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8 6 ' APPORTES A là FUSION DES MINERAIS"
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Cette invention a. trait à la râoupération du chrome,
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du manganèse et du vanadium. en partant des composés naturels
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att artificiels, de ces #taux: avec 1" organe. L*'obJat de llin- vention est tle parmttre de régler exactement la composition du métal produit, en particulier en ce qui 'canaerne les pro- portions du carbone et du a-ilisiom Clu"il renferme, et d"assc- rer une utilfsat10It éeonamt.Q,.tz6 clés matières, de la force ma- trice. et de. Ilktzîpement. les 5eCra-*lliages des métaux ci.-dessus ('lui. oeans ti- tuant groupe dont les poids atomîquai3 sont compris entre.
50 et 5r sont des produits :Lmpol!tante dix commerce, et il en est de mbme du maangsnes.ë et du chrome: a ls,&t&t commercialement
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pur. Ces produits sont très- employés pour la préparation de divers métaux, en particulier des compositions :terreuses tel- les que les aciers et les fers inoxydables.
La simple fusion
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des minerais avec du carbone donnes produits dont la tensur en carbone est si élevée 0,0* ils sont impropres à beaucoup d'usages, et de nombreuses recherches ont été faites pour trouver un procédé permettant d'obtenir les métaux à l'état relativement exempt de carbone., suivant l'invention, on. prépare un alliage de silicium ou siliciure faible en carbone du métal à obtenir, puis on élimine le silicium du produit en traitant celui-ci par un composé oxygéné du métal à obtenir. de telle sorte qu'on ob- tient le métal suffisamment pauvre tant en carbone qu'en si-
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liaium. 1& siliciure peut être préparé de façons diverses,, par exemple en réduisant un minerai par du carbone en pré- sence d'une charge siliceuse.
quelle que soit la façon dont ils sont produits, les siliciures en question sont aaraaté.. risés par une faible teneur en carbone. On effectue l'élimi-
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nation susmentionnée du silicium dans une réaction sil.3ECa- thermique se propageant d'elle-même, ce qui permet de réa- @
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liser une économie importante dans le temps, la force natri- ce et l'appareil. L*41'mîratîon du sUi.c1um qua renterne une. ) très grande quantité d'alliage au silicium peut être effea- tuée sUic:a,....thermiQ..uement. en moins d'une !1au:.re., et souvent même en quelques minutes, et l'on n'a besoin d'aucun appa- rail.. â l'exception d'un pat ou creuset réfraotaire destiné à contenir la charge et les. produits de la réaction.
La réduction ai1.fc:o.thermfcue des oxydes de chroma, de manganèse et de. vanadium présente des difficultés qu'on n'éprouve pas lorsqu'on réduit d'une façon analogue des oxy-
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des tels que les oxydes du tungstène et du M.l;Jbdè.#. bey le cas des métaux envisagés par la présente invention, m production d'un produit de :faible. teneur en ..1J.1c eat
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ineompat&le. avec un taux d t êrlraction élevé du métal de l"#XB-de: emploi on ne peut obtenir un taux de'extraction élevé da métal que par l'applioa.tio.n d'"un grand excès de
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silicium qui détermine une, teneur élevée du produit en si-
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Italums, ce qui. 1er rend.
Impropre. à. beaucoup d'usages, La de- manderesse a tes le procédé qui donne un métal suffisam- me.nt9-uvre en sil.ie<1um., cest,, ire applique un excès de minerai ou d'autre composé mwgéné, ce gui &vite le rende-
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ment médiocre en métal qui résulterait autrement du fait de
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admettre le laitier produit dans léla.tion du silicium
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à un traitement supplémentaire pour en recueillir les valeurs. De préférence, ce dernier traitement est réalisé de façon à
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produire un alliage de silicium <;lui se pnéte à la réaction si,liotT2e.r ' ue décrite ci--dessus.. Cette combinaison de pha- Bas rend possible; d'opérer éeoMmet, même lorsqtz"aucun 1 minsr Qui autre composé taUi{!11e ogygén4- été édt. d phase. d "'1Í11Ûil'#;tian du ai1C'ium le minerai 3e OEoEùPottant s. 7e n 1& faqon à"un oxydant, Il est pas.
