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Procédé de fabrication de métaux ou d!alliages pauvres en carbone et en silioium.
Il est déjà connu de fabriquer des métaux ou des alliages pauvres en carbone et en silicium, par exemple chrome, man- ganèse, tungstène, vanadium, molybdène ou leurs alliages ferreux, par réduction au four électrique des minerais ou oxydes respectifs au moyen de silioium ou d'un alliage de silicium tel que le ferrosilioium, le silico-aluminium, l'alliage calcium-silicium. En utilisant dans ledit procédé @
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du silicium ou un alliage de silicium à teneur élevée en silicium et faible teneur en carbone, on peut éviter l'introduction, au cours du procédé, de grandes quantités de carbone par les matières premières.
De plus, panr obtenir un produit final ayant une faible teneur en silicium, il faut employer le mineraiou l'oxyde à réduire en excès; relativement grand par rapport à la quantité de silioium; dans ce cas, une grande quantité da métal intéressant pour l'alliage qui existe dans le minerai sera absorbée par le laitier et sera perdue, ou nécessitera un procédé distinct de réduction pour être récupérée.
En vue d'éviter une augmentation des teneurs en carbone dans le métal ou 1.'alliage produit par les électrodes du four électrique dans lequel les matières premières sont &ndues, on a également proposé de constituer des électrodes par un mélange du minerai et du réducteur utilisé, de pré- férence le carbone, et de les fondre dans un four électrique.
Cependant de telles électrodes sont mauvaises conductrices de 1.'électricité de sorte que pour pouvoir appliquer le courant, elles doivent être munies de noyaux ou de revêtements métalliques de section transversale considérable. Par suite de la faible conductibilité de la masse de 1'élecè trode, la fusion est toujours rendue difficile et la réduc- tion est imparfaite.
Si on emploie le silicium ou un alliage métal-silicium comme réducteur, le métal réduit dans le minerai s'alliera lui-même en grande quantité au silicium qui ne pourra pas être enlevé ultérieurement sans une opération de raffinage oouteuse et même, si nécessaire, une r ef us i on. La présente invention est relative à un procédé de
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fabrication de métaux et d'alliages à partir d'oxydes ou de minerais oxydés en utilisant le silicium ou un alliage métal-silicium comme réducteur, procédé par lequel il sera possible d'obtenir, en une seule opération et sans l'aide d'auoun traitement de raffinage'particulier, à la fois une faible teneur en carbone et une faible teneur en silicium dans le métal ou dans 1'alliage produit.
Conformément à 1'in- vention, 1!oxyde ou le minerai à réduire ainsi que le sili- , oium ou 1'alliage métal-silicium employé comme réducteur, sont mélangés ensemble intimement pour fabriquer des élec- trodes par un procédé suivant lequel lesdites matières, lors de ou parés leur mise sous forme d'électodes, sont traitées par la ohaleur afin de les faire réagir, d'où résulte la formation d'un aggloméré dans lequel le métal réduit est réparti sous forme de fines parcelles, ce qui donne à l'élec- trode agglomérée une conductivitété électrique élevée.
Une électrode, constituée par un tel aggloméré qui contient un métal, fond très aisément et uniformément dans un four élec trique si elle est plongée dans un bain de laitier fondu contenu dans le four, et qu'on fait passer un courant élec- trique dans l'électrode -Dans ce procédé de fusion, les fines parcelles métalliques contenues dans 1.'électrode agglomérée se rassemblent, tout en étant soumises en même temps à un raffinage, ensuite le métal fondu se rassemble à son tour pour former un bain de métal au-dessous du bain de laitier.
L'invention sera plus complètement décrite ci-après dans son application à la fabrication continue de ferro- ohrome à partir de'minerai de ohrome, en utilisant un ferro- silioium à teneur élevée en silicium comme réducteur; on se référera au dessin annexé qui représente schématiquement
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1¯'appareil utilisé dans la réalisation du procédé.
Le minerai de chrome et le ferro-silicium sont broyés et concassés séparément jusqu!à un état pulvérulent au moyen d'un appareil approprié et sont alors intimement mélangés ensemble, de préférence avec quelquei excès de minerai par rapport à la quantité théoriquement calculée pour réagir avec la quantité de réducteur. Le mélange est alors chargé dans un réchauffeur 1 où il est chauffé préalablement aussi uniformément que possible, tout en l'agitant, à une température légèrement inférieure à celle à laquelle le silicium commence à réagir avec le minerai de chrome, par exemple à 1000 C environ.
