EP0936007A1 - Dispositif pour filtrer et traiter du métal en fusion - Google Patents

Dispositif pour filtrer et traiter du métal en fusion Download PDF

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EP0936007A1
EP0936007A1 EP99400242A EP99400242A EP0936007A1 EP 0936007 A1 EP0936007 A1 EP 0936007A1 EP 99400242 A EP99400242 A EP 99400242A EP 99400242 A EP99400242 A EP 99400242A EP 0936007 A1 EP0936007 A1 EP 0936007A1
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EP
European Patent Office
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plate
hand
molten metal
ratio
metal
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EP99400242A
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German (de)
English (en)
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EP0936007B1 (fr
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Jean Daussan
Gérard Daussan
Andrö Daussan
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Elkem ASA
Original Assignee
Daussan SAS
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D1/00—Treatment of fused masses in the ladle or the supply runners before casting
    • B22D1/007—Treatment of the fused masses in the supply runners
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/08—Features with respect to supply of molten metal, e.g. ingates, circular gates, skim gates
    • B22C9/086—Filters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C1/00—Refining of pig-iron; Cast iron
    • C21C1/10—Making spheroidal graphite cast-iron

Definitions

  • the present invention relates to a device to filter and process molten metal.
  • a device for filtering and process molten metal comprising a series of at least minus two mineral filter plates refractory holes with filtration holes for the passage and filtration of the molten metal, these plates being kept at a predetermined distance from each other by peripheral walls of so as to create a cavity between them of which is housed a plate of a material of treatment of said molten metal having such a shape that, seen in the direction of passage of the liquid metal, the plate leaves at least one on the filter plates region not covered.
  • the region of the first filter plate (upstream) not covered by the material plate treatment has free filtration holes which allow molten metal to enter the cavity, to come into contact with the material of treatment of the plaque, and flow around the plate before leaving the cavity through the holes in free filtration of the second filter plate (downstream).
  • the molten metal freely crosses the device from the start of the casting, after being in contact with the material of treatment present in the cavity of the device, so that we get a treatment of the molten metal very homogeneous from the beginning and until the end of the casting said metal.
  • Such a device is adapted to be prefabricated by the based filter supplier end user requirements.
  • the end user who is usually a foundry, has two conflicting requirements.
  • the user needs devices containing respective weights different predetermined treatment material constituting a series.
  • a series can go, for example in the case of an inoculation material for the spheroidal graphite cast iron, in stages successive 10 grams in 10 grams or 20 grams in 20 grams, from ten grams to 150 grams or more.
  • the Applicant was therefore led to study the possibility of placing, in the cavity of the same device for filtering and treating molten metal, different amounts of processing materials different. Certain tests carried out by the Applicant have shown in some cases a decrease in the quality and / or homogeneity of the treatment of molten metal during an operation of casting.
  • the object of the present invention is to remedy the aforementioned drawbacks of the devices known, and to propose a device of the aforementioned type able to contain different amounts of various processing materials while ensuring quality and the homogeneity of the treatment of the molten metal at during a casting operation.
  • the device of the aforementioned type for filtering and treating molten metal is characterized in that the ratio between the number of free holes in a filter plate located in regions not covered by the plate processing material, on the one hand, and the number total of the holes in said filter plate, on the other share, is not less than 10%, and / or is not greater than 75%, advantageously is not less than 20%, and / or is not more than 65%, and preferably is not less than 35%, and / or is not more than 50%.
  • the ratio between the volume left free in the cavity by the treatment material plate, on the one hand, and the total volume of said cavity, on the other hand is not less than 20%, and / or is not not more than 80%, advantageously is not less than 30%, and / or is not more than 75%, and preferably not less than 35%, and / or is not greater than 72%.
  • this percentage of free volume should not be too large. It takes effect that the contact conditions between the metal in melt and the processing material remain substantially regular and constant throughout the casting time to ensure regular quality, homogeneous, reliable and reproducible treatment of molten metal during this time.
  • the ratio expressed in dm x sec between the weight of the cast metal in kg, on the one hand, and the modulus of the pellet in dm multiplied by the speed of the metal poured inside the filter cavity, expressed in dm / sec, on the other hand, is included in the range 70d ⁇ 50%, advantageously in the plate 70d ⁇ 35%, preferably in the range 70d ⁇ 20%, d being the specific mass of the molten metal in kg / dm 3 .
  • the invention also relates, according to a another aspect of it, the use of a device according to the first aspect of the invention in a molten metal mold casting process comprising the steps of interposing a filter and of a treatment material on the passage of the metal before the entry of said metal into the mold properly said.
  • a device 1 to filter and process molten metal There is shown in the figures a device 1 to filter and process molten metal.
  • This device comprises a series of at least two mineral filter plates 2, 3 refractory with holes for filtration holes 4, 4a for the passage and filtration of the molten metal. We have not shown in Figures 1 and 2 that part of the holes 4, 4a of filtration for the sake of clarity of these figures.
  • the plate 2 is the upstream plate, or upper plate
  • the filter plate 3 is the downstream plate, or plate lower.
  • each filter plate 2, 3 has peripheral walls lateral 5 projecting towards one another in sparing the cavity 6.
