Procédé de préparation d'alliages. Il est connu de fabriquer des ferro- alliages à basse teneur en carbone, par exem ple des ferrochromes, par des procédés ba sés sur la silico-thermie, en fabriquant d'a bord un alliage riche en silicium avec l'un des constituants du ferro-alliage, par exemple un silico-chrome ou un ferro-silicium à basse teneur en carbone, puis en faisant réagir cet alliage riche en Si sur un mélange de minerai de l'autre constituant de l'alliage que l'on veut fabriquer et d'une base énergique, par exemple de la chaux.
Dans le cas de la fabrication du ferro- chrome, on utilise la réaction 3 Si -i- 2 Cr2O3 -]- 6 CaO = 4 Cr + 3 [Si02. 2 CaO] Pour obtenir un bon rendement de l'opé ration, en laissant peu de Cr2O3 dans le lai tier, l'expérience prouve qu'il est nécessaire d'ajouter une proportion de chaux très im portante.
La réaction est nettement exothermique, la chaleur dégagée étant égale à la somme des chaleurs produites, d'une part, par la réduc tion 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 nais sante et de la chaux.
Cette opération peut être réalisée -en parti culier dans des appareils à reversement suc cessifs et réciproques tels que ceux décrits par le brevet français no 780125 de la société de manderesse, appareils qui permettent d'obte nir par un mouvement alternatif ou rotatif précipitant simultanément le métal et le lai tier d'une capacité dans une autre, avec éner gie, un brassage du laitier et du métal, ce qui conduit à des opérations rapides et complètes.
Dans son brevet français précité, la so ciété .demanderesse avait prévu, pour réaliser des réactions entre un métal fondu et un lai tier solide très facilement fusible, la possibi lité de charger dans l'appareil du laitier à l'état solide sur du métal fondu, si la cha leur latente du métal était suffisamment grande pour fondre le laitier, mais ceci ne peut. être le cas avec un laitier difficilement fusible (chaux) et 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 déterminer s'il était possible d'utiliser l'exothermie de la réaction pour pouvoir charger à l'état solide une partie des corps devant former le laitier, on même la totalité de ceux-ci, si l'on a soin de les préchauffer à haute température,<B>1300</B> par exemple. Les difficultés rencontrées ont. été de plusieurs ordres distincts: en premier lieu, des élé ments, très importants en poids, des corps réagissant ajoutés à l'état solide sont extrê mement 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 cha leur est fournie par la formation du silicate de chaux, et l'on ne peut donc avoir le déga gement de chaleur nécessaire que si l'on ob tient la double réaction du Si sur l'oxyde de chrome et de la silice ainsi formée sur la chaux, réaction qui ne se produit que très lentement si la chaux et l'oxyde de chrome ne sont pas fondus. Enfin, l'opération devant s'accomplir dans un appareil dépourvu de moyens de chauffage, il est nécessaire que, dans un temps très court, les matières char gées non seulement fondent, mais encore don nent naissance à un laitier très fluide.
Si ce laitier n'est pas fluide, la réaction s'arrête ou diminue considérablement de vitesse. si bien que du fait des pertes de chaleur exté rieures la masse se refroidit, l'intensité de la réaction diminue encore et l'on obtient finale ment un magma pâteux.
C'est ainsi. par exemple, que des expé riences 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 no 780125 pré cité sur 150 kg de Fe-Si-Cr fondu (à 47 % de Si et 38 % de Cr) au début de l'opération et avant de procéder aux oscillations, 200 kg d'un mélange solide de 100 parties de mine rai de chrome pour 65 parties de chaux, poids de matières très inférieur à celui qui serait nécessaire pour oxyder tout le silicium.
Néan moins, au bout de 211 oscillations, le laitier qui avait commencé à se former était devenu tout à fait pâteux, et la teneur en Cr2O3 de ce mélange pâteux était encore de 10 % en présence d'un métal à 31 % de Si, alors que la teneur en Cr 201 d'un laitier liquide en équilibre chimique avec un métal ayant cette teneur en silicium serait très faible, moins de 1 %. Dans le cas présent, la quantité de cha leur dégagée à chaque instant par la réaction double a été insuffisante pour compenser, d'une part, les pertes de chaleur et, d'autre part, permettre la fusion du minerai de chrome et de la chaux jusqu'à obtention de laitier fluide.