Le réchauffeur qui peut être de préférence en un métal résistant à la chaleur, peut être chauffé au gaz ou à l'huile, ou èlectriquement comme par exemple par induction au moyen d'un courant électrique de haute fréquence. Le mélange des matières premières préalablement chauffé est alors versé dans un tube agglomérant vertical 2 en tôle mince, tonnant enveloppe pour la masse agglomérée et l'électrode terminée. Le tube est prolongé par pose de rallonges à son extrémité supérieure, suivant que l'électrode terminée fond de la manière décrite oi- après.
A une certaine distanoe au-dessous de son extrémité supérieure, le tube dtagglomération passe à travers un dispositif de chauffage qui peut être constitué par une enve- loppe entourant le tube, et qui est munie d'un dispositif pour la combustion d!huile ou de gaz ou d'un dispositif électrique d'induotion pour oourant de haute fréquence, au moyen duquel on peut chauffer la partie du tube située à l'intérieur du dispositif de chauffage à la température voulue, par exemple à 1200 ou 1250 C afin de faire réagir
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la matière versée et son agglomérat, dans la mesure où la matière s'y rassemble sur la masse déjà agglomérée, et est chauffée par son oontaot avec celle-ci ainsi que par la ohaleur fournie de l'extérieur.
Par la réaction, le minerai de chrome est réduit et il en résulte un ferro-ohrome oontenant du silicium et un laitier composé principalement de silicates qui ont une viscosité assez grande pour que le métal réduit reste maintenu à 1'état de fines parcelles uniformément réparties dans la masse agglomérée, lesdites parcelles métalliques agissant pour donner à l'aggloméré une bonne conduc- tibilité électrique. Dans le processus d'agglomération la masse de matières premières se contracte à moins de la moitié de son volume initial, d'où une augmentation de son poids spécifique de 1,8 environ à 4 environ. La réaction est exothermique et la chaleur développée produit une augmentation considérable de la température à l'intérieur de la masse.
Il est important que cette augmentation de température ne se poursuive pas jusqu'à ce que le laitier devienne fluide ou fonde, car, dans ce cas, les parcelles de métal réduit couleraient ensemble pour former de plus grandes gouttes, ce qui entraînerait une perte sensible dans la conductiveté dé électrique de 1!,aggloméré, rendant celui-ci inutilisable comme électrode. La température maxima à atteindre pendant la réaction peut être réglée en commandant 1!opération de chauffage préalable et la ohaleur fournie de 1.'extérieur à la zone agglomérante Après démarrage du procédé, la ohaleur fournie de 1'extéroeur à la zone agglomérante doit être sensiblement réduite, ou même complètement supprimée. La température peut également être réglée par changement dans la composition du mélange.
Une augmentation de la quantité de
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minerai ou une addition de substances produisent du laitier interviendra pour réduire la température maxima qui peut être obtenue dans la zone agglomérante, tandis qu'une augmentation de la température maxima peut être obtenue en substituant à une certaine quantité du ferro-silioium un réducteur plus actif tel qu'un alumino-silioium ou un alliage calcium-silicium. Au-dessous de la zone agglomérante, l'éleotrode perd sa chaleur par rayonnement, ce qui amène la masse agglomérée à se solidifier Complètement, tout en acquérant une grande résistanoe mécanique. L'extrémité inférieure de l'électrode plonge dans un four électrique 4 contenant un bain de laitier fondu 5.
Au-dessus dudit four l'électrode 4 est maintenue par des mâchoires 6 qui fixent également les oonduoteurs d'arrivée de courant 7 à lélectrode, lesdites mâchoires étant munies d'un dispositif d'avance approprié au moyen duquel l'électrode peut être abaissée lorsque l'extrémité supérieure de celle-ci est reoonstituée dans la zone agglomérante des matières premières ajoutées et lorsque 1¯'extrémité inférieure est fondue dans le four 4. Par suite de la conductivité électrique élevée de 1.'électrode, la fusion a lieu très uniformément, de sorte que l'extrémité inférieure de 1'électrode présentera une surface terminale pratiquement plane en contact avec le bain de laitier du four.
Dans la fusion, la réaction entre le minerai et le réducteur est achevée sous l'influence de la température élevée; il se produit simultanément un raffinage du métal réduit , ledit métal se rassemblant au-dessous du bain de laitier sous forme d'un ;.,bain 8 consistant en ferro-ohrome fondu à basse teneur en carbone et basse teneur en silicium.
