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PROCEDE DE REDUCTION DES OXYDES METALLIQUES EN LEURS METAUX
CORRESPONDANTS.
Cette invention se rapporte à la réduction des oxydes métalli- ques en leurs métaux correspondants et concerne plus particulièrement la réduction de ces oxydes par fusion avec des agents réducteurs tels que le carbone le silicium, etc.. qui ont tendance à se combiner avec le métal réduit et-dont des quantités considérables demeurent donc dans le métal réduit sous la forme dimpuretés Linvention a plus spécialement pour objet un procédé de fu- sion de l'oxyde de fer en vue de la production directe, sans épuration ul- térieure, d'un fer de qualité supérieure sensiblement exempt d'impuretés telles que le carbonele silicium., le soufre,
le phosphore ou un consti- tuant nuisible quelconque de 1?agent réducteur 'employéo
Le but principal de 1?invention est de fournir aux métallur- gistes un procédé pour la fusion de minerai d9oxyde de fer de qualité su- périeure sensiblement exempt d9impuretés nuisibles et d'éléments délétères comme le soufre et le phosphore dans des conditions telles que des impure- tés nuisibles ne se trouvent pas introduites au couns du processus de ré- duction et qu9ôn obtienne comme produit un métal pur.
On sait que le carbone a une grande affinité pour de nombreux métaux comme le fer, le chromele molybdène le vanadium, le tungstène, le titane, etc.,, Aussi quand on fait fondre de 1?oxyde de fer de qualité supérieure ou bien un minerai à base d9oxyde de fer de ce genre en utili- sant du coke comme agent réducteur, le métal résultant a une haute teneur en carbone. Si l'oxyde initial contient de la silicecelle-ci est égale- ment réduite, et une forte proportion de silicium se retrouve dans le mé- tal réduit à 1?état d'impureté. Mais la présence d9une notable quantité de silicium tend à réduire la teneur en carbone du métal résultant.
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Dans le brevet américain N 854.018 déposé le'23 septembre 1905
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au nom de Beckett est décrite la production de ferro-allîàées*à teneur re- lativement faible en carbone et en silicium en partant d'une matière conte- nant principalement de 1?oxyde de chrome et de 1-'oxyde ferreux et en fai- sant fondre cette matière avec du ferro-silicium. Diaprés ce qui est in- diqué dans ce brevet, si 1?on emploie une quantité de silicium suffisante pour réaliser une réduction complète des oxydes de fer et de chrome, une analyse représentative du ferro-chrome montre que le métal réduit contient
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z50% de carbone et 0910 de silicium.
Dé plus ce brevet indique (cf. page 2, lignes 8 à 12) que si l'on a besoin dans 1?alliage d'une très fai-
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ble teneur en silicium (inférieure à 0,2%) il faut diminuer la quantité d9agent réducteur employée, ce qui se traduit par un sacrifice corrélatif de la quantité de métal qu-on recueille.
Une autre méthode qui a été préconisée pour la production des ferro-alliages à teneur relativement faible en carbone et en silicium est celle qui est décrite dans le brevet américain N 906.854'déposé le 19 juin 1906 au nom de Beckett. Cette méthode consiste à faire fondre le minerai
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à base d9cyde métallique en présence d-un mélange de carborie et de si-U- cium9 en utilisant le carbure de silicium comme agent réducteur. Ce bre- vet indique également (cfo page 29 lignes 19 à ?1.) que si 1?on veut obte- nir une trèa faible teneur en silicium (inférieure à 05)2%) dans 19alliage, il faut prévoir une déficience en agent réducteur, ce qui a pour consé-
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quence une diminution de la quantité de métal qu9on recueille.
La'même méthode appliquée spécialement à la production du vanadium et de ses al- liages est décrite dans le brevet américain N 858.325 déposé le 19 juin 1906 également au nom de Beckett.
Ceci dit, la présente invention fournit un prqdédé pour la
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fusion des oxydes métalliques ou des minerais d-oxydes métalliques de qua- lité supérieure en présence d-lun agent réducteur combiné nouveau apte à être employé avec un excès considérable par rapport à celui qui est théo-
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riquement nécessaire à 1?obtention d-lun rendement maximum en métal con- tenant une quantité sensiblement plus faible d?impuretés nuisibles comme le carbone et le silicium que cela n'a été précédemment possible.
