <SEP> x <SEP> 25, 4
<tb> 858-1 <SEP> 18.0 <SEP> 2.0 <SEP> 1482 <SEP> 1.00 <SEP> 3.37 <SEP> 2.62 <SEP> 0.16 <SEP> 0.013 <SEP> 0.004 <SEP> 0.03 <SEP> 4.24 <SEP> 46.3 <SEP> 163 <SEP> 8.5 <SEP> - Table III below shows the proportions, conditions and results obtained by using magnesium, rare earth oxides and calcium carbide without immediate prior desulfurization, given that the initial sulfur content had in all the tests a low value, of the order of that which can easily be and, preferably, is obtained by carbide treatment.
EMI0005.0002
TABLE <SEP> III
<tb> Mixture <SEP> injected <SEP> Chemical <SEP> analysis
<tb> (kg / T) <SEP> R
<tb> Test <SEP> Temp. <SEP> FeSi <SEP> S <SEP> S <SEP> (kg / <SEP> P. <SEP> T.
<tb> <U> No <SEP> C_Ca <SEP> O.T.R. <SEP> Mg <SEP> (0 <SEP> C) </U> <SEP> (1 / o <U>) <SEP> C. <SEP> T. <SEP> Si <SEP> Mg <SEP> init. <SEP> final <SEP> P <SEP> C. <SEP> E.
<SEP> mm2) <SEP> A <SEP> A <SEP> o / o <SEP> (mm) </U>
<tb> 836-1 <SEP> 10.0 <SEP> 0.5 <SEP> 1.0 <SEP> 1482 <SEP> 1.60 <SEP> 3.36 <SEP> 3.38 <SEP> 0 , 37 <SEP> 0.018 <SEP> 0.006 <SEP> 0.04 <SEP> 4.49 <SEP> 3976 <SEP> <B> 1 </B> 67 <SEP> 5.0 <SEP> 3.2
<tb> 839-1 <SEP> 10.0 <SEP> 0.5 <SEP> 0.5 <SEP> 1482 <SEP> 1.60 <SEP> 3.47 <SEP> 3.26 <SEP> 0 , 32 <SEP> 0.015 <SEP> 0.007 <SEP> 0.04 <SEP> 4.56 <SEP> 3878 <SEP> 156 <SEP> 5.0 <SEP> 848-1 <SEP> 8.5 <SEP > 0.5 <SEP> 1.0 <SEP> 1482 <SEP> 0.75 <SEP> 3.38 <SEP> 2.23 <SEP> 0.18 <SEP> 0.018 <SEP> - <SEP> 0.025 <SEP> 4.12 <SEP> 3804 <SEP> 140 <SEP> 5.0 <SEP> 20.6
<tb> 850-1 <SEP> 8.5 <SEP> 0.5 <SEP> 1.0 <SEP> 1482 <SEP> 1.00 <SEP> 3.76 <SEP> 2.45 <SEP> 0 , 17 <SEP> 0.010 <SEP> - <SEP> 0.025 <SEP> 4.58 <SEP> 4137 <SEP> 139 <SEP> 14.5 <SEP> 9.5
<tb> 856- <B> 1 </B> <SEP> 17.0 <SEP> 1.0 <SEP> 2.0 <SEP> 1482 <SEP> 1.00 <SEP> 3.30 <SEP> 2.47 <SEP> 0,
15 <SEP> 0.015 <SEP> 0.005 <SEP> 0.029 <SEP> 4.12 <SEP> 4599 <SEP> 152 <SEP> 18.5 <SEP> x <SEP> 25.4
<tb> 872-1 <SEP> 8.5 <SEP> 0.5 <SEP> 1.0 <SEP> 1482 <SEP> 1.40 <SEP> 3.38 <SEP> 2.76 <SEP> 0 , 17 <SEP> 0.017 <SEP> 0.006 <SEP> 0.031 <SEP> 4.31 <SEP> 3766 <SEP> 150 <SEP> 5.0- <SEP> 12.7 We also obtained a cast iron valued at firing of a low sulfur hypoeutectic cast iron by injection of 7.5 kg of carbide and 750 g of magnesium per tonne of cast iron, followed by an injection of 0.5% ferrosilicon. Magnesium made up about 7.5% of the mixture. The tensile strength was almost doubled, although no nodules formed.
This test indicates the preferred lower amount and the required proportion of magnesium, ie about 500 g per tonne of cast iron and about 5% of the mixture.
It should be noted that the process according to the present invention is particularly applicable to obtaining a nodulated cast iron with a low silicon content, that is to say with less than 2.5% silicon, in because the only silicon introduced is introduced during injection. A cast iron of this type has greater impact strength than many nodular melts containing a higher percentage of silicon and can replace brass in some applications.
Referring to the above-reported tests, it can be seen that a number of types of cast irons can be produced, ranging from fully nodulated cast irons to improved cast irons having a tensile strength of up to about 35 kg / mm 2. It should be noted that these tests were carried out using cast irons at the eutectic point or close to this point, i.e. 4.3 / o of carbon equivalent, which is the percentage of carbon plus a third of the sum of the percentages silicon and phosphorus. The preferred range of carbon equivalents is 4 to 4.6, although it is possible to process cast irons between 3.8 and 5.
It is of course possible to use containers or bags with basic or steel coatings or deck ovens with one or the other of these coatings.
The particle sizes are all given in microns and the percentages by weight.
It should be understood that the process according to the present invention can comprise the injection of a mixture containing, in addition to powdered magnesium, finely divided calcium carbide and, optionally, rare earth compounds, a small amount. tity of other finely divided substances, such as magnesium oxide or graphite.
However, the carbide must always constitute more than 80% of the mixture and the magnesium must not exceed 15% of the total.
In a test identical to No 783-3, except that no further addition of ferrosilicon was made, the simultaneous injection of carburettor, magnesium and graphite (about 0.3% of relatively graphite iron) has given good results.
The above mentioned amounts of magnesium and other agents, the way of introducing them and the size of the particles ensure an addition of magnesium without excessive violence or excessive combustion of the magnesium on the surface of the cast iron and allow economical processing, fast and improved. It should be noted that it is believed that the slag of granular structure, analogous to the usual carbide slag alone, contributes to the decrease in the risk of inflammation of the magnesium.