Maîtrise des corrections en silicium dans la fonte à graphite sphéroïdale

IV. Essais Usine

Faisant suite aux essais de laboratoire, des séries d'essais en usine ont été lancés. Seront comparés :

? Le mode d'introduction

· En four

· En Poche de transfert

? La granulométrie du FeSi utilisé

· 2 - 10 mm

· 10 - 80 mm

? Le taux de correction

· + 0.05%

· + 1.15%

· + 0.03% (introduit en 1 fois 0.30% ou 2 fois 0.15%)

Voici le plan d'expérience prévu à l'usine.

		Granulométrie
		2 - 10 mm	10 - 80 mm
Mode d'introduction		0,05%	0,05%
	Four	0,15%	0,15%
		0,30%	0,30%
		0,15	Essais non
	Poche	0,3	validés

Figure 12 : Mode opératoire des essais effectués en usine

Les essais ont été fait suivants les plans d'essais spécifié dans les Figure 6 à Figure 8 portés à l'échelle de l'usine.

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A. Essais en Four

Correction 0.05%

Les essais se font sur des fours de 22T auxquels sont ajoutés 14.67kg de FeSi 75. La correction se fait sur le bain après le chargement de la première poche. Un premier brassage de 5min a servi à dissoudre et homogénéiser le Si dans la fonte. Une poche de métal en fusion non traitée a ensuite été versée dans le four afin de remplir le four.

Ä% Si

0,16

0,14

0,12

0,10

0,08

0,06

0,04

0,02

0,00

1 2 3 4 5 6 7

2 - 10 mm

10 - 80 mm A 10 - 80 mm B Visé

Prélèvements

Figure 13 : Résultats essais en four semi-plein pour un ajout de 0.05% de Si (Usine)

Essai	2 - 10 mm	10 - 80 mm A	10 - 80 mm B
Rendement final	140 %	80 %	60 %

Cet essai a rapidement été abandonné, car les valeurs mesurées étaient trop proches de la marge d'erreur de l'installation de mesure et donc les rendements mesurés sont aberrants et donc non exploitables.

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Corrections 0.15%

Ä% Si

Ont été ajoutés, pour 22T de fonte, 44kg de FeSi 75 afin de corriger le four à hauteur de 0.15% de Si.

0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00
			10-80 mm 2 - 10 mm A 2 - 10 mm B Visé

1 2 3 4 5 6

Prélèvements

Figure 14 : Résultats essais en four semi-plein pour un ajout de 0.15% de Si (Usine)

Essai	2 - 10 mm A	2 - 10 mm B	10 - 80 mm
Rendement final	60 %	66.67 %	86.67 %

On remarque une nette amélioration du rendement de correction avec l'augmentation de la granulométrie.

Le rendement plus efficace, malgré un taux de Si apparent identique, est vraisemblablement dû au taux de fines beaucoup plus faible dans le 10 - 80mm que dans le 2 - 10mm. Donc moins de pertes au feu directes sont à déplorer.

Fines brûlant à
La surface du bain

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Figure 15 : Charge de FeSi (2 -10 mm) flottant sur le bain de fonte avant brassage

Les fines ont tendance à bruler en surface de bain ou se trouvent, pour les plus fines, portées par le courant d'air chaud au-dessus du bain hors du four et ne prennent par conséquent pas part à la correction.

De plus, aucune phases néfastes n'ont été détectée dans le FeSi 10 - 80mm suite à l'analyse DRX. Le taux silicium n'étant pas entamé par la présence de quartz, il peut réagir en totalité lors de la correction. S'en suit donc un meilleur rendement.

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Correction 0.3% (en deux apports)

Deux méthodes ont été utilisées pour cet essai. L'introduction du FeSi en une fois, en versant la totalité de la masse de ferro-alliage sur le bain dans un four mi plein. Et en deux fois, en versant la moitié de la charge de ferro-alliage sur le bain dans un four mi plein et l'autre moitié sur le bain après remplissage du four.

Tout d'abord intéressons-nous à l'introduction par moitié.

Ä% Si

0,00

Fonte de base

1 2 3 4 5 6 7

Fonte après	Fonte après
1ere correction	2^e correction
		2min	4min	6
Fonte après
remplissage

0,35

0,30

0,25

0,20

0,15

0,10

0,05

10 - 80mm Visé

min

Prélèvements

Figure 16 : Résultats essais en four semi-plein pour un ajout de 0.3% de Si en 2 ajouts (Usine)

Les résultats de rendements finaux sont présentés dans le tableau ci-dessous :

Essai	10 - 80 mm (2fois)
Rendement final	73.33 %

Le rendement est relativement bas par rapport aux essais à suivre. De plus les corrections se font préférentiellement en une seule fois afin de diminuer les pertes par oxydation du Si et l'agglomération du FeSi dans les crasses qui surnagent sur le bain.