Ce nouveau procédé est fondé sur cette découverte que si 1?on utilise le charbon de bois selon certaines proportions en conjonction
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avec un alliage d9aluminium et de ferro-siliaiun, il forme un-agent réduc- teur combiné ou compositè'capable de fournir des résultats avantageux et surprenants pour la réduction et la fusion des'oxydes métalliques.
C'est ainsi que si )?on mélange et qu'on fasse fondre un minerai d9oxyde métal-
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lique de bonne qualité avec un fondant approprié en présence d9un agent réducteur composite formé de charbon de bois et d'un alliage d9aluminium et de ferro-silicium dans des proportions telles que le charbon de bois
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soit calculé pour se combiner avec le même poids d9oxygène que les propor- tions combinées d9aluminium et de silicium pour former de 19oxyde de car- bone de 1?àlumine et de la silice, on obtient du fer ou de 1?acier de bonne qualité contenant des quantités négligeables de carbonede silicium, d'aluminium., de soufre et de phosphore,
même si l'on utilise un excès im-
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portant d"agents réducteurs combinés par rapport à la quantité théorique calculée en vue d-une réduction complète de 1?oxyde de fer.
Ci!est là un fait qui est particulièrement surprenant car on sait que la simple fusion de l'oxyde de fer avec un agent réducteur simple- ment formé de charbon de bois ne donne pas de résultats satisfaisants.
Une analyse typique d'un pareil produit à base de fer ou d9acier obtenu
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en utilis'ant un excès égal à 20%\ de 19agent réducteur combiné révèle 0022% de carbones une trace de siliciums 09022 de phosphore, 0024 de soufre une trace de manganèse et une trace daluminium.
Les avantages du présent procédé résident dans la production directe, sans épuration ultérieure d'un métal extrêmement pur, avec un
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rendement élevé. On peut d?ailleurs utiliser d9autres formes de carbone sensiblement pur à la place de charbon de bois., et d9autres matières aptes
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à réduire l'oxyde métallique en son métal correspondant peuvent être em- ployés à la place de l'aluminium et du ferro-silicium avec des résultats comparables.
Le présent procédé consiste à faire fondre un oxyde métalli- que ou un minerai d'oxyde métallique (tel qu'un minerai d'oxyde de fer de bonne qualité) en présence d'un fondant tel que la chaux et d'un agent ré- ducteur combiné formé de carbone sensiblement pur et finement divisé (tel que du charbon de bois) et d'un autre agent réducteur solide finement divi- sé apte à réduire l'oxyde métallique en son métal correspondant pour pro- duire une masse fondue contenant les scories et le métal.réduit.. Le car- bone et l'autre agent réducteur doivent être employés suivarit-les propor-' tions spécifiées ci-après, Mais il est cependant préférable de faire Ton- dre un mélange de 1?oxyde métallique,
du fondant et de lagent réducteur combiné dans un four électrique approprié pour produire une masse fondue à une température légèrement supérieure à la température de fusion du mé- tal réduit et d'amener continuellement ce mélange à l'état finement divisé sur la masse fondue aelon un débit réglé tout en souritant le métal fondu et le laitier continuellement ou à des intervalles de temps convenables et en séparant le-métal et le laitier par des moyens connus. La composition et la quantité de fondant employée dépendent de la quantité et de la natu- re des impuretés qui se trouvent dans l'oxyde métallique ou le minerai d'o- xyde métallique qu'il s'agit de réduire et aussi de la composition du gar- nissage du four comme le comprendront les techniciens.
L'agent réducteur combiné auquel il semble qu'il faille aceor- der la préférence est un mélange de charbon de bois finement divisé et d'un alliage, lui aussi finement divisé d'aluminium et de ferro-silicium, selon les proportions précédemment indiquées ou à peu près.
