BE889593A - Procede de traitement d'alliages - Google Patents

Description

  "Procédé de traitement d'alliages"  La présente invention est relativa à un procédé de traitement de ferro-alliages sous forme de matières en fines particules, qui consistent, pour la plus grande part, en au moins certaines des substances formées par le manganèse, le chrome ou le silicium sous la forme métallique. L'invention se rapporte en particulier à un procédé traitant les fines poudres et les poussières formées durant le broyage traditionnel après coulée des ferroalliages en cause. U::e forme de réalisation de l'invention se

  
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manganèse affiné.

  
Durant la fabrication de ferro-alliages, le produit fini est broyé après coulée en gns morceaux qui conviennent pour une application ultérieure du produit. Durant ce broyage, on obtient une proportion élevée d'une matière en fines particules. Normalement, on rencontre environ 10% de la production totale sous la forme de ces fines particules. Il est difficile de vendre cellesci car elles donnent une mauvaise récupération durant la formation d'alliages et il est difficile pour les usagers de manipuler cette matière de façon efficace. De plus, ces fines poudres ne conviennent pas pour une addition directe, soit dans les haut fourneaux, soit dans les fours électriques à cuve basse en vue d'une refusion. Ces deux procédés exigent un chargement libre d'une matière gros-

  
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fine poudre bloque les fours et donne lieu à des effets de soufflage et d'autres effets indésirables qui nuisent à une opération uniforme. Les ferro-alliages en cause sont de plus sujets à oxy-

  
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en même temps que leur forme de fines particules, rend ces ma-tières difficiles à refendre avec une bonne récupération et une économie raisonnable.

  
Le but de la présente invention est de traiter les "rebuts" fins provenant du broyage des ferro-alliages qui sont constitués, pour la plus grande partie, par du manganèse, du chrome et/ou du silicium sous la forme métallique. Un but de l'invention est aussi de proposer un procédé qui, suivant une forme de réalisation particulière, permet aussi la production de ferro-manganèse affiné.

  
Dans le procédé suivant l'invention, on utilise un réacteur avec des appareillages associés pour l'injection de mélanges de gaz/poudre sur la surface d'une masse fondue se trouvant dans le réacteur, ainsi qu'avec des appareillages pour le chauffage de cette masse fondue par induction électrique. Un réacteur Uddacon (marque déposée), décrit notamment dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3.934.863, s'est avéré approprié. Ce réacteur comporte un inducteur à canal. Toutefois, il est aussi possible d'envisager l'utilisation de réacteurs comportant des inducteurs à creuset ou d'autres chauffages par induction. Dans le procédé suivant l'invention, la matière en fins particules, constituée principalement de manganèse, de chrome et/ou de silicium, est subdivisée en deux fractions.

   La première fraction a des dimensions de particules dépassant une certaine valeur, qui est de préférence comprise entre 1 et 2 mm, tandis que la seconde fraction a des dimensions de particules plus petites. La première fraction dite fraction "grossière" est chargée par le haut dans le réacteur qui contient une masse fondue de départ, celle-ci devant de préférence avoir la même composition chimique ou contenir au  <EMI ID=4.1> 

  
qui doit être produit. La seconde fraction à dimensions extrêmement fines de particules est chargée dans un appareil de pulvérisation

  
de poudre et injectée par un ajutage, de préférence par une tuyère,

  
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ce de la masse fondue. Ceci provoque un mouvement dans le bain, qui est extrêmement favorable pour provoquer le mélange, d'une part, de la matière en fines particules que l'on injecte, et,' d'autre part, de la matière à dimensions de particules un peu plus grosses mais encore fines, que l'on ajoute au bain depuis le haut du réacteur. De la chaleur est fournie au bain par des moyens électriques, via l'inducteur, à une allure telle que la température régnant dans la masse fondue se situe toujours au-dessus de la température de liquidus de la matière.

  
Au lieu d'un gaz inerte, il est également possible d'utiliser de l'air mais, dans ce cas, on rencontre une certaine perte de matière du fait d'une oxydation.

  
Des impuretés se trouvant dans la matière, principalement du calcium et de l'aluminium, peuvent être séparées par une édition appropriée d'oxygène et d'agents formateurs de laitiers. Les agents formateurs de laitiers et l'oxygène sont de préférence ajoutés par injection dans le présent cas. L'oxygène peut être de l'oxygène gazeux mais il peut s'agir aussi d'un oxyde, de préférence un oxyde d'un métal existant dans l'alliage que l'on doit produira

  
Pour empêcher une oxydation de la matière, provoquée

  
par l'oxygène de l'air qui est aspiré dans le réacteur pour réagir avec les métaux de l'alliage, un gaz inerte peut être injecté,  <EMI ID=6.1> 

  
être obtenu en utilisant de l'argon et/ou de l'azote comme gaz porteurs durant l'injection.

