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Procédé perfectionné pour fabriquer des alliages de chrome ouvres en carbone.
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Cette invention a trait à un procédé permettant de fabriquer des alliages de chrome pauvres en carbone tels que leferro-chrome, les alliages du fer et de l'acier avec le chrome, etc... par réduction ou raffinage dans un four électrique, dans lequel la matière de chargement, telle qu'une matière contenant de l'oxyde de chrome et un agent réducteur carboné ou du ferro-chrome contenant en à 70 % G et 6 à 10%C, est fournie à un bain de laitier contenant de l'oxyde de chrome
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chrome qui est maintenu chauffé à l'aide d'une ou plusieurs électrodes susceptibles d'être élevées et abaissées au-dessus d'elles, le courant électrique passant des surfaces inférieures desdites électrodes à la couche superficielle du bain de laitier fondu.
L'invention consisteprincipalement dans le fait que la matière de chargement est amende à la couche superficielle fondue du bain de laitier en quantité réglée, soit périodi- quement par petites quantités à la fois, soit d'une façon continue, la composition du bain étant réglée de telle manière que son point de fusion soit au moins de 1750 C environ et le courant étant distribue sur une partie relativement grande de la surface fondue du bain. par ce moyens, une partie rela- tivement grande de la couche superficielle du bain, de point de fusion élevé, est maintenue à, un état très fluide et à une température élevée et relativement constante de façon à créer des conditions favorables pour la mise en pratique du procédé.
Four distribuer le courant fourni sur une partie relativement grande de la surface du bain, on se sert d'électrodes ayant une grande section originale, savoir une section d'au moins 70 dm2, la charge spécifique moyenne appliquée aux électrodes étant choisie très faible, soit comprise entre 4 et 10 RW par due de la section transversale de l'électrode.
Dans la réduction des minerais de chrome à l'aide d'un agent réducteur carbon suivant l'invention, le procédé de chargement mentionné ci-dessus présente l'avantage qu'il ne peut s'accumuler sur le bain de laitier une grande quantité de carbone réducteur et de minerai non fondu mélangés. Au con- traire, l'oxyde de chrome se dissout dans le bain de laitier, avant d'être réduit. L'alliage de chrome est alors produit par la réduction du laitier fondu et, en raison du point de fusion
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fusion éleva du laitier, cette réduction a lieu à une tempéra- ture de beaucoup plus élevéeque celle qui intervient dans les procédés antérieurs et un alliage de chrome pauvre en carbone est par conséquent de jà obtenu lors de la réduction.
En outre, on obtient cet avantage que l'alliage de chrome réduit ne risque pas de tomber à travers une couche de carbone avec la- quelle il serait susceptible d'engendrer des carbures.
En raison du fait que, dans le-procède suivant l'inven- tion, une grande partie de la surface du bain de laitier est couverte par les surfaces inférieures des électrodes, une par- tie considérable de la réaction s'effectue directement au- dessous desdites surfaces. Dans quantités relativement grandes de gaz sont engendrées dans l'espace étroit qui existe entre le bain de laitier et les surfaces inférieures des électrodes parle raffinage de l'alliage ou la réaction entre l'oxyde de chrome dissous dans le laitier et des morceaux de charbon flottant sur le bain de laitier, et sous l'influence de l'éner- gie électrique transférée des électrodes au laitier, ce développement de gaz provoque un mouvement d'agitation ou d'ébullition.
Ce mouvement s'effectue initialement sur une surface relativement grande du bain de laitier et se propage à la surface du bain de laitier fondu jusqu'à l'extérieur des électrodes. Ainsi, pendant la réduction, le bain de laitier est soumis à un mouvement qui a pour effet de distribuer uni- formément la température dans les diverses couches du bain de laitier ainsi que l'oxyde de chrome dissous dans ce bain.
La distribution uniforme de la température dans le laitier est très importante pour assurer le fonctionnement régulier et calme du four, étant donné qu'un certain raffinage subséquent ou supplémentaire de l'alliage est généralement occasionné par la couche inférieure du bain de laitier en contact avec l'alliage
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l'alliage déjà réduit.
Comme ce raffinage subséquent exige de la chaleur, le laitier sera très sujet à devenir vis- queux dans cette couche inférieure et, par suite, le raffina- ge aura tendance à cesser périodiquement. Si donc la couche inférieure du laitier est fortement surchauffée et la tempé- rature sensiblement uniformisée ou égalisée par conduction de chaleur, de sorte que la couche inférieure du laitier s'é- chauffe de nouveau à une température telle que son raffinage reconmence, les gaz résultant du raffinage font mouvoir le laitier et font ainsi descendre le laitier surchauffé au contact de l'alliage. Une action de raffinage violente et presque explosive commence alors et cette action a une influence très nuisible sur le fonctionnement du four.
