Brevet FR2105278A1 — publié le 19720428

La présente invention concerne une poche de coulée utilisable pour la fabrication de ferro-alliages contenant du chrome, du manganèse, du tantale, du niobium et (ou) du vanadium à partir de minerais, de scories et (ou) de concentrâts de scories ^ selon le procédé électro-métallothermique. Les ferro-alliages, qui sont fabriqués selon le procédé connu, par transformation d'un mélange en fusion constitué par une matière brute et de la chaux avec des agents réducteurs contenant du silicium et selon lesquels le ferro—alliage en fusion 10 en résultant, est soutiré dans des coquilles en vue de son refroidissement, présentent des teneurs en azote différentes, notamment lorsque les scories liquides obtenues après réduction de l'oxyde âu moyen de réducteurs contenant du silicium, tels que du ferro-silicium, du silico-chrome ou du silico-manganèse, et 15 le ferro-alliage liquide, sont transvasés plusieurs fois d'une poche dans une autre, par exemple selon le procédé de Perrin, afin d'obtenir une réduction meilleure et plus rapide. Lors du transvasement et du soutirage, le jet de coulée de l'alliage liquide entre en contact avec l'air. Du fait de leur 20 grande surface, les métaux ayant une certaine affinité avec l'azote, tels que le chrome, le manganèse, le tantale, le niobium, le vanadium, se combinent avec l'azote de l'air et il en résulte des ferro-alliages présentant une teneur en azote, se situant entre 0,03 et 0,05 %• 25 II est vrai que ces ferro-alliages contenant de l'azote peu vent être utilisés pour la fabrication de beaucoup d'aciers, mais les aciers spéciaux à très faible teneur en azote devant être réduits par fusion, la teneur en azote du ferro-alliage ne doit pas dépasser 0,015 %• Ceci est par exemple vrai pour la réduc-30 tion par fusion d'aciers ferritiques. Dans ces aciers, la somme du carbone et de l'azote ne doit pas dépasser 0,04- %. Etant donné que les ferro-alliages présentent toujours des teneurs en carbone se situant autour de 0,02 %, leur teneur en azote ne doit pas dépasser 0,015 de sorte que, par exemple, les alliages 35 fabriqués selon le procédé de Perrin ne peuvent être utilisés pour la réduction par fusion de tels aciers. Il est possible de fabriquer des ferro-alliages présentant des teneurs en azote allant de 0,005 à 0,01 % lorsque, une fois terminée la réduction des oxydes, on laisse simplement refroidir 40 l'alliage de fer obtenu sous la couche de scories dont le volume 71 30356 2 2105278 est supérieur selon un multiple à celui de l'alliage métallique. Mais ce procédé n'est pas économique. Etant donné la longue durée des temps de refroidissement, il est nécessaire de disposer d'un grand nombre de poches. Les scories obtenues contiennent 5 encore une proportion considérable, allant souvent jusqu'à 15 % d'oxyde précieux non réductible. Afin de récupérer les métaux de ces scories, celles-ci doivent être fondues, ce qui nécessite également une augmentation de la consommation d'énergie. Ces inconvénients peuvent être évités lorsque, selon une au-10 tre proposition, on utilise un dispositif en deux éléments pour la réaction du mélange chaux-matière brute en fusion avec les réducteurs contenant du métal, de préférence contenant du silicium. Une fois la réduction terminée, on soutire de 80 à 90 % des scories de la partie supérieure amovible de la poche conte-^5 nant cette quantité, tandis qu'on laisse refroidir l'alliage dans la partie inférieure de la poche, sous une couche de scories de 5 à 10 cm d'épaisseur. Après la coulée, on pose l'élément supérieur amovible de la poche sur un élément inférieur de poche préparé et on procède à une nouvelle réaction dans cette nouvelle 20 poche. Lorsqu'on utilise ce dispositif, il est possible de réduire ultérieurement la quantité principale de scories encore à l'état liquide, étant donné que seulement 10 à 20 % environ des scories servent de couche protectrice à l'alliage liquide jusqu'à son refroidissement. Les alliages qui sont fabriqués au moyen 25 d'un tel dispositif contiennent moins de 0,015 % et en général 0^01 % d'azote. Le procédé décrit permet, il est vrai, de fabriquer des alliages présentant les faibles teneurs en azote désirées, cependant il faut, dans le cas de cette fabrication, renoncer au 50 transvasement si important des scories et de l'alliage, ce qui s'est précisément révélé efficace dans le cas du procédé de Perrin en vue d'obtenir une réduction des oxydes meilleure et plus rapide. Afin de ne pas être obligé de renoncer à transvaser plusieurs 35 fois le mélange de réaction, il est proposé suivant l'invention d'utiliser me poche de coulée caractérisée par la présence d'un tuyau d'évacuation fixé au bord supérieur de la poche et dont la longueur correspond à la quantité de scories auxquelles on doit s'attendre, et au moins à un quart de la hauteur'de la poche. 