  
Durant la fabrication d'un ferro-manganèse àffiné, la température de la masse fondue produite de la manière décrite cidessus est augmentée jusqu'à une température d'affinage appropriée, c'est-à-dire une température qui se situe normalement entre 1500

  
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se dans un gaz porteur, en dessous de la surface du bain, de sorte que, si la masse fondue produite initialement consiste en une masse fondue de ferro-manganèse carburé, cette masse est affinée pour avoir une teneur plus basse en carbone. Dans ce cas, l'oxyde de

  
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une quantité considérable de manganèse s'échappe en fumées et brûle en oxyde de manganèse avec l'oxygène atmosphérique au-dessus de l'appareil de conversion. La poussière formée de cette manière consiste principalement en Mn304. La poussière est d'une dimen-

  
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filtre avant d'être injectée en même temps qu'un gaz diluant qui est de préférence de l'oxygène gazeux. On peut aussi ajouter de l'oxygène gazeux extérieur. Une certaine quantité de manganèse est convertie en laitier durant l'affinage et ce laitier peut être

  
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tion jusqu'au degré permis par la gamme d'analyse du produit. L'agent de réduction devrait de préférence être ajouté sous la forme d'une poudre, de préférence sous forme d'une fraction fine peu coûteuse, tout en étant simultanément agité par un gaz ou un  <EMI ID=12.1> 

  
la plus grande partie de la teneur en silicium. A cette fin, on injecte de l'oxyde de manganèse sous la forme de MnO, pouvant comprendre du Mn304 pré-réduit. Dans ce cas, on utilise de l'argon comme gaz porteur.

  
L'invention sera décrite plus complètement encore ciaprès avec référence aux dessins annexés.

  
La Figure 1 représente schématiquement une.installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. La Figure 2 est un diagramme illustrant la refusion de ferro-silicium manganèse, FeSiMn, suivant l'invention. La Figure 3 est un diagramme illustrant la fabrication de ferro-manganèse affiné suivant l'invention. La Figure 4 est un diagramme illustrant la refusion de ferro-manganèse carburé suivant l'invention.

  
Durant les essais, on a utilisé une installation pilote comprenant un réacteur Uddacon pouvant traiter jusqu'à 8 tonnes de masse fondue. Ce réacteur comportait un inducteur à canal de
1200 kW. En outre, ce réacteur était équipé d'une tuyère d'injection par laquelle la &#65533;atière. fluidisée dans un gaz porteur depuis un système de pulvérisation de poudre, peut être alimentée à la masse fondue métallique se trouvant dans le réacteur. De la sorte, de la chaleur peut être fournie directement à une zone extérieure à la tuyère de sorte que l'on peut atteindre les conditions optimales de réaction. 

  
La Figure 1 donne une illustration schématique de l'ins- <EMI ID=13.1> 

  
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 <EMI ID=15.1> 

  
Un dispositif de pulvérisation de poudre est désigné par 4, un conduit d'alimentation pour une suspension de gaz/poudre depuis ce dispositif 4 est désigné par 5, et une goulotte pour la fraction grossière est désignée par 6. La matière fondue est désignée par

  
7. Pour disposer d'une description plus complète de la construc-

  
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vet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3.934.863.

  
Durant les essais, on utilise la "matière de rebut" provenant du broyage de ferro-silicium manganèse et de ferro-manganèse

  
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provenant de la combustion de manganèse réalisée en liaison avec l'affinage de ferro-manganèse carburé en ferro-manganèse affiné. La composition chimique des produits en cause est présentée par le Tableau 1 suivant.

  
TABLEAU 1
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 La répartition des dimensions de particules du fcrrosilicium manganèse et du ferro-manganèse carburé est présentée par le Tableau II suivant.- La poussière d'oxyde de manganèse avait une dimension de particules de l'ordre de 50 microns.

TABLEAU II

  

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 <EMI ID=20.1> 

  
Le but de cette expérience a été principalement d'étudier la récupération de la matière chargée. Une masse fondue de dé-

  
part, formée de fonte ayant la composition suivante en % en poids:

  
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fer et des impuretés, est chargée dans le réacteur. Cette masse fondue a été marquée avec 25 kg de nickel électrolytique de sorte que les changements dans le poids de la masse fondue pouvaient être surveillés au fur et à mesure de la progression de l'expérience.