En raison du fait que, suivant l'inventicn, le bain de laitier est soumis à une action d'agitation énergique créant un mouvement vers le bas, on constate que les perturbations de ce genre apportées au fonctionnement du four peuvent être sensiblement éliminées. quoique la charge appliquée aux électrodes dans le procédé suivant l'invention soit exceptionnellement faible, on constate contrairement au résultat qu'on pouvait en attendre, qu'on obtient un fonctionnement à plus haute température et plus régulier du four que dans les cas où. l'on fait travailler les électrodes sous une charge spécifique élevée.
Si l'on augmente h charge à la valeur autrement considérée comme nor- male, soit à 5-8 ampères environ par en± de la section transversale des électrodes, le bain de laitier est soumis à. un mouvement si violent que le laitier est projeté vers les côtés en raison du fait que la réaction est concentrée à, la surface du bain. Le laitier se solidifie alors à l'extérieur des électrodes en raison de son point de fusion élevéet le four s'obstrue et devient difficile sinon impossible à charger.
Par
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Par opposition à ce mode d'action, on évite cet inconvénient lorsquon fait travailler le four en appliquant aux électrodes une charge plus faible et avec un accroissement correspondant de la section transversale de ces électrodes, On a obtenu de très bons résultats par l'application de ce procédé au fonctionnement d'un four électrique triphasé muni d'électrodes du type SSderberg ayant chacune un diamètre de 1,35 mètre et soumise chacune à une charge de 1 ampère environ par cm2 de la section transversale des électrodes. On obtint aussi de bons résultats en faisant travailler le four sous une charge de 0,75 ampères seulement par cm2, maisle rendement fut un peu plus faible.
Il ne faut pas que l'intensité de courant dépasse 2 ampères par cm2 de la section transversale des électrodes.
La composition du laitier et son point de fusion, qui dépend de cette composition, sont très importants pour obtenir un alliage de faible teneur en carbone. Ainsi, pour obtenir des alliages de chrome très pauvres en carbone, on a trouvé qu'il est avantageux de travailler en appliquant au laitier une température de 2000 C environ ou davantage. Toute- fois, lorsqu'il s'agit de produire par ce procédé des alliages contenant un pourcentage moyen de carbone, par exemple 2% C, on peut se servir de laitiers ayant un point de fusion plus faible, quoique peu inférieur à 1750 C.
La raison pour laquelle on se sert d'un laitier de point de fusion élevé selon le présent procédé est que l'équilibre entre le carbure de chrome et l'oxyde de chrome du laitier change rapidement dans le sens d'une décarbonisation lorsque la température s'élève. 11 convient que le laitier soit principalement composé d'oxydes de chrome, d'aluminium et de magnésium et que les autres oxydes tels que CaO et SiO2 que contient le laitier
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laitier soient règles de telle sorte que le pourcentage de chaux n'excède généralement pas celui qui est nécessaire pour désulfurer l'alliage et que le pourcentage de SiO2 soit maintenu à une valeur faible, choisie eu égard à la composition du reste du laitier, étant donne que, s'il en était autrement,
il pourrait être difficile d'obtenir un laitier possédant le pouvoir réfractaire désiré, c'est-à-dire le point de fusion élevé désire, 'Jans l'application pratique de l'invention, la teneur du laitier en SiO2 a été maintenue inférieure à 15% et même généralement à 10%. Pour faciliter le raffinage, il est bon qu'un pourcentage élevé d'oxyde de chrome soit main- tenu dans lelaitier. En général, il convient que le pourcen- tage soitcompris entre 20 et 40% et, dans certains cas, encore plus élevé, et il est préférable qu'il ne soit pas inférieur à 10% avant d'effectuer la coulée de l'alliage.
Lorsqu'on réduit une matière contenant de l'oxyde de chrome, par exemple du minerai de chrome, par le procédé sui- vant l'invention, le minerai de chrome ou autre matière peut être introduit soit d'une façon continue pendant l'opération de fusion entière, soit à certains intervalles seulement et, dans ce dernier cas, on peut introduire la quantité entière de minerai de chrome pendant lesdits intervalles ou élever la quantité fournie pendant ces intervalles à une valeur plus grande que dans les autres périodes.
