Brevet FR2121603A1 — publié le 19720825

L'invention a pour objet un procédé et un appareillage de traitement des scories ferreuses provenant de la métallurgie des minerais latéritiques en vue de la récupération, sous la forme de fonte pouvant être transformée ultérieurement en acier, du fer contenu dans ces scories. On sait que la production du nickel par mise en oeuvre de traitements pyrométallurgiques de minerais latéritiques nickel lifères et ghromifères a pris récemment une grande extension. Or, à l'issue de ces traitements, par exemple de celui qui est mis en oeuvre par la Société demanderesse et qui comprend successivement - une réduction partielle sélective du minerai au four tournant à l'aide de réducteurs carbonés du type lignite ou charbon, conduisant à un produit pratiquement exempt de fer métallique mais comprenant de l'ordre de 2% de carbone, - une fusion légèrement réductrice, à l'intérieur d'un four électrique à arc submergé, du produit sortant du four tournant, ce grâce à quoi on obtient une phase métallique constituée par un alliage de ferronickel, on se trouve en présence de grandes quantités de scories liquides, dont la teneur en fer est de l'ordre de 40 et la teneur en chrome de l'ordre de 2 à 8%. I1 a déjà été proposé de traiter les scories du genre en question à l'état liquide pour en extraire le fer en les mélangeant à l'intérieur d'un four électrique avec un réducteur, qui dans certains cas est finement divisé, et diverses matières d'addition solides, constituées dans certains cas par du minerai de fer, l'ensemble formant, dans certains cas, une masse pâteuse qui est ensuite soumise à la réduction. Les procédés déjà proposés présentent certains inconvénients, notamment, - celui résidant dans le fait que lorsqu'on ajoute des quantités relativement importantes de matières solides, telles que fondants ou minerais, ces additions vont à l'encontre de la valorisation la plus économique de ces minerais, - celui résidant dans le fait que lorscue le réducteur est ajouté sous forme finement divisée et la scorie introduite à l'état liquide de manière discontinue et en quantités relativement importantes, il se produit des réactions violentes, notamment des émissions gazeuses brutales, donc irrécupérables et même dangereuses, entre ledit réducteur et les oxydes de fer contenus dans la scorie, - celui résidant dans le fait que les teneurs en chrome des fontes obtenues à partir des latérites chromifères sont, en général, trop élevées pour une conversion économique en acier et trop basses pour une utilisation comme ferrochromes, - celui résidant dans le fait que, compte tenu des teneurs en chrome, le réglage des teneurs en carbone fait apparaître des difficultés de fluidité, - celui d'alourdir les investissements nécessaires au traitement des scories ferreuses provenant de la métallurgie des latérites nickélifères. Un premier but de l'invention est de fournir un procédé et un appareillage pour le traitement des susdites scories conduisant à une fonte convenable pour les traitements ultérieurs et ne présentant plus les inconvénients des procédés déjà connus. Un autre but de l'invention est de régler le degré de réduction à l'intérieur du four de traitement de façon telle que la scorie résiduelle ait une teneur en fer de 4 à 8%, la fonte obtenue, qui a alors une teneur en chrome de 3 à 3,5%, étant facilement convertible en acier, la teneur en carbone de cette fonte étant d'environ 3%. Un autre but de l'invention est de mettre au point un réglage du degré d'enfoncement des électrodes dans la scorie de façon telle que le revêtement réfractaire de la sole et des piédroits du four se comporte de manière satisfaisante. Un autre but de l'invention est de constituer le four et ses accessoires électriques de façon telle que l'ensemble réponde bien aux conditions de bon fonctionnement et d'autogarnissage. D'autres buts encore ressortiront de la description qui suit. Le procédé conforme à l'invention qui est mis en oeuvre à l'intérieur d'un four électrique de réduction est caractérisé par le fait que le bain de scorie du four électrique de réduction, dans lequel on introduit par la zone centrale de la voûte du four la scorie liquide à traiter, est nu mis à part