BE868340A

BE868340A - PROCEDE DE PREPARATION DE FERRO-ALLIAGES. ET produits ainsi obtenus

Info

Publication number: BE868340A
Application number: BE188753A
Authority: BE
Original assignee: Uddeholms Ab
Priority date: 1978-06-21
Filing date: 1978-06-21
Publication date: 1978-10-16

Description


  "Procédé de préparation de ferro-alliages, et produits ainsi obtenus".

  
La présente invention est relative à un procédé de préparation de ferro-alliages à faible teneur en silicium et à faible ou très faible teneur en carbone, ces alliages contenant un métal présentant une grande affinité pour le carbone. D'une manière plus particulière, l'invention est relative à un procédé de préparation de ferro-alliages contenant peu ou très peu de

  
f\ . 

  
 <EMI ID=1.1> 

  
manganèse et de chrome.

  
Les ferro-alliages à teneur en carbone faible ou très faible qui contiennent des métaux présentant une forte affinité pour le carbone, tel que du manganèse et du chrome, sont habituellement préparés par un procédé quelconque de silicothermie ou d'aluminothermie. Du ferro-manganèse affiné et surraffiné par exemple est préparé par une quelconque réduction silicothermique dans un four électrique, habituellement par réduction de minerai de manganèse avec un alliage de silicium et de manganèse. Du ferro-chrome affiné et surraffiné est de même préparé habituellement par une réduction silico-thermique dans un four électrique. Dans ce cas, la charge comprend du minerai', de chrome et du ferro-silicium, ce dernier étant allié avec du chrome si cela est souhaité.

  
Les processus de silicothermie utilisés donnent un rendement relativement pauvre en métal si les alliages produits doivent avoir une faible teneur en silicium. Par exemple, pour 

  
la préparation de ferro-chrome affiné, on a tenté de réduire les . pertes de chrome par addition de chaux à la charge. L'addition de chaux lie l'acide silicique de sorte qu'on peut ajouter davantage de silicium de réduction sans que la teneur en silicium du produit ne devienne excessive. Cependant habituellement; il

  
en résulte de grandes quantités de laitier et une exigence d'un bon rendement en métalest que l'opération puisse être effectuée suivant-le principe du contre-courant, c'est-à-dire que le

  
 <EMI ID=2.1> 

  
avec une masse fondue présentant une forte teneur en Si ou en Al.

  
Une bonne agitation est également très importante pour obtenir un bon rendement en métal-

  
Les inconvénients des procédés existants sont les suivants :

  
Il est difficile d'utiliser de la matière brute  <EMI ID=3.1> 

  
être aggloméré; par ailleurs on utilise des minerais en morceaux.

  
Une faible agitation et par conséquent un pauvre contact entre le minerai, le laitier et les agents réducteurs réduisent le rendement en métal.

  
La consommation d'énergie est grande à la suite des pertes considérables dues à la nécessité d'utiliser de nombreux récipients réactionnels, au fait que les produits doivent être reversés plusieurs fois, au fait que du métal contenant du silicium se solidifie souvent et que cela nécessite un broyage et une nouvelle fusion, et au fait que la chaleur de réaction n'est pas sauvegardée dans le cas d'oxydation de silicium ou d'aluminium.

  
La chaleur de réaction dans le cas de l'oxydation de silicium est développée dans des poches à l'interface entre le laitier et le métal fondu. L'usure du recouvrement est par conséquent concentrée en une surface limitée et elle est par conséquent très intense ce qui augmente considérablement les  frais de recouvrement.

  
La manipulation des charges de métal et de laitier demande un très grand travail.

  
Des problèmes considérables sont soulevés pour atteindre un traitement acceptable pour l'environnement et une protection du milieu externe est également très coûteuse.

  
La présente invention a pour but de procurer un procédé de préparation de ferro-alliages comprenant essentiellement du fer et au moins un des métaux parmi le chrome et le manganèse et présentant une faible ou très faible teneur en carbone et une faible teneuren silicium les inconvénients décrits ci-dessus étant dans ce procédé éliminés ou réduits. Par l'expression "faible teneur en carbone" il faut entendre dans ce contexte 1 à 2 % de C, tandis que par l'expression "très faible teneur en carbone" il faut entendre moins de 1% de Cet par "faible teneur  <EMI ID=4.1> 

  
étant donné en poids.

