Brevet FR2050190A1 — publié le 19710402

3a presellte invention concerne des améliorations à la fabrication d'un ferrocanganèse à faible teneur en carbone convenant particulièrement bien pour l'addition du manganèse à un bain d'acier fondu. Il est usuel d'obtenir des aciers alliés en introduisant dans un bain de fer fondu des ferroalliages ou silicoalliages contenant le ou les éléments à allier ; il est évident que l'on introduit aussi le ou les éléments qui y sont également présents. Si l'on veut obtenir un acier allié contenant du manganèse et dont les teneurs en carbone et simultanément en silicium sont très basses, on est dans l'obligation d'apporter le manganèse métallique nécessaire après l'achèvement des diverses réactions métallurgiques que comporte la nuance de l'acier à fabriquer. Il faut que l'addition de manganèse se fasse avec un bon rendement du fait de son prir et avec un rendement relativement constant en vue de l'obtention d'une qualité d'acier homogène. L'addition de manganèse métallique dans un bain d'acier en cours d'orydation entrainerait des pertes de manganèse importantes et des teneurs irrégulières. Pour cette raison, on ne peut utiliser les silicomanganèse lorsque les nuances d'acier à fabriquer doivent avoir une très basse teneur en Si. On ne peut pas non plus employer les ferromanganèse traditionnels du fait de leur teneur beaucoup trop élevée en carbone. On est donc conduit à utiliser pour ces pro dictions d'acier des alliages à très basses teneurs en silicium et en carbone. Les ferromanganèse à bas carbone résultent d'une désiliciation des silicomanganèse par action de minerais de manganèse en présence de chaux. I1 est connu que les silicomanganèse usuellement obtenus ont une teneur en carbone qui évolue en sens inverse de leur teneur en silicium.Ainsi un silicomanganèse de teneur en silicium comprise entre 20 et 25 ffi a une teneur en carbone comprise entre 0,50 et 1 %, alors qu'il faut une teneur en silicium comprise entre 27 et 30 , pour obtenir un silicomanganèse de teneur en carbone comprise entre 0,100 et 0,250 5t'. I1 en résulte que l'obtention d'un ferromanganèse à très basse teneur en carbone suppose l'emploi d'un silicomanganèse à teneur élevée en silicium et conduit à employer une quantité importante de chaux, donc à obtenir une quantité de laitier importante, cette teneur et ces quantités étant d'autant plus élevées que la teneur en carbone désirée dans le ferromanganèse est plus basse. l.e procédé selon la présente invention représente une voie économique pour obtenir des ferromanganèse affinés à basse teneur en carbone. I1 est basé sur diverses réactions connues en elles-mêmes, qu'il groupe et utilise d'une façon nouvelle pour obtenir les améliorations cherchées. En permettant une diminution de la quantité de silicomanganèse nécessaire pour assurer la production d'une quantité de manganèse à l'état de ferronarganèse, il permet une diminution de la quantité de chaux nécessaire pour transfozzer en laitier la silice formée par l'action de siliconanganèse sur le minerai. Selon le procédé de l'invention, on fait progresser dans un four à flamme un mélange du minerai de manganèse, de calcaire et d'un réducteur carboné solide à contre-courant d'un courant gazeux chaud réducteur, l'air de combustion du combustible gazeux contenu dans ce courant étant introduit le long de son trajet, de façon telle que ce courant soit initialement très chaud, et fortement réducteur, puis reste légèrement réducteur tout en diminuant de température au cor tact du contre-courant de minerai qu'il réciiauffe ; le produit sortant en continu du four est introduit dans un réservoir étanche dont il est extrait par fractions, chacune de. ces fractions étant introduite avec une fraction correspondante de silicomanganèse dans un four de fusion d'où l'on extrait une couche supérieure de laitier fondu et d'une couche inférieure de ferromanganèse fondu. Le procédé de l'invention sera mieux compris si l'on considère que le minerai et le calcaire parcourent ainsi en premier lieu une zone de four à température croissante dans laquelle les oxydes. supérieurs de manganèse et de fer contenus dans le minerai se décomposent, vers 600-700 C sous l'action de la température, en oxydes du type M2u3, MO (formule dans laquelle K représente un cation mé- tallique divalent), puis une zone à température plus élevée, de l'ordre de 1.000 à 1.200 C, dans laquelle les oxydes précédemment formés sont réduits à l'état de monoxydes du type MO, principalement sous l'action du réducteur carboné solide.La quantité de réducteur carboné mélange au minerai correspond ainsi à celle qui est juste nécessaire pour faire passer les oxydes du type MO, M203 à l'état d'oxydes MO. Ce réducteur peut être présent dans le mélange dès l'introduction de celui-ci dans le four, ou il peut lui être ajouté au cours de son trajet dans le four, par exemple