une mince couche de réducteur, ce réducteur, constitué d'une matière carbonée classique et économqiue exempte de fondants et de produits d'addition, contenant moins de 10% de matières volatiles et choisi de granulométrie inférieure à 50 mm, 80% des particules étant d'une granulométrie supérieure à 0,15 mm, étant introduit progressivement et séparément à la scorie, en même temps et/ou entre les enfournements de cette dernière, la quantité de ce réducteur étant choisie de façon telle qu'elle satisfasse aux propositions stoechiométri- ques des réactions les plus simples suivant lesquelles tout le carbone apporté sert, d'une part à carburer le bain métallique en une fonte contenant environ 3% de carbone, et d'autre part à transformer en oxyde de carbone l'oxygène d'une fraction des oxydes métalliques de la charge suffisante pour obtenir une fonte ne contenant pas plus de 3,5% de chrome et une scorie résiduelle contenant de 4 à 8% de fer, cette fonte se rassemblant dans un creuset formant sous les électrodes un bain métallique permanent de l'ordre de 50 cm d'épaisseur dominé par le bain liquide des scories traitées dans lequel les extrémités des électrodes sont maintenues à l'intérieur d'une zone comprise entre environ 30 cm de la surface du bain de scories et environ 1 5 cm de la surface du bain métallique, ce grâce à quoi la fonte obtenue possède une composition et une température lui assurant, d'une part une fluidité suffisante.pour sa désulfuration selon les moyens classiques, et d'autre part une teneur en chrome assez basse pour son convertissage facile et économique en acier, sans danger de détérioration de la sole. L'appareillage conforme à l'invention utilisé pour la mise en oeuvre du susdit procédé est caractérisé par le fait qu' il comprend un four électrique du type submergé et à bain nu à garnissage réfractaire magnésien. L'invention consiste, mises à part les susdites dispositions, en certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en même temps et dont il sera plus explicitement question ci-après. Elle pourra, de toute façon, être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, dans lesquels, la figure 1 est une coupe schématique partielle d'un four électrique établi conformément à l'invention, la figure 2 est un graphique illustrant le procédé conforme à l'invention. Selon l'invention et, plus spécialement, selon ceux des modes d'application, ainsi que selon ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d' accorder la préférence, se proposant de traiter les scories ferreuses provenant de la métallurgie des minerais latéritiques, on s'y prend comme suit ou de façon analogue. A l'issue du traitement des minerais latéritiques en vue de l'extraction du nickel, on obtient, d'une part un ferronickel fondu qui est ensuite enrichi au convertisseur, et d'autre part une scorie liquide riche en fer, contenant 2- à 8% de chrome. C'est cette scorie liquide qui est soumise au procédé conforme à la présente invention en vue de la récupération du fer qu'elle contient sous la forme d'oxydes. Pour ce faire, elle est introduite à l'état liquide dans un four électrique à électrodes de Soederberg, le transport se faisant par exemple à l'aide de poches revêtues de briques réfractaires silico-alumineuses. En même temps que, ou juste avant la scorie, on introduit dans ce four un réducteur carboné classique et économique, exempt de fondants et de produits d'addition, dont la granulométrie, conformément à l'invention, est choisie inférieure à 50 mm, 80% des particules de réducteur devant être d'une granulométrie supérieure à 0,15 mm. Grâce à cette granulométrie, seule une partie relativement faible du réducteur carboné se combine brutalement à la scorie introduite, la plus grande partie de ce réducteur flottant à la surface du bain en raison de sa faible densité et formant une couche incandescente qui constitue un écran limi tant les pertes de calories par rayonnement. Ce réducteur-contient moins de 10% de matières volatiles. L'introduction du réducteur carboné,qui constitue la seule addition au four électrique en dehors bien entendu de la scorie elle-même et qui se fait progressivement et-séparément au chargement de la scorie en même temps ou entre les