  • the two filter plates 2, 3 are joined to each other by a joint 15, for example of refractory cement.
  • Such a device 1 is suitable for use in a molten metal mold casting process comprising the steps of interposing a filter and of a treatment material on the passage of the metal in melting before the entry of said metal into the mold well said.
  • the ratio R1 between the number of free holes 4a of a filter plate 2, 3 located in regions 9 not covered by the plate 7 processing material, on the one hand, and the number total of the holes 4, 4a of said filter plate 2, 3, on the other hand is not less than 10%, and / or is not more than 75%.
  • the ratio R1 is not less than 20%, and / or is not more than 65%.
  • the ratio R1 is not less than 35%, and / or is not more than 50%.
  • the ratio R2 between the volume left free in the cavity 6 by the plate 7 of processing material, on the one hand, and the total volume of said cavity 6, on the other hand, is not less than 20%, and / or is not more than 80%.
  • the ratio R2 is not less than 30%, and / or is not more than 75%.
  • the ratio R2 is not less than 35%, and / or is not more than 72%.
  • the material of treatment forming the plate 7 is chosen from among desulfurizing, thermogenic, inoculating products, spheroids, refuels, refiners, modifiers, and addition alloys.
  • the weight of the material of treatment ranges from about 0.001% to about 1% of the weight of molten metal to be treated.
  • the filtration holes 4, 4a have, in general, a diameter between 1.5 and 3 mm approximately, preferably between 1.8 and 2.5 mm approximately.
  • the processing material forming the plate 7 is advantageously an inoculating material chosen from the following compounds: iron alloy, magnesium and compounds of magnesium, calcium and its compounds barium, silicon, zirconium, aluminum, rare earths, graphite, carbon, for an inoculation treatment of molten iron.
  • the plate 7 has in projection on a plane perpendicular to the direction 8 of passage of the metal, an octagonal outer contour 10 and has a central hole 11 whose diameter is greater than that filtration holes 4, 4a.
  • the plate 7 has in projection the shape of a circular crown delimited by a outer circular outline 12 whose diameter is slightly less than the width of the cavity which has here a square section, and a circular outline interior 13.
  • Filter plates 2 and 3 are refractory mineral plates baked in the oven.
  • the holes 4, 4a which all have the same diameter in the example shown in the figures, could have different diameters on a plate 2, 3 compared to the other plate 3, 2, or on the same plate.
  • Plates 2, 3 can be manufactured with their holes, by die casting, or by pressure extrusion, then baked in the oven.
  • They can have walls 5 protruding peripherals shown. to the figures. They may also not include such walls and be joined to each other by means a peripheral spacer, with two seals such than 15.
  • the filter plates 2, 3 can have a outside contour of any shape, square like in the example shown, but also round, rectangular or other.
  • the cavity 6 can have an outline interior of any shape adapted to that of the outer contour of the filter plates 2, 3.
  • the plate 7 of treatment material has for its part an external contour whose shape is adapted to that of the interior contour of the cavity, so that the plate 7 can be introduced into the cavity 6 leaving a number of free holes 4a on the filter plates 2, 3 adapted to allow regular, consistent, effective quality treatment, reliable and reproducible, molten metal for the entire duration of the casting operation.
  • the ratio between the numbers of respective holes is equal to the ratio between the sections of passage of the respective holes, and substantially equal to the ratio between the area of regions 9 no on the one hand, and the total area of the cavity, on the other hand.
  • plate 7 of processing material in the shape of a circular crown has, in projection, an area such that the ratio between the area of regions 9 not covered by plate 7, on the one hand, and the total area of the cavity 6, on the other hand, is around 53%.
  • the ratio between the number of free holes and the total number of holes is approximately 53%.
  • the ratio R2 between the volume left free in cavity 6 by the treatment material plate 7, on the one hand, and the total volume of cavity 6, on the other hand, taking into account thicknesses shown for the cavity 6 and the plate 7, is around 61% for the octagonal plate of the left half of the figures, and about 69% for the plate in the shape of a half cylindrical crown right of the figures.
  • Examples 5 and 6 did not give totally satisfactory results, and are at the origin the lower limit equal to 10% for the ratio R1, as well as the lower limit, equal to 20% for the R2 report.
  • the most difficult cases in which several identical pieces are poured at the same time or not in dimples distributed around the casting from the same mold, allowed to determine the lower and upper limits of the ranges advantageous and preferred for the two ratios R1 and R2.
  • Tables 1 and 2 show that the material treatment is advantageously in the form of a plate or patch with module M, or relationship between the volume and the total developed surface of said plate or tablet, is an increasing function of the weight of said pellet.
  • module M of the pastille is greater than at least 0.0050 dm, preferably at least 0.0100 dm, preferably at at least 0.0150 dm.
  • the weight of processing material is a known proportion of the weight of the metal cast in a casting operation.
  • the casting time is substantially proportional to the weight of the molten metal to be poured and to treat.
  • Table 3 groups together 6 examples 21 to 26 for each of which the characteristics of a filter and a corresponding tablet.