Sible. - et préférable dans certains cas -- dtoaugmentJr le rendement de h ¯ icn da s:.11j,e.iwn par l'application d'un
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compte métallique fortement oxyde*, par exemple de pentoxyde
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de vanlo1dimn, de vanadataae danhydr1de ahnomiue, de chroma-
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tes et de bioxyde de manganèse dans la phase d'élimination
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du silicium., et de ne réduire en métal c Lulune faible partie
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de ce composé très oxydé, ou mime de n'en pas réduire du tout. De préfèrent, on fond le laitier avec un agent réduc-
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teur carboi2ifère dans, un four électrique en présence d'une
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quantité suffisante de silice pour assurer la teneur désirée
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en s:i:iIa.iWJ1 de 1 allïage ainsi produit.
Le laitier est lui- mima- très sU1eeux. mais on peut. ajouter une quantité suppléa mentaire de matière siliceuse, si nécessaire. Etendant le
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laitier dans un four électrique dans lequel la quantité de
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ahai-leur communiquée à.. la charge et sa communication par unité
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de temps sont complètement réglables, l'opération devient très souple et la charge peut être munie de toute addition désirée. Par exemple, les additions peuvent comprendre des minerais, des laitiers provenant d'autres traitements et des métaux ou alliages réduits, et'l'on peut obtenir un bon rendement du métal avec une grande variété de chargea.
La phase d'élimination du silicium est naturellement quelque peu limitéa par la nécessité d'avoir une charge qui, par une réaction se propageant d'elle-même, produise un métal suffisamment pauvre en silicium et en carbone, mais l'appli- cation d'une opération de fusion au four électrique conjoin- tement avec la réaction d'élimination du silicium qui se pro- page d'elle-même fait que le procédé entier s'adapte éminem- ment aux diverses conditions susceptibles d'intervenir* En d'autres termes, le procéda tire parti des avantages inhé- l'enta. à. la réduction silico-thermique, mais évite les limi- tations qu'impose usuellement una réduction de ce genre.
On broie finement la matière contenant du silicium et le composé oxygéné? qui doivent réagir dans- la phase silico- thermique et on les mélange intimement, en vue d'accélérer la. réaction. Le fait d'accélérer la réaction tend à la ren- dre plus complète et par suite, à libérer une quantité de ahaleur plus grande; et il tend aussi à diminuer les pertes de chaleur parce qu'il abrège la période pendant laquelle le rayonnement de chaleur s'effectue. Il est préférable de broyer les matières au moins jusqu'à ce qu'une forte proportion pas- se à travers un tamis de 106 mailles.
La température atteinte tend à être d'autant plus élevée que la charge destinée à. la phase silico-thermique est plus. grande, la quantité de cha- leur mise en liberté augmentant plus rapidement que la sur- face de rayonnement. En général, il est possible de laisser la charge sensiblement non chauffée lorsque la réaction com- mence, mais une température initialement élevée accélère la
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ré"06etion. Les meilleurs résultats sont obtenus Lorsque la charge est sensiblement exempte d'humidité.
Comme les produits de la réaction et les matières pré- sentes -le cas échéant- qui ne: réagissent pas doivent être portes à la même température, les matières autres que celles qui participent directement à la réaction principale ont pour effet de limiter les températures maxima atteintes. Dans certains cas, il peut y avoir un excès de chaleur qu'on peut em-
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ployer utilement pour fondre du feu au un autre métal qu.1I on désire incorporer au produits, mais, en général, il est dési-
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rable d'éviter la présence de quantités non nécessaires de substances- absorbant de la chaleur dans. la charge.