chargements successifs de cette dernière, comme indiqué plus haut, peut être étalée sur plusieurs minutes. Ce mode de chargement permet de récupérer les gaz de réduction. La quantité de réducteur carboné est choisie de façon telle qu'elle satisfasse aux proportions stoechiométriques des réactions de réduction les plus simples, suivant lesquelles tout le carbone apporté sert, d'une part à carburer le bain métallique en une fonte contenant environ 3% de carbonate, et d'autre part à transformer en CO l'oxygène d'une fraction des oxydes métalliques de la charge suffisante pour obtenir une fonte ne contenant pas plus de 3,5% de chrome et une scorie contenant 4 à 8X de fer. Cette fonte se rassemble dans un creuset et forme sous les électrodes un bain métallique permanent d'une épaisseur de l'ordre de 50 cm. Le susdit choix a été l'aboutissement d'un ensemble d'expériences, à l'aide des résultats desquelles a été dressé le graphique de la figure 2 qui comprend deux courbes, désignées par I et II, -montrant respectivement les teneurs simultanées de la fonte obtenue en Cr et en C en fonction de la teneur en fer de la scorie. La susdite fonte, qui présente des teneurs respectives en chrome et carbone d'environ 3%, est avantageuse de par ses caractéristiques qui sont intéressantes pour une exploitation métallurgique ultérieure. En effet, la teneur en carbone de la fonte étant de l'ordre de 3%, sa fluidité demeure suffisante pour les manuten tions ultérieures ; en outre, avec une teneur en chrome du même ordre de grandeur, il n'y a pas de difficultés au moment de la conversion, l'acier obtenu ayant alors facilement une teneur en chrome inférieure à 0,5%. Il a été trouvé qu'un tel acier conservait, de façon inattendue, de bonnes qualités de ductilité le rendant applicable aux utilisations courantes des aciers doux. L'introduction de la scorie et du réducteur carboné dans le four électrique se fait par un orifice central. Il est avantageux de prévoir en même temps une alimen tation périphérique devant favoriser l'autogarnissage du four et pour laquelle on a avantageusement recours à la scorie refroidie et concassée provenant du traitement d'enrichissement au conver tisseur de l'alliage de ferro-nickel. Le caractère endothermique et la vitesse des réactions qui ont lieu dans le four sont tels que l'introduction de'la charge provoque un abaissement pratiquement instantané de la température de la scorie, ce qui facilite le contrôle du four et, partant, la conservation de l'autogarnissageO Le four électrique utilisé et qui va être décrit plus en détail ci-dessous est du type submergé et bain nu Dans ce four électrique, l'enfoncement des électrodes dans le bain de scorie est choisi de façon telle que la valeur du facteur de puissance électrique cos Q\ , soit comprise entre 0,88 et 0,92. ce qui correspond à un enfoncement de l'ordre de 30 cm, étant bien entendu que l'on désigne par cos q , dans un four électrique de réduction, le rapport énergie utile (kw) énergie totale électrique (kVA) Le choix d'une telle valeur de cos 9 , alors que dans les fours électriques de réduction semblables cette valeur est habituellement supérieure à 0,95, est motivé par la nécessité de maintenir les électrodes à une profondeur d'enfoncement à la fois suffisamment faible pour que la sole ne soit pas attaquée et suffisamment importante pour éviter que le courant électrique ne passe pour la plus grande partie par la couche très conductrice formée à la surface du bain par le réducteur. Cette couche, qui est donc au contact des électrodes et dont la présence aurait normalement pour effet de relever le niveau d'enfoncement des électrodes, réduit la consommation de ces dernières. Dans la pratique, le réglage de l'enfoncement des électrodes se fait en continu, l'extrémité des électrodes étant dans une zone comprise entre environ 30 cm de la surface du bain de scorie et environ 15 cm de la surface du bain métallique. L'épaisseur du bain de scorie est généralement de l'ordre de 50 à 80 cm. Le revêtement réfractaire de la sole et des piédroits du four est constitué, conformément à l'invention, par des briques magnésiennes. En effet, ces briques ne sont pas attaquées par la fonte, et on a constaté que l'attaque