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BREVET d' INVENTION " Procédé pour la fabrication d'alliages, netamment de ferro-alliages ou d'aciers inoxydables"
Il est connu de fabriquer des ferro-alliages à basse teneur en carbone, par exemple des ferro-chrome3, par des procédés basés sur la silico-thermie, en fabriquant d'abord un alliage riche en silicium, par exemple un silicechrome ou un ferrosilicium à basse teneur en carbone - puis en faisant réagir cet alliage riche en Si sur un mélange de minerai du métal de base de l'alliage que l'on veut fabriquer et d'une base énergique, par exemple la chaux.
Dans le cas de la fabrication du ferrochrome, on utilise la réaction :
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3 Si + 2 Cr203 + 6 CaO @ 4Cr + 3 SiO2 2 CaO
Pour obtenir un bon rendement de l'opération, en laissant peu de Cr2O3 dans le laitier, l'expérience prouve qu'il est nécessaire d'ajouter une proportion de chaux très importante.
La réaction est nettement exothermique, la chaleur dégagée étant égale à la somme des chaleurs produites d'une part par la réduction des oxydes de fer et de chrome par le silicium et d'autre part par la formation du silicate bicalcique à partir de la silice naissante et de la chaux.
Cette opération peut être effectuée par réaction entre le métal, riche en Si, à l'état fondu et un laitier synthétique préalablement fondu à l'état fluide. Pour la réaliser, on peut utiliser, en particulier, des appareils à reversements successifs et réciproques tels que ceux décrits par le brevet français N 780.125 de la Société demanderesse, appareils qui permettent d'obtenir par un mouvement alternatif ou rotatif précipitant simultanément le métal et le laitier d'une capacité dans une autre, avec énergie, un brassage du laitier et du métal, ce qui conduit à des opérations rapides et complètes.
Dans son brevet français précité, la Société demanderesse avait prévu la possibilité de charger dans l'appareil du laitier à l'état solide, si la chaleur latente du métal était suffisamment grande pour fondre le laitier, mais ceci ne peut être le cas lorsque les quantités de laitier sont très importantes par rapport au métal, de l'ordre de 3 à 5 fois en poids, par exemple et même plus si l'on utilise des alliages à haute teneur en silicium. La Société demanderesse a fait des essais pour
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déterminer s'il était possible d'utiliser l'exothermie de la réaction pour pouvoir charger à l'état solide une partie du laitier, ou même la totalité de celui-ci, si l'on a soin de le préchauffer à haute température, 1500 par exemple.
Les difficultés rencontrées ont été de plusieurs ordres distincts : en premier lieu, des éléments, très importants en poids, du laitier à former sont extrêmement réfractaires, la chaux en particulier et aussi dans le cas de la fabrication du ferro-chrome, le minerai de chrome.
En outre, une partie très importante du dégagement de chaleur est fournie par la formation du silicate de chaux, et l'on ne peut donc avoir le dégagement de chaleur nécessaire que si l'on obtient la double réaction du Si sur l'oxyde de chrome et de la silice ainsi formée sur la chaux, réaction qui rie se produit que très lentement si la chaux et l'oxyde de chrome ne sont pas fondus. Enfin, l'opération s'accomplissant sans aucun apport de chaleur extérieure, il est nécessaire que, dans un temps très court, les matières chargées non seulement fondent, mais encore donnent naissance à un laitier très fluide.
Si le laitier n'est pas fluide, la réaction s'arrête ou diminue considérablement de vitesse, si bien que, du fait des pertes de chaleur extérieures, la masse se refroidit, l'intensité de la réaction diminue encore et l'on obtient finalement un magma pâteux.
C'est ainsi, par exemple, que des expériences ont été faites avec du minerai de Cr et de la chaux, tous deux préchauffés à 1450 en chargeant dans un appareil tel que décrit dans le brevet français N 780.125 précité sur 150 Kgs de Si-Cr fondu (à 47 % de Si et 38 % de Or.) au début de l'opération et avant de procéder aux oscillations, 200 Kgs
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,dis= méiang-aal3ds-e¯ 1:00 te.s- de--11l1nei. -00 -Chr.O!M -pour 65 parties de chaux, poids de laitier très inférieur à celui qui serait nécessaire pour oxyder tout le silicium.