  • the ratio between the weight of the material treatment and the weight of the molten metal to be treated may vary within certain limits around a average percentage
  • the same pellet of material treatment and the same filter can be used to weights of cast metal included in a certain range on either side of a weight of cast metal way. Under these conditions, the casting time is substantially proportional to the weight of the metal cast at treat.
  • Table 3 therefore indicates, for each of the 6 examples of filters and tablets, a weight range of cast metal and a casting time range.
  • the Applicant interested in the Report R3 defined as the ratio between the weight of cast metal to be treated, on the one hand, and on the other hand, the treatment material tablet module multiplied by the speed of the metal poured into the filter.
  • the module of the patch is defined by the ratio M between volume and developed surface total of this patch.
  • the speed of the metal cast at the inside of the filter is equal to the ratio between the weight of metal cast on the one hand, and on the other hand, the chamber surface multiplied by the casting time and by the specific mass d of the molten metal.
  • the plaintiff also sought to see whether she could not define a specific criterion of geometric dimensions of the pellet considered alone.
  • the applicant was interested in a first ratio R4 defined as being equal to the square root of the weight of the pellet divided by the module M of this one.
  • the treatment material pellet is advantageously dimensioned in such a way that the ratio R4 between the square root of its weight P in grams, on the one hand, and its module M in decimeters, on the other hand, is between 80 and 280, advantageously between 100 and 260, preferably between 120 and 250.
  • the plaintiff also interested in the value of the R5 ratio, which is the ratio between the cube root of the weight P of a pellet, in grams, on the one hand, and its module M in decimeters on the other hand.
  • the ratio R5 is usefully between 50 and 170, advantageously between 60 and 160, preferably between 75 and 130.
  • examples 21 to 26 and 31 to 42 relate to known treatments for the inoculation of liquid iron, whatever the quality of the iron sighting, gray cast iron, vermicular cast iron, spheroidal graphite or other.
  • the device according to the invention can of course be used for the treatment of other molten metals, in particular aluminum and its alloys, light alloys in general, other ferrous and non-ferrous metals.
  • EX 32 10 10 30 6 0.0214 148 100.6
  • EX 35 30 38.1 9 0.0306 179 101.5
  • EX 36 30 46 6.5 0.0253 216 122.8 EX 37 40 50.8 8.6 0.0321 197 106.5
  • EX 39 60 50.8 12.3 0.0414 187 94.5
  • EX 40 60 38.1 21 0.0499 155 78.4

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Abstract

Le rapport entre le nombre des trous libres (4a) d'une plaque filtrante (2, 3) situés dans les régions (9) non recouvertes par la plaque de traitement (7), d'une part, et le nombre total des trous (4, 4a) de ladite plaque filtrante (2, 3), d'autre part, n'est pas inférieur à 10%, et/ou n'est pas supérieur à 75%. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne un dispositif pour filtrer et traiter du métal en fusion.
On connaít, d'après le EP-A-0 578 517 au nom de la Demanderesse, un dispositif pour filtrer et traiter du métal en fusion, comprenant une série d'au moins deux plaques filtrantes en matière minérale réfractaire percées de trous de filtration pour le passage et la filtration du métal en fusion, ces plaques étant maintenues à une distance prédéterminée l'une de l'autre par des parois périphériques de manière à ménager entre elles une cavité à l'intérieur de laquelle est logée une plaque d'un matériau de traitement dudit métal en fusion ayant une forme telle que, vue dans le sens de passage du métal liquide, la plaque laisse sur les plaques filtrantes au moins une région non recouverte.
La région de la première plaque filtrante (amont) non recouverte par la plaque de matériau de traitement comporte des trous de filtration libres qui permettent au métal en fusion de pénétrer dans la cavité, de venir en contact avec le matériau de traitement de la plaque, et de s'écouler autour de la plaque avant de quitter la cavité par les trous de filtration libres de la seconde plaque filtrante (aval).
On constate ainsi que le métal en fusion traverse librement le dispositif dès le début de la coulée, après avoir été en contact avec le matériau de traitement présent dans la cavité du dispositif, de sorte que l'on obtient un traitement du métal en fusion très homogène dès le début et jusqu'à la fin de la coulée dudit métal.
Un tel dispositif est adapté à être préfabriqué par le fournisseur de filtre en fonction des exigences de l'utilisateur final.
L'utilisateur final, qui est en général une fonderie, a deux exigences contradictoires.
D'une part, sachant que le poids d'un même matériau de traitement doit être une fraction connue du poids du métal en fusion traversant le dispositif lors d'une opération de coulée prédéterminée, l'utilisateur a besoin de dispositifs contenant des poids respectifs prédéterminés différents de matériau de traitement constituant une série. Une telle série peut aller, par exemple dans le cas d'un matériau d'inoculation pour la coulée de fonte à graphite sphéroïdal, par paliers successifs de 10 grammes en 10 grammes ou de 20 grammes en 20 grammes, de dix grammes à 150 grammes ou plus.
En outre, on utilise des matériaux de traitement différents suivant la nature du métal en fusion à traiter, ces matériaux de traitement différents ayant des densités différentes et étant utilisés dans des proportions différentes par rapport au poids du métal en fusion à traiter.
D'autre part, et pour des raisons de standardisation des équipements utilisés, un utilisateur souhaite limiter au maximum le nombre de dispositifs de dimensions différentes nécessaire pour faire face à ses besoins.