  
Le procédé suivant l'invention comprend un certain nombre de phases répétées de manière cyclique. Le cycle de travail comprend de manière plus spécifique les phases suivantes :
a) L'addition à un convertisseur contenant un collecteur de fusion du produit à préparer et un laitier riche en oxyde de chrome et/ou de manganèse, en plus du fer, dans le ferro-alliage en questions 'un agent réducteur contenant du silicium ou de l'aluminium et présentant un excès de silicium ou d'aluminium respectivement pour la réduction des oxydes dans le laitier, b) le mélange intime de l'agent réducteur et du laitier par injection d'un fluide dans la masse fondue par l'intermédiaire <EMI ID=5.1> 

  
de façon que la masse fondue, le laitier et l'agent réducteur soient agités de manière intense tandis qu'en même temps, si nécessaire, de la chaleur est fournie à la masse fondue par induction électrique de sorte que la température dans le bain est maintenuependant toute la période au-dessus de la température de liquidus, l'effet de l'agitation intense étant de créer de
-bonnes conditions pour obtenir une réduction efficace des oxydes métalliques dans le laitier par réaction avec du silicium ou de l'aluminium respectivement, tandis que l'excès de silicium ou d'aluminium reste dissous dans la masse fondue, <EMI ID=6.1>  ladite injection de fluide, cette chaux étant ajoutée dans la quantité requise pour fixer l'acide silicique ou l'oxyde d'alumi-  nium en formation, 

  
 <EMI ID=7.1> 

  
 <EMI ID=8.1> 

  
 <EMI ID=9.1>   <EMI ID=10.1>  f) l'addition de chaux avant,simultanément à et/ou après l'injection de ce concentré d'oxyde, g) l'apport de chaleur à la masse fondue pendant l'injection du concentré d'oxyde, par induction électrique, de façon que la température dans la masse fondue soit conservée pendant la totalité de la période au-dessus de la température de liquidus

  
 <EMI ID=11.1> 

  
fondue, après avoir été amené avec l'agent réducteur, réduit les oxydes métalliques injectés,

  
h) la poursuite de l'injection de concentré d'oxyde jusqu'à ce que la teneur en silicium dans la masse fondue soit réduite à la teneur

  
requise, tandis qu'en même temps une certaine quantité de chrome et/ou de manganèse est oxydé et passe dans le laitier qui devient alors riche en oxydes de ces métaux, l'injection du concentré d'oxyde étant avantageusement divisée en au moins deux opérations avec un vidage de laitier intermédiaire, et

  
i) finalement le vidage du ferro-alliage fini par un trou de vidange en dessous de la surface de laitier.

  
Dans des buts pratiques, il est souhaitable de laisser

  
 <EMI ID=12.1> 

  
sion suffisante pour remplir au moins le volume renfermé par le dispositif de chauffage par induction électrique. Le laitier contenant du chrome et/ou du manganèse est retenu conjointement avec le collecteur de métal dans le convertisseur,après quoi le processus est répété par une nouvelle addition d'agents réducteurs; etc... On a fait référence ci-dessus à l'introduction de chrome et/ou de manganèse par ce procédé mais, naturellement, d'autres métaux peuvent aussi être introduits d'une manière semblable ou, au lieu de chrome et/ou de manganèse, par l'utilisation d'oxydes métalliques réductibles appropriés.

  
D'autres détails et particularités de l'invention  ressortiront de la description donnée ci-après, à titre non  <EMI ID=13.1> 

  
un appareil comprenant un chauffage par induction électrique, dans lequel le procédé suivant la présente invention peut être effectué

  
Les figures 1A à 1D représentent un convertisseur à induction électrique dans les différentes étapes du procédé suivant la présente invention.

  
L'appareillage illustré sur les figures 1A à 1D est

  
d'un type connu décrit précédemment par exemple dans le brevet

  
des Etats-Unis d'Amérique 3 934 863. Les parties principales de l'appareil comprennent un convertisseur 1 muni d'un système de chauffage sous la forme d'un inducteur 2 qui renferme un conduit

  
de masse fondue 3. Une tuyère 4 est agencés pour l'injection de fluide dans une masse fondue à l'intérieur du convertisseur. Ce fluide peut par exemple comprendre des gaz ou des suspensions d'une poudre solide dans un gaz porteur. Dans ce dernier cas, l'appareillage comprend également une unité de préparation de poudre (non représentée). Le convertisseur est également pourvu d'une ouverture de sommet 5 pour le chargement de matières fondues et

  
de matières solides en forme de morceaux. Un trou de vidange pour le déchargement de la masse fondue est désigné par la référence

  
6. Ce trou de vidange est agencé dans la paroi frontale 8 du convertisseur, c'est-à-dire cette paroi qui est orientée dans la même direction que l'inducteur 6 et le conduit 3. Un tiroir est désigné par la référence 7. La paroi avant 8,avec une partie

  
de fond en pente 9 au-dessus du conduit de masse fondue 3 et

  
une partie de sommet conique 10, forme une cuve 11 présentant

  
un volume tel que, lorsque.le convertisseur est basculé dans la position horizontale (figure 1D), la masse fondue et le laitier obtenus dans.le convertisseur pendant le processus suivant la présente invention peuvent être situés en dessous de l'orifice

  
de la tuyère 4.