Toutefois, des ré- sultats comparables peuvent être obtenus, quand on fait fondre des oxydes métalliques, en utilisant un agent réducteur combiné ou composite essentiel- lement formé de carbone sensiblement pur (tel que le charbon de bois) et d'un autre agent réducteur tel que le ferro-silicium allié à l'aluminium dans des proportions relatives telles que le carbone soit calculé pour se combiner avec 45 à 85% en poids environ d'un poids donné d'oxygène, tandis que l'autre agent réducteur (tel que le ferro-silicium allié à l'aluminium) est calculé de manière à se combiner avec 15% à 55% environ en poids de ce poids donné d'oxygène. Parmi les autres agents réducteurs qu'on peut utiliser à la place de l'alliage de ferro-silicium et d'aliminium, on peut mentionner l'aluminium,
le silicium et le ferro-silicium ainsi que les agents réducteurs comme le calcium, le magnésium, etc.. qui ont une moin- dre affinité pour les métaux tels que le fer, le chromele nickel, le molybdène, le tungstène,le titane;, etc.. que le carbone, le silicium et 1-l'aluminium.
L'agent réducteur combiné peut être employé en une quantité suffisante, en excès par rapport à la quantité théoriquement requise pour réaliser une réduction complète de l'oxyde métallique pour ssurer un rendement élevé de valeur satisfaisante en métal de grande pureté. Une quantité approximative de 20% en sus de celle qui est théoriquement néces- saire usuellement suffit à assurer un rendement élevé en métal de grande pureté. Mais,dans la plupart des cas, on peut employer une quantité sen- siblement plus grande, pouvant dans certaines circonstances atteindre 40% en excès sans augmenter de façon appréciable les quantités d'éléments nui- sibles dans le métal récupéré.
La quantité minimum de l'agent réducteur combiné qu'on peut utiliser sans augmenter sensiblement les proportions d'élé- ments nuisibles dans le métal qu'on recueille varie avec les proportions rela- tives des constituants de cet agent réducteur combiné ou composite.
Le présent procédé se prête de façon particulièrement heureu- se à la production de fer ou d'acier de qualité supérieure par réduction directe d9un oxyde de fer ou d'un minerai d'oxyde de fer de bonne qualité.
Il existe dans l'industrie métallurgique de nombreux usages pour un fer ou un acier extrêmement par. Pour nombre de ces usages un produit ayant
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une teneur totale en carbone et en silicium s9élevant jusqu-"a"0,20'est à' rejeter. Par contre, on peut par le procédé que prévoit"l'invéntion obte- nir un fer ou un acier extrêmement pur dans lequel les quantités totales @ de carbone et de silicium ne totalisant pas plus de 015% en poids et'dans lequel,au surplus., la quantité de carbone ou de silicium ne'dépasse pas'
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0,la# en poids.
Le présent procédé est applicable pour faire fondre d9aû= tres oxydes métalliques ou minerais d9oxydes métalliques contenant une qûan- .tité notable ou prédominante d9un oxyde d'un métal autre que le fer comme le chrome, le molybdène, le tungstène, le vanadium, le nickel., le cobalt, etc.. en vue de la production d9un alliage ferreux. Si l'oxyde métallique ou le minerai réduit est de bonne qualité, on peut obtenir de la sorte un métal ayant une pureté comparable à celle indiquée ci-avant.
L9invention est mise en évidence, au surplus, par les exemples particuliers qui sont indiqués ci-après
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EJ#MPLE la-
On traite ici du minerai de magnétite de bonne qualité broyé à une finesse inférieure à celle qui correspond à un maillage de tamis n 10. L'analyse de ce minerai permet d'y déceler 55% de fer soluble dans un acide, 5% de silice et 30% d'oxygène sous la forme d90xyde de fer. L'a- gent réducteur employé est-un mélange de charbon de bois (broyé à une fi- nesse inférieure à celle correspondant à un maillage de tamis n 1000 con-
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tenant 95% de carbone et d'alliage de ferro-silicium et d9aluuinium (de finesse également inférieure à un maillage de tamis n 100) contenant 65% de silicium, 10% d9aluminium et 25% de fer.
Le fondant employé est de la chaux vive (100% de CaO).
La charge de matière comprend 1000 kilos de minerai de magné-
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tite, 11$,. kilos de charbon de bois 175 kilos d9alliage de ferro-silicium et d9aluminium et 170,9 kilos de chaux vive. La quantité de charbon de bois employée est calculée de manière qu'il se combine avec la moitié du poids de l'oxygène combiné avec le fer du minerai. La quantité d'alliage
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de ferro-silicium et d$aluminium employée est calculée de manière à lui permettre de se combiner avec 1?autre moitié du poids de l'oxygène combiné avec le fer du minerai. On mélange intimement ces diverses matières, puis on introduit continuellement ce mélange dans un four électrique à arc fonctionnant sur courant monophasé pourvu d'un garnissage en magnésie ré- fractaire et de deux électrodes en graphite.
