Brevet FR2338996A1 — publié le 19770819

Les ferro-siliciux sont des alliages de fer et de silicium produits le plus généralement dans des fours électriques. Les matières premières utilisées, sont, peur le silicium : du quartz ou une autre roche à base de silice, pour le fer : de la tournure ou des chutes de ferraille, et pour assurer la réduction : le carbone. Le processus chimique qui se produit dans le four est le suivant : Si02 + 2 C # Si + 2 CO - 154 Kg cal. L'arc électrique qui se produit entre l'électrode et la sole apporte par effet joule les calories nécessaires à la poursuite de la réaction endothermique en ime temps qu'elle permet la fusion du fer et son mélange avec le silicium produit. s la base du four se rassemble le liquide, le Co produit se dégage en cédant une partie de sa chaleur sensible à la charge froide disposée à la partie supérieure du four. La réaction de réduction du siliciun quoique simple sur le papier est en réalité très complexe et la conduite des fours est d'autant plus délicate à assurer que le taux de silicium vis dans l'alliage est plus élevé. D'un certain point de vue le four peut di plus dtre considéré comae un gazogène puisque la production de 28 grammes de silicium implique un dégagement de 56 grammes d'oxyde de carbone. On conçoit de plus que dans la zone où s'établit le passage de l'arc, des températures particulièrement élevées peuvent être atteintes entrainant des phénomènes de volatilisation des matières silicieuses. Si, d'autre part l'homogénéisation de la charge n'est pas parfaite il risque de se produire en certains endroits du four des phénomènes de fusion et de volatilisation sans réduction alors qu'ailleurs un excès de carbone peut entrainer des désordres graves ou des dégagements de CO sans effet réducteur. Pour ces différentes raisons les électro-métallurgistes ont recherché depuis de nombreuses annéés è constituer des charges qui soient les plus homogènes possibles et ont fait appel à un agent réducteur présentant des caractéristiques spéciales, è savoir, la plus grande réactivité possible. La diminution de la granulométrie du réducteur est aussi un facteur favorable pour la réduction dans la mesure où chaque morceau de quartz à réduire z plus de chances de se trouver è proximité immédiate des morceaux de réductif. La densité apparente de l'agent réducteur présente d'autant plus d'avantages que celle-ci est plus faible, car peur les raisons énoncées plus haut cette situation permet d'aérer la charge, donc d'assurer ne meilleure circulation de gaz et rapproche pratiquement dans la charge les morceaux de quartz des morceau de coke. Il faut noter toutefois qu'il n'est pas possible de réduire indéfiniment la granulométrie des produits car en-dessous d'une certaine dimension les éléments fins bouchent les interstices existant entre les éléments plus grossiers, c'est alors le résultat inverse qui se produit, c'est-à-dire que la charge devient imperméable. Il est d'autre part bien connu que les fours produisant des ferro-alliages, ferro-silicium, ferro zirconium, ferro-silico calcium, four è carbure, etc... sont des engins polluantes qui rejettent à l'atmosphère des quantités considérables de poussières provenant des produites volatilisés en cours d'opération. La législation actuelle met en demeure les industriels de doter leurx exploitations dtappareils d'épuration. Si les installations fonctionnent correctement il en résulte la récolte de produits pulvérulents de granulométrie extrb- mement fines constitués dans le cas du four B FeSi principalement de silice. Les poussières ainsi récoltées généralement sous forte de poudre sèche ne polluent plus l'atmosphère Mis leur réemploi est nécessaire si on ne veut pas qu'elles redeviennent une source de pollution sous l'effet du vent et de l'eau, dans la mesure où elles seraient simplement stochées en terril. Nous avons indiqué plus haut que dans le charge les élé- ment s trop fins devaient être exclus, il en résulte par conséquent qu'un certain poursentage de matières premières ne peut être utilisé. Cette situation a pour résultat de renchérir le coût des matières premières effectivement chargées dans le four. Le procédé suivant l'invention consiste à utiliser les propriétés spéciales des produits récoltés dans le filtre de dépoussiérage, à savoir, propriétés collantes au moment de leur humidification, durcissement ultérieur au moment du séchage par un phénomène analogue à celui de l'argile séché, ou de la prise hydraulique comme dans le cas du ciment pour, par un mélange avec des fines siliceuses et de la poussière de charbon former par addition d'eau et éventuellement d'un peu de liant organique type lignosulfite, une patte facilement moulable qui permette de produire par filage ou pressage des agglomérés qui après séchage auront une résistance mécanique permettant de les incorporer dans la charge du four électrique sans formation de poussières. L'intérèt de l'opération réside principalement dans le fait que les poussières récoltées dans le dépoussiéreur du four électrique ou du four de volatilisation ou de fusion, présentent après humidification, du fait de leur granulométrie et de leur nature chimique, des propriétés collantes avec durcissement ultérieur qui permettent de les utiliser en substitution de tout ou partie du liant utilisé habituellement pour obtenir le méme réçltat Ces poussières de densité apparente faible (de l'ordre de 0,2 pourront par conséquent être mélangées à des sables de quartz (granulomébie environ 0 - 2 mm) des fines d'anthracite (granulométrie environ 0 - 1 mm) et éventuellement de minerai de fer en poudre, et après humidification et ajout de liant on obtiendra après malaxage une pate de bonne plasticité pour être traitée dans des appareils genre boudineuse, presse à filer, ou presse à roues mouleuses. Une simple opération de séchage donnera alors des produits de granulométrie déterminée qui pourront étre rechargés au four électrique directement en mélange avec la charge