Pour obtenir un faible pourcentage de carbone dans l'alliage, on a trouvé qu'il est avantageux de régler les périodes de chargement du minerai et du carbone réducteur de la charge l'une par rapport à l'autre de telle manière que, après qu'une partiede l'allia- ge a ets retirée, le pourcentage d'oxyde de chrome du laitier soit maintenu plus grand pendant la réduction de la première partie de l'alliage que lorsque la réduction est terminée. En fournissant
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fournissant, dans une phase subséquente du procède de réduction, une quantité plus grande de carbone réducteur seul ou une proportion plus grande de carbone que celle qui correspond à la proportion moyenne entre le minerai et le carbone réducteur, on abaisse la teneur en oxyde le chrome à la valeur qui correspond à la production désirée du chrome.
De cette manière, on obtient ce résultat que la réduction est réalisée dans des conditions qui sont beaucoup plus favorables que celles des procèdes antérieurs à l'obten- tion d'une faible teneur en carbone. Ceci est dû au fait que l'alliage réduit à tout instant aura alors une teneur en car- bone plus faible que celle qui correspond à la teneur finale en oxyde de chrome du laitier et, en particulier, que l'al- liage réduit dans la première période de temps aura une très faible teneur en carbone. A titre de résultat moyen, on obtient un alliage dont la teneur en carbone correspond à une teneur beaucoup plus élevée en oxyde de chrome du laitier finalement réduit, c'est-à-dire que le présent procédé permet d'obtenir à la fois un bon rendement'et un produit pauvre en carbone.
Si l'on effectue la coulée du laitier en même temps ou à peu près en même temps que celle de l'alliage, il est préférable de fondre après cette coulée la totalité ou une partie considérable du minerai de chrome constituant la charge destinée à la coulée suivante d'alliage avant d'in- troduire l'agent réducteur carboné. Comme il est préférable de ne pas retirer tout l'alliage du four à chaque coulée, le métal restant dans le four sera raffiné pendant cette fusion du minerai de chrome.
En particulier, si le minerai de chrome n'est introduit qu'en quantités si faibles que la surface du bain de laitier est maintenue d'une façon sensiblement perma- - nente à un état fondu d'assez grande fluidité, une partie du carbone
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carbone réducteur peut, à titre d'alternative, être introduite en même temps que le minerai de chrome, par exemple à raison de la moitié de la quantité correspondant au minerai de chro- me ainsi introduit, de façon à maintenir entre des limites raisonnables les quantités de laitier que renferme le four.
Fendant la dernière partie de la période de fusion, on intro- duit la quantité de carbone restante et aussi, le cas échéant une faible portion de minerai de chrome. Si l'on effectue une ou plusieurs coulées supplémentaires du laitier entre deux coulées de métal, on élève la teneur en oxyde de chrome du laitier restant, après chacune de ces coulées supplémentaires de laitier, en arrêtant entièrement ou partiellement l'intro- duction de carbone réducteur lorsqu'on recommence à introduire la charge. En pareils cas, le procédé peut aussi être réalisa de telle manière que la réduction soit effectuée d'une façon plus complète avant les coulées particulières de laitier qu'avant la coulée de métal, dans le but d'obtenir un produit final de teneur en carbone plus faible.
Le laitier riche en oxyde de chrome qu'on retire du four en même temps que l'allia- ge peut, en pareil cas, être soumis à une réduction complé- mentaire d'une manière bien connue par un procédé particulier, par exemple pour produire un alliage de chrome de teneurelevée au prccédé en carbone. Si l'on ramèhe suivant l'invention un alliage de chrome riche en carbone de ce genre, par exemple pendant la période qui succède immédiatement à la coulée du métal, cet alliage sera raffiné, en ce qui concerne sa teneur en carbone, au cours de sa fusion.
Au lieu d'effectuer la coulée du laitier en même temps que celle de l'alliage comme on l'a dit précédemment, on peut retirer une partie du laitier finalement réduit à un instant qui précède la coulée du métal et enrichir sensiblement le laitier restant en oxyde de chrome avant d'effectuer la coulée
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, coulée de l'alliage, ce qui s'obtient en fondant du mine- rai de chrome pendant qu'on interrompt complètement ou partiellement l'introduction de l'agent réducteur carbone.
