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Procédé pour la production de fer pur ou d'alliages de fer partant de corps ferreux .
La présente invention se rapporte à un procédé pour la production de fer pur ou d'alliages de fer (c'est-àdire un produit contenant des impuretés (S,Ph,Mn,Si,C) en quantité non supérieure complexivement à 0,10%) en partant de corps ferreux,plus spécialement de corps finement subdivisés, particulièrement de sables ferrifères, de boues constituant des résidus de l'extraction de l'aluminium, de cendrés de pyrites et.de substances semblables, naturelles ou artificielles, ne contenant pas moins de 20% des métaux/
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qu'il faut extraire.
On sait déjà que l'utilisation immédiate des sables ferrii'ères ou des petits gisements de minerais de fer est impossible en ayant recours aux systèmes habituels de pro- duction de la fonte provenant directement du haut fourneau à cause de l'état pulvérulent dans lequel se trouve le corps ou par suite de la distance très grande entre les gisements et les ateliers de travail, ce qui comporte des frais de transport trop élevés par rapport au coût de pro- duction. D'ailleurs, la densité insuffisante des gisements et surtout leur extension particulièrement grande empêche qu'on puisse construire un grand atelier dans leur voisina- ge parce qu'ils seraient probablement épuisés avant l'amor- tissement des frais de premier établissement.
En outre, pour ces minerais pulvérulents, il est né- cessaire de procéder à une agglomération préalable afin de les employer dans le haut-fourneau.
Le procédé suivant la présente invention permet d'uti- -liser ces sources de corps ferreux et de rendre possible d'obtenir du fer pur ou des alliages de fer- Dans ce but, on utilise le corps à l'état physique sous lequel il est extrait; on traite ce corps au four électrique et on obtient directe- ment du fer d'une pureté exceptionnelle au lieu de fonte pour laquelle un traitement ultérieur serait nécessaire pour la transformer en fer commun ou en acier.
L'établissement comporte un four électrique, même d'une puissance faible et d'un coût relativement modéré et -ce qui est le plus important- peut 8tre déplacé d'un gise- ment à l'autre avec de faibles dépenses de sorte qu'il serait possible de mettre à profit même les gisements d'une puissance très limitée pour produire des lingots qui devraient être envoyés aux centres d'utilisation.
D'ailleurs, le fer pu* qu'on obtient a de telles propriétés mécaniques qu'il peut remplacer parfaitement
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dans beauooup d'applications le cuivre et le laiton, par exemple dans la fabrication des douilles pour l'artillerie, des projectiles en général, des ceintures de forcement des projectiles, d'objets dans lesquels on exige une.bonne résistance à la corrosion ou à la rouille ou une grande capacité d'emboutissage.
A cause de sa teneur très faible en carbone, le fer qu'on obtient au moyen du procédé suivant la présente in- v.ention peut être mélangé à des métaux spéciaux pour produire des aciers inoxydables de beaucoup meilleur marché que les aciers actuels; aciers spéciaux pour des applications très particulières caractérisés par un ensemble de propriétés que l'on recherche, comme la résistance au travail et peut avoir aussi d'autres applications intéressantes qu'on pourrait prévoir mais qu'on ne pourrait pas énumérer actuellement.
Dans ses grandes lignes, le procédé formant l'objet de la présente invention comporte l'introduction dans un four électrique approprié d'un mélange du corps ferreux, d'un réducteur convenable et d'une base alcaline ou d'un acide suivant la nature du réducteur dans un état de subdivision très prononcé et de mélange intime. On charge ce mélange progressivement et on attend qu'il soit complètement liquéfié. A partir de ce moment, il faut veiller à ce que les parois du four ne soient pas corrodées par la scorie.
Il convient à cet égard de charger le mélange toujours vers les parois, de manière qu'on puisse refroidir la périphérie du bain. Eventuellement, on peut jeter contre les parois de gros morceaux de la base alcaline ou acide. Cette première phase du procédé sert à effectuer la réduction du minerai de fer et peut être prolongée jusqu'à ce que le bain contienne seulement environ les 2% de silicium ou du réducteur employé.
Alors la scorie peut être éliminée. Si, au contraire, il ni est pas possible :de maintenir cette scorie dans le four on aussi longtemps, on coule cette-première scorie et/charge
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encore dans le four du minerai de fer et une quantité égale de la base alcaline ou acide. Après la fusion complète du bain , on peut effectuer la coulée. Si le fer devait encore contenir une quantité réelle de silicium ou d'autres réducteurs ou impuretés on peut répéter à nouveau l'opération en ajoutant éventuellement un fondant convenable.
Afin de mieux illustrer l'invention, on en donnera ci-après un exemple particulier d'application.
Un mélange comportant:
Sable ferrifère (65% de fer)............... Kg. 200
Fer silic ium à 45%......................... " 120
Oxyde de chaux sèche ...................... " 20 est placé dans un four électrique approprié par exemple un four électrique Heroult triphasé d'une tonne avec un revêtement non carburant dans le cas où l'on désire un produit entièrement ou presque sans carbone. Il faut mettre tous les soins à amorcer préalablement les arcs en évitant avec attention une chute quelconque de charbon du côté des électrodes du four comme aussi toute souillure de charbon quelqu'en soit la provenance. Le mélange est chargé progressivement suivant la pratique courante en fonderie et le type du four dans le but aussi d'éviter l'arrêt de la marche et des bouillonnements tout autour des électrodes.