  
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ajoutée par la goulotte par le haut du convertisseur, est d'abord amorcée tandis que la tuyère est bouchée, ce qui signifie que la masse fondue n'est agitée que par l'action de pompage de l'inducteur. Cette action est relativement puissante aux débits élevés et diminue avec une réduction du débit. Comme la matière ajoutée s'étale sur la totalité de la surface du bain et donne rapidement lieu à des accrochages et à des couronnements, il n'a pas été possible d'utiliser le débit complet de l'inducteur en raison d'une  température excessive dans la masse fondue. Durant cette période

  
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Après fusion de la fraction grossière, le système de pulvérisation de poudre est chargé d'une matière tamisée ayant

  
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fluidisable en soi mais la conception de la tuyère ne convenait pas pour des dimensions de particules allant jusqu' à 2 mm. De ce fait, on rencontrait des blocages constants de la tuyère de sorte que l'on a vidé le dispositif de pulvérisation et que l'on a tamisé une matière jusqu'à des dimensions inférieures à 1 mm. Par la suite, l'injection pouvait être réalisée sans problèmes. L'air comme gaz porteur a été remplacé par de 1 'argon après la première série d'injections.

  
Des changements dans les teneurs de Mn et de Si durant l'essai ont été mis en graphique sur la Figure 2. La courbe pour le Mn montre la tendance attendue de la réduction de la "dérivée" au fur et à mesure de l'augmentation du poids de la masse fondue, la même chose s'appliquant au Si. L'expérience est arrêtée après la coulée de 3070 kg. Un résumé des données pour cette expérience I est présenté par le Tableau suivant. 

  
1 

  

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Expérience II - Refusion de FeSiMn comme dans l'expérien-ce I et production de FeMn affiné

  
Le but de cette expérience est d'abord d'étudier la récupération de la matière ajoutée et d'étudier aussi la réaction redox durant la production de FeMn affiné. De façon plus particulière, l'expérience envisageait l'étude des possibilités de production de FeMn d'une teneur moyenne en carbone, de qualité du type affiné. La quantité résiduelle provenant de l'expérience I

  
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part de masse fondue. L'expérience a été ensuite amorcée en injectant 250 kg d'une fraction fine de FeSiMn ( dimension de particules inférieure à 1 mm), après quoi on a ajouté par le haut dans le réacteur une fraction grossière (plus de 2 mm) de FeSiMn. Après addition d'une petite quantité tandis que la tuyère est bouchée et que le bain est stationnaire, le même problème étant ren-contré que durant l'essai précédent, la tuyère est alors ouverte et la fraction grossière restante est ajoutée depuis le haut de l'appareil de conversion, tout en injectant simultanément la fraction fine en suspension dans de l'argon. Il en résulte qu'une fusion se développe de façon uniforme et peut être exécutée rapidement avec un plein débit dé puissance pour l'inducteur.

  
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due avait la composition chimique suivante (% en poids) avant qu'une oxydation de Si se produise: 53,8 Mn, 13,65 Si, 2,06 C,

  
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L'oxydation du Si et la réduction du Mn (échantillons
13-29) ont été réalisées en injectant une poussière d'oxyde de man-

  
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chaux.

  
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dans la teneur de Mn et de Si dans la masse fondue, de la teneur de MnO dans le laitier et de la quantité de matière chargée et injectée durant l'essai. L'oxydation du silicium est une fonction linéaire de la quantité d'oxygène alimentée jusqu'à environ 2%

  
de Si, ce qui signifie qu'une proportion constante de l'oxygène réagit avec le Si en dessous de cette valeur. Ceci est confirmé

  
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assez constante entre 15-18[deg.] pour des teneurs de Si supérieures à 2%. Au fur et à mesure que l'oxydation de Si se développe à partir d'environ 2%, on utilise une proportion croissante d'oxygène pour l'oxydation de Mn. Le stade final allant de 0,32% à 0,11% de Si indique une augmentation considérable dans la teneur de MnO, allant de 22 à 57%, mais cette dernière valeur est incertaine. 

  
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par le Tableau IV.

TABLEAU IV

  

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Poids de départ de FeSiMn: 3107 - 3549 kg (calculé au départ de l'analyse de Ni).

  
Quantité de FeSiMn ajoutée, fraction grossière au-dessus de 1 mm : 1800 kg.

  
Quantité de FeSiMn injectée, en dessous de 1 mm: 255 kg.

  
Quantité de Mn304 injectée: 2487 kg (voir également le Tableau I).

  
Poids de matière fondue après oxydation de Si: 4788 -
5590 kg (calculé au départ de l'analyse de Ni).

  
Après l'oxydation du silicium, il est également possible de réaliser une réduction du laitier par addition du FeSiMn, à la suite de quoi la teneur de Si augmente dans la masse fondue et la teneur de MnO du laitier est graduellement réduite. Toutefois,les résultats issus de ces essais, à savoir les échantillons
30-37, ne sont pas rapportés ici.