lorsque le mélange atteint la zone à température élevée. Comme réducteur carboné solide on peut avantageusement utiliser du poussier de coke. I1 est à remarquer aussi que, pendant le trajet du mélange dans le four, le calcaire se trouve décomposé avec formation de chaux sous l'effet de la te:npérature atteinte. Il résulte de ces réactions que le mélange solide sortant du four est composé de chaux CaO et de grains dans lesquels le manganèse et le fer se trouvent pratiquement à l'état de Mno et i?eO ; en particulier il ne contient pratiquement plus de carbone, et la quantité d'oxygène contenue sous forme d'oxydes réductibles est fortement diminuée par rapport à celle que contenait le minerai initiai. Ce mélange, rassemblé dans un récipient étanche et provisoirement conservé dans ce récipient sans perte de chaleur, est ensuite introduit par fractions dans un four de fusion où il réagit avec une quantité correspondante de silicomanganèse selon un processus connu en lui-même. Mais il y a lieu de remarquer que la quantité de silicomanganèse nécessaire pour la réduction des oxydes contenus est faible par rapport à celle qui aurait été nécessaire pour une réduction directe du minerai par du silicomanganèse. Cette caractéristique a des conséquences favorables. En particulier la quantité de chaux nécessaire pour la formation d'un laitier fusible à partir de la silice résultant de la réduction des oxydes est diminuée dans la même proportion. Il s'ensuit une diminution des besoins en calories et un meilleur épuisement du minerai.La quantité de chaux introduite dans le mélange initial sous forme de calcaire est déterminée en considérant l'équation globalle et non pas d après l'équation globale I1 apparut clairement que le procédé de l'invention permet une diminution de la consommation de chaux par unité de métal réduit et les économies d'énergie qui en résultent. I1 vient d'être expliqué que, dans le procédé selon l'invention, la réduction à l'état de monoxydes dans la zone à température élevée du four à flamme se fait principalement sous l'action du carbone mélangé au minerai. La limitation de l'air introduit dans cette zone a pour résultat que son atmosphère est réductrice ; les gaz ainsi en contact avec le produit ne -genent pas sa réduction par le carbone solide qui lui est mélargé ; ils peuvent aussi participer à la réduction cherchée ; mais la litaitation de l'air a surtout pour effet, en diminuant le volume de gaz à chauffer dès leur introduction dans le four, de faciliter l'obtention de la température élevée cherchée dans cette zone. De son côté, l'introduction progressive de l'air qui azure la combustion pratiquement totale de l'agent de chauf- fagne peu et de maintenir l'atmosphère de. dif@erentes réions du four l'Ctat rc ducteur désiré pour chacune d'elles et, en même temps, de régler à la valeur dési rée la température de chacune de ces zones, I1 st en général de peu d'importance que le laitier ou scorie produit dans le four de réduction finale ne soit pas totalement épuisé en manganèseS car il peut avantageusement être utilisé pour la production du silicomanganèse employé comme réducteur final selon le procédé de l'invention. La figure 1 représente schématiquement en coupe les éléments essentiels d'un appareillage pen:iettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Dans cette figure, 1 désigne un four tournant constituant à titre d'exemple le four à flamme ; 2 désigne un réservoir étanche lié d'une façon etanche au four 1 par l'intermédiaire d'un sas non représenté et, quand il y a lieu, à un four de fusion 3 qui, à titre d'exemple, est un four électrique. Le minerai, le réducteur carboné et le calcaire sont introduits à l'extrémité 4 du four 1 La matière qui progresse dans le four est représentée par 5 ; la zone de chauffage et de décomposition des oxydes à l'état d'oxydes MO, M203 par 6 , et la zone de réduction en monoxydes iyO par 7 . L'agent de chauffage est introduit par l'au- tre extrémité 8 du four 1 . Les gaz parcourent successivement les zones 7 et 6 pour sortir par l'extrémité 4 .Une partie de l'air nécessaire à la combustion de l'agent de chauffage est également introduite par' 8 ; le reste de cet air est introduit par divers points situés le long du four et non représentés. Le produit chaud tombe directement dans le réservoir 2 étanche et soigneusement calorifugé. Puis, de là, il est dirigé par fractions, grâce à des moyens non représentés et connus en eux-mêmes, dans le four électrique 3 où l'on introduit par 9 la quantité de silicomanganèse nécessaire. Il se forme dans ce four une couche liqui- de inférieure 10 qui est le ferromanganèse affiné cherché et une couche supérieu re 11 de laitier liquide. Ces deux couches sont extraites séparément selon des techniques connues en elles-mAmes. Les exemples ci-après permettront de mieux comprendre le procédé. EXE@PL PLE 1 - On utilisait l'installation schématisée sur la figure 1. On introdui- sait en continu à une extrémité du four tournant 1 un mélange d'un minerai de manganèse, de calcaire et de fines de coke de dimensions inférie, res à 5 mm, à raison de 19C parties de minerai, 3C parties de calcaire, s parties de coke. Le minerai avait la composition MnO2 ............ ......... 78,3 % Mn3O4 ....................... 3,93 % Fe2O3 ............ ..... 3,90 % Si 2 -----.. 2,35 % Divers ......... ........... 11,42 % Le calcaire contenait 55,09 % de CaO. A l'autre extrémité 8 du four on introduisait du fuel gazéifié de qualité usuelle et environ 1/4 de la quantité d'air nécessaire pour assurer la combustion complote de ce fuel. Le reste de l'air nécessaire pour cette combustion complète était réparti le long du four de façon que l'atmosphère de ce dernier, fo tement réductrice dans la zone d'entrée du combustible, ne soit jamais oxydante dans le reste du four. Le produit à traiter progressait dans le four ; le calcaire y était décomposé avec formation de CaO, l'oxyde MnO2 etait en premier lieu transformé en Mn3O4, lequel était ensuite réduit en monoxyde MnO dans la partie finale du parcours, principalement sous l'action du poussier de coke qui n'avait pas été oxydé dans la première partie du parcours. Les oxydes de fer présents subissaient une transformation analogue. La température du produit dnns la zone de réduction en zo- oxydes atteignait environ 1.000 C. Le produit sortant du four avait la composition MnO ....................... 62,5 Mn3O4 ..................... 4,5 SiO2 ...................... 2.45 CaO ....................... 24,26 FeO ....................... 3,53 divers .................... 2,76 100.00 Il est à remarquer que le rapport pondéral O/Mn était d'environ 57 % dans le minerai ; il n'est plus que d'environ 30 % dans le produit sortant ainsi du four. Ce produit était recueilli dans le réservoir étanche et calorifugé 2 d'où il était extrait par fractions. 5.800 kg de ce produit chaud ont été extraits de ce récipient et versés dans un four électrique basculant à voûte 3 avec 2.400 kg de siliconanganèse broyé plus fin que 5 mm et de composition Mn ..................... 66,70 % Si ..................... 24,09 % C ...................... 0,48 % Impuretés diverses ..... 8,73 % Après fusion complète on a coulé séparément deux couches l'une, supérieure, pesait 4.800 kg et contenait encore 39,23 % de ES l'autre, inférieure, pesait 3.300 kg et constituait le ferromanganèse cherché de composition :: Mn .................... 87,73 % Si .................... 0,82 % C ..................... 0,49 % Solde Fe ............... 10,96 % Le manganèse contenu dans la scorie n'était pas perdu, Car il était utilisé dans la fabrication du silicomanganèse employé dans le procédé de l'invent- tion. EXEMPLE 2 - Le même minerai de manganèse a été traité dans le four tournant 1 c me dans l'exemple 1 et recueilli dans le réservoir étanche calorirugé 2. 5.80O kg de ce produit chaud ont été ertraits de ce récipient et in troduits dans un four électrique basculent à voûte 3 avec 2.9ç0 kg d'un silicomanganèse broyé, de composition Mn - 69,70 % Si ................... 20,47 j C .................... 1,16 % Impuretés ....... .... 8,67 % après fusion complète on a extrait deux couches liquides une couche supérieure pesant 4.SOC kg et contenant MnO ............ ..... 36,95 % SiO2 ....... ...... 27,60 % CaO ... ...... 27,85 % Divers ............... 7,60 % BAD ORIGINAL et une couche inférieure pesant 3.800 kg et contenant Mn ... . 88,90 % Si . . . 0,91 % C .. . ..... 1,30 % et constituant le ferromanganèse affiné cherché. REVENDICATIONS 1. Procédé de production d'un ferromanganèse à faible teneur en carbone Par réduc tion d'un minerai de manganèse et comportant un stade de traitement par du sili comanganèse caractérisé par une combinaison de moyens selon laquelle on fait pro gresser dans un four à flamme un mélange du minerai de manganèse, ce calcaire et d'un réducteur carboné solide à contre-courant d'un courant gazeux chaud réduc teur, l'air de combustion du combustible gazeux contenu dans ce courant étant introduit le long de son trajet, de façon telle que ce courant soit initialement très chaud, et fortement réducteur, puis reste légèrement réducteur tout en di minuant de température au contact du contre-courant de minerai qu'il réchauffe le produit sortant en continu du four est introduit dans un réservoir étanche dont il est extrait par fractions, chacune de ces fractions étant introduite avec une fraction correspondante de silicomanganèse dans un four de fusion d'où l'on extrait une couche supérieure de laitier fondu et une couche inférieure de ferromanganèse fondu; 2.Procédé selon la revendication selon lequel le silicomanganèe introduit proviens d'un cycle de réactions dans lequel la couche de laitier obtenue selon la revendi- cation 1 constitue une partie de la matière manganifère de départ.