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Purification 4'alliages.
La présente invention concerne la purification d'alliages à base de fer et, -d'alliages à base de nickel.
Dans certains alliages à base de fer ou à base de nickel, comme par exemple certains des alliages magnétiques doux, il est très avantageux que les teneurs résiduelles en soufre, oxygène et carbone soient aussi faibles que possible. La demande de brevet anglais n 47660/63 (WE-35.208) décrit un procède pour réduire les teneurs en soufre et en oxygène à des niveaux remarquablement bas pendant le processus de fusion.Il est également avantageux de réduire la teneur en carbone de ces alliages à des valeurs inférieures à environ 0,01% en poids de carbone.
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Dans les techniques antérieures,il était connu que le. tenu en carbone des alliages à base de fer et des alliages à base de nichel peut être réduite de manière significative par différentes techni- ques y compris des procédés de fusion appropriés ou par un traitement raes alliages ou des matériaux bruts individuels, alors qu'ils se trouvent à l'état solide,pour réduire leur teneur en carbone.
Il va de soi que le plus pratique et le plus économique des procédés cités ci-dessus est la réduction de la teneur en carbone pendant la fusion de l'alliage mais les procédés de fusion connus sont incapables de réduire la teneur en carbone des alliages à moins de 0,01% en poids de carbone,tout en obtenant en même temps une faible quantité d'oxygène résiduel .
Dès lors, lorsque,dans le passe,on désirait obtenir un matériau à basse teneur en carbone avec une basse teneur en oxygène résiduel on l'obtenait généralement par la technique à l'état solide dans laquelle l'alliage sous la forme solide est exposé dans un four à une atmosphère d'hydrogène à température élevée.de sorte que l'hydrogène diffuse dans la masse de l'alliage et se combina avec le carbone pour former du méthane (CH4) ou un autre gaz hydrocarboné qui passe alors dans l'atmosphère du four et est, évacué. Cependant, certains alliages ne peuvent être traités thermiquement dans leur forme définitive pour éliminer le carbone parce que cela altérerait leurs caractéristiques magnétiques.
Occasionnellement, un matériau à bas carbone a également été obtenu en traitant individuellement des matériaux bruts à l'état solide avec de l'hydrogène comme décrit ci-dessus pour éliminer le carbonc avant de fondre l'alliage, mais cette manière de faire est peu pratique et relativement coûteuse.
Il est clair dès lors que l'industrie a besoin d'une technique de fusion susceptible de produire des alliages à bas carbone et ceci s'applique aussi aux alliages à basse teneur en car.: bone qui-ont également de basses teneurs en soufre et en oxygène résiduels.
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Le but principal de l'invention est de fournir un procédé ; pour produire des alliages ayant une teneur faible en carbone et ayant également une teneur faible en soufre et en oxygène.
Dans ce buts l'invention réside dans un procédé pour produire un alliage choisi dans le groupe constitue par les al- liages de fer, les alliages de nickel et les alliages fer-nickel ayant des points de fusion inférieurs à 1500 C,ce procédé étant caractérisé en ce qu'on prépare une masse fondue de l'alliacé, on réduit les teneurs en oxygène et en soufre de la masse fondue en y ajoutant du calcium, on réduit la teneur en carbone de la mas- se fondue en abaissant la température de celle-ci en dessous de 17 5 5 K tandis que du calcium libre est présent dans la masse et on l'expose à une atmosphère oxydante alors qu'elle est à cette température abaissée et, on verse la masse fondue,
On a constaté que l'invention facilite une réduction.
de la teneur en carbone des alliages à la basse valeur de moins de 0,01% en poids.,alors que les alliages sont à l'état fondu.
L'invention apparaîtra plus clairement au cours de la description donnée...ci-après à titre d'exemple.