  
Dans la préparation de ferro-chrome affiné ou surraffiné, le processus suivant l'invention peut être effectué comme suit par &#65533;&#65533; &#65533;&#65533; &#65533;&#65533; &#65533;&#65533; &#65533; &#65533;&#65533; 

  
exemple. Si on se réfère à la figure 1A, et que l'on admet que

  
le convertisseur est dans la position de départ d'un cycle,  suivant l'invention le convertisseur contient un collecteur 15 de métal fondu ainsi qu'une couche de laitier 16. La masse fondue de métal 15 comprend du ferro-chrome affiné ou surraffiné qui a été préparé dans un cycle de travail précédent. Le laitier
16 qui peut être fondu ou sous forme de particules présente une

  
 <EMI ID=14.1> 

  
(FeO). On ajoute un agent réducteur au moyen d'une poche 12.  L'agent réducteur est avantageusement du ferro-silicium-chrome. Une composition typique de cette matière est approximativement

  
45 % Si, 40 % Cr, 15 % Fe et 0,02 à 0,03 % C. En même temps que l'agent réducteur est ajouté de cette manière, on ajoute également avantageusement de la chaux (CaO) dans une quantité suffisante pour fixer l'acide silicique qui se forme au cours de l'oxydation du

  
 <EMI ID=15.1> 

  
Dans ce cas, du ferro-silicium-chrome est préparé dans la même installation où le processus suivant l'invention doit être effec-  tué, ou si du ferro-silicium-chrome est disponible d'une autr&#65533; manière sous forme fondue, il est naturellement ajouté au convertisseur sous cette forme.

  
Aussitôt que l'agent réducteur et la chaux ont été ajoutés, le convertisseur est tourné en position verticale

  
(figure 1B) et on injecte un fluide, par exemple un gaz tel que 

  
du gaz'azote, de l'air ou de l'argon, par l'intermédiaire de la 

  
 <EMI ID=16.1> 

  
chaux sont alors agités de manière très intense, ce qui entraîne 

  
 <EMI ID=17.1> 

  
Par l'addition de silicium sous la forme de ferro-silicium-chrome  en une teneur suffisante dans cette phase de l'opération, tout 

  
 <EMI ID=18.1> 

  
sont réduits. Suivant l'invention, le ferro-silicium-chrome est  en réalité ajouté en excès, c'est-à-dire qu'on ajoute plus de  <EMI ID=19.1> 

  
de fer et de chrome dans le laitier. Cela signifie que, lorsque tout l'oxyde de fer et l'oxyde de chrome dans le laitier ont été réduits, le métal fondu contient une forte teneur en silicium. D'une manière plus spécifique, la quantité de ferro-siliciumchrome ajouté est telle que la teneur en silicium de la masse fondue, après que le processus de réduction a atteint l'équilibre, est d'au moins 5 % et de préférence d'au moins 15 %.

  
Le laitier formé de cette manière peut comprendre

  
 <EMI ID=20.1> 

  
faible. En revanche le volume de laitier est considérable. Ce laitier qui est désigné par la référence 18 sur la figure le est

  
à présent évacué par l'ouverture de sommet 5 du convertisseur, ainsi qu'il est illustré sur la figure 1C. La référence 19 désigne la masse fondue contenant une forte teneur en silicium, située en dessous de la couche de laitier 18. Le conduit de masse fondue 3 est également rempli de cette même masse métallique fondue.

