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@ Procédé de fabrication de ferro-alliages à basse teneur en carbone, et en particulier de ferro-chrome"
On sait que la fabrication des ferro-alliages à basse teneur en carbone comporte en général deux phases distinctes: Dans la première phase, on fabrique un alliage riche en sili- cium, par exemple en réduisant par le carbone au four électri- que un mélange convenable de minerai et de silice, avec géné- ralement addition de chaux pour fluidifier le laitier formé.
L'alliage obtenu dans cette première phase est pauvre en carbone. Dans la deuxième phase, on traite le silico-alliage obtenu dans la première phase au moyen d'un laitier riche en oxyde du métal d'alliage, dans le but d'éliminer le silicium
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et d'ob enir fi-ale:l1e,l t un ferro-aJ -;"¯8 '''8 pauvre à la fois en carbone et en s5-liciuri, Dans les procédés anciens, la seconde phase opératoire
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était souvent effectuée dans des fours ez lo::l procédait à plusieurs décrassages o"'.J.'1cessi1's, ou bien or laissais systé- matiquement dans le laitier final des quantités importantes d 1 oxyde: . Dans tou,3 ces procédés, ce-1::to phGe opÉ'r, oire conduis,; J.t à de mauvais rendements en TI12";a';.:: cl'allis..2,es par suite de 1: épI' tsement insuffisant des laitier'.'- 3n cxydes de ces métaux.
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Plus ré-leirmert, la Société demanderesse a proposée en vue ri acc êlérer la deuxième phase e-,; 1"auo=menter son r'end6ji1e';j, de rPllj3el'; entre le silice-alliage fondu et le laitier j¯'onc3 ur. intelxr'6lange énergique ou même un bnssago violent imenant rapidement l'équilibre entre le métal et le
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laitier , Cependant si dans un tel p c cd , en cherche à descendre à des ceneurs très basses en silicium dans l'alliage
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final, on est encore obligatoirement aIT±-:1 é à laisser dans le laitier ,les quantités dcxyde qui, quoique brôs inférieures à celles que donne Tait un tra5- temen effectua sans L1te::'méla:rge énergique- ou sans brassage violent, sont orcore relativement Importantes.
C'est ainsi par exemple que, :;1 l'on veut labri- quer par ce procédé un ferro-chrome à basse teneur en silicium, on est conduit à laisser dans le laitier final des teneurs en Cr203 variant enpre 400 8 % . Aussi a-t-on. recours généralement,
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dans les divers procédés ci-dessus rappelés, ù un rechargement du laitier de désiliciation Insuffisamment épuisé en oxydes dans le Tour à s¯'.lico-aliage où on le rf0.1.'::
.t à nouveau , 1.,lxis cette manière de faire conduit à une augmentation du prix de revient de l'élaboration du silico-alliage
La présente invention a pour objet un procédé de
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fabrication de ferro-alliages à basses teneurs en carbone qui permet à la fois une marche très économique du four à silico-alliage, l'obtention d'une teneur finale en silicium du forro-alliage aussi faible que l'on veut, et en même temps un épuisement quasi-total en oxydes métalliques de la scorio utilisée pour la désiliciation.
Ce procédé consiste essentiellement à élabore!* un silico-alliage en soumettant un mélange de quartz et de minerai du métal à allier, à une réduction par le carbone en marche d'allure acide, sans addition de laitier résiduel, puis à djsilicier en deux stades le silico-alliage ainsi obtenu, au moyen d'un laitier à base du minerai considéré et de chaux, à savoir:
un premier stade comportant un brassage entre le silico-chrome et le laitier provenant du deuxième stade d'une coulée précédente, et au cours duquel ce laitier est pratiquement épuisé en oxyde du métal d'alliage et le silico-alliage partiellement désilicié, et un deuxième stade comportant un traitement de ce silico-alliage, partiellement désilicié,à l'aide d'un laitier frais à base de minera!, et de chaux, et dans lequel le silico-chrome est désilicié, jusqu'à la teneur finale désirée en silicium .
