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PROCEDE ET INSTALLATION D'AFFINAGE DE FERROMANGANESE
CARBURE
La présente invention concerne un procédé d'affinage de ferromanganèse carburé comprenant une première phase de traitement consistant à injecter un gaz oxydant dans un bain de ferromanganèse en fusion et à injecter simultanément un gaz inerte dans le fond du bain et à recueillir les fumées dégagées du bain par une hotte disposée au-dessus du bain. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Le ferromanganèse est, avant tout, un produit d'alliage pour la fabrication d'aciers ou d'alliages spéciaux. Il existe dans la nature à l'état d'oxyde et sa production nécessite une réduction initiale du minerais, par exemple, dans un four à cuve ou un four électrique. Le produit ainsi obtenu, le ferromanganèse, renferme jusqu'à 80% de manganèse, 6 à 8% de carbone, le reste étant essentiellement du fer et du silicium. Ce ferromanganèse n'est pas utilisable dans-les aciéries à cause de sa teneur élevée en carbone, de sorte qu'un affinage plus poussé s'impose.
La méthode la plus courante d'affinage du ferromanganèse a toujours été un procédé de réduction silicothermique, qui a l'inconvénient d'être très onéreux et de consommer beaucoup d'énergie.
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ete Un procédé plus économique a, plus récemment, été proposé par le brevet US 3,305, 352 qui préconise, à l'instar de l'industrie de l'acier, une technique de soufflage.
Le ferromanganèse liquide produit dans le four est transporté à l'aide d'une poche dans un convertisseur où l'on injecte, dans le bain en fusion, de l'oxygène à l'aide d'une lance de soufflage, pendant que la température du bain est augmentée de la température de coulée de plus ou moins 13000C jusqu'à une température de l'ordre de 1750 C. La chaleur requise pour ce réchauffement du bain résulte essentiellement de l'oxydation du manganèse en oxyde de manganèse et du carbone en oxyde de carbone.
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La température de traitement est donc beaucoup plus élevée que dans l'affinage de l'acier où elle n'est que de l'ordre de 1600oC. Une autre différence avec l'affinage de l'acier est la production d'importantes quantités de fumées, notamment à cause de la volatilité du manganèse.
La vitesse de décarburation par ce procédé d'affinage n'est pas constante, étant donné que l'activité de l'oxygène est fonction de la teneur en carbone. Si le rythme de décarburation est relativement rapide en début du traitement, lorsque la teneur en carbone est de l'ordre de 6%, le rythme de la décarburation ralentit progressivement à partir d'une teneur inférieure à 2,5%, de sorte qu'il est très difficile de descendre en-dessous d'une teneur résiduelle de 2% de carbone.
Pour stimuler l'activité de l'oxygène et le processus de décarburation, on a essayé d'injecter dans le bain, par le fond du convertisseur, un gaz inerte, par exemple de l'azote. Les résultats ont effectivement été bénéfiques, dans la mesure où l'on crée par barbotage un meilleur mélange du bain avec la scorie oxydée tout en s'approchant de l'équilibre métallurgique.
Malgré l'injection du gaz inerte dans le bain, il est, en pratique, très difficile d'approcher ou de dépasser une teneur en carbone de 1, 5%. En effet, pousser la décarburation au-delà de 1, 5% implique d'importantes quantités d'oxygène et, par voie de conséquence, une oxydation excessive du manganèse et une augmentation de la température à 1800 C ou au-delà. Or, l'augmentation de la température, non seulement engendre trop de fumée à cause de la volatilité du manganèse à ces températures élevées, mais accélère les pertes de manganèse par évaporation, sans parler d'une usure plus rapide du revêtement réfractaire du convertisseur.
Le but de la présente invention est de prévoir un nouveau procédé et une nouvelle installation d'affinage de ferromanganèse carburé mettant en oeuvre un soufflage de
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gaz oxydant avec barbotage à gaz inerte, qui permet une meilleure décarburation avec une consommation plus faible de gaz oxydant et une plus faible température du bain.