Le pourcentage d'oxyde de chrome que renferme le laitier est alors augmenté aussi par la réaction du chrome réduit avec l'oxyde ferreux que contient le minerai de chrome. Si l'on cherche à obtenir un alliage de chrome riche en fer, il con- vient d'introduire une quantité plus ou moins grande d'un composé oxygéné du fer à l'instant sus-mentionn. Si l'on se propose d'introduire aussi du fermétallique dans le procé- dé, cette introduction peut, bien entendu, aussi être effectuée à d'autres périodes de la fusion. Le laitier très riche en oxyde de chrome effectue un raffinage très énergique de l'al- liage de chrome en ce qui concerne sa teneur en carbone.
Le laitier riche en oxyde de chrome reste dans le four lorsqu'on effectue la coulée de l'alliage et constitue un laitier initial de grande teneur en oxyde de chrome et propre à réduire la première partie de l'alliage dans la continuation du procédé.
Dans le mode de réalisation qui vient d'être mentionné du procédé, le laitier riche en oxyde de chrome reçoit de préférence une composition telle que son pourcentage total d'oxydes de chrome et d'aluminium soit supérieur à 50%, le pourcentage d'oxyde de chrome étant maintenu supérieur à 30%.
Pour obtenir des alliages très pauvres en carbone, par exemple à 0,1 - 0,2% de carbone, il est préférable de maintenir le pourcentage d'oxyde de chrome du laitier enrichi, entre 40 et 50% ou même davantage. il est avantageux, en pareil cas, que la somme des oxydes d'aluminium, de chrome et de silicium du laitier, calculée en molécules-grammes , soit supérieure aux 3/4 ou de préférence à la somme totale des oxydes de - magnésium et de calcium que contient le laitier. four produire
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produire des alliagesà 1 - 2% de carbone, on peut maintenir de plus faibles pourcentages d'oxyde de chrome que ceux men- tionnés ci-dessus dans le laitier riche en oxyde de chrome.
Dans un grand nombre de cas, on peut avantageusement réduire à 10% ou même moins le pourcentage d'oxyde de chrome du laitier finalement réduit. Toutefois, dans la production d'al- liages très pauvres en carbone, on constate généralement qu'il est plus avantageux de ne pas pousser la réduction aussi loin parce que si la quantité de laitier qu'on laisse dans le four et dont le rôle est de protéger l'alliage contre une absorption de carbone des électrodes n'est pas trop pauvre en oxyde de chrome, il devient plusfacile d'augmenter la teneur en oxyde de chrome de celaitier pour produire un alliage pauvre en carbone dans la continuation du procédé.
Le pourcentage d'aci- de silicique du laitier riche en oxyde de chrome est générale - ment maintenu au-dessous de 10% mais on peut au contraire admet- tre dans le laitier finalement réduit des pourcentages d'acide silicique beaucoup plus élevés, par exemple jusqu'à 15-20%.
L'agent réducteur carboné est, suivant l'invention, directement amené, à, la couche superficielle fondue du bain de laitier sous forme de charbon en morceaux. On a constaté qu'il est très avantageux d'utiliser du charbon de faible porosité tel que l'anthracite, des débrisd'électrodes, etc... Le @ charbon réducteur finementbroyé ou extrêmement poreux ne convient pas parce qu'il s'effectue alors une réaction trop violente à la température élevée appliquée pour la réduction. il est préférable d'employer l'anthracite à l'état calciné et sous forme de morceaux de la grosseur d'un poissou d'une noix.
On introduit le charbon réducteur par petites quantités à la fois et, ainsi qu'on l'a dit précédemment, on peut, dans certaines périodes, supprimer ou réduire à une valeur plus faible la quantité de charbon introduite par rapport à la quantité de minerai de chrome. 11 faut avoir soin que le charbon réducteur
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réducteur ne s'accumule pas en trop grandes quantités à la surface du laitier et que la surface du bain de laitier soit très fluide lorsqu'on introduit le charbon. Si on le désire, suivant l'invention, une partie considérable de la réduction peut être effectuée par la réaction directe du carbone des surfaces inférieures des lectrodes avec le laitier.
On réalise cet effet en choisissant le voltage et réglant les surfaces inférieures de la ou des électrodes par rapport à la surface du bain de laitier de telle manière que, dans son mouvement d'agitation et d'ébullition, le laitier soit constamment en contact avec les surfaces inférieures des électrodes. Si le bain de.laitier est maintenu chauffa à une température à la- quelle la vitesse de la réaction de l'oxyde de chrome avec le carbone est très élevée, il est même dans certains cas possi- ble d'effectuer la réduction entière à l'aide du carbone des électrodes. Toutefois, en règle générale, suivant l'invention, on choisit le voltage de telle sorte que la consommation totale de carbone d'électrode soit comprise entre le tiers de la quantité de charbon réducteur autrement fournie et une quantité égale à cette quantité.