Le procédé objet de l'invention comprend donc essentiel- lement trois phases :fabrication du silice-alliage, premier stade de désiliciation, deuxième stade de désiliciation. Ce procédé assure grâce à la combinaison de ces trois phases, l'obtention de ferro-alliages à basse teneur en carbone avec un rondement total on métal d'alliage extrêmement élevé et un prix de revient nettement inférieur à celui des procédés connus. Il est applicable à la fabrication de tout ferro- alliage à basse teneur en carbone : ferro-chrome, ferro-
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ferro-molybdène, manganèse, ferro-titane. etc...
Toutefois, dans la descrip- tion complémentaire ci-après, et pour la simplification do l'expose, on se référera plus spécialement à la fabrication do fcrro-chromo, mais il est bien entendu quo les explications données dans cette description s'appliquent., avec les change- ments nécessaires, également à la fabrication d'autres ferro- alliages par exemple de ferro-nickel, de ferro-titane, de forro- molybdène.
Dans la fabrication d'un fcrro-chromo conformément au procède de l'invention, la première phase consistant dans la formation du silice-chreme se caractérise notamment on co qu'elle no nécessite pratiquement la mise en oeuvre que de matièros fraîches, à savoir du minerai do chrome et du quartz, sans utilisation de vieux laitiers ni adjonction obligatoire de fluidifiants . Les phases subséquentes de désiliciation no donnent en effet finalement lieu à aucun résidu riche en oxyde de chromo et susceptible d'être rechargé au four à silico-chromo, car les laitiers utilisés pour cotte désili- ciation sont complètement épuisés en oxydes.
Dans les procé- dés anciens, où l'on réutilisait au four à silico-chrome le laitier résiduel de l'opération de désiliciation, la propor- tion importante de chaux contenue dans ce laitier conduisait à une dépense supplémentaire d'énergie pour le refondre et entraînait la nécessité d'effectuer la réduction à tempé- rature relativement élevée par suite de l'enrichissement on chaux du lit de fusion et de la diminution de la teneur en sillon libre.
L'expérience a montré que la réduction du mélange de minerai de chromo et de quartz s'effectue dans des conditions très favorables en marche d'allure acide, confor- mément à l'invention, l'opération pouvant en outre être conduite à une température moins 61ovée, pour une même teneur
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en silicium du silice-alliage, qu'avec des laitiers riches en chaux,,et sans qu'il soit nécessaire d'ajouter des
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fluidifiants.-A titre d'indication, la consommation de courant dans l'opération de fabrication du silico-chrome conformé- ment à l'invention, se trouve réduite de 20 à 30 % par rapport
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t oolle des pM46d6a anoienap ce qui oxatitvs une 6ooDoaie considérable et accroît la capacité de production du four.
De plus, cette marche d'allure acide présente l'avan- tage qu'à teneur égale en silicium, le silico-chrome obtenu présente une teneur en carbone inférieure à celle que l'on obtient dans les procédés anciens . Ceci permet donc, ou bien de fabriquer des silico-chromes et par suite, des ferro- chromes, à teneur plus basse en carbone, ou bien, pour des teneurs équivalentes en carbone, de partir de silico-chroxies à teneurs plus faibles en silicium, ce qui constitue un
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avantage éconoqusupplÓmentaire, du fait de la diminution de la quantité de quartz à réduire .
Il convient toutefois de souligner que la marche acide ci-dessus décrite pour la fabrication du silico-chrome n'est rendue économiquement possible que grâce au fait que les mesures prévues par l'invention pour la désiliciation de ce silico-chrome assurent un épuisement quasi-total du laitier résiduel en oxyde de chrome.
La deuxième phase du procédé comporte une désili- ciation partielle du silico-chrome fabriqué dans la première phase. Cette désiliciation s'effectue à l'aide du laitier de désiliciation provenant de la troisième phase d'une coulée précédente et qui se trouve déjà partiellement épuisé en oxyde de chrême .mais en renferme encore des quantités impor- tantes.