On peut augmenter le caractère ,:exothermique. de la. réaction en incor-
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parant à la charge des substance.s qui ne contiennent pas le. métal Q.,!]'$-Ol1 veut obtenir mais qui 'oxydent énergiquement le ailieiBmw. Le. hoixd3un'azqràant destiné. à ce. l'ale implique des problèmes cupplémontaireo dom lesquels le aoàt est un des facteurs les plus importants. Le nitrate de sodium, est
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un oxydant solide, ban marché et efficace.
Les chlorates ma- talligues alcalins font partie des oxydants les plus énergi- ques, mais ne contribuant guère à accélérer les réductions
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silea-*the.EmiqceB parce clul'ils se réduisent en chlorures au cours du traitement et que les chlorures se séparent de la charge par suite de l'â.bu11itcion et absorbent une grande quan- tité de chaleur de cette charge.
Sous certaines conditions,, la poudre de blanchiment constitue un accélérateur efficace.
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le pottxoentage. de silicium restant dans le mata]. puri- fié peut varier entre-les limites d'une assez grande échelle dama différent% cas. Ainsi,, la proportion de vanadium incor-
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parée à un acier est souvent très faible et, par aonaéquent., la quantité de ferra-vanadium. nécessaire pour l'introduire ast, ella-mima très: faible. Dans certaine cas." le ferro-va- lladiwn. peut contenir j!ï8q.o."a. a ou io %' de Si (avec une teneur
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en vanadium de 35 % par exemple) sans augmenter exagérément la teneur en Si de l'acier fini.
Par contre, le produit re- quis peut être un produit qui contient un métal du groupe en- visagé. et du silicium dans des proportions telles que le rap- port du premier au: second est de beaucoup supérieur à 100.
Il est désirable de diminuer la quantité de minerai ou au- tre oxyde employée dans la phase d'élimination du silicium autant que le permet la teneur en aillai= envisagée pour le produit de cette opération, étant donné qu'on a alors moins de laitier à refondre et moins de matière étrangère dont la chaleur doit être absorbée et qui est susceptible de nuire aux réactions principales.
On donnera ci-après quelques exemples de l'invention appliquée au vanadium et au chrome:
Une réaction se propageant d'elle-même a été réalisée dans la charge suivante :
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<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> vanadium <SEP> imper <SEP> .................. <SEP> 2.300 <SEP> kg.
<tb>
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G=rCl Y12&CziüilBÏ"ÏtIIG ................. 36300 -
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<tb> Chaux337 <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Nitrate <SEP> de <SEP> sodium <SEP> ...................... <SEP> 930 <SEP> - <SEP>
<tb>
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Riblons d'acier ........................ 690 -
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<tb> 7.557 <SEP> kg.
<tb>
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L'oxyde impur contenait 86J $de v2oo. Le ferra-vana- dium-silieiom a donné à l'analyse les résultats suivants:
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<tb> V <SEP> la,0 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb> Si. <SEP> 36,5 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Fe <SEP> 39,5 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> C <SEP> 0,21 <SEP> %
<tb>
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Les produits comprenaient'un'a13kgo contenant appraxi- mativement 75 % du vanadium de la charge et un laitier conte- nant le reste du vanadium. L'analyse de ces produits a donné les résultats suivants:
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<tb> Alliage <SEP> Laitier
<tb>
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3fi s? g ¯ 36%
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<tb> Si <SEP> 7,00 <SEP> % <SEP> Si <SEP> ,76 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C <SEP> 0,28 <SEP> %
<tb>
On fondit la laitier avec du carbone dans un four élec-
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trique pour produire du ferra-vanadfum-sï7.ïcitzm.
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Bans un exemple du procéda comportant Inapplication
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de coaffléa atifiei&la au lieu de minerais.t on réalisa une. réaction sa prapgeat d1l>e:lle-mbme dans. la. charge auivante-.
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S&EE#Ba.te de calcium 7m o A..n:fydride: c:hr:om1q,ue taro} o 0 0 o m m o m o l16 - Chrama-aiJ.iaiuDL.......................................... 400-
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<tb> Chaux <SEP> ................................. <SEP> 13 <SEP> - <SEP>
<tb>
<tb> 1.30% <SEP> kg.