  
Essai III - Refusinn de FeMn - carburé

  
La quantité résiduaire issue de l'Expérience II, durant

  
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a été à nouveau marquée au nickel de manière à vérifier la quantité de masse fondue de départ. Durant cet essai, la quantité de départ était extrêmement faible et n'atteignait pas le niveau de la tuyère. ce qui rendait: difficile la fusion au départ. On devait

  
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mation excessive d'accrochages et de couronnements. Après l'opération de fusion, la masse fondue a atteint la tuyère et une fusion continue pouvait ensuite être réalisée tout en injectant simultanément la fine fraction inférieure à 1 mm, par la tuyère, et en chargeant la fraction grossière supérieure à 1 mm par le haut de l'appareil de conversion. Ce procédé de fusion s'effectuait de façon extrêmement uniforme. En injectant de la matière durant la totalité de l'opération de fusion, on a obtenu un dessin d'agitation extrêmement fin dans l'appareil de conversion et toute la matière ajoutée a été dissoute rapidement et complètement.

  
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sont présentées par la diagramme de la Figure 4, en même temps que la quantité accumulée de FeMn-carbaré ajoutée.

  
Un résumé des données pour l'Expérience III est présenté par le Tableau V.

TABLEAU V

  

 <EMI ID=38.1> 


  
Poids de départ: 1585 - 1732 kg (calculé au départ de l'analyse de Ni).

  
Quantité de FeMn (c) que l'on ajoute, fraction grossière
(supérieure à 1 mm): 3485 kg.

  
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Quantité de FeMn (c) coulée: 2700 kg.

Claims (7)

<EMI ID=40.1> Les essais réalisés ont montré qu'il est possible, dans un réacteur du type Uddacon.de traiter une matière du type produit <EMI ID=41.1> sés avec différents procédés de fusion de la matière dans le réacteur. Ces essais ont montré que le procédé le plus avantageux consiste à ajouter la fraction la plus grossière (au-dessus de 1 à 2 mm) par le haut dans le réacteur, tout en injectant en même temps la fraction plus fine à travers une tuyère sur la surface de la masse fondue. La fusion dans un bain stationnaire sans agitation d'injection est inefficace, tandis qu'une fusion par une simple <EMI ID=42.1> ponible. Toutefois, en principe, il devrait être praticable d'injecter autant de matière que possible dans la masse fondue. La limite pratique est imposée par la capacité du système de pulvérisation de poudre à fluidiser la matière, également par la conception de la tuyère. Durant les expériences réalisés, cette limite pratique a été localisée aux environs de 1 mm. Avec une construction différente de tuyère, on peut toutefois espérer que la limite supérieure pratique pour la matière injectable se situe <EMI ID=43.1> <EMI ID=44.1>

1. Procédé de fabrication de ferro-alliages en fines particules, consistant principalement en au moins certaines des matières constituées par le manganèse, le chrome ou le silicium,

<EMI ID=45.1>

et/ou le silicium est fractionnée en une fraction initiale ayant des dimensions de particules dépassant une certaine valeur,se situant

<EMI ID=46.1> <EMI ID=47.1>

dans un réacteur chauffé par induction électrique, contenant une masse fondue de départ qui devrait avoir à peu près la même composition chimique ou contenir au moins essentiellement les mêmes éléments d'alliage que l'alliage que l'on doit traiter, d'une part la fraction initiale susdite de l'alliage est ajoutée par le

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injectée à l'intervention d'un gaz porteur à travers un ajutage se situant en dessous de la surface de la masse fondue, et de telle sorte aussi que les deux fractions ajoutées de matière soient fondues par alimentation d'une chaleur à la masse fondue par l'inducteur susdit.

2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un gaz porteur inerte sous la forme d'azote et/ou d' argon.

3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en

ce que les alliages en fines particules consistent en ferro-silicium manganèse ou en ferro-manganèse-carburé.

4. Procédé suivant la revendication 3 pour la production de ferro-manganèse affiné, caractérisé en ce que, après fusion

<EMI ID=49.1>

l'oxyde de manganèse en fines particules est injecté par l'ajutage susdit en dessous de la surface de la masse fondue.

5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'oxyde de manganèse susdit, durant l'affinage d'une masse

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manganèse affiné consiste essentiellement en Mn304 obtenu au départ de la combustion de manganèse durant l'affinage du ferro-manganèse-carbure en f erro-manganèse aff iné.

6. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'oxyde de manganèse susdit, durant l'affinage d'une masse fondue de ferro-silicium manganèse en ferro-manganèse affiné, consiste essentiellement en MnO.

7. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en

<EMI ID=51.1>

préférence sous forme d'un gaz porteur pour l'oxyde de manganèse.

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crit ci-dessus, notamment dans les Exemples donnés.