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Ce qui suit est un exemple d'application plastique de 1¯'invention. Comme matière première, on utilise un mélange intime de minerai de chrome finement pulvérisé et d'un ferrosilicium finement pulvérisé à teneur élevée en silicium, dans une proportion de 1000 kg de minerai pour 20C Kg de
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ferro-silioium. la composition du minerai de chrome utilisé était la suivante:
Cr203 ............... 53,5 FeO à Si63 .............,. 5,5
MgO ............... 15,5,
A1203 ............... il,**
Perte au feu 1,6% Le ferro-silioium avait la composition suivantes
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Si 000 .............. 0.95 Fe 5,1 Al ................... 1 c 0,20%
Le mélange fut préalablement chauffé à 100 C environ et versé ensuite dans la zone agglomérante du tube de
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1.!éleotrocle qui était maintenu, par combustion d!huile, à une température de 1250 C environ, mesurée sur la surface exté- rieure du tube.
L'agglomére produit dans la zone agglomé- rante était constitué par une masse solide vert-clair d'un laitier silicate contenant du chrome, avec de fines parcelles métalliques uniformément réparties dans cette masse, ce qui pouvait facilement si observer sur la surface d'un échantillon de 1!aggloméré après broyage et polissage de celui-ci. La réduation du métal dans la zone agglomérante pouvait être chimiquement montrée en traitant 1'aggloméré produit aux @
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acides, par exemple à 1'acide chlorhydrique.
En traitant la poudre non agglomérée par l'acide chlorhydrique, 0,105 Cr était seulement dissous ; entraitant une masse agglo- mérée pulvérisée de la même manière, 25,65 Cr sous forme de ferro-ohrome ayant une teneur en silicium atteignant 14 à 155 étaient dissous. Cette quantité soluble de Cr contenait 85,5% de la quantité totale de chrome. En traitant 1=aggloméré pulvérisé à l'acide ohlorhydrique, aucun des oxydes contenus dans la masse de base ne fut dissous en quantité perceptible, parce que ces oxydes s'y trouvaient évidemment combinés sous forme de silicates acides, insolubles dans les acides'
Le ferro-ohrome à haute teneur en silicium inolus dans l'aggloméré contenait 14,8 Si, 60,0 Cr et 0,25% C.
En , fondant L'électrode agglomérée de la manière décrite cidessus, on produisait un ferro-ohrome contenant 1,9% Si, 64,0% Cr et 0,14% C Le laitier de raffinage obtenu dans le four électrique avait approximativement la composition sui-
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vante: 58 , 5 S102, 9 , 6 Cr203 , 13, 5, 11203 et 18,6J mg0.
Il y a lieu de noter que la présente invention n!est pas limitée à la fabrication ci-dessus-.décrite d'une élec- trode agglomérée qui est immédiatement fondue, le mélange de matières premières pouvant être également employé pour la fabrication de pièces agglomérées de toute lohgueur vou- lue, constituées par une masse de base de silicate aveo des particules métalliques finement divisées incluses dans celle-ci, et ces pièces agglomérées pouvant ensuite, c'èst0 à-dire indépendamment de leur procédé de fabrication, être employées comme électrodes dans un four électrique et fon- dues dans ledit four.
La fabrication de ces pièces agglo-
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mérées peut être effectuée, par exemple, en chargeant des tubes en tôle avec le mélange des matières premières et en chauffant ces tubes, en position verticale, à la température de réaction, dans un four approprié. Dans cette opération, la masse conforme au procédé d'agglomration se contractera en un aggloméré compact remplissant environ la moitié de la longueur du tube. L'agglomération peut également être effectuée, les tubes chargés étant maintenus en position horizontale; dans ce cas, 1!aggloméré produit remplira environ la moitié de la section du tube sur toute sa longueur. Dans 1,',utilisation de ces bloos comme électrodes pour effectuer leur décomposition par fusion, on peut les joindre au moyen d'armatures en feuilles métalliques de manière bien connue.
La fabrication d'alliages de fer du manganèse, du tungstène, du vanadium ou du molybdène s'effecture sensiblement de la manière décrite ci-dessus pour la production du ferro- ohrome Le procédé conforme à 1.'¯invention peut aussi être employé pour produire du fer ou de 1.'acier allié à des quantités limitées d'un ou de plusieurs des dits métaux sans risquer une augmentation de la teneur en carbone du fer ou de 1'àcier Dans ce cas, 1'électrode agglomérée produite conformément au procédé décrit ci-dessus avec sa teneur en alliage, à pourcentage élevé en silicium, de fer et d'un ou de plusieurs des métaux ci-dessus mentionnés, est employée comme électrode dans un four électrique oontenant un bain fondu de fer ou d'acier à allier et est aimsi amenée à fusion,
le métal ou les métaux d'alliage étant absorbés par le bain de fer ou d'acier, tandis que le laitier se rassemble audessus du bain métallique pour contribuer au raffinage du métal d'alliage au cours de la fusion.