40 Avec une telle poche, il est possible de procéder à la 71 30356 3 2105278 refonte de telle sorte que le métal en fusion reste complètement à l'abri de l'air sous une couche de scories pendant toute l'opération de transvasement, étant donné que le métal en fusion s'écoule aussi bien dans la poche de réaction que dans la poche de 5 coulée sous une couche protectrice de scories et que le tube d'évacuation plonge dans la quantité de scories déjà versées. Le métal s'écoule ainsi à l'abri de l'air d'une poche dans l'autre en traversant les scories liquides. Lorsqu'on utilise un tél dispositif, il n'est pas nécessai-10 re de renoncer au transvasement des scories et du métal en fusion, ce qui a donné d'excellents résultats dans la pratique, et ce dispositif permet d'obtenir des teneurs en azote inférieures à 0,015 % dans les ferro-alliages obtenus. La poche de coulée suivant l'invention peut être rationnelle lement munie d'un tube de coulée fixé 10 cm au moins au-dessous du bord supérieur de la poche, afin, lors du déversement de la quantité de métal liquide, de pouvoir assurer une couche de scories de 5 à 10 cm au-dessus du métal liquide. Mais il est également possible de disposer sur le bord su-20 périeur de la poche un couvercle portant le tube de vidange, de façon à constituer une enceinte collectrice dont le volume est calculé de telle sorte que l'alliage de métal liquide puisse être déversé à travers le tube de coulée sous une couche de scories d'une épaisseur de 5 à 10 cm. Ce couvercle est adapté de préfé-25 rence sur la paroi de la poche de préférence sous un angle de 30°. Rationnellement, la poche de coulée est utilisée dans un dispositif prévu pour contenir au moins deux de ces poches, le bord supérieur de chaque poche présentant un évidement, correspondant au rayon de la poche, diamétralement opposé au tube d'é-30 vacuation ou de vidange. On pose la poche à vider dans cet évidement, afin que le transvasement s'effectue sans difficulté, tout en maintenant la couche de protection de 10 cm d'épaisseur environ constituée par les scories. 35 Le dessin schématique annexé montre, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue en coupe verticale d'une poche de coulée suivant l'invention. 40 La fig. 2 montre l'association de deux poches de coulée. 71 30356 2105278 Sur le corps cylindrique 1 de la poche est disposé, sur le "bord supérieur 2, un couvercle incliné selon un angle de 30°» Oe couvercle 3 porte le conduit d'évacuation 4 qui est orienté pratiquement selon un angle de 90° par rapport à l'axe de la 5 poche 1. Rationnellement, le conduit d'évacuation 4 est formé de deux éléments, la section 5 étant reliée à la partie 4 du tube au moyen d'une "bride 6, afin qu'il soit possible de remplacer plus facilement l'extrémité 5 du tube„ La poche est rationnellement munie sur son côté diamétrale-10 ment opposé au conduit d'évacuation 4- d'un évidement 7 qui correspond au rayon du corps de la poche 1. Le volume de l'enceinte, au niveau du couvercle 3 et de l'orifice d'évacuation 4 est calculé de telle sorte que l'évacuation de la quantité de métal indiquée en 8 s'effectue 15 sous une couche de scories se trouvant dans la poche selon une quantité indiquée en 9, au-dessus du métal 8 s'écoulant et selon une épaisseur de 5 à 10 cm. La longueur du tube 4-5 doit être calculée en fonction de la quantité probable de scories 9o 20 Dans la pratique, il faut que la longueur du tube 4-5 corresponde au moins au quart de la hauteur de la poche, afin que lors de la coulée, l'extrémité du tube d'évacuation 4-5 plonge sûrement dans les scories contenues dans la poche de réception, lorsque le métal commence à s'écouler. 25 La poche est constituée de la manière connue de manière à pouvoir basculer, au moyen d'une traverse et en utilisant la remontée de la grue, un contrepoids 13 étant rationnellement prévu à proximité du fond de la poche0 Lorsqu'on utilise la poche de coulée suivant l'invention, 30 le métal liquide n'entre ainsi pas en contact avec l'air lorsqu'on transvase les scories et le métal, ce qui évite la formation de nitrures. Après le dernier transvasement, la plus grande quantité de scories, de préférence 80 % environ de la quantité totale, est 35 déversée dans une poche de coulée identique. Le reste des scories restant dans la première.poche est déversé dans une coquille de refroidissement, jusqu'à ce que la couche atteigne une hauteur de 10 cm environ. Après que le tube de coulée a été plongé dans les scories liquides, on ajoute l'alliage de métal liquide. Il 40 reste dans la coquille sous la couche de scories afin de se 71 30356 5 2105278 refroidir jusqu'à une température inférieure à 500°C. Après refroidissement, il est possible de séparer mécaniquement les scories de l'alliage de métal. La séparation du métal et des scories à l'état liquide peut ^ être également effectuée en prévoyant, comme indiqué schématique-ment sur la fig. 2, une coquille de trop-plein 10 prévue entre les deux poch.es 1, de sorte que la quantité de métal 11 reste dans la coquille de trop-plein sous une couche de scories 12, tandis que la quantité de scories en excès s'écoule dans la se->IQ conde poche 1. Lorsque les scories passant dans la seconde poche contiens nent encore une partie importante d'oxydes métalliques précieux non encore réduits, ceux-ci peuvent être réduits ultérieurement avec des réducteurs contenant du métal. Dès que la réduction ul--Ç térieure est terminée, on coule de nouveau 80 à 90 % des scories désormais complètement réduites et on les jette, tandis que l'alliage liquide est mis à refroidir avec la quantité restante de scories d'une nouvelle fusion constituée par de la matière "brute et de la chaux, ou sous des scories complètement réduites. 