Procédé de décarburation de ferrochrome riche en carbone. Le ferrochrome est un alliage de fer et de chrome dont la teneur en chrome est comprise d'ordinaire entre 60 et 750/0, maïs peut, dans certains cas, ne pas dépasser 50% ou attein- dre 99%. Cet alliage peut aussi contenir du silicium en proportion atteignant 2511/o.
Pour préparer certains alliages de fer con tenant du chrome, il est extrêmement avanta geux d'employer du ferrochrome à très faible teneur en carbone. On peut obtenir du ferro- chrome à faible teneur en carbone par réduc tion de minerai par le silicium. Les matières premières consistent principalement. en mine rai de chrome, en silicium ou en alliage de silicium et. fondants. La préparation s'effec tue à l'état fondu, généralement dans un four électrique à arc découvert.
La réduction du minerai de chrome s'effectue conformément à l'équation suivante: Fe0Cr203 + 2 Si - 2 Cr + Fe + 2 SiO2 Un autre procédé connu consiste à prépa rer le ferrochrome à faible teneur en carbone par décarburation du ferrochrome à forte teneur en carbone en présence d'un oxydant, ces deux produits étant à l'état solide. Parmi les oxydants qui peuvent servir à cette opé ration, on peut citer les oxydes métalliques tels que les oxydes de chrome, de fer et de manganèse, ou les sels oxygénés tels que les carbonates.
Pour effectuer la décarburation, on commence par broyer à l'état de très fine division, c'est-à-dire en particules d'une gros seur de préférence inférieure à 30 microns,- le ferrochrome riche en carbone et l'agent oxy dant choisi en proportions suffisantes pour réaliser la décarburation voulue, puis on les mélange intimement. Une fois le mélange effectué, on forme avec le produit broyé des granules, de façon à amener en contact les particules réagissant entre elles et à ménager également les interstices nécessaires à l'échap pement des gaz de la réaction.
Il est avantageux d'effectuer à grande vi tesse et dans le vide la réaction de décarbu- rat.ion du ferro-chrome riche en carbone, de façon à abréger le temps total pendant lequel la charge doit rester dans le four. Cette con dition peut être réalisée en augmentant la température de traitement. Cependant, cette température est limitée par la température du commencement de fusion du ferrochrome riche en carbone dans les granules. La tempé rature initiale-du four étant supérieure à la température du commencement de fusion, il en résulte une fusion partielle de la charge q111 provoque la fin prématurée de la réaction en obturant les interstices des granules et en empêchant les gaz dégagés par la réaction de s'échapper.
A titre d'exemple de ce fait, on a constaté que si on chauffe des granules se composant de ferrochrome riche en carbone contenant environ 70% de chrome et 40/0 ou davantage de carbone en mélange avec un oxydant appro prié à une température supérieure à la tempé rature du solidus du ferrochrome riche en carbone, mais inférieure à l300 C, le ferro- chrome riche en carbone commence à fondre.
Ce commencement de fusion est encore plus accentué lorsque la teneur en carbone du ferrochrome riche en carbone diminue et atteint la valeur qui correspond à la compo sition eutectique de l'alliage, qui est d'envi ron 2,7b/o de carbone. Il résulte de cette fusion qu'une pellicule se forme sur les gra nules et empêche la décarburation de conti nuer à. l'intérieur. L'intérieur des granules ayant subi ce traitement apparaît sous forme de mélange n'ayant pas réagi analogue à de la pierre. Pour remédier à cet inconvénient, on peut décarburer les granules à une tempé rature inférieure à 1265 C, mais à cette tem pérature plus basse, la durée du traitement de décarburation se prolonge d'une manière excessive.
La présente invention permet d'effectuer la décarburation en phase solide du ferro- chrome riche en carbone à une température initiale plus élevée et à une vitesse de réac tion plus grande que jusqu'à présent, sans qu'il en résulte de conséquence nuisible.
Elle permet en outre d'éviter un broyage à l'état de fine division du ferrochrome riche en carbone avant de le décarburer.
Le procédé selon l'invention pour la dé- carburation du ferrochrome riche en carbone est caractérisé en ce que l'on broie ce ferro- chrome riche en carbone, on oxyde partielle ment le ferrochrome riche en carbone broyé, de faon à obtenir un rapport moyen entre l'oxygène et le carbone supérieur à 1,3 en poids et à former une couche réfractaire sur les particules, puis on chauffe le ferrochrome riche en carbone partiellement, oxydé sous une pression inférieure à la pression atmosphéri que et à une température inférieure -à la tem pérature de fusion de cette couche réfractaire pendant un temps suffisant pour provoquer la décarburation.
La couche réfractaire sert à fournir l'oxy gène qui doit réagir avec le carbone à. l'inté rieur des particules et permet, également., en raison, de son point de fusion élevé, de chauf fer les particules à une température supé rieure au point de fusion du noyau pendant la réaction de décarburation sans fusion superficielle des particules. En chauffant. le produit ainsi préparé, dans le vide, à la. tem pérature plus élevée voulue, on réalise la dé- carburation à une vitesse impossible à, attein dre jusqu'à présent dans la pratique.