de ces briques par la scorie était stabilisée et arrêtée grâce à l'autogarnissage, ceci en dépit de la faible basicité de la scorie (%cas + % MqO + 0,5) A A l'intérieur du four, on fait en sorte qu'il règne une légère surpression, de quelques mm d'eau, afin de maintenir une atmosphère réductrice. A la sortie du four électrique, la fonte ainsi obtenue est soumise à une désulfuration et convertie en acier Pour ce qui est de la désulfuration, elle est réalisée par l'addition, au moment de la coulée de fonte dans la poche de coulée,d'un mélange de ferro-silicium et de C03Na2 ; d'autres additions ont lieu lors du transvasement dans une seconde poche et au moment où la fonte est retransvasée dans la première poche ; ainsi, la teneur de la fonte en soufre est amenée à une valeur inférieure à 0,06% ; il est donc possible d'utiliser des combustibles carbonés classiques habituellement considérés comme trop riches en soufre, ce qui constitue un avantage du point de vue économique. En ce qui concerne la conversion de la fonte, elle est effectuée de manière en soi connue par soufflage d'oxygène. A ce propos, on signale qu'il a été trouvé que la teneur en chrome de cette fonte, dans les conditions de l'invention, était abaissée, durant le soufflage d'oxygène, à moins de Q,5%, le rendement en fer restant satisfaisant, c'est-à-dire supérieur à 90%, Le four électrique utilisé pour le traitement de la fonte comprend, comme visible figure 1 , une cuve 1 à voûte suspendue 2 et à sole 3, ainsi que trois électrodes 4, qui sont disposées au sommet d'un triangle équilatéral dont le centre dé gravité coïncide avec l'axe du four. Des briques magnésiennes 5, constituées et assemblées de façon telle que la sole du four présente une forme concave, forment trois couches superposées et sont disposées en quinconce les unes par rapport aux autres, en passant d'une couche à l'autre. Il est avantageux de prévoir des rainures 7 et desnervures correspondantes 8 portées respectivement, comme montré; par chacune des briques 5 et solidarisant deux briques voisines, la cohésion de la sole étant ainsi augmentée, Les trois couches de briques 5 reposent sur deux couches 10 de briques magnésiennes disposées à plat et qui sont, elles-mêmes, soutenues, comme visible, par de la maçonnerie en briques silico-alumineuses désignée par 11. Tout comme les briques 5 constitutives de la sole, les piédroits 1 2 du four sont établis en briques magnésiennes 1 3 de forme différente comme visible sur la figure. Le revêtement en briques ainsi constitué est placé à l'intérieur de la cuve 1 avec interposition d'une couche 14 d'un matériau conducteur et relativement plastique tel que de la pâte d'électrodes, un système de ruissellement d'eau sur la surface de la cuve, non représenté, assurant le refroidissement de cette dernière. La voûte 2 est constituée par des briques réfractaires 15 à haute teneur en alumine. Comme visible figure 1, le four renferme un bain comprenant une couche de fonte 16, une couche de scorie 17 et une couche de réducteur carboné 18 ; les électrodes 4 plongent dans ledit bain, leur extrémité se trouvant au sein de la couche de scorie. A l'endroit où ces électrodes traversent la voûte 2, celle-ci est protégée par des chemises jacquetées 19 (représentées uniquement pour l'une des électrodes), et les électrodes sont maintenues dans leur partiè supérieure par un mécanisme globalement désigné par 20, dont les détails n'ont pas été précisés et qui, par commande électrique, assure le réglage, c'est-à-dire le degré d'enfoncement des électrodes dans la couche de scorie 1 7. Le mécanisme 20 tout comme les moyens d'alimentation centrale et ceux pour l'alimentation périphérique dont il va être. question sont supportés par un échafaudage représenté schématiquement en 21. Les moyens d'alimentation centrale comprennent un puits de chargement globalement désigné par 22 et auquel est amené, d'une part, par des moyens 23, le réducteur carboné en provenance d'une trémie 24, et d'autre part, par des moyens 25 mobiles comme visible sur la figure, la scorie liquide à traiter, en provenance d'une poche 26. Le puits 22 est constitué par une pièce jacquetée qui protège le trou d'alimentation ainsi pratiqué dans la voûte, cette