En termes généraux, la présente invention se rapporte à une amélioration du procédé pour utiliser du calcium élémentaire comme additif pendant la fusion des alliages, pour réduire le$ teneurs en soufre et en oxygène,grâce à laquelle les teneurs an cajtom des alliages traités peuvent également être réduites.
une forme de réalisation spécifique apporte au procédé décrit dans la deman- de de brevet mentionnée plus haut une amélioration consistant en un procédé pour produire - un alliage choisi dans le groupe con- stitué par les alliages de fer, les alliages de nickel et les al- liages fer-nickel, qui est caractérisé en ce qu'on pré- pare une masse fondue de l'alliage, on munit la masse fondue d'une couverture de laitier susceptible d'absorber le calcium et les com- posés calcium-soufre et on évite leur retour à la usasse fondue,
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ajoute du calcium élémentaire à la masse fondue pour réduire les teneurs en oxygène et en soufre,
on réduit la teneur en calcium résiduel de la masse fondue en maintenant la masse traitée au calcium sous la couverture de laitier pendant une période de temps suffisante pourpermettre au calcium de s'élever à la surface de la masse fondue et de se combiner avec le laitier, on oxyde le calcium résiduel en exposant a fond la masse traitée par le calcium à une atmosphère oxydante et/ou on réduit encore les teneurs en oxygène et en calcium en exposant la masse fondue traitée par le calcium à un vide et on verse la masse fondue.
Le laitier peut être constitué principalement de chaux (CaO) mais peut également comprendre du spath fluor (CaF2) dans des proportions pouvant atteindre 10% en poids ou même plus. La quantité de l'addition de calcium va de 0,5à 2% en poids,, et de préférence de 0,6 à 1% en poids de la masse fondue. Le calcium ré- siduel qui représente peut être 0,03% en poids est réduit par flottation c'est-à-dire en maintenant l'alliage fondu à une températuredonnée pour permettre au calcium de s'élever vers la surface et de s'y combiner avec le laitier.
Afin d'améliorer l'usinabilité, on expose la masse fondue à une atmosphère oxydante pour oxyder le calcium en réduisant ainsi la teneur en calcium,et/ou à un vide pour réduire encore les teneurs en oxygène et en calcium de la masse fondue.
La présente invention se rapporte spécifiquement à la réduction de la teneur en carbone des bains 'fondus -traités au calcium et la phase de réduction de la teneur en carbone peut être ajoutée aux phases du procédé décrit dans la demande de brevet mentionnée plus haut. Pour obtenir la réduction désirée de la teneur en carbone, la température de l'alliage fondu est abaissée jusqu'à une température inférieure à environ 1755 K et ensuite l'alliage fondu est exposé à fond à une atmosphère oxydante.
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Bien que le procédé généralement accepté pour réduire la teneur en carbone des, alliages à base de fer ,et des alliages à base de nickel passe par la réaction du carbone avec l'oxygène (la source d'oxygène peut être de l'oxyde de fer ou de l'oxygène gazeux) cJprocédé n'est pas capable de réduire la teneur en carbone à une valeur beaucoup intérieure à 0,02 à 0,03% en poids de carbone. Afin de réduire la teneur en carbone à des limites intérieures, il est nécessaire d'avoir recours à des procédés plus sévères et plus coûteux.
Les réactions qui viennent en jeu comme résultat de l'addition de calcium a un alliage fondu du type à base de fer ou du type à base de nickel contenant de l'oxygène, du soufre et du carbone, peuvent être présentées comme suit
EMI5.1
Par les techniques décrites dans la demande de brevet mentionnée plus haut, les réactions indiquées par les deux premiè- res équations ci-dessus ont été réalisées pour effectuer une réduc- tion de la teneur en soufre et.de la teneur en oxygène des allia- ' ges jusquà des niveaux extrêmement bas.
Cette réduction de la te- : neur en soufre et de la teneur en oxygène est une exigence préala- : ble pour obtenir la troisième réaction indiquée ci-dessus, dans la- ; quelle le calcium et le carbone se combinent pour former du car- ', bure de calcium parce que le calcium réagit avec l'oxygène ou le soufre,de préférence au carbone. D'autre part, les températures supérieures à environ 1755 K favorisent la dissociation du carbure de calcium tandis que la réaction calcium-carbone est favorisée en dessous de cette température. A environ 1755 K, les réactions de dissociation et de formation sont en équilibre.
Comme les réac- ; tions indiquées dans la demande de brevet mentionnée plus haut sont)
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effectuées à des températures 'dépassant 1750 K, la réaction cal- cium-carbone n'est pas favorisée et on n'obtient pas de réduction significative de carbone.
On a découvert et c'est sur la base de cette découverte que l'invention repose principalement.qu'afin quela réaction calcium-carbone se produise, la température de l'alliage fondu doit être réduite jusqu'à un point en dessous de la température d'équilibre d'environ 1755 K. Cependant, bien que la réaction désirée se produise sur toute la gamme de températures s'étendant du point de fusion de 11 alliage envisagé jusqu'à des températures inférieures à environ 1755 K pour obtenir une force d'entraînement substantielle pour la réaction, la température de l'alliage fondu doit être de 10 à 15 K en dessous d'environ 1755 K, soit 1740 K ou moins.