  
18

  
Lorsque pratiquement tout le laitier /contenant du fer

  
et du chrome a été vidé par l'ouverture 5, le convertisseur est

  
 <EMI ID=21.1> 

  
injecte alors par la tuyère 4 une suspension de concentré de

  
 <EMI ID=22.1> 

  
de la poche de la même manière que celle illustrée sur la figure 1A. Cette addition de chaux peut être effectuée avant que l'injection du concentré ne démarre ou lorsqu'elle cesse. Dans ce but,

  
le convertisseur est basculé dans la position intermédiaire illustrée sur la figure 1A. Il.est également possible d'injecter la chaux sous forme de poudre conjointement avec le concentré par

  
la tuyère 4. La quantité de silicium présente dans la masse 

  
 <EMI ID=23.1> 

  
la tuyère 4. L'acide silicique est fixé par la chaux de la même manière que dans la phase décrite précédemment. La température de la masse fondue est maintenue à une température appropriée &#65533; &#65533; 1 &#65533; &#65533; &#65533; 1 &#65533; &#65533; &#65533; 

  
 <EMI ID=24.1> 

  
cette température dépassant au moins la température de liquidus du métal, par l'apport d'énergie électrique au moyen d'un dispositif de chauffag&#65533; par induction 2 par lequel le métal est chauffé dans le conduit 3. Lors de l'injection du concentré et du gaz au travers de la tuyère 4, le contenu du convertisseur est agité de manière très intense et cela stimule les réactions métallurgiques et transporte le métal chauffé depuis le conduit 3 jusqu'à chacune des parties du bain. Le mélange des différents composants mis en mouvement pendant les différentes phases du processus par l'injection au travers de la tuyère 4 a reçu la référence générale 17 sur la figure 1B.

  
Lorsque la quantité de concentré injecté par la tuyère 4 est telle que la teneur en silicium a diminué à une valeur tellement faible qu'une partie appréciable du concentré injecté commence à être difficilement réduit, l'injection de concentré est interrompue. La teneur en chrome du laitier dépend de la teneur en silicium de la masse fondue suivant une certaine relation fonctionnelle qui, à son tour dépend de la basicité du laitier. Dans le cas d'une basicité de 1,5 par exemple, il est avantageux d'interrompre la première injection de concentré lorsque la teneur en silicium est tombée à environ 5 % dans là masse fondue, de préférence aussitôt qu'on a une teneur en silicium de 8 % de la masse fondue. Le laitier est alors à nouveau évacué,après quoi le convertisseur est remis en position verticale.

   L'injection de concentré de minerai de chrome est alors poursuive jusqu'à ce. que la teneur en silicium de la masse fondue descende au niveau requis. La teneur en silicium est avantageusement réduite à moins de 1 %. Le laitier obtenu

  
dans ces conditions contient une teneur en oxyde de chrome considérable. Ce laitier, qui est désigné par la référence 20 sur la figure 1D, est par conséquent retenu dans le convertisseur tandis que le produit fini, du ferro-chrome affiné ou surraffiné,  <EMI ID=25.1> 

  
par le trou de vidange 6. Seule une relativement petite quantité de métal fondu est conservée, de manière à remplir le conduit 3 lorsque le convertisseur est remis dans la position de départ

  
 <EMI ID=26.1> 

  
Le procédé est semblable pour la préparation de ferromanganèse affiné ou surrafiné.

  
Cependant,dans ce cas, il faut garder à l'esprit que le manganèse et les alliages de manganèse ont un plus faible point

  
de fusion, une plus forte pression de vapeur et une plus grande affinité pour l'oxygène que le chrome. Un alliage de siliciummanganèse (SiMn) présentant des teneurs en silicium d'environ

  
15 à 20 % et des teneurs en carbone d'environ 1 à 2 % est un produit commercial ordinaire comme du ferro-manganèse affiné présentant 1 à 2 % de carbone. Du silicium-manganèse avec

  
des teneurs en silicium et carbone correspondant aux conditions normales dans du silicium-chrome, c'est-à-dire 40 % de silicium

  
et environ 0,05 à 0,10 % de carbone, est également produit.

  
Dans la préparation de ferro-manganèse affiné suivant l'invention, le degré de silicium-manganèse mentionné en premier lieu est avantageusement pris comme base, c'est-à-dire du siliciummanganèse contenant environ 15 à 20 % de silicium et environ 1 à

  
2 % de carbone. Lorsqu'il faut produire du ferro-manganèse surraffiné suivant l'invention, le degré de silicium-manganèse mentionné en dernier lieu est avantageusement pris comme base, c'est-à-dire du silicium-manganèse contenant environ 30 à 50 %

  
de silicium et moins de 0,2 % de carbone environ, habituellement environ 40 % de silicium et 0,05 à 0,10 % de carbone. Dans les deux cas, mais en particulier dans le dernier, toute la quantité du silicium de réduction ou une partie de celui-ci peut être remplacé par du ferro-silicium.