La présente invention a pour objet un procédé de préparation d'alliages, notamment de ferro-alliages, d'aciers inoxydables, exé cutable à partir de matières dont certaines sont très difficilement fusibles et ceci sans chauffer l'appareil dans lequel il est réalisé.
Dans ce procédé, comme dans d'autres déjà connus, on réduit un composé oxygéné difficilement fusible de l'un des métaux de l'alliage à produire, à l'aide d'une matière réductrice et en présence d'une base forte. également difficilement fusible, de telle sorte que les produits d'oxydation de la matière réductrice se combinent avec la hase forte en formant un laitier, alors que le métal libéré s'allie avec au moins un autre métal présent dans le mélange réactionnel, l'ensemble des réactions dues à la réduction du composé oxygéné et à la combinaison de la base forte avec lesdits produits d'oxydation ayant un caractère exothermique.
Ce procédé est carac térisé en ce que l'on charge dans un appareil non chauffé et permettant de réaliser un bras- sage énergique de son contenu, à, l'état fondu, une partie des matières devant réagir et à l'état solide, en une fois au moins, une autre partie des matières devant réagir avec des matières de la première partie, un brassage énergique étant effectué après chaque adjonc tion de matière solide, la quantité de matières solides, ajoutée à la fois, étant telle que ces matières entrent en réaction avec les matières liquides et que, sous l'effet de la chaleur de réaction dégagée, le laitier résultant soit fondu et fluide.
Le procédé peut être avantageusement réalisé dans un appareil à reversement tel que celui qui a été rappelé ci-dessus. Les maté riaux chargés à l'état solide peuvent être éventuellement préchauffés et chargés en une ou plusieurs fractions avec versement répé tés à la suite de chaque chargement. Il est préférable que la quantité de matières solides ajoutée à chaque chargement, tout en répon dant aux conditions ci-dessus, soit la plus importante possible, pour diminuer le nombre d'arrêts de l'opération.
Les matières solides peuvent être char gées soit froides, soit préalablement chauf fées; toutes autres choses étant égales, on pourra charger à chaque fois une quantité plus importante de matières solides préchauf fées que de matières solides froides. Si l'on ne charge initialement sur un bain métallique qu'une faible proportion d'éléments constitu tifs de laitier à l'état solide, la réaction s'amorce néanmoins par une série d'oscilla tions ou de révolutions de l'appareil à rever- sements, même si les éléments solides ajoutés ont un point de fusion élevé et ne donnent naissance qu'à une petite quantité de laitier fondu.
D'autre part, si l'on charge dès le début du laitier fondu, -et si la quantité de ce laitier est suffisante, on pourra charger le reste des éléments réagissants, qui se trouvent à l'état solide, en une seule fois.
Voici comment le procédé peut être exé cuté en pratique: On amorce la réaction en chargeant dès l'origine une ou plusieurs des matières réagissantes à l'état fondu, en ajou- tant une petite quantité des autres matières réagissantes à l'état solide et en faisant quelques oscillations ou rotations, de l'appa reil, de façon à obtenir dans l'appareil un laitier fondu fluide. On ajoute ensuite le reste des matières réagissantes à l'état solide, froides ou préchauffées, la proportion de cha cune de ces adjonctions, par rapport au con tenu 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.
Au fur et à mesure de leur intro duction, les matières chargées solides. et qui souvent ne sont pas fusibles à la température où se trouvent les matières déjà en fusion, entrent en réaction avec ces. matières en fu sion. Cette réaction donne lieu à la forma tion de l'oxyde du réducteur et cet oxyde se combine avec la base forte, même si celle-ci est à. l'état solide, pour donner un composé liquide.
Dans ces conditions, l'expérience montre le fait surprenant suivant: bien que la réac tion double précité, génératrice de la chaleur nécessaire au chauffage et à la fusion du lai tier, fasse intervenir trois phases .ou davan tage, deux phases liquides: métal et laitier fondus, et une ou plusieurs phases. solides: éléments tels que chaux et minerai de chrome, cette réaction s'effectue avec une grande ra pidité et l'opération peut être conduite jus qu'au bout, en gardant du laitier fluide et en finissant avec une charge pratiquement fon due en totalité et avec obtention de l'équili bre laitier-métal nécessaire pour le bon ren dement de l'opération.