Le traitement s'effectue avantageusement par inter-
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mélange énergique ou par brassage violent du silico-chrome fondu et du laitier fondu, conformément à un des procédés connus précédemment décrits par la demanderesse, prooédés dans lesquels il y a interpénétration plus ou moins poussée du métal et du laitier, plus ou moins divisés, par exemple brassage par versement violent de haut et en gros jet du métal fondu dans le laitier fondu, intermélange énergique dans un appareil qui comporte deux récipients profonds ouverts par le haut et accolés l'un à l'autre par leurs bords de manière que les axes de ces récipients fassent entre eux un angle assez grand pour qu'en rendant ces doux récipients solidaires d'un même axe d'oscillation on puisse, en faisant osciller rapidement l'ensemble qu'ils forment ainsi,
verser assez énergiquement le contenu d'un récipient dans l'autre récipient et inversement pour qu'il se produise une forte interpénétration dos matières fondues ou des matières fondues et des matières solides,versées d'un récipient dans l'autre.
Dans un tel appareil on peut, notamment, charger une partie des éléments réagissants à l'état solide, l'autre partie à l'état liquide, etc . L'intermélange énergique ou le brassage violent conduisent, comme il a été dit, à un épuisement quasi-total du laitier en Cr203 et à une désiliciation seulement partielle du silice-chrome.,
Enfin, dans la troisième phase du procédé, le silico - chromo partiellement désilicié au cours de la deuxième phase ci-dessus, est repris et traité par un laitier à base de minerai de chrome et de chaux. Ce traitement peut s'effectuer d'une manière quelconque, soit avec intermélange énergique ou brassage violent, ce qui est toujours préférable, soit sans intermélange énergique ou sans brassage violent .
L'opération
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peut être faite notamment dans l'appareil décrit ci-dessus ou dans tout autre appareil d'intermélange énergique, ou même simple- mont dans une poche en versant violemment, de haut et en gros jot, le métal sur le laitier placé dans le fond d'une poche, ou dans un four,par tout procédé connu, soit à partir de silico- chromo à l'état solide soit à partir de silico-chreme à l'état fondu, le laitier étant chargé on partie ou en totalité à l'état fondu. La quantité de minerai de chromo à mettre en jeu est déterminée de telle manière que, pratiquement, les quantités d'oxydes réductibles contenus dans ce minerai (Cr2O3.FeO) cor- respondent stoechiométriquement à la quantité totale de sili- cium à éliminer d'une charge de silico-chrome initiale.
La pm - portion de chaux sera d'autant plus élevée, en règle générale, que la teneur finale désirée en silicium sera faible, et que la teneur en Cr2O3 dans la troisième phase sera plus élevée.
La quantité de chaux à ajouter dépend également do la composi- tion du minerai, La chaux peut être remplacée partiellement par d'autres éléments basiques tels, par exemple quo la magnésie.
Au cours de ce dernier traitement, la désiliciation du silico-chrone peut être poussée jusqu'au point désirable, la teneur finale en silicium atteinte étant d'autant plus faible que la teneur en éléments basiques et en Or 203 du laitier est plus élevée. Comme, dans cette troisième phase, on peut sans inconvénient aboutir à une teneur on Cr203 relativement élevée du laitier résultant - celui-ci devant 8tro réutilisé dans la deuxième phase de l'opération suivante et y être épuisé presque totalement en oxyde de chrome - on conçoit que la quantité d'éléments basiques et on particu- lier do chaux à mettre en oeuvre, sera moins grande, pour l'obtention d'une teneur finale en silicium déterminée, que dans les anciens procédés.
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Il rossort clairement de ce qui précède quo, grâcc à la miac on oeuvre combinée des deux phases de désiliciation, coormémont à l'invention, la quantité de minerai do chromo à mettre on jeu pour la d6siliciation ne dépasse pas pra- tiquement colle qui correspond stoechiométriquement, on oc qui concerne les oxydes métalliques réductibles, à la quantité de silicium à éliminer, et que ce minerai est totalemont épuisé on chrome au cours de la deuxième phase du procédé (premier stade de désiliciation). On n'a donc plus à repasser au four à silico-chrome de laitiers résiduels plus ou moins richos en oxydes, ce qui permet, comme il a été dit plus haut, de réaliser avantageusement une marche do ce four d'allure acide.