Claims

<EMI ID=27.1>

une faible ou très faible teneur en carbone, de la chaleur est fournie au bain par un dispositif de chauffage par induction électrique après que l'agent réducteur a été intimement mélangé avec le laitier par l'injection d'un fluide dans la charge au travers une tuyère en dessous de la surface de la charge, de façon que la charge, le'laitier et l'agent réducteur soient intensément agités. La température dans le bain est conservée au-dessus de la température de liquidus pendant la totalité de la période. Comme le point de fusion du manganèse et du ferromanganèse est inférieure à celle du ferro-chrome, il est possible d'effectuer le processus à une température plus faible que dans le cas du chrome. C'est également souhaitable étant donné la pression de vapeur plus élevée du manganèse.

En vue d'obtenir un bon rendement en manganèse étant donné la haute affinité du manganèse pour l'oxygène, la teneur en silicium du métal à toutes les coulées de laitier doit être

<EMI ID=28.1>

dans ces conditions supérieure à 1. En vue d'être capable de séparer de manière efficace le métal et le laitier, il est également avantageux de donner au métal et au laitier un excès de température temporaire lors de l'élimination du laitier. Le laitier peut également être rendu fusible par des additifs appro-

<EMI ID=29.1>

Il doit être entendu que la présente invention n'est

en aucune façon limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet.

REVENDICATIONS

1. Procédé de préparation de ferro-alliages contenant au moins un métal appartenant au groupe comprenant du manganèse, du chrome et du molybdène, et une très faible teneur en carbone, caractérisé en ce qu'il'comprend les 'phases suivantes, répétées

de manière cyclique :

a) l'addition à un convertisseur contenant un collecteur de masse fondue du produit à préparer et un laitier riche en oxyde de chrome et/ou de manganèse, en plus de fer, dans le ferroalliage en question, d'un agent réducteur contenant du silicium

ou de l'aluminium qui présente un excès de silicium d'aluminium respectivement pour la réduction des oxydes du laitier,

b) le mélange intime de l'agent réducteur avec le laitier par injection d'un fluide dans la masse fondue par l'intermédiaire d'au moins une tuyère en dessous de la surface de la masse fondue, de façon que la masse fondue, le laitier et l'agent réducteur soient intensément agités, tandis qu'en même temps, si nécessaire, de la chaleur-est fournie à la masse fondue par induction électrique de façon que la température dans le bain soit pendant toute la période conservée au-dessus de la température de liquidus, l'effet de l'agitation intense étant de créer de bonnes conditions pour obtenir une réduction efficace des oxydes métalliques dans le laitier par réaction avec du silicium ou de l'aluminium respectivement, tandis que l'excès de silicium ou d'aluminium reste dissous dans la masse fondue, c) l'addition de chaux avant,

simultanément à et/ou après l'injection de fluide, la chaux étant ajoutée dans la quantité requise pour fixer l'acide silicique ou l'oxyde d'aluminium en <EMI ID=30.1> <EMI ID=31.1> <EMI ID=32.1>

réducteur, <EMI ID=33.1>

<EMI ID=34.1>

g) l'apport de chaleur à la masse fondue pendant l'injection du concentré d'oxyde, au moyen d'un dispositif de chauffage par induction électrique, de façon que la température dans la masse fondue soit pendant la totalité de la période maintenue audessus de la température de liquidus du bain, tandis que l'excès de silicium ou d'aluminium dans la masse fondue, après avoir été amené avec l'agent réducteur, réduit les oxydes métalliques... injectés,

h) la poursuite de l'injection du concentré d'oxyde jusqu'à ce que la teneur en silicium de la masse fondue soit réduite à la teneur requise, tandis qu'en même temps une certaine quantité de chrome et/ou de manganèse est oxydée et passe dans

le laitier qui devient ainsi riche en oxydes desdits métaux, l'injection du concentré d'oxyde étant avantageusement divisée en

au moins deux opérations avec élimination de laitier intermédiaire, et

i) finalement, l'élimination du feue-alliage finis par un trou de vidange en dessous de la surface de laitier, à l'exception du ferro-alliage du collecteur de masse fondue qui a un volume suffisant pour remplir l'espace entouré par le dispositif de chauffage par induction électrique, après quoi le processus est répété par une nouvelle addition d'agents réducteurs.

2. Procédé de production de ferro-alliages, tel que décrit ci-dessus, et/ou tel qu'illustré sur les dessins annexés.

3. Ferro-alliages, tels qu'obtenus selon le procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2.