La Demanderesse à donc été conduite à étudier la possibilité de placer, dans la cavité d'un même dispositif pour filtrer et traiter du métal en fusion, des quantités différentes de matériaux de traitement différents. Certains essais effectués par la Demanderesse ont montré dans certains cas une diminution de la qualité et/ou de l'homogénéité du traitement du métal en fusion au cours d'une opération de coulée.
Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients précités des dispositifs connus, et de proposer un dispositif du type précité capable de contenir des quantités différentes de divers matériaux de traitement tout en garantissant la qualité et l'homogénéité du traitement du métal en fusion au cours d'une opération de coulée.
Suivant un premier aspect de l'invention, le dispositif du type précité pour filtrer et traiter du métal en fusion est caractérisé en ce que le rapport entre le nombre des trous libres d'une plaque filtrante situés dans les régions non recouvertes par la plaque de matériau de traitement, d'une part, et le nombre total des trous de ladite plaque filtrante, d'autre part, n'est pas inférieur à 10%, et/ou n'est pas supérieur à 75%, avantageusement n'est pas inférieur à 20%, et/ou n'est pas supérieur à 65%, et de préférence n'est pas inférieur à 35%, et/ou n'est pas supérieur à 50%.
On comprend qu'il faut un pourcentage minimum de trous libres pour permettre le passage du métal en fusion à travers le dispositif selon l'invention dès le début d'une opération de coulée.
On comprend également que ce pourcentage de trous libres ne doit pas être trop grand : il faut en effet que la surface de contact de la plaque de matériau de traitement avec le métal en fusion soit suffisante pour permettre un passage régulier et suffisant du matériau de traitement dans ledit métal.
Ainsi, en contrôlant le rapport entre le nombre des trous libres et le nombre total des trous d'une plaque filtrante, il est possible d'introduire, dans la cavité d'un dispositif de dimensions prédéterminées, un nombre aussi grand que possible de plaques de poids différents de divers matériaux de traitement sans diminuer la qualité et l'homogénéité du traitement du métal en fusion. On garantit ainsi un nombre aussi réduit que possible de dispositifs de dimensions différentes.
Suivant une version avantageuse de l'invention, le rapport entre le volume laissé libre dans la cavité par la plaque de matériau de traitement, d'une part, et le volume total de ladite cavité, d'autre part, n'est pas inférieur à 20%, et/ou n'est pas supérieur à 80%, avantageusement n'est pas inférieur à 30%, et/ou n'est pas supérieur à 75%, et de préférence, n'est pas inférieur à 35%, et/ou n'est pas supérieur à 72%.
On comprend qu'il faut un pourcentage minimum de volume laissé libre par la plaque de matériau de traitement à l'intérieur de la cavité pour permettre le passage du métal en fusion dans ce volume libre au contact du matériau de traitement dès le début et pendant toute la durée de la coulée.
On comprend également que ce pourcentage de volume libre ne doit pas être trop grand. Il faut en effet que les conditions de contact entre le métal en fusion et le matériau de traitement restent sensiblement régulières et constantes pendant toute la durée de la coulée pour assurer une qualité régulière, homogène, fiable et reproductible du traitement du métal en fusion pendant cette durée.
Suivant une version préférée de l'invention, pour un traitement d'inoculation de fonte en fusion, le rapport exprimé en dm x sec entre le poids du métal coulé en kg, d'une part, et le module de la pastille en dm multiplié par la vitesse du métal coulé à l'intérieur de la cavité du filtre, exprimée en dm/sec, d'autre part, est compris dans la plage 70d ± 50%, avantageusement dans la plaque 70d ± 35%, de préférence dans la plage 70d ± 20%, d étant la masse spécifique du métal en fusion en kg/dm3.
L'invention concerne également, suivant un autre aspect de celle-ci, l'utilisation d'un dispositif suivant le premier aspect de l'invention dans un procédé de coulée en moule de métal en fusion comportant les étapes d'interposition d'un filtre et d'un matériau de traitement sur le passage du métal avant l'entrée dudit métal dans le moule proprement dit.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaítront dans la description ci-après.
Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs :
  • la figure 1 est une vue en coupe transversale, suivant I-I à la figure 2, d'un mode de réalisation d'un dispositif suivant la présente invention, ce dispositif contenant, dans sa moitié gauché à la figure, une plaque de matériau de traitement d'une première forme, et dans sa moitié droite à la figure, une plaque de matériau de traitement d'une autre forme ;
  • la figure 2 est une vue de dessus du dispositif de la figure 1, la plaque filtrante amont étant enlevée pour la clarté du dessin.
On a représenté aux figures un dispositif 1 pour filtrer et traiter du métal en fusion.
Ce dispositif comprend une série d'au moins deux plaques filtrantes 2, 3 en matière minérale réfractaire percées de trous 4, 4a de filtration pour le passage et la filtration du métal en fusion. On n'a représenté aux figures 1 et 2 qu'une partie des trous 4, 4a de filtration dans un souci de clarté de ces figures.