Pour atteindre cet objectif, le procédé proposé par l'invention est caractérisé en ce que la première phase de traitement est poursuivie par une seconde phase de traitement au gaz oxydant et gaz inerte et en ce que l'on effectue un dégazage sous vide pendant la durée de la seconde phase.
Il est théoriquement possible d'effectuer tout le traitement d'affinage sous vide, mais, étant donné qu'en début de traitement les résultats sont satisfaisants et qu'en général on n'est pas limité dans le temps, il est préférable, pour réduire le coût de production, de ne commencer le traitement sous vide que lorsque le rythme de décarburation ralentit, ce qui se manifeste par un rendement décroissant de l'oxygène et une montée de la température. Le départ du traitement sous vide, sera déterminé en fonction des caractéristiques del'installation et des résultats visés. Au demeurant, la possibilité d'effectuer tout l'affinage sous vide ne sort pas du cadre de la présente invention.
Le procédé proposé par l'invention permet, pour un degré de décarburation déterminé, de réduire la quantité d'oxygène, c'est-à-dire d'affiner à une température inférieure et, vice-versa, à quantité égale d'oxygène d'obtenir une meilleure décarburation, tout ceci en fonction de l'intensité du vide, c'est-à-dire pour une quantité donnée d'oxygène, le taux de carbone résiduel sera d'autant plus faible que le vide est plus prononcé.
Alors qu'un affinage à la pression atmosphérique nécessite une température de l'ordre de 18500C pour descendre à une teneur en carbone de 1, 5%, l'affinage sous pression réduite permet d'atteindre cette même teneur en carbone à des températures nettement plus basses avec une diminution correspondante en consommation d'oygène et une
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augmentation du rendement en Mn. Par contre, l'affinage à une pression réduite permet de descendre à une teneur en carbone de l'ordre de 0,5% et pour des températures égales ou même inférieures à celles des procédés classiques.
L'affinage sous vide a, en outre, l'avantage d'activer le dégazage du bain et d'améliorer l'évacuation des gaz et fumées. Selon un mode d'exécution avantageux, il est possible, lors de l'affinage sous vide, de réduire progressivement la pression, ce qui permet de compenser l'atténuation progressive de l'activité de l'oxygène aux basses teneurs en carbone.
A titre d'exemple, il est possible d'effectuer la première phase de l'affinage à la pression atmosphérique jusqu'à une température du bain de l'ordre de 1600"C à 1650oC, ce qui correspond approximativement à une teneur en carbone de l'ordre de 2, 5%. On fait ensuite débuter la phase de dégazage sous vide en mettant en service les pompes à vide pour réduire progressivement la pression de la pression atmosphérique à une valeur de l'ordre de 3/10 atm. Simultanément on poursuit le soufflage de l'oxygène pour faire monter la température du bain jusqu'environ 1700oC, ce qui pousse le processus de décarburation jusqu'à un taux de 1% de carbone. Il est bien entendu possible de pousser davantage le vide et d'arriver à des teneurs en carbone de l'ordre de 0, 5%.
Selon une autre particularité de l'invention l'affinage est effectué entièrement dans une poche, qui, normalement, sert exclusivement au transport du ferromanganèse entre le four de réduction et le convertisseur, de sorte que ce dernier devient superflu. Bien entendu, la poche doit pouvoir être conçue de manière à pouvoir pratiquer l'affinage par soufflage d'oxygène et par barbotage avec un gaz inerte. L'accouplement à la source de gaz inerte peut être réalisé avec un dispositif selon le document EP-A2-0320841.
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e'd'la montée de Selon une autre particularité du procédé la montée de la température en fin d'affinage peut être contrôlée par un soufflage au gaz mixte en raison de par exemple 60% d'oygène et 40% de gaz inerte.
L'avantage en est que de cette façon on garde la même énergie cinétique du jet de gaz tout en évitant une suroxydation du bain.
