Brevet FR2392125A1 — publié le 19781222

La présente invention concerne la production des métaux ferreux et a plus précisément pour objet un mélange scorifiant exothermique. L'invention peut titre utilisée pour l'affinage hors four de métaux tels que, notamment la fonte, en vue d'en éliminer les impuretés nocives (soufre, phosphore). Il est connu que pour éliminer les impuretés nocives (le soufre, le phosphore, l'oxygène) au cours de la fabrication des métaux ferreux, on forme de la scorie dans l'installation de fusion des métaux, par addition de chaux, de minerai.de fer, de bauxite, etc. Dans ce cas, les processus d'élimination des impuretés durent plusieurs heures, car la surface de contact des phases en réaction (scorie et métal) est limitée. Pour augmenter la vitesse d'élimination des impuretés, on procède à son traitement à l'aide d'une scorie synthétique, ce traitement se faisant en dehors du four, le plus souvent pendant la coulée du métal liquide. Quand le métal est coulé sur la scorie en fusion, la surface de contact des phases en réaction augmente de plusieurs fois et le processus d'élimination des impuretés ne dure que quelques minutes. La préparation de la scorie s'effectue normalement dans une installation spéciale (dans un four électrique le plus souvent), ce qui nécessite, toutefois, des investissements importants. Dans la plupart des cas, il est impossible d'installer le four de fusion de la scorie dans les ateliers de production ; en outre, il est difficile de combiner le fonctionnement de l'installation de fabrication de la scorie avec celui de l'installation de fabrication des métaux. On connait un mélange exothermique destiné à l'affinage du métal en dehors du four, avec une scorie obtenue par combustion de ce mélange (certificat d'auteur d'invention de l'URSS NO 4206S3 délivré le 28 avril 1970). C#iélange se compose d'une matière oxydable (aluminium) d'un agent générateur d'oxygène (nitrate de sodium),de chaux et d'autres flux (spàth fluor, par exemple). Sa composition est la suivante ( % en poids ) poudre d'aluminium 8 à 15 nitrate de sodium 17 à 30 chaux 55 à 70 spath fluor le reste Le choix de l'aluminium en tant que matière oxydable est dQ au fait qu'il dégage la plus grande quantité de chaleur lors de la combustion. Le choix du nitrate de sodium en tant que générateur d'oxygène s'explique par le fait qu'il se décompose facilement aux basses températures et se caractérise par une haute teneur en oxygène. Le spath fluor est utilisé en tant que fluidifiant de la scorie et en tant qu'agent favorisant la combustion. On utilise la chaux à cause de sa haute teneur en oxyde de calcium, qui est l'agent d'affinage principal. Comparé aux autres matières, par exemple à l'oxyde de magnésium, de zirconium, d'aluminium, etc., l'oxyde de calcium possède la plus grande affinité vis-à-vis du soufre et du phosphore, il n'est pas cher et est très répandu. A la suite de la combustion du mélange connu précité, il se forme une scorie d'affinage liquide se composant d'oxydes de calcium, d'aluminium, de silicium, de sodium et de fluorures. L'affinage du métal dans une poche avec une telle scorie permet de réduire sa teneur en soufre et partiellement en oxygène et en inclusions non métalliques. L'inconvénient du mélange connu en question réside dans le fait qu'il ne permet pas d'éliminer le phosphore. Cela s'explique par le fait que la scorie obtenue ne contient pas les oxydes de fer nécessaires pour fixer le phosphore en composés stables. La présente invention a pour but de pallier les inconvénients précités, en proposant un mélange dont la composition permettrait d'éliminer non seulement le soufre et les inclusions non métalliques, mais aussi le phosphore. Le but visé est atteint du fait que le mélange scorifiant exothermique utilisé pour l'affinage des métaux du type contenant des composants alumineux, du nitrate de sodium, par exemple du salpêtre du chili, de l'oxyde de calcium, du spath fluor, contient en outre, selon l'invention, du minerai de fer ou de la calamine. La composition du mélange, objet de l'invention, permet d'obtenir une scorie liquide contenant la possibilité, au cours de l'affinage du métal dans une poche, de réduire sa teneur non seulement en soufre et en inclusions non métalliques, mais aussi en phosphore. L'oxygène nécessaire à la combustion du mélange faisant l'objet de l'invention se forme par décomposition du nitrate de sodium, la quantité d'oxygène devant être suffisante pour l'oxydation complète des matières correspondantes (de llalu- minium, des sassures de copeaux d'aluminium, ou de la scorie métallurgique). L'avantage de l'utilisation de l'oxygène du nitrate de sodium réside dans le fait que la température de décomposition de celui-ci est beaucoup plus basse que celle des oxydes de fer et que les quantités de chaleur utilisées à cette fin sont moindres. Il est plus avantageux d'utiliser un mélange exother- mique de composition suivante ( % en poids) - composant alumineux 8 à 20 - nitrate de sodium (par exemple salpêtre du Chili) 15 à 25 - spath fluor 5 à 17 - minerai de fer ou cala mine 10 à 45 - chaux le reste La quantité des matières oxydables (du composant alumineux dont la teneur en aluminium est supérieure à 50 96) et de l'oxydant (nitrate de sodium) est choisie de manière à obtenir le dégagement de chaleur nécessaire pour faire fondre le mélange et réchauffer la scorie obtenue Jusqu'à la température du métal. Une quantité de composant alumineux allant de 8 à 12 % en poids est avantageuse par exemple en cas de traitement d'une fonte portée à une température de 1300 à 14500C, alors qu'une quantit-é-de 13 à 20 % en