Ces plaques sont maintenues à une distance prédéterminée l'une de l'autre par des parois périphériques 5 de manière à ménager entre elles une cavité 6 à l'intérieur de laquelle est logée une plaque 7 d'un matériau de traitement dudit métal en fusion ayant une forme telle que, vue dans le sens 8 du passage du métal en fusion, la plaque 7 laisse sur les plaques filtrantes 2, 3 au moins une région 9 non recouverte.
Dans le sens de la flèche 8 représentant à la figure 1 le sens de passage du métal en fusion, la plaque 2 est la plaque amont, ou plaque supérieure, et la plaque filtrante 3 est la plaque aval, ou plaque inférieure.
Dans la réalisation de la figure 1, chaque plaque filtrante 2, 3 présente des parois périphériques latérales 5 en saillie dirigées l'une vers l'autre en ménageant la cavité 6. Dans cet exemple, les deux plaques filtrantes 2, 3 sont réunies l'une à l'autre par un joint 15, par exemple en ciment réfractaire.
Un tel dispositif 1 est adapté à être utilisé dans un procédé de coulée en moule de métal en fusion comprenant les étapes d'interposition d'un filtre et d'un matériau de traitement sur le passage du métal en fusion avant l'entrée dudit métal dans le moule proprement dit.
Suivant l'invention, le rapport R1 entre le nombre des trous libres 4a d'une plaque filtrante 2, 3 situés dans les régions 9 non recouvertes par la plaque 7 de matériau de traitement, d'une part, et le nombre total des trous 4, 4a de ladite plaque filtrante 2, 3, d'autre part, n'est pas inférieur à 10%, et/ou n'est pas supérieur à 75%.
Par souci de clarté, il y a lieu de préciser ici que ceci signifie que le rapport R1 remplit, soit l'une, soit l'autre, soit l'ensemble des deux conditions ci-dessous :
  • R1 n'est pas inférieur à 10% ;
  • R1 n'est pas supérieur à 75%.
Avantageusement, le rapport R1 n'est pas inférieur à 20%, et/ou n'est pas supérieur à 65%.
De préférence, le rapport R1 n'est pas inférieur à 35%, et/ou n'est pas supérieur à 50%.
De la même manière, le rapport R2 entre le volume laissé libre dans la cavité 6 par la plaque 7 de matériau de traitement, d'une part, et le volume total de ladite cavité 6, d'autre part, n'est pas inférieur à 20%, et/ou n'est pas supérieur à 80%.
Ceci signifie que le rapport R2 remplit soit l'une, soit l'autre, soit l'ensemble des deux conditions ci-dessous :
  • R2 n'est pas inférieur à 20% ;
  • R2 n'est pas supérieur à 80%.
Avantageusement le rapport R2 n'est pas inférieur à 30%, et/ou n'est pas supérieur à 75%.
De préférence le rapport R2 n'est pas inférieur à 35%, et/ou n'est pas supérieur à 72%.
De façon connue en soi, le matériau de traitement formant la plaque 7 est choisi parmi les produits désulfurants, thermogènes, inoculants, sphéroïdisants, recarburants, affinants, modificateurs, et les alliages d'addition.
De façon connue, le poids du matériau de traitement est compris entre 0,001% et 1% environ du poids du métal en fusion à traiter.
Les trous de filtration 4, 4a ont, en général, un diamètre compris entre 1,5 et 3 mm environ, de préférence entre 1,8 et 2,5 mm environ.
Le matériau de traitement formant la plaque 7 est avantageusement un matériau inoculant choisi parmi les composés suivants : alliage de fer, magnésium et composés du magnésium, calcium et ses composés de baryum, silicium, zirconium, aluminium, terres rares, graphite, carbone, pour un traitement d'inoculation de fonte en fusion.
Dans l'exemple représenté dans la moitié gauche des figures 1 et 2, la plaque 7 a en projection sur un plan perpendiculaire au sens 8 de passage du métal, un contour extérieur octogonal 10 et présente un trou central 11 dont le diamètre est supérieur à celui des trous de filtration 4, 4a.
Dans l'exemple représenté dans la moitié droite des figures 1 et 2, la plaque 7 a en projection la forme d'une couronne circulaire délimitée par un contour circulaire extérieur 12 dont le diamètre est légèrement inférieur à la largeur de la cavité qui a ici une section carrée, et un contour circulaire intérieur 13.
Les plaques filtrantes 2 et 3 sont des plaques en matière minérale réfractaire cuites au four. Les trous 4, 4a, qui ont tous le même diamètre dans l'exemple représenté aux figures, pourraient avoir des diamètres différents sur une plaque 2, 3 par rapport à l'autre plaque 3, 2, ou sur une même plaque.
Les plaques 2, 3 peuvent être fabriquées avec leurs trous, par moulage sous pression, ou par extrusion sous pression, puis sont cuites au four.
Elles peuvent comporter les parois périphériques 5 en saillie représentées. aux figures. Elles peuvent également ne pas comporter de telles parois et être assemblées l'une à l'autre au moyen d'une entretoise périphérique, avec deux joints tels que 15.
Les plaques filtrantes 2, 3 peuvent avoir un contour extérieur de forme quelconque, carrée comme dans l'exemple représenté, mais aussi ronde, rectangulaire ou autre.