On déverse continuellement la charge fondue formée de laitier et d'acier dans un récipient où se pro- duit une séparation à 19'état liquide du laitier ét de 1-'acier. On coule
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le laitier sous 1IL forme de tourteaux et l9acier sous la forme de lingots.
L'acier est traité de la manière usuelle par une addition d'une petite quantité de silicium, par exemple de ferro-silicium, avant de faire couler 19acier dans les lingotières.
Voici les quantités des deux éléments qui s9écoulent hors du four :
624,37 kilos d9 acier 5553 kilos de laitier
Le rendement en métal est de 90% et ce métal contient 9,02% de carbone, une trace de silicium, 0,025% de phosphore, 0,020% de soufre,
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une trace de manganèse et une trace dsaluminium.
EXEMPLE 2.-
On procède comme indiqué dans l'exemple 1, sauf qu'on emploie un excès égal à 20% d'agent réducteur sans modifier par ailleurs les pro-
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portions relatives de charbon de bois. et d'allage de ferrq-eilicium et d9al-uminium. La charge est donc formée ici de 1000 kilos de minerai de magnétite, 142 kilos de charbon de bois, 210 kilos d'alliage de ferro-si- licium et d9aluminium ayant la même composition et 180,6 kilos de chaux
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vive. La cons-ommation des électrodes par usure représente 6,5 kilos. On
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obtient un rendement de métal égal à 94%.
Ce métal contient 0,022% de carboneune trace de silicium0,022% de phosphore,.0,024% de soufre, une trace de manganèse et une trace d'aluminium. Lagent réducteur en excès ' utilisé augmente notablement le rendement sans accroître la quantité d'im- puretés. Si ,l'on procède sur une 'échelle industrielle, le rendement en'mé- tal augmente, tandis que les pertes par fusion diminuent. Il s'agit alors principalement de pertes par dégagement de poussières.
Les quantités de charbon de bois et d'alliage de ferro-sili- cium et d9aluminium employées dans ces exemples sont calculées sur la base des quantités nécessaires suivant les équations suivantes :-
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C + 0 ####### 00 Si + 02 >' Si02 et l'on suppose alors que l'aluminium contenu dans l'alliage de ferro-si- licium et d'aluminium est du silicium.
On utilise ce mode opératoire pour des raisons de commodité pratique étant donné que dans ces exemples la dif- férencè entre les quantités calculées suivant ce procédé et suivant le pro- cédé classique est néligeableo
Les constituants de l'agent réducteur combiné doivent être sen- siblement exempts d9éléments tels que le soufre et le phosphore qui ne sont pas des agents réducteurs de l'oxyde métallique à réduire et dont la pré- sence a, comme on le sait, un effet nuisible au sein du fer, de l'acier et de leurs alliages..
L'expression "carbone sensiblement pur" qui se trou- ve dans le présent texte signifie le carbone sous une forme sensiblement exempte d'éléments tels que le soufre et le phosphore, qui ne constituent pas des agents réducteurs de l'oxyde métallique à réduire et dont on sait que la présence a un effet nuisible dans le fer, l'acier et leurs alliages.
Mais il doit être entendu que le carbone combiné à un autre élément ayant un pouvoir réducteur sur l'oxyde métallique comme le carbure de silicium, le carbure de calcium, etc.. peut également trouver une application ici.
C'est ainsi qu'on peut utiliser un agent réducteur combiné formé de car- bure de silicium et de charbon de boisa
REVENDICATIONS. la- Procédé de fusion d'un minerai formé d'oxyde de qualité supérieure consistant à faire fondre ce minerai en présence d'un fondant et d'un agent réducteur tendant à se combiner au métal de l'oxyde et à pro- duire une masse fondue formée de laitier et du métal de l'oxyde, caracté- risé par le fait que l'agent réducteur est formé essentiellement de car- bone sensiblement pur à l'état finement divisé et d'une matière non car- bonée à l'état finement divisé capable de réduire l'oxyde métallique en métal,
en des proportions relatives telles que la quantité de carbone soit calculée de manière qu'il se combine à environ 45 à 85 % en poids d'un poids donné d'oxygène pour former de l'oxyde de carbone, la quantité de matière étant calculée de manière telle qu'elle se combine à environ 55 à 15% en poids de ce poids donné d'oxygène pour former un oxyde de la matière considérée, et par le fait que l'on produit un métal dans lequel la quantité de carbone et de silicium combinés ne dépasse pas 0,15%, la quantité de carbone ou de silicium seul ne dépassant pas 0,10%.