Néanmoins, au bout de 20 oscillations, le laitier était devenu tout à fait pâteux, et la teneur en Cr203 de ce mélange pâteux était encore de 10 % en présence d'un métal à 31 % de Si, alors que la teneur en Cr203 d'un laitier en équilibre chimique avec un Métal ayant cette teneur en silicium serait très faible, moins de 1%. Dans le cas présent, la quantité de chaleur dégagée à chaque instant par la réaction double a été insuffisante pour compenser d'une part les pertes de chaleur etd'autre- part permettre la fusion du minerai de chrome et de la chaux jusqu'à obtention de laitier fluide.
Le problème se trouve par contre résolu par le procéda qui fait l'objet de la présente invention.
Ce procédé se caractérise par le fait qu'on effectua ¯ dans un appareil tel que l'appareil à reversements rappelé ci-dessus ou dans tout autre appareil équivalent, la réaction exothermique entre un ou plusieurs matériaux destinés à réaliser la réaction, amenés préalablement à l'état fondu, et les autres matériaux de la réaction, éventuellement préchauffés dont au moins une partie du laitier, à l'état solide, le chargement des matériaux solides dans l'appareil étant fait en une ou en plusieurs fois, avec versements répétés à la suite de chaque chargement, chacun de ces chargements comportant une quantité de matières solides répondant aux deux conditions ci-après :
être la plus importante possible, pour diminuer le nombre d'arrêts de l'opération, et être assez faible pour que ces matières solides donnent immédiatement naissance à un laitier fondu et fluide.
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Les matières solides peuvent être chargées, soit froides', soit préalablement chauffées; toutes autres choses étant égales, on pourra charger'à chaque fois une' quantité plus importante de matières solides préchauffées que de matières solides froides. Si l'on ne charge initialement sur le bain métallique qu'une faible proportion d'éléments à l'état solide, la réaction s'amorce néanmoins par une série d'oscillations ou de révolutions de l'appareil à reversements, même si les éléments solides ajoutés ont un point de fusion élevé et ne donnent naissance qu'à une petite quantité de laitier fondu.
Dfautre part, si l'on charge dès le début du laitier fondu, et si la quantité de ce laitier est suffisante, on pourra charger les éléments solides en une seule fois.
En résumé, on pourra utiliser toutes les modalité,3 de chargement de ces éléments solides, à condition. toutefois d'observer la règle essentielle suivante : amorcer la réac-. tion en chargeant dès l'origine, une.certaine quantité de laitier fondu fluide ou en provoquant dans 1*,appareil la formation de ce laitier par le chargement, à l'état solide, d'une faible quantité des éléments du laitier préchauffé et en faisant ensuite quelques oscillations ou rotations de l'appareil;
puis ajouter, au cours de l'opération, le reste des*éléments du laitier à l'état solide froid ou préchauffé, la proportion de chacune de ces adjonctions de laitier, par rapport au contenu de l'appareil à l'instant de l'adjonction.. compte-tenu de la température de ce contenu, étant choisie telle que du laitier à l'état fondu'et fluide soit toujours maintenu dans l'appareil.
Dans ces conditions, l'expérience montre le fait
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surprenant suivant : bien que la réaction double précitée,. génératrice de la chaleur nécessaire au chauffage et à la. dissolution des éléments du laitier chargés solides, fasse intervenir trois phases ou davantage, deux phases liquides; métal et laitier fondus, et une ou plusieurs phases solides@ éléments tels que chaux et minerai de chrome, cotte réaction s'effectue .avec une grande rapidité et l'opération pout ëtre conduite jusqu'au bout, en gardant du laitier fluide et en finissant avec une charge pratiquementfondue en totalité et avec obtention de l'équilibre laitier-métal nécessaire pour le bon rendement de l'opération.
C'est ainsique, par exemple, sil'on charge du silico chrome fondu, et du minerai de chrome fondu et que l'on charge progressivement de la chaux solide et froide, tout en faisant osciller ou tourner l'appareil, la réaction que font intervenir les trois phases: métal, minerai de chrome fond).' et chaux solide, s'amorce et se poursuit rapidement ei; le ferrochrome est obtenu avec un haut rendement et dans un temps très court.
C'est un fait très remarquable que cette réaction à trois phases se produise pratiquement avec la même rapidité que si tout avait été fondu dès l'origine (rapidité nécessaire pour que les pertes ne refroidissent pas exagérément l'ensemble) à condition de prendre la précaution essentielle de n'ajouter les matériaux solides qu'en quantité telle qu'il existe toujours dans l'appareil un laitier fondu fluide.