pièce étant elle-même protégée de l'impact de la scorie introduite par une autre pièce jacquetée 27 facilement interchangeable portée par les moyens d'introduction 25 de la scorie Un ensemble de silos ou trémies 28, disposés sur le pourtour de la cuve et supportés par le susdit échafaudage, sont destinés à l'alimentation périphérique grâce à des tuyaux en fer 29 qui débouchent au-dessus d'entonnoirs 29a traversant la voûte 2. Les entonnoirs 29a comportent des moyens de fermeture schématiquement représentés en 29b, ce grâce à quoi il est possible de maintenir une atmosphère réductrice à l'intérieur du four électrique, le puits 22 comportant des moyens de fermeture 22a venant s'appliquer sur le rebord 22b. L'autogarnissage, qui est favorisé par cette alimentation périphérique, a été schématiquement désigné en 30. Il est avantageux de disposer les points d'introduction de l'alimentation périphérique respectivement en regard de chacun des deux trous de coulée et de chacune des trois électrodes. Deux trots de coulée, désignés respectivement par 31 et 32, sont prévus pour les évacuations respectives de la fonte et de la scorie. Les trous de coulée 31 et 32 sont d'une constitution classique en soi connue, qui résulte de la figure 1 Pour fixer les idées, on signale que de bons résultats ont été obtenus à l'aide d'un four dont le diamètre et la hauteur intérieures sont respectivement de 1 2 m et de 4 m et qui comprend trois électrodes du type SODERBERG, d'un diamètre de 1 ,30 m, qui sont placées aux sommets d'un triangle. équilatéral de 3,3 m de. côté, ces électrodes pouvant fournir au four une puissance de 16000 kVA. La quantité de fonte aontinue dans ce four est de l'ordre de 300 tonnes et l'épaisseur de la couche de scorie de. 50 à 80 cm. Les trous de coulée 31 et 32 sont séparés par une différence de niveau d'environ 50 cm, et les coulées de fonte sont de 15 t toutes les deux heures. Ci-après, on donne un exemple numérique d'un traitement effectué par mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention à l'aide du susdit four. EXEMPLE Une quantité de 15 tonnes d'une scorie dont la teneur en fer est de 40,1% et dont la composition en % est la suivante Feo Fe203 Cao SiO2 Al203 Cr203 MgO S Ni 42,7 9,8 6,8 19,8 14,7 3,1 2,1 0,18 0,13 est introduite dans un four électrique (dont les caractéristiques numériques sont celles du four décrit plus haut) après que l'on eût introduit dans ce même four une quantité de 2.100 kg (140 kg pour une tonne de scorie) de coke d'une granulométrie comprise entre 15 et 30 mm et dont la composition est la suivante Cfixe Volatiles Cendres S 83,6% 4,3% 11 ,1% 0,7% La teneur en humidité de ce coke est d'environ 10%. Pendant la marche, on introduit à la périphérie des charges refroidissantes constituées par de la scorie concassée provenant du convertissage du ferro-nickel et contenant plus de 60% de fer. La granulométrie de cette scorie est inférieure à 50 mm. Son introduction est intermittente et fonction des indications des pyromètres disposés tout autour de la cuve du four, notamment au niveau du bain de scorie, au niveau duquel il y a lieu de maintenir un autogarnissage suffisant pour lutter contre l'agressivité de la scorie. La composition en % de la fonte produite dans ces conditions est la suivante C Cr Si Mn P S Ni Fe 3,2 3,1 0,2 o,1 trop 0,40 0,40 92,53 la composition de la scorie résiduelle du four à fonte étant Fe FeO CaO SiO2 Al2 3 Cr203 MgO 6,5 8,4 14,5 39,8 29,5 2,1 77 A la sortie du four, la fonte ainsi obtenue est coulée dans des poches de 15 tonnes et soumise à la désulfuration. Pour ce faire, pendant la coulée, on ajoute dans la poche du FeSi et du carbonate de sodium à une cadence telle que les ajoutes soient terminées quand la poche est remplie à 70%.La quantité ajoutée de Si est de l'ordre de 1% de la quantité de fonte tandis que la quantité totale de Na2C03 ajoutée s'élève à 2,5% de la quantité de la fonte. Le carbonate de sodium est ajouté en trois stades - pendant la coulée du four dans la poche (1%), en même temps que le ferrosilicium, - pendant le transvasement dans une seconde poche (1%), - pendant le transvasement de la seconde poche dans la pre mière (0S596) Grâce à la désulfuration conduite de la manière