C'est ainsi que, par exemple, si l'on charge du ferro-silico-chrome fondu et du minerai de chrome fondu et que l'on charge progres sivement de la chaux solide et froide, tout en faisant osciller ou tourner l'appareil, la réac tion que font intervenir les trois phases: mé tal, minerai de chrome fondu et chaux solide, s'amorce et se poursuit rapidement et le ferrochrome est obtenu avec un haut rende ment et dans un temps très court.
C'est un fait très remarquable que cette réaction à trois phase, 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'en semble) 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 lai tier extrêmement fluide, surmontant un mé tal, et si le laitier et le métal ont les mêmes compositions et sont dans les mêmes propor tions relatives que celles qui interviennent dans la réaction dans l'appareil à reverse- ments, la dissolution de la chaux est relati vement lente, malgré le chauffage et est. dans tous les cas. d'une durée qui serait in compatible avec le procédé décrit ci-dessus.
Toutes les variantes compatibles avec le bilan calorifique de la réaction sont possibles. à. condition d'observer les règles essentielle trouvées: amorçage par laitier chargé liquide ou rendu immédiatement, liquide et. maintien d'un laitier fluide. On peut, en particulier, comme indiqué, ne charger sur métal fondu que des éléments du laitier à l'état solide et fortement préchauffés, ou bien une faible quantité de laitier fondu et une quantité im portante des éléments du laitier, solides et un peu moins préchauffé, ou encore une quan tité relativement importante de laitier fondu et le reste à l'état solide et froid.
On peut aussi ne charger à l'état fondu qu'un seul (les éléments du laitier - par exemple du mine rai de chrome. dans le cas du ferro-chroine toute la base forte étant chargée à. l'état so lide: ou bien le laitier fondu peut comporter un mélange de chaux et de minerai, en pro portions quelconques. le complément d'addi tions de ces éléments à l'état solide étant fait en proportions telles que l'on arrive à la com position finale désirée.
Enfin, dans le cas oie l'on charge une partie du laitier fondu dès le début. le métal contenant la matière ré ductrice peut- être chargé en totalité ou par tiellement à l'état solide, ce qui n'a pour con- séquence que d'augmenter la proportion de laitier qu'il faut charger à l'état fondu ou la température à laquelle on préchauffe le reste.
Peux exemples d'opération sont donnés ci-dessous <I>1.</I> Opération <I>avec f</I> erro-silicium <I>à</I> 94,30 % (le <I>silicium.</I>
On a versé dans l'appareil de brassage: 236 kg d'un laitier fondu obtenu par fusion d'un mélange composé de 100 parties de mi nerai de chrome pour 30 parties de chaux. On a ajouté: 35,5 kg de ferro-silicium à l'état solide et froid (Si = 94,30%); 62,5 kg de chaux à l'état solide et froid. Après brassage pendant environ 2 à 3 mi nutes, on a coulé le métal et le laitier très fluides.
On a obtenu 81 kg de ferrochrome titrant: Cr 69,32 % C 0,035 Si 0,25 % le reste étant substantiellement du fer.
<I>2. Opération avec minerai et chaux soli-</I> <I>des préchauffés à 1450 .</I>
On a coulé, à, sa sortie du four, dans l'ap pareil de brassage: 150 kg de ferro-silico-chrome fondu ti trant: Si 47 % Cr<B>37,5%</B> le reste étant substantiellement. du fer.
On a chargé très rapidement: une pre inière fois 75 kg environ d'un mélange à l'état solide de 100 parties de minerai de chrome pour 65 parties de chaux préalablement pré chauffée à 145 , et on a brassé par oscilla tions successives pendant une minute: une deuxième fois 200 kg environ du même mé lange dans les mêmes conditions et on a en core brassé pendant une minute: une troi sième fois 360 kg de ce mélange et on a brassé rapidement pendant 2 minutes.
Ait total, 635 kg de mélange à l'état so lide minerai de chrome et chaux préchauffés à 1450 . On a obtenu, après coulée, 238<B>kg</B> d'al liage titrant: Cr 70,85 C 0,07 Si 0,72 le reste étant substantiellement du fer. Bien entendu, on peut, au lieu d'utiliser du silicium comme matière réductrice, uti liser d'autres corps que le 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. Le procédé peut également s'appliquer à la fabrication des aciers inoxydables.