Ceci est d'autant plus remarquable que si l'on fait des additions solides dans un four (de la chaux par exemple) même sur un laitier extrêmement fluide, surmontant un métal, et si le laitier et le métal ont les mêmes compositions et sont dans les mêmes proportions relatives que celles qui
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interviennent dans la réaction dans l'appareil à reversements, la dissolution de la chaux est relativement lente, malgré le chauffage et, est dans tous les cas, d'une durée qui serait incompatible avec le procédé décrit ci-dessus.
Toutes les variantes compatibles aveo le bilan calorifique de la réaction sont possibles, à condition d'observer les règles essentielles trouvées : amorçage par laitier chargé liquide ou rendu immédiatement liquide et maintien d'un laitier fluide. On peut, en particulier, comme indiqué, ne charger que des éléments du laitier à l'état solide et fortement préchauffés, ou bien une faible quantité de laitier fondu et une quantité importante des éléments du laitier, solides et un peu moins préchauffés, ou encore une quantité relativement importante de laitier fondu et le resbe à l'état solide et froid.
La portion du laitier chargée à l'état fondu peut, par exemple, ne comporter qu'un seul des éléments du laitier -par exemple du minerai de chrome, dans le cas du ferra-chrome - toute la chaux étant chargée à l'état solide;,ou bien le laitier fondu peut comporter un mélange de chaux et de minerai, en proportions quelconques, le complément d'additions de ces éléments à l'état solide étant fait en proportions telles que l'on arrive à la composition finale désirée. Enfin,dans le cas où l'on charge une partie du laitier fondu dès le début, le métal lui-même peut être chargé en totalité ou partiellement à l'état solide, ce qui n'a pour conséquence que d'augmenter la proportion de laitier qu'il faut charger à l'état fondu ou la température à.laquelle on préchauffe le reste.
Deux exemples d'opération sont donnés ci-dessoas : Il Opération avec ferro-silicium à 94,30 % de silicium -
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On a versé dans l'appareil de brassage : 236 Kgs d'un laitier fondu obtenu par fusion d'un mélange composé de 100 parties de minerai de chrome pour 30 parties de chaux.
On a ajouté : 35 Kga 5 de ferro-silicium à l'état solide et froid (Si=94.30%) 62 Kgs 5 de chaux à l'état solide et froid.
Après brassage pendant environ 2 à 3 minutes, on a coulé le métal et le laitier très fluides.
On a obtenu : SI Kgs de ferro-chrome titrant :
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<tb> Cr <SEP> 69,32 <SEP> %
<tb> C <SEP> 0,035 <SEP> %
<tb> Si <SEP> 0,25 <SEP> %
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le reste étant substantiellement du fer 2 ) Opération avec minerai et chaux solides préchauffés à 1450 .
On a coulé, à sa sortie du four, dans l'appareil de brassage : 150 Kgs de ferro silico-chrome fondu titrant :
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<tb> Si <SEP> .........,. <SEP> 47 <SEP> %
<tb> Cr........... <SEP> 37,5 <SEP> %
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le reste étant substantiellement du fer
On a chargé très rapidement : - une première fois, 75 Kgs environ d'un mélange à l'état solide de 100 parties de minerai de chrome pour 65 parties de chaux préalablement préchauffé à 1450 , et on a brassé par oscillations successives pendant une minute : - une deuxième fois, 200 Kgs environ du même mélange dans les mêmes conditions et on a encore brassé pendant une minute. - une troisième fois, 360 kgs de ce mélange et on a brassé
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rapidement pendant 2 minutes.
Au total, 635 Kgs de mélange à l'état solide minerai de chrome et chaux préchauffés à 1450 .
On a obtenu, après coulée : 238 Kgs d'alliage titrant
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<tb> Cr <SEP> ........... <SEP> 70, <SEP> 85 <SEP> %
<tb> C <SEP> ........... <SEP> 0,07 <SEP> %
<tb> Si <SEP> ........... <SEP> 0,72 <SEP> %
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le reste étant substantiellement du fer.
Bien entendu, ne sortirait pas du cadre de la présente invention, le fait d'appliquer le même moyen fondamental du procédé,ni ses variantes, avec des alliages réducteurs comportant d'autres corps que le silicium, ou alliés au silicium, tels par exemple que aluminium, calcium, titane, en vue d'obtenir des ferro-alliages ou d'autres alliages que ceux à base de fer. Il en serait de même si l'on appliquait ce moyen fondamental ou ses variantes à la fabrication des aciers inoxydables.