Il convient de remarquer que si les trois phases du procédé objet de l'invention se succèdent nécessairement dans l'ordre indiqué lorsqu'on les considère dans leur application à la fabrication et au traitement d'une mire quantité do silico-chrome. la mise en oeuvre do ce procédé peut par contre donner liou à dos variantes en co qui concerne leur succession matérielle dans le temps, ainsi quo la montrent les divers modes de réalisation décrits ci-après à titre d'exemples non limitatifs : lor mode do réalisation .
On utilise une installation compronant un four do fabrication de silico-chrome, un four de fusion de minera do chrome et un appareil d'intermélange énergique, par exemple du typo précité qui comporte deux récipients profonds ouverts par le haut et accolés l'un à l'autre par leurs bords de manière quo les axes do ces récipients fassent entre eux un angle assez grand pour qu'on rondant cos doux récipients solidaires d'un môme axo @
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d'oscillation on puisse on faisant osciller rapidement l'en- semble qu'ils forment ainsi, verser assez énergiquement le contenu d'un récipient dans l'autre récipient et inversement pour qu'il se produise une forte interpénétration des matières fondues ou dos matières fondues et des matières solidos,verséos d'un récipient dans l'autre.
A la fin de la troisième phase d'une opération précédente, on laisse dans l'appareil d'inter- mélango énergique le laitier provonant de cette phase et qui contient encore des proportions substantielles d'oxydes ot on charge dans cet appareil du silico-chromc provenant du four à silico-chrome. Cet alliage peut être introduit dans l'appareil à l'état liquide, ou à l'état solide cc qui permet de rendre. la marche de l'appareil indépendante , dans le temps, de colle du four. Après l'intermélange énergique du silico-chrome et du laitier, on élimine cc dernier, on le remplace par du minerai de chrome fondu provenant du four de fusion do minerai et on procè- do à un nouvel intormélango énergique on ajoutant de la chaux à l'état solide .
Lorsque la réaction est terminée, on coule le forro-alliagc désilicié et il reste dans l'appareil un laitier fondu prêt à servir pour la coulée suivante.
Dans ce mode de réalisation de l'invention, l'ordre dans lequel se succèdent matériellement les trois phases coïncide avec celui qui caractérise le schéma du procédé.
2ème modo de réalisation.
On utilise une installation comportant un four de fabrication de silico-chreme.un four de fusion de laitier et un appareil d'intermélange énergique. A la différence de cc qui a lieu dans le mode de réalisation précédent, lc silico- chromo partiellement désilicié au cours do la deuxième phase du. procédé est, à chaque opération, coulé, stocké, et broyé. On
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dispose donc d'une manière permanente do silico-chromc à l'état broyé et partiellement désilicié.
La suite des opérations est, dans ce cas, la suivante
On prélève dans le four de fusion de laitier uno quantité déterminée de laitier fondu à base de minorai do chrome et do chaux, et on l'introduit dans l'appareil d'inter- mélange énergique, en même temps que du silico-chrome partiel- lement désilicié, à l'état broyé. On effectue un intormélange énergique qui provoque la désiliciation finale du silico-chrome, réalisant ainsi .la troisième phase du procédé. Le ferre-chreme obtenu est éliminé de l'appareil, tandis que le laitier résul- tant y est maintenu. On prélèvo alors au four à silice-chrome, la quantité nécessaire de cet alliage et on l'introduit dana l'appareil.
On intermélange énergiquement, de manière à réaliser l'épuisement total du laitier en Cr2O3 (deuxième phase du procédé). Cet intermélange énergique terminé, on élimine d'une part le laitier épuisé et d'autre part le silico-chromo , partiellement désilicié, que l'on laisse solilifior et que l'on stocke en vue d'opérations ultérieures.
On remarque, dans ce mode de réalisation, quo l'ordre dans lequel los deux phases de déailiciation sc succédant maté- riellement dans l'appareil d'intormélange énergique est inversé par rapport à celui qui est suivi dans le modo de réalisation précédent .