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PROCESS FOR REDUCING METAL OXIDES IN THEIR METALS
CORRESPONDENTS.
This invention relates to the reduction of metal oxides to their corresponding metals and more particularly relates to the reduction of such oxides by fusion with reducing agents such as carbon, silicon, etc. which tend to combine with the metal. The invention more especially relates to a process for the smelting of iron oxide with a view to the direct production, without subsequent purification, of the reduced metal and thus remains in the reduced metal in the form of impurities. a high quality iron substantially free of impurities such as carbon, silicon, sulfur,
phosphorus or any deleterious component of the reducing agent employed
The main object of the invention is to provide metallurgists with a process for the smelting of high grade iron oxide ore substantially free from harmful impurities and deleterious elements such as sulfur and phosphorus under conditions such as high temperature. Noxious impurities are not introduced into the reduction process and a pure metal is obtained as a product.
It is known that carbon has a high affinity for many metals such as iron, chromium molybdenum, vanadium, tungsten, titanium, etc., Also when high quality iron oxide or iron oxide is melted. such iron oxide based ore using coke as a reducing agent, the resulting metal has a high carbon content. If the initial oxide contains silica, this is also reduced, and a high proportion of silicon is found in the reduced metal to the state of impurity. But the presence of a substantial amount of silicon tends to reduce the carbon content of the resulting metal.
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In U.S. Patent No. 854,018 filed September 23, 1905
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In Beckett's name there is described the production of relatively low carbon and silicon ferroalloys * starting from a material mainly containing chromium oxide and ferrous oxide and reducing it. - sant melt this material with ferro-silicon. According to what is stated in this patent, if a sufficient amount of silicon is employed to effect complete reduction of the oxides of iron and chromium, representative analysis of ferro-chromium shows that the reduced metal contains
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z50% carbon and 0910 silicon.
Moreover this patent indicates (cf. page 2, lines 8 to 12) that if one needs in the alloy a very low
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The silicon content (less than 0.2%) must reduce the amount of reducing agent used, which results in a correlative sacrifice of the amount of metal that is collected.
Another method that has been advocated for the production of relatively low carbon and silicon ferroalloys is that described in U.S. Patent No. 906,854 filed June 19, 1906 to Beckett. This method consists of melting the ore
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based on metal oxide in the presence of a mixture of carboria and si-U-cium9 using silicon carbide as a reducing agent. This patent also indicates (cfo page 29 lines 19 to? 1.) That if one wants to obtain a very low silicon content (less than 05) 2%) in the alloy, it is necessary to envisage a deficiency in agent. reducer, which results in
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resulting in a decrease in the amount of metal collected.
The same method applied especially to the production of vanadium and its alloys is described in US Pat. No. 858,325, filed June 19, 1906, also in the name of Beckett.
That said, the present invention provides a method for
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fusion of the higher quality metal oxides or metal oxide ores in the presence of a novel combined reducing agent suitable for use in considerable excess over that which is theo-
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This is essential for obtaining maximum yield of a metal containing a substantially lower amount of harmful impurities such as carbon and silicon than has previously been possible.
This new process is based on the finding that if charcoal is used in certain proportions in conjunction
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together with an alloy of aluminum and ferro-silicon, it forms a combined or composite reducing agent capable of providing advantageous and surprising results for the reduction and smelting of metal oxides.
This is how if)? We mix and melt a metal oxide ore
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good quality lic with a suitable flux in the presence of a composite reducing agent formed from charcoal and an alloy of aluminum and ferro-silicon in proportions such as charcoal
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calculated to combine with the same weight of oxygen as the combined proportions of aluminum and silicon to form carbon monoxide of lumina and silica, good quality iron or steel is obtained containing negligible amounts of carbon, silicon, aluminum, sulfur and phosphorus,
even if one uses an im-
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containing combined reducing agents over the theoretical amount calculated for complete reduction of iron oxide.
This is a fact which is particularly surprising since it is known that the simple fusion of iron oxide with a reducing agent simply formed of charcoal does not give satisfactory results.