L'invention concerne également une installation d'affinage de ferromanganèse carburé contenu dans une poche déplaçable dont le fond comporte des moyens d'injection d'un gaz inerte dans la poche, comprenant une hotte de collecte et d'évacuation de fumée, un premier couvercle ouvert avec des moyens pour enlever et déposer le couvercle sur la poche et une console pour supporter des lances de soufflage et les plonger verticalement à travers le couvercle ouvert dans la poche, caractérisé par un second couvercle fermé conçu pour être placé, de manière étanche, sur la poche, par au moins deux ouvertures dans le couvercle pour permettre la pénétration d'une lance et faire des additions pour une goulotte d'ajoute,
ces ouvertures étant associées à des moyens de fermeture étanche autour de la lance et de la goulotte d'ajoute et un circuit à vide raccordé à travers le couvercle fermé à l'intérieur de la poche.
D'autres particularités et caractéristiques ressortiront d'un mode de réalisation avantageux, présenté ci-dessous, à titre d'illustration, en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 montre une station de soufflage avec une poche et un couvercle ouvert et - la figure 2 montre schématiquement la même station avec une poche et un couvercle fermé pour permettre le dégazage sous vide conformément à la présente invention.
La figure 1 montre une poche 10 contenant du ferromanganèse carburé en fusion 12. Cette poche 10 qui, normalement, est utilisée pour le transport du
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ferromanganèse est utilisée, conformément à la présente invention, également pour le traitement de celui-ci. A cet effet, le fond de la poche comporte une ou plusieurs briques poreuses 14 pourvues de moyens pour être raccordées sur une source d'un gaz inerte, par exemple de l'azote qui est injecté par le fond dans le bain en fusion, ce qui est symbolisé par les flèches sur la figure 1. La poche 10 se trouve en-dessous d'une console 16, pourvue d'un chariot 20 déplaçable verticalement afin de pouvoir supporter des lances de soufflage 18 et plonger celles-ci dans la poche 10 pour y injecter un gaz oxydant, tel que de l'oxygène ou un mélange d'oxygène et d'un gaz neutre ou inerte.
Les fumées qui s'échappent de la poche 10 sont récoltées par une hotte 22 et guidées à travers une cheminée 24 vers un poste d'épuration et de dépoussiérage non représenté.
Un couvercle 26 est conçu pour être posé sur la poche 10 lors de l'affinage du ferromanganèse. Pour permettre l'échappement des fumées et l'introduction de la lance 18 dans le bain de ferromanganèse ainsi que des additifs, ce couvercle 26 est ouvert vers le dessus.
Conformément à la présente invention, il est prévu un second couvercle 30 représenté sur la figure 2, figure qui, à l'exception du couvercle 30 montre les mêmes éléments que la figure 1 pourvus des mêmes chiffres de référence.
Contrairement au couvercle 26, le couvercle 30 est fermé et conçu pour être placé de manière étanche sur la poche 10.
Le sommet du couvercle fermé 30 comporte un passage 32 permettant l'introduction d'une lance 18 dans la poche 10 (et une ouverture non représentée pour introduire des additifs à l'aide d'une goulotte), ce passage 32 étant pourvu de moyens pour assurer l'étanchéité autour de la lance 18 lorsque celle-ci est descendue dans la poche l'ouverture étant de même associée à un moyen de fermeture étanche. Le couvercle 30 comporte un raccord, non représenté sur la figure 2 permettant de connecter l'intérieur de la poche 10 à une pompe à vide pour créer un
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vide à l'intérieur de la poche 10 lors de l'affinage au gaz oxydant et au gaz inerte et pour aspirer les fumées dégagées par le bain 12 lors de l'affinage.
Les deux couvercles 26 et 30 peuvent être supportés et déplacés par des moyens connus en soi. Il est par exemple possible de prévoir un support coulissant unique pour les deux couvercles 26 et 30 de sorte que lorsque le couvercle 26 est enlevé de la poche 10 et déplacé vers la droite sur la figure 1, le couvercle fermé 30 est déplacé automatiquement vers la droite suivant les flèches et posé sur la poche 10.
Il est bien entendu que lorsque l'on débute la phase de dégazage sous vide et que l'on remplace le couvercle ouvert 26 par le couvercle fermé 30 il faut enlever momentanément la lance 18.