3ème modo do réalisation.
On dispose d'une installation comprenant un four do fabrication du silico-chromo, un four de fusion de silico- chrome et un appareil d'intermélange énergique. Comme dans le mode do réalisation précédent, le silico-chrome partiellement désilicié provenant do la deuxième phase du procédé est, à chaque opération, coulé ot stocké. La suite des opérations
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s'effectue de la manière suivante :
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Lo s1l1cijPOmc particllociont désilio16 est introduit .dans le four clc fusi.orl on marne temps que les éléments constitutifs du laitier : minorai do chrome et chaux.
Une fois ces éléments fondus, on les laisse àgir pondant un temps suffisant pour quo la teneur finale désirée on silicium soit atteinte (troisièmo phase du precédé), la quantité do minorai do chromo introduite dans le four étant choisie telle qu'il reste dans le laitior, on fin, d'opération,. uno quantité importante de Or 203 Le forro- chromo obtenu ost coulé hors du four. Le laitier restant ost prélevé et introduit dahs l'appareil d'intcrmélango énorgiquo, on même temps que du silice-chrome provenant du four do réduction et quo l'on peut du roste charger soit à l'état liquide, soit à l'état solide .
On intcrmélango énergiquement pondant doux minutes environ, réalisant ainsi la deuxième phase du pro cédé
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(dé$11t1Oa partiello du siiioo-chromo et épuisement du laitier ch Or203). Le laitier épuisé est 41m1hê et 10 silico- chromc partiellement désilicié est coulé et stocké en vue d'opé- rations ultérieures.
Dans co mode de réalisation, comme dans le précédente l'ordro dans lequel les doux phases do déslliciation so succè- dent dans la temps est inversé par rapport à celui dans lequel elles se succèdent sur une même quantité do silico-chromo.
Voici un exemple non limitatif do mise en oeuvre du procédé objet de l'invention :
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On a élaboré au four .1 silico-chromo,, à partir d'une charge comportant
150 parties on poids do minerai de chromo .
190 parties on poids de quartz et 98 parties on poids de coke
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un silico-chrome de composition : Si = 45 %
C = 0,030 % Cr = 40% le reste étant constitué principalement par du for.
D'autre part, on a fondu dans un four à fusion do lai- tier, un mélange de 103 parties on poids de minorai de chromo et 80 parties en poids de chaux.
On a chargé alors dans un appareil d'intormélango énergi- quo tel quo colui décrit ci-dcssus 1500 kg du mélange fondu ci-dossus et 410 Kg de silico-chreme partiellement désilicié provenant d'opérations précédentes et ayant la composition suivante :
Si = 33 %
Cr = 51 %
C = 0,027 % le reste étant principalement du for, Ce silico-chreme était à l'état solide ; il avait été préalablement broyé do façon à traverser entièrement un tamis ayant 5 m/m d'ouverture de mailles.
Après 2 minutes d'intermélange énergique, on a obtenu 560 Kg. environ, de fcrro-chromo titrant Si = 0,12 %
C = 0,024 % ; Cr = 73,50%
Ce forro-chromo avait donc des teneurs très basses en silicium et en carbone. On l'a coulé en laissant le laitier dans l'appareil . Ce laitier avait comme analyse :
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Cr2O3 = 7%
Sio2 = 25 % .
FoO = 0,20 % ,
Al2O3 = 9,50%
Cao = 46%
Mgo = Il,50 %
Sur co laitier, on a vorsé 365 Kg de aille-0-chromo liquide provenant -du four à silico-chreme et dont la compo- sition a été donnéo plus haut.
Après 2 minutes d'intermôlangc énergique, on a obtenu 395 kg do silice-chreme partiellement désilicié titrant :
Si = 32 %
Cr = 52 % .
C = 0,027 %
Le laitier résiduaice a été évacué . Il no renfermait plus quo 0,50 % de Cr2O3 et 0,14% do FeO. Il avait par conséquent été parfaitement épuisé en oxydes réductibles.