Par ce moyen, on supprime le risque que la partie inférieure de l'électrode soit rendue aigüe ou appointie par l'action oxydante de l'air.
Pour raffiner suivant l'invention un alliage de chro- me contenant du carbone, tel qu'un ferro-chrome de 6 à 10 C, il est avantageux d'effectuer simultanément une action réductrice dans la zone supérieure du bain de laitier à l'aide de charbon réducteur tel que l'anthracite ou le coke, dans le but d'éviter les réactions explosives,. Les gaz qui sont alors engendrés au cours de la réduction dans la couche superficielle du bain de laitier communiquent un mouvement énergique au bain de la manière précédemment décrite. Comme ce mouvement du laitier se propage à partir de
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de la couche superficielle supérieure ou la plus chaude et est assez constant, il contribue à égaliser la température du bain de laitier et à supprimer ainsi la cause essentielle des processus de raffinage explosifs.
En outre, on remarquera que la réduction qui a lieu à. la surface du bain de laitier exige une fourniture considérable de chaleur et que, par conséquent, le temps nécessaire pour le raffinage est considérablement augmenté, si la fourniture d'énergie est maintenue sensiblement constante. Les quantités de gaz engen- drées par le raffinage se dégagent ainsi pendant un temps beaucoup plus long et le cours du procédé est par conséquent plus tranquille. De préférence, on n'introduit l'alliage à raffiner qu'au début, par exemple dans la première moitié de la période comprise entre deux coulées de métal. On peut couler le laitier aussitôt avant la coulée du métal ou à un autre moment.
Il est préférable d'interrompre la charge du four pendant une période de temps qui précède directement la coulée du métal et de surchauffer le bain de laitier seulement.
Pour faciliter le raffinage du métal réduit, il con- vient que la pression partielle de l'oxyde de carbone créée au cours de la réactidn soit réduite, au moins pendant une période précédant directement la coulée du métal, à un degré considé- rableimmédiatement au-dessus d'une partie au moins de la sur- face fondue du bain de laitier, ce qui s'obtient par exemple en brûlant cet oxyde ou en accélérant son élimination par le tirage.
La combu&tion de l'oxyde de carbone peut alors étne effectuéesoitpar de l'air, soitpar de l'oxygène pur . Lorsque le procédé est réalisé dans un four ouvert, on peut effectuer une combustion de ce genre automatiquement en choisissant convenablement la distance qui sépare le niveau du laitier du bord supérieur du four, .,tant donne que l'oxyde de carbone brûle alors immédiatement à la surface du bain de laitier à des endroits
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endroits située à l'extérieur de la partie dudit bain liquide qui est recouverte par les surfaces inférieures des électrodes, avec de l'air dû au tirage naturel,
c'est-à-dire avec de l'air amené à la surface des parties du bain de laitier fondu qui sont situées à la même distance des électrodes par l'effet d'aspiration dû au mouvement du gaz provoque par la concentra- tion de chaleur vers l'électrode. L'air peut bien entendu aussi être fourni par un ventilateur.
On peut effectuer une réduction subséquente ou supplé- mentaire d'oxyde de chrome immédiatement avant la coulee du laitier à l'aide d'un agent réducteur thermique tel que l'aluminium, le silicium ou leurs alliages.
Pour empêcher l'alliage de chrome d'absorber de l'azote on peut protéger cet alliage pendant ou après la coulée par un gaz quelconque ne contenant pas u presque pas d'azote, tel que l'anhydride carbonique, la vapeur d'eau etc... Dans le même but, il convient aussi de refroidir l'alliage rapidement après sa coulée, par exemple en le granulant dans un courant d'eau ou l'arrosant d'eau.
On a souvent constaté qu'il est difficile d'empêcher le laitier de suivre le métal lorsqu'on coule celui-ci. Dans la mise en pratique du procède suivant l'invention, on empêche de préférence lelaitier de sortir du four en plaçant dans la partie du four située à l'avant du trou de coulee du métal, pendant ou avant d'effectuer la coulée du métal, une matière en morceaux analogue a du gravier, propre à constituer du laitier et de poids spécifique plus élevé que le laitier, Ladite matière s'enfoncera alors jusqu'à la couche de laitier qui surmonte immédiatement le métal et rendra cette couche visqueuse ou solide. Une matière appropriée au but visé est le minerai de chrome.
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