A typical analysis of such an iron or steel product obtained
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using a 20% excess of the combined reducing agent reveals 0022% carbon, a trace of silicon, 09022 phosphorus, 0024 sulfur, a trace of manganese and a trace of aluminum.
The advantages of the present process lie in the direct production, without subsequent purification of an extremely pure metal, with a
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high efficiency. It is also possible to use other forms of substantially pure carbon in place of charcoal., And other suitable materials.
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in reducing the metal oxide to its corresponding metal can be used in place of aluminum and ferro-silicon with comparable results.
The present process involves melting a metal oxide or metal oxide ore (such as good quality iron oxide ore) in the presence of a flux such as lime and a reactive agent. - combined ductor formed of substantially pure and finely divided carbon (such as charcoal) and another finely divided solid reducing agent capable of reducing metal oxide to its corresponding metal to produce a melt containing slag and reduced metal. Carbon and the other reducing agent should be employed in the proportions specified below. However, it is preferable to make a mixture of the oxide. metallic,
flux and reducing agent combined in a suitable electric furnace to produce a melt at a temperature slightly above the melting temperature of the reduced metal and to continuously bring this mixture into a finely divided state over the melt. a controlled flow rate while smearing the molten metal and slag continuously or at suitable time intervals and separating the metal and slag by known means. The composition and the quantity of flux used depend on the quantity and the nature of the impurities which are found in the metal oxide or the metal oxide ore to be reduced and also on the composition. furnace lining as will be understood by technicians.
The combined reducing agent which seems to be the most preferred is a mixture of finely divided charcoal and an alloy, also finely divided, of aluminum and ferro-silicon, in the proportions previously indicated. or so.
Comparable results can be obtained, however, when melting metal oxides, using a combined or composite reducing agent consisting essentially of substantially pure carbon (such as charcoal) and another reducing agent. such as ferro-silicon alloyed with aluminum in relative proportions such that carbon is calculated to combine with about 45-85% by weight of a given weight of oxygen, while the other reducing agent (such as that aluminum alloyed ferro-silicon) is calculated to combine with about 15% to 55% by weight of that given weight of oxygen. Among the other reducing agents which can be used in place of the alloy of ferro-silicon and aluminum, there may be mentioned aluminum,
silicon and ferro-silicon as well as reducing agents such as calcium, magnesium, etc. which have a lower affinity for metals such as iron, chromelium, nickel, molybdenum, tungsten, titanium; , etc ... than carbon, silicon and 1-aluminum.
The combined reducing agent can be employed in a sufficient amount, in excess of the amount theoretically required to achieve complete reduction of the metal oxide to ensure a high yield of satisfactory value of high purity metal. Approximately 20% more than that which is theoretically usually required is sufficient to ensure a high yield of high purity metal. In most cases, however, a significantly larger amount can be employed, in some circumstances up to 40% excess without appreciably increasing the amounts of deleterious elements in the recovered metal.
The minimum amount of the combined reducing agent which can be used without substantially increasing the levels of deleterious elements in the collected metal varies with the relative proportions of the constituents of that combined or composite reducing agent.
The present process lends itself particularly well to the production of high grade iron or steel by direct reduction of a good grade iron oxide or iron oxide ore.
There are many uses in the metallurgical industry for an extremely par iron or steel. For many of these uses a product with
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a total carbon and silicon content of up to 0.20% to be discarded. On the other hand, it is possible by the process provided for by the invention to obtain an extremely pure iron or steel in which the total amounts of carbon and silicon do not total more than 015% by weight and in which, at surplus., the amount of carbon or silicon does not exceed '
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0, the # by weight.
The present process is applicable for melting high metal oxides or metal oxide ores containing a significant or predominant amount of an oxide of a metal other than iron such as chromium, molybdenum, tungsten, vanadium, iron. nickel., cobalt, etc. for the production of a ferrous alloy. If the metal oxide or the reduced ore is of good quality, a metal having a purity comparable to that indicated above can be obtained in this way.
The invention is demonstrated, moreover, by the specific examples which are indicated below.