On forme de préférence avec le produit des gra nules avant le traitement de décarburation. On peut utiliser à cet effet un liant, tel que le glucose et la mélasse.
Les essais comparatifs suivants font appa raître l'avantage du procédé suivant l'inven tion, qui empêche la formation d'une pellicule fondue sur les granules au cours de la décar- buration rapide à haute température, par rap port aux procédés suivant lesquels le ferro- chrome riche en carbone broyé et l'oxydant sont. à l'état de particules séparées dans cha que granule.
Pour préparer les granules, on fait. subir à du ferrochrome broyé riche en carbone con- tenant 4,47% de carbone un traitement de séparation par l'eau de faon à éliminer la poudre extrêmement fine.
La séparation par grosseurs du reste du produit donne les résul tats suivants: 5,0% sont. retenus par un tamis à mailles de 0,147 mm 13,6% sont. retenus par un tamis à mailles de 0,
104 mm 13,6 % sont retenus par un tamis à mailles de 0,074 mm 52,5% sont retenus par un tamis à mailles de 0,
043 mm 15,0% passent à travers un tamis à mailles de 0,043 mm On chauffe ce produit à 1100 C pendant une heure.
On constate par l'analyse qu'il contient 3,92% de carbone et 6,62% d'oxy- gène. On prépare des granules N 1 à partir de ce produit avec un liant au glucose. On prépare des granules N 2 avec un mé lange de ferrochrome à l'état de fine divi sion oxydé et de ferrochrome riche en car bone. On a. obtenu avec ce même mélange, au cours d'essais antérieurs pendant lesquels la température de décarburation a été d'en viron l.300 C et la durée de traitement d'en viron 20 heures, une teneur finale en carbone de 0,02 %.
Au cours de l'essai comparatif, on a chauffé simultanément les granules N 1 et les granules N 2 dans le vide, en partant d'une température initiale de 20 C pour atteindre 1400 C en 23@ heures, puis on a maintenu cette température de 1400 C pen dant 5 heures. En examinant. les granules après l'essai, on a constaté que les granules N 2 s'étaient recouverts d'une pellicule et, en les cassant, qu'ils avaient fondu an centre, tandis que les granules N 1. ne s'étaient. pas recouverts de pellicule ni n'avaient. fondu.
La teneur en carbone des granules N 2 était de 0,15% après l'essai, ce qui indiquait. que la décarburation était incomplète. Au contraire, les granules N 1, constituant un produit. obtenu comformément à l'invention, ne conte naient que 0,02% de carbone.
En réglant avec précision l'oxydation superficielle du ferrochrome riche en carbone en ce qui concerne la durée et la température, il est possible d'obtenir un rapport moyen convenable entre l'oxygène et le carbone qui permet de réaliser une décarburation sensible ment complète sans autre addition d'agent oxydant. Mais un mode de faire plus simple consiste à mélanger deux ou plusieurs charges de ferrochrome riche en carbone partielle ment oxydé, de façon à obtenir un mélange contenant le rapport voulu entre l'oxygène et le carbone et à préparer les granules à dé- carburer à partir de ce mélange.
Il n'est, pas nécessaire, dans le procédé suivant l'invention, que la grosseur moyenne des particules soit d'environ 30 microns et on a obtenu des résultats complètement satisfai sants avec des granules d'un diamètre cinq fois plus grand.
Carbon-rich ferrochrome decarburization process. Ferrochrome is an alloy of iron and chromium which usually has a chromium content of between 60 and 750%, corn may in some cases not exceed 50% or reach 99%. This alloy can also contain silicon in a proportion reaching 2511 / o.
In order to prepare certain iron alloys containing chromium, it is extremely advantageous to use very low carbon ferrochromic. Low carbon ferro-chromium can be obtained by reduction of ore with silicon. The raw materials consist mainly. in lead strip of chromium, in silicon or in silicon alloy and. fondants. The preparation is carried out in the molten state, generally in an electric open arc furnace.
The reduction of chromium ore is carried out in accordance with the following equation: Fe0Cr203 + 2 Si - 2 Cr + Fe + 2 SiO2 Another known process consists in preparing the low carbon ferrochrome by decarburizing the high content ferrochrome. in carbon in the presence of an oxidant, these two products being in the solid state. Among the oxidants which can be used for this operation, mention may be made of metal oxides such as chromium, iron and manganese oxides, or oxygenated salts such as carbonates.
To carry out the decarburization, one begins by grinding in the state of very fine division, that is to say in particles of a size preferably less than 30 microns, - the ferrochrome rich in carbon and the oxidizing agent dant chosen in sufficient proportions to achieve the desired decarburization, then they are thoroughly mixed. Once the mixing has been carried out, granules are formed with the ground product, so as to bring the reacting particles into contact with one another and also to provide the interstices necessary for the escape of the reaction gases.