De même la cavité 6 peut avoir un contour intérieur de forme quelconque adaptée à celle du contour extérieur des plaques filtrantes 2, 3.
La plaque 7 en matériau de traitement a pour sa part un contour extérieur dont la forme est adaptée à celle du contour intérieur de la cavité, de manière que la plaque 7 puisse être introduite dans la cavité 6 en laissant un nombre de trous libres 4a sur les plaques filtrantes 2, 3 adapté à permettre un traitement de qualité régulière, homogène, efficace, fiable et reproductible, du métal en fusion pendant toute la durée de l'opération de coulée.
Les valeurs indiquées ci-dessus pour le rapport entre le nombre de trous libres 4a d'une plaque filtrante 2, 3 et le nombre total des trous 4, 4a de ladite plaque, s'entendent bien entendu dans l'hypothèse où les trous 4, 4a ont tous le même diamètre.
Dans ce cas, le rapport entre les nombres de trous respectifs est égal au rapport entre les sections de passage des trous respectifs, et sensiblement égal au rapport entre la surface des régions 9 non recouvertes, d'une part, et la surface totale de la cavité, d'autre part.
Ainsi dans l'exemple représenté dans la moitié gauche des figures 1 et 2, on peut vérifier, d'après les dimensions reproduites que la plaque 7 de matériau de traitement de forme octogonale a, en projection, une superficie telle que le rapport entre la superficie des régions 9 non recouvertes par la plaque 7, d'une part, et la superficie totale de la cavité, d'autre part, est d'environ 41%. Par voie de conséquence, le rapport entre le nombre de trous libres et le nombre total de trous est d'environ 41%.
De même, dans l'exemple représenté dans la moitié droite des figures 1 et 2, on peut vérifier, d'après les dimensions reproduites, que la plaque 7 de matériau de traitement en forme de couronne circulaire a, en projection, une superficie telle que le rapport entre la superficie des régions 9 non recouvertes par la plaque 7, d'une part, et la superficie totale de la cavité 6, d'autre part, est d'environ 53%. Par voie de conséquence, le rapport entre le nombre de trous libres et le nombre total de trous est d'environ 53%.
On peut également vérifier que le rapport R2 entre le volume laissé libre dans la cavité 6 par la plaque 7 de matériau de traitement, d'une part, et le volume total de la cavité 6, d'autre part, compte tenu des épaisseurs représentées pour la cavité 6 et la plaque 7, est d'environ 61% pour la plaque octogonale de la moitié gauche des figures, et d'environ 69% pour la plaque en forme de couronne cylindrique de la moitié droite des figures.
Les tableaux 1 et 2 récapitulent, dans les exemples 1 à 17, les caractéristiques d'essais effectués par la demanderesse à titre privé et confidentiel. Ces tableaux indiquent pour chaque filtre, la longueur L, la largeur l, la hauteur h du filtre et le rayon Ø des trous, le tout en millimètres, le poids en gramme de la pastille, pour chaque filtre, la surface frontale a, en mm2, le nombre de trous b, le diamètre des trous c, la surface de passage d en mm2 pour l'ensemble des trous, pour la cavité du filtre, la surface e de la cavité en mm2, la hauteur f de la cavité en mm, le volume g de la cavité en mm3, pour la pastille de matériau de traitement, son diamètre h en mm, sa hauteur i en mm, sa surface frontale j en mm2, sa surface totale développée k en mm2, son volume l en mm3, son module M = l/k en dm, le nombre n des trous de la chambre bouchés par la pastille, le rapport R1 du nombre n des trous bouchés par rapport au nombre total b des trous du filtre, la surface p non bouchée par la pastille, en mm2, le rapport R1 = p/e en %, le volume libre r en mm3 occupé par la pastille (r = g-l), le rapport R2 en % entre le volume r laissé libre dans la cavité par la pastille, et le volume total g de cette cavité (R2 = r/g).
Les exemples 5 et 6 n'ont pas donné des résultats totalement satisfaisants, et sont à l'origine de la limite inférieure égale à 10% pour le rapport R1, ainsi qu'à la limite inférieure, égale à 20% pour le rapport R2. Les cas les plus difficiles, dans lesquels on coule en même temps plusieurs pièces identiques ou non dans des alvéolés réparties autour du canal de coulée d'un même moule, ont permis de déterminer les limites inférieure et supérieure des plages avantageuses et préférées pour les deux rapports R1 et R2.
Le tableaux 1 et 2 montrent que le matériau de traitement est avantageusement sous la forme d'une plaque ou pastille dont le module M, ou rapport entre le volume et la surface développée totale de ladite plaque ou pastille, est une fonction croisante du poids de ladite pastille.
Le tableau 2 démontre que le module M de la pastille est supérieur à au moins 0,0050 dm, avantageusement à au moins 0,0100 dm, de préférence à au moins 0,0150 dm.
Or, le poids de matériau de traitement est une proportion connue du poids du métal coulé dans une opération de coulée. Dans un moule donné et avec un filtre donné, le temps de coulée est sensiblement proportionnel au poids du métal en fusion à couler et à traiter.
Le tableau 3 regroupe 6 exemples 21 à 26 pour chacun desquels on a indiqué les caractéristiques d'un filtre et d'une pastille correspondante.