Après environ deux heures, le mélange est complètement liquéfié . Dès que la fusion a eu lieu,il faut faire bien attention aux parois du four exposées à être rapidement corrodées par la scorie qui est, dans ce cas, très acide et bien fluide. Dans ce but, il est plu-t8t préférable de veiller à ce que le mélange soit toujours progressivement chargé tout près des parois de manière que le mélange froid se trouve toujours en contact avec ces parois tandis qu'il est chaud et fluide au-dessous des électrodes. Lorsque tout le mélange est liquéfié, si on voit quelque signe de bouillonnement vers les parois ou un autre indice de corrosion, il faut jeter alors contre les parois sur ces points de gros morceaux de
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chaux vive sèche.
Cette phase du procédé qui est une phase de reduction sert à faire passer la plus grande quantité possible de silicium de l'état métallique à l'état d'oxyde en obtenant en même temps en sens contraire le passage d'une quantité égale de fer. Elle peut être prolongée avantageusement jusqu'à ce que dans le métal il reste seulement les deux pour cent environ de silicium après que la scorie a été éliminée. Si le four ne peut pas tenir la scorie aussi long- temps,il-faut alors la couler.avant de parvenir au pour- centagé du 2% de silicium. Une-fois la scorie éliminée, on charge,encore:
Sable ferrifère........................
Kg. 25
Oxyde de chaux......................... ". 25 en ayant soin qu'une partie au moins de cette chaux soit, disposée tout autour du four, contre les parois sous forme de grosses mottes.
Ce minerai est également complètement liquéfié après 1h1 et on le tient dans le four jusqu'à ce que le métal qui se trou ve sur le fond ait perdu tout son silicium après que le mé- tal a été 'coulé en ayant soin de prendre le moment précis où il a perdu le silicium et n'est pas trop oxydé. Une oxy- dation éventuelle peut être du reste évitée de la manière qui sera indiquée ci-après.
Si, après l'élimin-ation dé la première scorie, il est resté dans le métal un pourcentage de silicium trop élevé, par exemple 10%, il arrive certainement que le mine- ne rai chargé nouvellement/puisse pas l'éliminer complètement.
On peut alors éliminer la seconde scorie et charger à nou- veau du minerai supplémentaire, par exemple encore 25 Kg.
Et ainsi de suite, on peut procéder d'une manière analogue en réglant la charge des trois électrodes ou en les déplaçant si possible en les éloignant du point dangereux où on aura soin de disposer des mottes de chaux.
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Si on dépasse le point favorable et si le métal s'oxyde, il faut enlever toute la scorie contenant l'oxyde de fer et charger la chaux avec un fondant, par exemple de l'acide spathique fluorique, qui maintient le mélange suffisamment liquide bien que l'oxyde de fer soit absent en même temps que des substances désoxydantes.
Dans lebut d'obtenir une bonne désoxydation, il faut que le metal reste dans le four à une température voisine de 1600 C pendant une dani heure ou pendant une heure au moins, en ayant soin, durant cette période, de fournir le courant suffisant à peine pour maintenir cette température, de manière que toutes les petites bulles qui se produisent dans la masse du métal par l'effet des désoxydants aient le temps de flotter à nouveau en laissant le métal sans oxydes et sans autres matières mélangées.
Les substances désoxydantes mentionnées ci-dessus peuvent être l'aluminium, la chaux, la magnésium, le bore, éventuellement en alliage avec le fer, même le titane le vanadium et autres corps semblables. Il ne doivent naturellement pas contenir d'impuretés et spécialement pas de carbone.
Le mélange de départ mentionné ci-dessus n'est pas essentiel et sa composition peut varier soit suivant le but qu'on veut obtenir, soit suivant la concentration des .principes actifs contenus dans des substances différentes.
On peut aussi ajouter d'autres substances dans le but de compenser tous les défauts des substances employées. Au lieu du fer silicium on peut employer l'aluminium, le sodium, le magnésium, la chaux, le carbone, le carbure de chaux, le siliciure de chaux, le potassium et d'autres corps semblables, mélangés ou éventuellement en alliage. On peut aussi employer un minerai qui contient d'autres éléments , en outre du fer, dans le but d'obtenir un produit qui les contienne sous une concentration quelconque, comme cela est le cas particulièrement dans la production des aciers d'alliage.
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La présente invention a été décrite et illustrée sur la base d'une forme préférée de réalisation mais on comprend que des variantes d'exécution peuvent y être introduites en pratique sans sortir du cadre de protection de la présente invention.
REVENDICATIONS.
1.- Procédé de production de fer pur ou d'alliage de fer à partir de corps ferreux plus spécialement de corps finement.subdivisés, particulièrement de sables ferrifères, de boues constituant des résidus de l'extraction de l'aluminium, de cendres de pyrites et de substances semblables naturelles ou artificielles ne contenant pas moins de 20% des métaux qu',on doit extraire, caractérisé en ce que ces corps sont introduits dans un four électrique, mélangés à un réducteur convenable et à une base alcaline ou acide et en ce que la fusion du mélange s'effectue de manière que la scorie ne puisse pas attaquer les parois du four, l'opération étant continuée, éventuellement par des coulées successives-de scorie et des chargements successifs de minerai de fer et de base alcaline ou acide jusqu'à ce que le fer contenu dans le bain ait la pureté désirée.