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EJ # MPLE la-
Good quality magnetite ore is processed here, crushed to a fineness lower than that corresponding to a n 10 sieve mesh. Analysis of this ore reveals 55% iron soluble in an acid, 5% acid. silica and 30% oxygen in the form of iron oxide. The reducing agent used is a mixture of charcoal (ground to a fineness inferior to that corresponding to a mesh of n 1000 sieve con
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holding 95% carbon and ferro-silicon-aluminum alloy (also of lesser fineness than a n100 sieve mesh) containing 65% silicon, 10% aluminum and 25% iron.
The flux used is quicklime (100% CaO).
The material load includes 1000 kilos of magnesium ore
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tite, $ 11 ,. kilos of charcoal 175 kilos of ferro-silicon alloy and aluminum and 170.9 kilos of quicklime. The amount of charcoal used is calculated so that it combines with half the weight of the oxygen combined with the iron in the ore. The amount of alloy
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of ferro-silicon and aluminum employed is calculated to allow it to combine with the other half of the weight of the oxygen combined with the iron in the ore. These various materials are intimately mixed, then this mixture is continuously introduced into an electric arc furnace operating on single-phase current provided with a refractory magnesia lining and two graphite electrodes.
The molten charge of slag and steel is continuously poured into a vessel where a liquid separation of the slag and steel occurs. We sink
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the slag in the form of cake and the steel in the form of ingots.
The steel is treated in the usual way by adding a small amount of silicon, for example ferro-silicon, before pouring the steel into the molds.
Here are the quantities of the two elements which flow out of the oven:
624.37 kilos of steel 5553 kilos of slag
The metal yield is 90% and this metal contains 9.02% carbon, a trace of silicon, 0.025% phosphorus, 0.020% sulfur,
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a trace of manganese and a trace of aluminum.
EXAMPLE 2.-
The procedure is as indicated in Example 1, except that an excess equal to 20% of reducing agent is used without otherwise modifying the products.
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relative portions of charcoal. and packaging of ferrq-silicon and aluminum-uminium. The charge is therefore formed here of 1000 kilos of magnetite ore, 142 kilos of charcoal, 210 kilos of ferro-silicon and aluminum alloy having the same composition and 180.6 kilos of lime.
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lively. The consumption of electrodes by wear represents 6.5 kilos. We
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obtains a metal yield equal to 94%.
This metal contains 0.022% carbon, a trace of silicon, 0.022% phosphorus, 0.024% sulfur, a trace of manganese and a trace of aluminum. The excess reducing agent used significantly increases the yield without increasing the amount of impurities. If this is done on an industrial scale, the metal yield increases, while the melt losses decrease. These are mainly losses by the release of dust.
The quantities of charcoal and ferro-silicon-aluminum alloy used in these examples are calculated on the basis of the quantities required according to the following equations: -
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C + 0 ####### 00 Si + 02> 'Si02 and it is then assumed that the aluminum contained in the alloy of ferro-silicon and aluminum is silicon.
This procedure is used for reasons of practical convenience since in these examples the difference between the amounts calculated according to this method and according to the conventional method is negligible.
The constituents of the combined reducing agent should be substantially free of elements such as sulfur and phosphorus which are not reducing agents for the metal oxide to be reduced and the presence of which, as is known, has an effect. deleterious effect in iron, steel and their alloys.
The term "substantially pure carbon" used herein means carbon in a form substantially free of elements such as sulfur and phosphorus, which are not reducing agents for the metal oxide to be reduced. and whose presence is known to have a deleterious effect in iron, steel and their alloys.
But it should be understood that carbon combined with another element having a reducing power on metal oxide such as silicon carbide, calcium carbide, etc. can also find application here.
Thus one can use a combined reducing agent formed of silicon carbide and charcoal.
CLAIMS. la- A process for smelting a superior grade oxide ore consisting of melting this ore in the presence of a flux and a reducing agent tending to combine with the metal of the oxide and produce a melt formed of slag and the metal of the oxide, characterized in that the reducing agent consists essentially of substantially pure carbon in a finely divided state and an uncarbonized material in the finely divided state. 'finely divided state capable of reducing metal oxide to metal,
in relative proportions such that the amount of carbon is calculated such that it combines with about 45 to 85% by weight of a given weight of oxygen to form carbon monoxide, the amount of material being calculated in such a way that it combines with about 55 to 15% by weight of this given weight of oxygen to form an oxide of the material under consideration, and in that a metal is produced in which the quantity of carbon and of combined silicon does not exceed 0.15%, the amount of carbon or silicon alone not exceeding 0.10%.