Comme le rapport entre le poids du matériau de traitement et le poids du métal en fusion à traiter peut varier dans certaines limites autour d'un pourcentage moyen, une même pastille de matériau de traitement et un même filtre peuvent être utilisés pour des poids de métal coulé compris dans une certaine plage de part et d'autre d'un poids de métal coulé moyen. Dans ces conditions, le temps de coulée est sensiblement proportionnel au poids du métal coulé à traiter.
Le tableau 3 indique donc, pour chacun des 6 exemples de filtres et de pastilles, une plage de poids de métal coulé et une plage de temps de coulée.
La demanderesse s'est intéressée au rapport R3 défini comme étant le rapport entre le poids de métal coulé à traiter, d'une part, et d'autre part, le module de la pastille de matériau de traitement multiplié par la vitesse du métal coulé dans le filtre.
Le module de la pastille est défini par le rapport M entre le volume et la surface développée totale de cette pastille.
Par ailleurs, la vitesse du métal coulé à l'intérieur du filtre est égale au rapport entre le poids de métal coulé d'une part, et d'autre part, la surface de la chambre multipliée par le temps de coulée et par la masse spécifique d du métal en fusion.
On a donc R3 égale S(p) x d x S(c) x (t) / V(p) où S(p) égale la surface developpée totale de la pastille en dm2, d égale le poids spécifique du métal en fusion, S(c) égale la surface frontale de la cavité du filtre, en dm2
  • t égale le temps en secondes
  • V(p) égale le volume de la pastille en dm3
    • On a donc R3 = S(c) x t x d M(p)
    On a indiqué au tableau 3 la valeur du rapport R3 obtenu pour le temps moyen de coulée dans chacun des 6 exemples.
    On peut constater un regroupement des valeurs de ce rapport R3 autour de 70d, ce qui est tout à fait surprenant.
    Les valeurs du tableau 3 correspondant à un traitement d'inoculation de fonte en fusion, et en tenant compte des limites des plages considérées pour le poids de coulée ou le temps de coulée, la demanderesse a été amenée à prendre comme critère de détermination de la géométrie des pastilles d'une part et des filtres d'autre part, la règle selon laquelle le rapport R3 exprimé en dm x sec, entre le poids P du métal coulé, en kg d'une part, et le module M de la pastille en dm multiplié par la vitesse du métal coulé à l'intérieur de la chambre du filtre exprimée en dm/sec, d'autre part, est compris dans la plage de 70d ± 50%, avantageusement dans la plage 70d ± 35%, de préférence dans la plage 70d ± 20%, d étant la masse spécifique du métal en fusion en kg/dm3.
    La demanderesse a également cherché à voir si elle ne pouvait pas définir un critère spécifique des dimensions géométriques de la pastille considérée seule.
    Elle a donc réuni dans le tableau 4 douze exemples 31 à 42 de pastilles dont les poids vont de 10g à 110g, en choisissant pour plusieurs poids de pastille, deux géométries nettement différentes correspondant l'une à un diamètre relativement faible et à une épaisseur relativement importante, l'autre à un diamètre relativement important associé à une hauteur plus faible.
    La demanderesse s'est intéressée à un premier rapport R4 défini comme étant égal à la racine carrée du poids de la pastille divisée par le module M de celle-ci.
    La demanderesse a ainsi été conduite à conclure que la pastille de matériau de traitement est avantageusement dimensionnée de façon telle que le rapport R4 entre la racine carrée de son poids P en grammes, d'une part, et son module M en décimètres, d'autre part, est compris entre 80 et 280, avantageusement entre 100 et 260, de préférence entre 120 et 250.
    Parallèlement, la demanderesse s'est également intéressée à la valeur du rapport R5, qui est le rapport entre la racine cubique du poids P d'une pastille, en grammes, d'une part, et son module M en décimètres d'autre part.
    Elle a été amenée à définir comme critère de dimensionnement des pastilles, la règle selon laquelle le rapport R5 est utilement compris entre 50 et 170, avantageusement entre 60 et 160, de préférence entre 75 et 130.
    Les plages ainsi indiquées pour le rapport R5 sont plus étroites que celles indiquées ci-dessus pour le rapport R4. Ceci peut probablement s'expliquer du fait que le rapport R5 est un nombre sans dimension car son numérateur, la racine cubique du poids, est proportionnelle à la racine cubique du volume, et peut s'exprimer en décimètres, comme son dénominateur, le module M.
    Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation que l'on vient de décrire, et on peut apporter à ceux-ci de nombreux changements et modifications sans sortir du domaine de l'invention.
    En particulier, les exemples 21 à 26 et 31 à 42 concernent des traitements connus d'inoculation de fonte liquide, quelle que soit la qualité de fonte visée, fonte grise, fonte vermiculaire, fonte à graphite sphéroïdal ou autre.
    Le dispositif selon l'invention peut bien entendu être utilisé pour le traitement d'autres métaux en fusion, en particulier l'aluminium et ses alliages, les alliages légers en général, d'autres métaux ferreux et non ferreux.