décrite cidessus, on obtient des teneurs en soufre inférieures à 0,06%. La conversion de la fonte ainsi désulfurée est effectuée au convertisseur de 15 tonnes. Le soufflage de l'oxygène est poussé jusqu'à l'obtention de teneurs en carbone inférieures à 0,10%, Le rendement en fer est de 92%. La composition de l'acier après soufflage est, exprimée en % C Si Mn P S Cr Fe 0,08 traces traces 0,04 0,04 0,53 99,3 et la composition après désoxydation, qui se fait en partie dans le convertisseur même, est, exprimée en % : e si Mn P S Cr Fe 0,12 0,25 0,65 0,04 0,04 1,12 97,78 Les propriétés mécaniques de l'acier ainsi obtenu sont - résistance à la traction (en kg/mm2) : 47,1 2 - limite élastique (en kg/mm2) : 34,1 - allongement % : 30 - striction % : 63 A la sortie du convertisseur, l'acier ainsi obtenu est coulé, en continu, dans une machine produisant des billettes de 80 x 80 mm de section. En effet, la fluidité de l'acier ainsi obtenu est suffisante pour permettre la coulée de billettes de section aussi faible. Cet acier, malgré sa teneur en chrome relativement élevée, est demeuré doux et est, par exemple, utilisable dans la fabrication du fer à béton. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réalisation adopté, on dispose ainsi d'un procédé et d'un appareillage pour le traitement des scories ferreuses dont les caractéristiques et les avantages ressortent suffisamment de ce qui précède pour qu'il soit inutile d'insister à ce sujet. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. Revendications 1. Procédé d'obtention de fonte par le traitement à l'intérieur d'un four électrique de réduction de scories ferreuses liquides contenant de 2 à 8% de chrome provenant de la pyrométallurgie des minerais latéritiques traités de manière connue pour récupérer le nickel et le cobalt, caractérisé par le fait que le bain de scorie du four électrique de réduction, dans lequel on introduit par la zone centrale de la voûte du four la scorie liquide à traiter, est nu mis à part une mince couche de réducteur, ce réducteur, constitué d'une matière carbonée classique et éco- nomique exempte de fondants et de produits d'addition, contenant moins de 10% de matières volatiles et choisi de granulométrie inférieure à 50 mm, 80% des particules étant d'une granulométrie supérieure à 0,15 mm, étant introduit progressivement et séparément à la scorie, en même temps et/ou entre les enfournements de cette dernière, la quantité de ce réducteur étant choisie de fa çon telle quelle satisfasse aux propositions stoechiométriques des réactions les plus simples suivant lesquelles tout le carbone apporté sert, d'une part à carburer le bain métallique en une fonte contenant environ 3% de carbone, et d'autre part à transformer en oxyde de carbone-l'oxygène d'une fraction des oxydes métalliques de la charge suffisante pour obtenir une fonte ne contenant pas plus de 3,5% de chrome et une scorie résiduelle contenant de 4 à 8% de fer, cette fonte se rassemblant dans un creuset formant sous les électrodes un bain métallique permanent de l'ordre de 50 cm d'épaisseur dominé par le bain liquide des scories traitées dans lequel les extrémités des électrodes sont maintenues à l'intérieur d'une zone comprise entre environ 30 cm de la surface du bain de scories et environ 15 cm de- la surface du bain métallique, ce grâce à quoi la fonte obtenue possède une composition et une température lui assurant, d'une part une fluiez dité suffisante pour sa désulfuration selon les moyens classiques, et d'autre part une teneur en chrome assez basse pour son convertissage facile et économique en acier, sans danger de détérioration de la sole. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on prévoit une alimentation périphérique secondaire à l'aide d'une charge refroidissante solide constituée par la scorie riche en fer provenant de l'enrichissement au convertisseur des alliages produits par pyrométallurgie des minerais latéritiques de départ, cette charge favorisant l'autogarnissage. 3. Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'il comprend un four électrique de réduction du type submergé et à bain nu pour élaboration de fonte, à garnissage réfractaire magnésien au niveau de la sole et des piedroits.