normale. Si le taux de carbone contenu dans l'aggloméré correspond au taux de carbone de la charge, la proportion des agglomérés rajoutés dans la charge pourra être variable sans inconients métallurgiques. L'utilisation de telles poussières présentera de plus un avantage considérable pour le conditionnement de fines de quartz ou de sable extra-siliceux dont le briquetage présente de grandes difficultés en ce qui concerne les problèmes soulevés par la cohésion de l'aggloméré et l'abrasivité de la patte. Sur le plan économique, l'utilisation de fines de charbon présente un double avantage, économique d'une part, puisque le prix dlun tel combustible est très inférieur à celui dtun coke électrométallurgique, technique d'autre part, car le mélange intime du réductif et de l'oxyde à réduire permet au four de travailler dans des conditions améliorées. Il est bien évidemment possible de procéder à des agglomérations de fines de quartz seules mélangées à des fines de charbon en utilisant des liants du type soit thermo-durcissables (genre lignosulfite) soit cokéfiable (genre brai) mais on se heurtera à des difficultés importantes d'exploitation et on ne résoudra pas le problème de pollution résultant des amoncellements de sous-produits non réemployés. A titre d'exemple non limitatif citons les caractéristiques des agglomérés obtenus dans une presse produisant des cylindres de 30 mm de diamètre et de 50 mm de hauteur sous une pression de 150 kgs. Constitution du mélange Sable quartz 70 parties en poudre poudre récoltée dans les filtres 30 parties fines d'anthracite 30 parties humidité 15 parties liant lignosulfite 1 partie résistance du cylindre sorti de presse 100 Kg Résistance du cylindre après 48 heures 250 Kg Résistance du cylindre carbonisé à 8000 700 Kg Selon les proportions respectives des sous-produits à traiter 1 sera possible de faire varier le pourcentage de pous sires e 10 à 100 % en adaptant le taux de liant pour obtenir des produits convenables Ce taux étant d'autant plus réduit que le pourcentage de poussières de récolte de filtres sera plus élevé. Il est précisé de plus, que du fait de leur bis faible densité apparente, pour faciliter les opérations d'homogénéisation avec les autres constituants, on aura intérèt à humidifier immé diatement avant leur mélange les poussières réutilisées (taux compris entre 3 et 8 % d'eau) Dans le cas particulier où l'on chercherait à obtenir la réduction non pas dans un four électrique du type four à arc, mais dans un four à cuve du type cubilot, les calories nécessaires à l'opération devraient être apportées par une combustion supplémentaire du carbone de la charge avec production de CO. Les réactions seraient alors les suivantes SiO2 + 2 C - @ Si + 2 CO - 154 calories C + 02 AC0 + 26 calories Pour équilibrer les 2 réactions et compte tenue des pertes il faudra briller de 2 à 3 kg de carbone par kg de Si produit. Pour des questions de niveau de température développée et d'amélioration de bilan thermique on devra travailler en vent chaud enrichi en oxygène. Pour des questions économiques une substitution du carbone de la charge pourra être effectuée au profit d'une injection par les tuyères de fuel oil ou de gaz, avec vent chaud enrichi en oxygène. Les matières premières censtituant la charge du dubilet pourront alors être composées B partir d'agglomérés fabriqués comme décrit plus haut, Mis dans lesquels la proportion de carbone sera beaucoup plus élevée. On pourra néanmoins rajouter du coke pour qu'il joue un rSle de grille vis-à-vis des produits liquides se rassemblant dais le creuset de l'appareil. Le fer nécessaire pour couler l'alliage au taux requis pourra être charge sous forme de ferraille ou de tournure ou ajonté comme poudre sous forme de minerai dans la pâte à agglomérer. Les produits liquides obtenus seront constitués par une fonte à haute teneur en silicium et un laitier. Grâce au mélange intime carbone-oxyde, l'opération de réduction pourra s'spErer dans un fonr à cuve du genre cubilot avec un bon rendement. REVENDICATIONS Procédé de izbriczties de ierro-lliages à partir de matiè- res premières de faible granulonétrie conditionnées sous forme d'agglomérés du type boulets, ou obtenus par filage utilisant us minimum de liant 1 - Caractérisé par le fait que l'utilisation en mélange des fines poussières récoltées dans les circuits d'épuration et présentant des caractéristiques adhésives et hydrauliques remar- quables permettant d'économiser dans de fortes propertions le taux de liant habituellement employé. - - Procédé suivant revendication 1 caractérisé par le fait que l'addition de ces fines poussières permet de procéder dans des conditions d'exploitation amélierées à l'agglemération de fines du genre sable extra-siliceux réduisant l'usure des matières au moment du formage. 3 - Procédé suivant revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que lajout de fines de charbon en quantité stochiemétrique pour assurer la réduction des oxydes contenus améliere peur des raisons physiques les conditions de réduction. 40 - Procédé suivant revendications 1 è 3 caractérisé par le fait que le fer requis pour la teneur finale de l'alliage peut entre incorporé dans la pâte avant briquetage sous forme de fines de minerai de fer. 5 - Procédé suivant revendications 1 à 4 caractérisé par le ?ait que les agglomérés obtenus peuvent constituer tout ou partie de la charge d'un four à cuve ou d'un four électrique en vue de la production de ferro-alliages. 6 - Procédé suivant revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que l'homogénéisation du mélange de poudre peut etre grande- ment amélioré en procédant B une préhumidification comprise entre 5 et 10 % des poussières récoltées dans les filtres. 7 - Procédé suivant revendications 1 à 6 caractérisé par le fait que les agglomérés obtenus peuvent servir de matières premières de base dans la charge d'un cubilot soufflé au vent chaud suroxygéné en permettant la production de ferro-silicium carburés.