    Figure 00150001
    Figure 00160001
    Figure 00170001
    POIDS P Ø h M R4 R5
    (g) (mm) (mm) (dm) P /M 3P P/M
    EX 31 10 25,4 7,5 0,0236 134 91,3
    EX 32 10 30 6 0,0214 148 100,6
    EX 33 20 38,1 6,3 0,0237 189 114,5
    EX 34 20 25,4 17 0,0363 130 74,8
    EX 35 30 38,1 9 0,0306 179 101,5
    EX 36 30 46 6,5 0,0253 216 122,8
    EX 37 40 50,8 8,6 0,0321 197 106,5
    EX 38 40 38,1 14,8 0,0416 152 82,2
    EX 39 60 50,8 12,3 0,0414 187 94,5
    EX 40 60 38,1 21 0,0499 155 78,4
    EX 41 80 46 16 0,0472 189 91,3
    EX 42 110 56 15 0,0482 218 99,4
    R4 = P /M   R5 = 3P /M

    Claims (13)

    1. Dispositif (1) pour filtrer et traiter du métal en fusion, comprenant une série d'au moins deux plaques filtrantes (2, 3) en matière minérale réfractaire percées de trous (4, 4a) de filtration pour le passage et la filtration du métal en fusion, ces plaques étant maintenues à une distance prédéterminée l'une de l'autre par des parois périphériques (5) de manière à ménager entre elles une cavité (6) à l'intérieur de laquelle est logée une plaque (7) d'un matériau de traitement dudit métal en fusion ayant une forme telle que, vue dans le sens (8) de passage du métal en fusion, la plaque (7) laisse sur les plaques filtrantes (2, 3) au moins une région (9) non recouverte, caractérisé en ce que le rapport (R1) entre le nombre de trous libres (4a) d'une plaque filtrante (2, 3) situés dans les régions (9) non recouvertes par la plaque (7) de matériau de traitement, d'une part, et le nombre total des trous (4, 4a) de ladite plaque filtrante (2, 3) d'autre part, n'est pas inférieur à 10%, et/ou n'est pas supérieur à 75%, avantageusement n'est pas inférieur à 20%, et/ou n'est pas supérieur à 65%, et de préférence n'est pas inférieur à 35%, et/ou n'est pas supérieur à 50%.
    2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport (R2) entre le volume laissé libre dans la cavité (6) par la plaque (7) de matériau de traitement, d'une part, et le volume total de ladite cavité (6), d'autre part, n'est pas inférieur à 20%, et/ou n'est pas supérieur à 80%, avantageusement n'est pas inférieur à 30%, et/ou n'est pas supérieur à 75%, et de préférence n'est pas inférieur à 35%, et/ou n'est pas supérieur à 72%.
    3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau de traitement est sous la forme d'une plaque ou pastille dont le module (M), ou rapport entre le volume et la surface développée totale de ladite plaque, est une fonction croissante du temps de coulée ou du poids du métal en fusion à traiter à travers le dispositif.
    4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour un traitement d'inoculation de fonte en fusion, le rapport (R3), exprimé en dm x sec, entre le poids (P) du métal coulé en kg, d'une part, et le module (M) de la pastille en dm multiplié par la vitesse du métal coulé à l'intérieur de la chambre de filtre, exprimée en dm/sec, d'autre part, est compris dans la plage 70 d ± 50%, avantageusement dans la plage 70d ± 35%, de préférence dans la plage 70d ± 20%, d étant la masse spécifique du métal en fusion en kg/dm3.
    5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module (M) de la pastille est supérieur à au moins 0,0050 dm, avantageusement à au moins 0,0100 dm, de préférence à au moins 0,0150 dm.
    6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pastille de matériau de traitement est dimensionnée de façon telle que le rapport (R4) entre la racine carrée de son poids (P) en grammes, d'une part, et son module (M) en dm, d'autre part, est compris entre 80 et 280, avantageusement entre 100 et 260, de préférence entre 120 et 250.
    7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pastille de matériau de traitement est dimensionnée de façon telle que le rapport (R5) entre la racine cubique de son poids (P) en grammes, d'une part, et son module (M) en dm, d'autre part, est compris entre 50 et 170, avantageusement entre 60 et 160, de préférence entre 75 et 130.
    8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau de traitement formant la plaque (7) est choisi parmi les produits désulfurants, thermogènes, inoculants, sphéroïdisants, recarburants, affinants, modificateurs, et les alliages d'addition.
    9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le poids du matériau de traitement est compris entre 0,001% et 1% environ du poids du métal en fusion à traiter.
    10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les trous de filtration (4, 4a) ont un diamètre compris entre 1,5 et 3 mm environ, de préférence entre 1,8 et 2,5 mm environ.
    11. Dispositif conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit matériau de traitement est un matériau inoculant.
    12. Dispositif conforme à la revendication 11, caractérisé en ce que ledit matériau inoculant est choisi parmi les composés suivants : alliages de fer, magnésium, composés de lithium, composés de strontium, composés de baryum, silicium, zirconium, aluminium, terres rares, graphite, carbone.
    13. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans un procédé de coulée en moule de métal en fusion comportant les étapes d'interposition d'un filtre et d'un matériau de traitement sur le passage du métal en fusion avant l'entrée dudit métal dans le moule proprement dit.
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