It is advantageous to carry out the decarburization reaction of the carbon-rich ferro-chromium at high speed and in a vacuum, so as to shorten the total time during which the charge must remain in the furnace. This condition can be achieved by increasing the processing temperature. However, this temperature is limited by the temperature of the onset of melting of the carbon-rich ferrochrome in the granules. The initial temperature of the furnace being higher than the temperature of the beginning of melting, the result is a partial melting of the charge q111 causes the premature end of the reaction by sealing the interstices of the granules and preventing the gases given off by the reaction of escape.
As an example of this, it has been found that if granules consisting of carbon-rich ferrochromic containing about 70% chromium and 40/0 or more carbon are heated in admixture with a suitable oxidant to a higher temperature At the temperature of the solidus of the carbon-rich ferrochrome, but less than 1300 C, the carbon-rich ferro-chromium begins to melt.
This onset of melting is even more accentuated when the carbon content of the carbon-rich ferrochrome decreases and reaches the value which corresponds to the eutectic composition of the alloy, which is approximately 2.7b / o of carbon. As a result of this fusion, a film forms on the granules and prevents decarburization from continuing. inside. The interior of the granules which have undergone this treatment appears as an unreacted stone-like mixture. To remedy this drawback, the granules can be decarburized at a temperature below 1265 ° C., but at this lower temperature, the duration of the decarburization treatment is excessively prolonged.
The present invention enables the solid phase decarburization of carbon-rich ferro-chromium to be carried out at a higher initial temperature and at a faster reaction rate than heretofore, without any adverse consequences.
It also makes it possible to avoid grinding to the state of fine division of the carbon-rich ferrochrome before decarburizing it.
The process according to the invention for the de-carburization of carbon-rich ferrochrome is characterized in that this carbon-rich ferro-chromium is ground, the ground carbon-rich ferrochrome is partially oxidized, so as to obtain a ratio medium between oxygen and carbon greater than 1.3 by weight and to form a refractory layer on the particles, then the partially oxidized carbon-rich ferrochrome is heated under a pressure below atmospheric pressure and at a lower temperature at the melting temperature of this refractory layer for a time sufficient to cause decarburization.
The refractory layer serves to supply oxygen which is to react with carbon to. the interior of the particles and also allows, due to its high melting point, the particles to be heated to a temperature above the melting point of the core during the decarburization reaction without surface melting of the particles. By heating. the product thus prepared, in a vacuum, at the. The higher temperature desired, the de-carburization is carried out at a rate which has hitherto been impossible to achieve in practice.
Granules are preferably formed with the product before the decarburization treatment. A binder, such as glucose and molasses, can be used for this purpose.
The following comparative tests show the advantage of the process according to the invention, which prevents the formation of a molten film on the granules during rapid decarburization at high temperature, over those processes whereby the Crushed carbon-rich ferro- chromium and oxidant are. as separate particles in each granule.
To prepare the granules, we do. undergo a separation treatment with water, in order to remove the extremely fine powder, with ground ferrochrome rich in carbon containing 4.47% carbon.
Separation by size of the remainder of the product gave the following results: 5.0% are. retained by a sieve with a mesh of 0.147 mm 13.6% are. retained by a 0 mesh sieve,
104 mm 13.6% are retained by a sieve with a 0.074 mm mesh 52.5% are retained by a sieve with a 0 mesh,
043 mm 15.0% pass through a sieve with a 0.043 mm mesh. This product is heated to 1100 C for one hour.
It was found by analysis that it contained 3.92% carbon and 6.62% oxygen. N 1 granules are prepared from this product with a glucose binder. N 2 granules are prepared with a mixture of ferrochrome in the state of oxidized fine division and of ferrochrome rich in carbon. We have. obtained with this same mixture, during previous tests during which the decarburization temperature was about l.300 C and the treatment time of about 20 hours, a final carbon content of 0.02% .
During the comparative test, the N 1 granules and the N 2 granules were simultaneously heated in vacuum, starting from an initial temperature of 20 C to reach 1400 C in 23 hours, then this temperature was maintained. 1400 C for 5 hours. By examining. the granules after the test, it was found that the N 2 granules were covered with a film and, by breaking them, that they had melted in the center, while the N 1 granules were not. not covered with film nor had. molten.
The carbon content of the N 2 granules was 0.15% after the test, which indicated. that the decarburization was incomplete. On the contrary, the granules N 1, constituting a product. obtained according to the invention, contained only 0.02% carbon.
By fine-tuning the surface oxidation of the carbon-rich ferrochrome with respect to time and temperature, it is possible to obtain a suitable average ratio of oxygen to carbon which allows substantially complete decarburization to be achieved without further addition of oxidizing agent. But a simpler method consists in mixing two or more feeds of ferrochrome rich in partially oxidized carbon, so as to obtain a mixture containing the desired ratio between oxygen and carbon and to prepare the granules to be burnt off. from this mixture.
It is not necessary, in the process according to the invention, for the average particle size to be about 30 microns and completely satisfactory results have been obtained with granules of a diameter five times as large.