20 On mentionnera encore que ces poches de coulée, suivant l'invention ne sont pas seulement utilisables pour la fabrication de ferro-alliages pauvres en azote, mais qu'elles peuvent être au contraire également utilisées partout où du métal en fusion doit être, lors du transvasement, protégé de l'azote ou de 25 l'oxygène de l'air, et ce, haturellement, à condition que l'on dispose d'une quantité suffisante de scories lors du processus de fusion et de coulée. Les détails de réalisation de la poche de coulée et les détails de mise en oeuvre du procédé peuvent être modifiés sans 30 s'écarter de 1'invention dans le domaine des équivalences techniques. 71 30356 6 2105278 BEVEHDIOATIONS 1 « Poche de coulée pour la fabrication de ferro-alliages à hase de métaux tels que le chrome, le manganèse le tantale le niobium et (ou) le vanadium présentant des teneurs en azote in-5 férieures à 0,015 % à partir de minerais, de scories et (ou) de concentrats de scories, par le procédé électrothermique-métallo-thermique, selon lequel la réaction du mélange matière "brute-chaux fondu avec des réducteurs contenant du métal, notamment du silicium, s'effectue par transvasement, caractérisé par la pré-10 sence d'un conduit d'évacuation fermé disposé sur le bord, supérieur de la poche, et dont la longueur correspond à au moins 1/4 de la hauteur de la cuve, en fonction de la quantité de scories probable. 2. Poche de coulée suivant la revendication 1, caractérisé 15 en ce que le conduit d'évacuation est placé au moins 10 cm au- dessous du bord supérieur de la poche, afin, lors de la coulée de la quantité de métal liquide, d'assurer au-dessus de ce métal une couche de scories de 5 à 10 cm d'épaisseur. 3. Poche de coulée suivant la revendicatioii: 1 ou 2, caracté-20 risée en ce que sur le bord supérieur de la poche est posé un couvercle dans lequel est monté le tube d'évacuation, de telle sorte que grâce à la paroi du couvercle placé sur la paroi de la poche en faisant de préférence avec celle-ci un angle de 30°, il en résulte au-dessus de l'orifice du tube une chambre collec-25 trice dont le volume est calculé de telle sort.e que l'alliage de métal liquide puisse être versé à travers le tube de coulée sous me couche de scories d'une épaisseur de 5 à 10 cm. 4„ Poche de coulée suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3» caractérisée en ce que le tube de coulée est formé 30 deux éléments reliés par une bride amovible. 5. Agencement de poches, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins deux poches suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, le bord supérieur d'une poche présentant un évidement correspondant au rayon de la poche et étant diamétralement opposé 35 au tube d'évacuation. 6. Utilisation de poches de coulée suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5» caractérisé en ce qu'après l'écoulement d'une quantité partielle prélevée sur la quantité de scories dans la même poche de coulée, le tube de coulée .plonge dans les 40 scories contenues dans la seconde poche, après quoi l'alliage de 71 30356 7 2105278 métal liquide est versé à travers les scories liquides, cette opération étant répétée plusieurs fois. 7. Utilisation de poches de coulée suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'après le dernier ^ transvasement, la quantité principale des scories (environ 80 % de la quantité totale de scaies) est déversée dans une poche de coulée identique, la quantité de scories restant dans la poche étant versée dans une coquille de refroidissement jusqu'à un niveau de 10 cm à travers laquelle, après plongée du tube de cou- ^10 lée dans les scories liquides, l'alliage de métal liquide est versé afin de se refroidir jusqu'à une température inférieure à 500°0. 8. Utilisation de poches de coulée suivant la revendication 7, caractérisée en ce que la coquille de refroidissement est cons- 15 tituée par une coquille de trop-plein et est disposée entre les deux poches de coulée. 9. Utilisation de poches de coulée suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'après le dernier transvasement, 70 à 80 % de la quantité totale de scories sont 20 extraits, et, ou "bien jetés, ou "bien réduits dans une poche identique avec des réducteurs contenant du silicium, l'alliage de métal obtenu, après l'évacuation de 70 à 80 % des scories encore à l'état liquide, étant ajouté à une nouvelle matière en fusion constituée par une matière "brute et de la chaux, ou est refroi- 25 di dans la coquille de trop-plein sous une couche de scories d'une épaisseur de 5 à 10 cm.