Cette série d'essai sera donc abandonnée après les premiers résultats.

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Correction 0.3% (en 1 apport)

Ä% Si

Pour l'essai en un seul apport il faut ajouter 88kg de FeSi 75 pour augmenter de 0.3% les 22T de fonte du four.

0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00
			10 - 80 mm 2 - 10 mm A 2 - 10 mm B Visé

1 2 3 4 5 6 7

Prélèvements

Figure 17 : Résultats essais en four semi-plein pour un ajout de 0.3% de Si (Usine)

Les résultats de rendements finaux sont présentés dans le tableau ci-dessous :

Essai	2 - 10 mm A	2 - 10 mm B	10 - 80 mm
Rendement final	83.33 %	73.33 %	90 %

Comme pour la correction à 0.15% le FeSi 10 - 80mm a un rendement meilleur que le 2 - 10mm. Cette amélioration de rendement est due au taux de fines présent dans le 2 - 10mm qui n'est pas présent dans le 10 - 80mm et ne fait donc pas chuter le rendement.

On remarque que de manière générale, le meilleur rendement se trouve après 4min de brassage après le remplissage du four. Au-delà le Si commence à diminuer à cause des pertes au feu.

Pour un rendement optimal, il faut brasser seulement 4 min après remplissage du four, pour une correction faite en four semi-plein.

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B. Essai en poche

En plus de corriger dans les fours, il est possible de corriger la fonte directement dans les poches de transfert au moyen d'une trémie automatisée.

La dissolution et la diffusion sont gouvernées par le brassage induit par le remplissage de la poche

Si la dissolution du FeSi ne se fait pas totalement lors du remplissage, les crasses qui remontent sur le bain vont emprisonner le FeSi non dissout. Lors du décrassage de la poche, le FeSi emprisonné dans les crasses est éliminé en même temps que ces dernières.

La température de la fonte dans les poches de transfert est en général entre 1300 et 1350°C et le FeSi 75 a une température de liquidus à 1325°C. Dans certains cas, la fusion du FeSi n'est que partiel car la température n'est pas assez élevée.

Après les premiers tests effectués avec le FeSi 10 - 80mm, la majorité de la charge surnageait car les granulats étaient trop gros pour fondre lors du remplissage et finissaient par se retrouvés pris dans les crasses sur le bain.

Seul le rendement du FeSi 2 - 10mm a été analysé lors de cette série d'essais.

Essai 0.15%

Ä% Si

0,25

Poche corrigée

Fonte après complément

0,2

0,15

2 - 10 mm Visé

0,1

2min 4min 6min

0,05

0

Fonte de base

1 2 3 4 5 6

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Prélèvements

Figure 18 : Résultats essais en poche pour un ajout de 0.15% de Si (Usine)

Les résultats de rendements finaux sont présentés dans le tableau ci-dessous :

Essai	2 - 10 mm
Rendement final	60 %

Ici aussi on remarque que le rendement optimal se trouve à 4 min après le complément de fonte non traitée.

Figure 19 : Poche corrigée

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Figure 20 : Poche non-Corrigée

On peut voir l'effet de l'ajout de FeSi sur la présence de crasses en dessus de bain. Ici sont présentés deux poches issues du même four remplies l'une derrière l'autre. La première a été corrigée et pas la suivante. On peut voir qu'il y a plus de crasses sur la poche corrigée que sur la fonte non corrigée.

Risque de fusion partiel du FeSi

FeSi non dissout

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Figure 21 : Poche corrigée après vidange

Après vidange de la poche traitée, on peut observer au fond des restes de FeSi n'ayant pas été dissous. Ils restent en fond de poche dans un état pâteux.

Cet agrégat pâteux de FeSi peut être source de dérives dans le taux de Si. Le FeSi non dissout continu à diffuser à longueur que l'on remplit et vide la poche. Si le type de tuyau produit vient à changer on risque d'avoir de la fonte trop riche en Si par rapport à ce qui est requis. Ou tout simplement on risque aussi de sur-corriger la fonte en cours de production.

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