On a trouvé que 1700 + 25 K est une bonne tempe- ' rature de travail. Dès que la réaction calcium-carbone a été ame- née è se produire et que le carbure de calcium est présent dans des quantités significatives, la quatrième réaction indiquée cidessus,peut être obtenue si une quantité suffisante d'oxygène est présente. Les produits de cette réaction, Cao et CO2, sont facilement éliminés, le premier flottant pour rejoindre la couverture de laitier et le second s'élevant et quittant l'alliage fondu sous forme de gaz.
Dès lors, un moyen efficace pour obtenir aussi bien la réduction de température que l'exposition à l'oxygène est une technique de réenfournement dans laquelle l'alliage . fondu est versé,dans l'air,du four dans une poche,laissé à refroidir jusqu'à la température désirée en dessous d'environ 1755 K dans la poche et ensuite reversé dans le four. Dans certains cas, la charge peut être versée directement de la poche dans un moule .
Il y a lieu de noter qu'en pratiquant ce rëenfournement, on facilite le bon mélange de l'alliage avec l'oxygène de l'air à une température suffisamment basse pour permettre la formation de carbure ! de calcium. Cette phase d'oxydation peut élever à nouveau la teneur; en oxygène dans l'alliage fondu et il peut dès lors être avanta-
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geux de procéder à une seconde addition de calcium pour réduire la teneur en oxygène s' il ne reste pas une quantité suffisante de calcium de l'addition initiale dans l'alliage fondu pour qu'il se combine avec l'oxygène. Cette seconde addition de calcium peut être effectuée dans des proportions allant de 0,6 à 1% en poids.
La technique décrite ci-dessus a été mise en pratique avec succès sur plusieurs charges d'alliages à base et de fer et d'alliagesà base de nickel, comme Indiqué dans le tableau ci-desDoua.
TABLEAU I
EMI7.1
Effet du calcium et du réonfournement
EMI7.2
<tb>
<tb> Charge <SEP> n <SEP> Carbone <SEP> final, <SEP> Oxygène <SEP> final <SEP> Soufra <SEP> final
<tb>
EMI7.3
KR 6810 if 0,002% 0,0045% 0,002 S X-3 * 0,002-005 $ .0,001 0,002 Bok-1 D 0,002g 0,007 0,002
EMI7.4
<tb>
<tb> HK-2 <SEP> @ <SEP> 0,002% <SEP> 0,005 <SEP> 0,002
<tb>
* nominal 29 nickel, 17 cobalt, reste fer, ** composition 48 nickel, reste fer.
Il y a lieu de noter que dans les alliages ci-dessus, qui contiennent normalement environ 0,02% de carbone en poids, la teneur en carbone a été réduite par ce procède jusqu'à quelques millièmes de% en poids de carbone. En outre, les teneurs en soufre et en oxygène de ces alliages,normalement à un niveau de 0,01 à 0,015% en poids, sont avantageusement basses.
On comprendra que cette technique n'est pas une technique qui peut être universellement mise en pratique sur tous les alliages dans lesquels il peut être considéré avantageux d'obtenir une teneur faible en carbone. Cette technique est utile seulement pour les alliages qui ont un point de fusion inférieur à 1500?C. Les alliages du tableau I ont donc des points de fusion. d'environ 1450 C ou moins. Lorsqu -*on a essayé d'appliquer cette
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technique à un alliage ayant un point de fusion de 1500 C, l'allia- ge fondu commence à se solidifier à une température d'environ 1750 K et il n'y a pas de réduction significative de la teneur . en carbone.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de production d'un alliage choisi dans le groupe constitué par.les alliages de fer, les alliages de nickel et les alliages fer-nickel ayant des points de fusion inférieurs à 1500 C, on prépare une masse fondue de l'alliage, on réduit les teneurs en oxygène et en soufre de la masse fondue en y ajoutant du calcium, on réduit la teneur en carbone de la masse fondue en abaissant la température en dessous de 1755 K tandis que du calcium libre est présent dans la masse fondue et on l'expose à une atmosphère oxydante alors qu'elle est à la température abaissée et on verse la musse fondue.