<tb>
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Le shKome-si.iG.iom avait la composition suivante:
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or 5ae34 Yû>
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<tb> Si <SEP> 46,34 <SEP> %
<tb>
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]1e . a.:i7
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<tb> C <SEP> 0,05%
<tb>
La réaction produisit du métal et du laitier, le chrome étant approximativement divisé d'uns façon égale entre ces deux matières.
La composition des produits était la suivante:
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<tb> Métal <SEP> Laitier
<tb>
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or-' 95>47 % C1r 2 23,.24 Si 1,45% S10 3;h02 $. .va 1.,70 % Ga0" 25 ,,65 je
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<tb> C <SEP> 0,18 <SEP> %
<tb>
On broya le laitier, on le mélangea avec de la silice et du carbone:
dans les proportions suivantes
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<tb> Laitier <SEP> 100 <SEP> parties
<tb>
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quartsite la Charban de bais 35 - On fondit le mélange dans le. four électrique et l'on obtint un alliage approprié en vue de son emploi dans la réaction
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, se propageant dlelle-mtwe,
La procédé est en particulier avantageusement applica- ble à la préparation d'alliages de manganèse pauses en si-
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liciumi parce que le bioxyde de manganèse, aomposé paroxjdéo, existe. dans..un 'grand.. nombre de minerais naturels...
L$:a.pp1.ica- tion de minerais de ce. genre permet. clleffectuer l'élimination du silieiEsa. asx. démena: de l'oxygène combine lîbrement dans la bl00!:;ide. ce dernier n>étant Bédsit quaen un oxyde inférieur dans une réaation qui se propage d"elle-me'me énergiquement et qui donne des températures très élevées et des produits fluides... En raison de l'excès d'oxygène dans la charge, il
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est facile de déterminer une élimination très complète du silicium que renferme l'alliage de silicium, par exemple le manganèse-silicium.
Les oxydes de manganèse inférieurs qui existaient primitivement ou qui ont été produits dans la pha- se d'élimination du silicium se combinent à la silice pour donner un laitier de silicate. On fond ce laitier, de préfé- rence dans un four électriques, avec du carbone et des addi- tions convenables de matière siliceuse, pour produire un al- liage de manganèse riche en silicium et pauvre en carbone, et l'on peut éliminer le silicium de cet alliage à l'aide d'une nouvelle quantité de minerai par une réaction se pro- pageant d'elle-même, de la manière déjà décrite.
Pour préparer la charge destinée à la réaction se pro- pageant d'elle-même, entre l'alliage de manganèse et de sili- cium et le minerai à base de bioxyde de manganèse, les pro- partions appliquées sont approximativement celles théorique- ment requises par l'équation indiquée ci-dessus, savoir deux molécules environ de MnO2 par molécule de Si. Cette propor- tion donne usuellement un produit suffisamment pauvre en si- licium, et si une teneur plus grande en silicium est admissi- ble, on peut appliquer un peu moins que la proportion stoechio. métrique de bioxyde de manganèse. L'accroissement de la pro- portion du minerai a l'effet opposé de produire une élimina- tion meilleure du silicium.
La teneur en carbone du produit débarrassé du silicium peut être prévue si l'on connaît celle de l'alliage de manga- nèse et de silicium. Comme la quantité de produit pauvre en silicium est inférieure à la quantité d'alliage de manganèse et de silicium appliqués (.il ne se réduit guère ou pas de man- ganèse dans la phase d'élimination du silicium). le carbone sera concentré dans le produit. Une faible quantité supplé- mentaire de carbone est usuellement introduite fortuitement.
Un alliage de manganèse et de silicium contenant 0,7 % C et
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2t1. %' Si convient pour la préparation d."un alliage pauvre en silicium contenant environ 1 % C tandis qu"un alliage de manganèse et de Silicium contenant 1 % de carbone et 20 % de silicium donne un produit contenant environ 1,5 % de carbone.
On peut réduire la teneur en carbone du produit à une valeur
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encore plus faible par L'application d'un nanganèse-Riliaium de teneur en ailicium encore plus grande et, de fagon corres- pondanite, de teneur en carbone plus faible.
Il exista, des minerais de manganèse dont la totalité on la majeure partie du manganèse présent est sous forme de
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bîozyde. La teneur en bioxyde peut étre trèa élevée, par exemple 8S ,Eai3 toute teneur en Zao augmente l'oxygène dmpan-fble de laL charge et facilité par aonséquent la pro- dostisn d"un métal palvre en ai1.ie.:ium... Lorsque la quantité de '&i.<xsyeEe présente est suffisante t il n'est pas nécessaire d"ajattter des o:îqrdants étX8Nge.xa pour rendre la réaction atm- afptîb1a de. se propager d>e11 -m&n*o Bans certains cas.., la quantité. de chaleur mise en liberté est plus. grande que cel- le nscess&iE et peut mime. 4tre nuisible.. En pareils caa, la chaleur en esmes -Peut être a.bs.Q1!b eur fondre du métal an riblomr {joUité à la charge.
On a fonde avec suacès de cette façon une proportion, de métal en riblons supérieure à 10 % de la charge.
Le laitier produit petit contenir, par exemple, 65 %
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enviroii. de UnD et *6 Yaenviron de &10& On peut la broyer, le jméisngex a-ifes dtt'eaEbone et du S'ilicium et le fondre dans le faur éleatrîgue sans àîffîaqlté.
Bsns. exemple de réaI.mati.an particulier, une réac- tion se propageant d'elle-m" a été réalisée entre un allia- ge et un minerai Possédant les compasitians suivante,%.-
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<tb> Alliage <SEP> Minerai
<tb>
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Un 64Jk ': ma (en grande partie a 56,50 si ìé,66 % l'état de 11iI'ndi} C -"0.84. 1t Fe 2,1.7%
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le reste étant principalement composé de fer.
La charge contenait la.250 kg. de minerai et 6.800 kg. dalliage, tous deux broyée pour passer à travers un tamis de 94 mailles, puis parfaitement mélangés et sèches. On ob- tint d'une part un ferro-manganèse de composition suivante:
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<tb> Mn <SEP> 80,11 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Si <SEP> 1,22 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C <SEP> 1,25 <SEP> %,
<tb>
le reste étant principalement composé de fer, et d'autre part un laitier contenant 65,48 % MnO.
Dans un autre exemple, la charge était composée de 12.000 kg. de minerai et de 7.500 kg. d'alliage. La minerai était le même que dans l'exemple précédent et l'alliage était composé comme, suit:
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<tb> Mn <SEP> 68,30 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> Si <SEP> 23,13 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> C <SEP> 0,67 <SEP> %,
<tb>
le reste étant principalement composé de fer,
Le ferro-manganèse produit contenait
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<tb> Mn <SEP> 83,91 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Si <SEP> 1,83 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C <SEP> 1,08 <SEP> %
<tb>
La laitier contenait 62,99 M MnO.
On mélangea le laitier d'un des exemple? ci-dessus avec de la silice et du carbone comme suit:
Laitier (broyé pour passer à. travers un tamis de 6,3 centimètres) 400 parties
Quartzite 50 -
Agent réducteur carbonifère 135 -
585 parties On fondit la. charge dans un four électrique, ce qui donna un alliage de silicium et de manganèse analogue à ceux précé- demment décrits et une faible quantité d'un laitier conte- nant 15 % environ de MnO, qui fut rejeté..
Il ressort de la description qui précède que l'inven- tion peut être réalisée par un très grand nombre de procédés différents. Quelques-uns de ces procédés ont été décrits par- ticulièrement pour faire comprendre les principes qui inter-
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viennent, mais 18'invention n'est évidemment pas Limitée à ces exemples.