poids est utilisée en cas de traitement d'un acier chauffé à une température de 1570 à 16500C avant la coulée. Une teneur en composant alumineux plus fable que 8 % entraine un échauffement de la scorie Jusqu'à une température inférieure à celle du métal, ce qui provoque un refroidissement du métal et nuit donc à l'efficacité de son traitement. Une teneur en composant alumineux supérieure à 20 % conduit à une augmentation sensible du coût du mélange et affecte les proprîétés de~la scorie obtenue du fait d'une diminution de la teneur du mélange en oxydes affinants principaux (oxydes de calcium et de fer). Les quantités de nitrate de sodium sont choisies suivant les proportions stoechiométriques par rapport aux composants alumineux. La grosseur des particules de matières alumineuses et du nitrate de sodium ne doit pas dépasser 1,5 mm, afin d'éviter un ralentissement brusque de la vitesse de combustion du mélange et, donc, du processus de scoriftcation. L'oxyde de-calcium peut être introduit avec de la chaux calcinée à grosseur de particules ne dépassant pas 10 mm, pour éviter un ralentissement brusque du processus de scorification. Sa teneur dans le mélange, comprise entre 10 et 50 96, est choisie en fonction des quantités d'impuretés à éliminer du métal. S'il faut éliminer des quantités importantes de phosphore et de faibles quantités de soufre, on choisit les concentrations en chaux les plus faibles (10 à 30 %). L'élimination de grandes quantités de soufre et de quantités plus faibles de phosphore s'effectue dans le cas où le mélange contient de grandes proportions de chaux (30 à 50 ). Quand la teneur en chaux est inférieure à 10 46, le pouvoir affinant de la scorie diminue brusquement ; par contre, si elle est supérieure à 50 %, les propriétés physico-chimiques de la scorie sont altérées (sa viscosité augmente). En tant que matières contenant es oxydes de fer on peut utiliser, pour la fabrication du mélange, du minerai de fer ou de la calamine à grosseur de particules ne dépassant pas 10 mm. Les quantités de minerai de fer ou de calamine de fer sont choisies, comme celles de la chaux, de manière à assurer l'élimination des impuretés. Des teneurs plus faibles (10 à 30 %) en minerai de fer sont utilisées dans les cas où il faut éliminer du métal à traiter de faibles quantités de phosphore et des quantités importantes de soufre. Des teneurs plus grandes en oxydes de fer sont choisies pour le traitement d'un métal contenant beaucoup de phosphore et peu de soufre. Si la teneur du mélange en minerai de fer est inférieure à 10 %, la déphosphoration est pratiquement nulle. Une teneur en minerai de fer supérieure à 50 96 affaiblit considérablement la désulfuration du métal. La fabrication du mélange consiste à doser les composants pulvérulents et à les mélanger. Suivant l'une des variantes de préparation du mélange exothermique proposé, il est avantageux d'utiliser 8 à 15 % en poids de poudre d'aluminium en tant que composant alumineux, les proportions des autres composants étant les suivantes (% en poids) - nitrate de sodium (par exemple salpttre du Chili) 15 à 25 - spath fluor 5 à 17 - minerai de fer ou calamine 10 à 45 - chaux le reste Suivant une autre variante, il est avantageux d'utiliser un mélange exothermique contenant, en tant que composant alumineux, 18 à 20 96 en poids de sassures de copeaux d'aluminium ou de scorie alumineuse résultant de la fabrication de l'aluminium, les proportions des autres composants étant les suivantes (% en poids) - nitrate de sodium (par exemple salpêtre du Chili) 16 à 20 - spath fluor 5 à 15 - minerai de fer ou calamine 5 à 15 - chaux 30 à 40 L'utilisation des sassures de copeaux d'aluminium ou de la scorie alumineuse résultant de la fabrication de l'aluminium permet de réduire sensiblement (de 2 à 3 fois) le cotit du mélange. Le mélange scorifiant exothermique selon l'invention offre des avantages essentiels par rapport aux mélanges connus, et notamment au point de vue de ltélimination du phosphore contenu dans le métal. Exemple 1 Pour le traitement d'une fonte contenant 0,09 % de soufre et 0,040 % de phosphore, coulée dans une poche de 50 t, on utilise 700 kg de mélange exothermique de composition suivante (% en poids) - poudre d'aluminium 8 - nitrate de sodium, par exemple salpêtre du Chili 15 - spath fluor 17 - minerai de fer 10 - chaux le reste. A la combustion de ce mélange il se forme une scorie liquide chauffée jusqu'à la température de 14500C et contenant (% en poids) : 45 % d'oxyde de calcium, 12 96 d'oxydes de fer, 15 ffi d'alumine, 5 96 d'oxyde de sodium, 18 % de fluorure de calcium. Après traitement avec cette scorie, la fonte contient 0,01 % de soufre et 0,020 % de phosphore. Exemple 2 Foùr le traitement d'une fonte riche en phosphore (0,08 % de phosphore et 0,050 % de soufre) dans une poche de 70 t, on introduit 1 t de mélange exothermique de composition suivante (% en poids) - poudre d'aluminium 15 - nitrate de sodium, par exemple salpêtre du Chili 25 - spath fluor 5 - calamine 45 - chaux le reste A la combustion de ce mélange, la scorie est réchauffée jusqu'à la température de 15000C et contient (% en poids) : 15 % d'oxyde de calcium, 28 % d'alumine, 48 % d'oxyde de fer, 5 56 d'oxyde de sodium, 3 % de fluorures, le reste étant constitué par des impuretés. Après le traitement, la fonte contient 0,02 % de phosphore et 0,02 5' de soufre. Exemple 3 Pour le traitement d'une fonte contenant 0,050 5' de soufre et 0,06 % de phosphore, coulée dans une poche de 70 t, on utilise 700 kg de mélange de composition suivante (% en poids) - poudre d'aluminium Il - nitrate de sodium, par exemple salpêtre du Chili 20 - spath fluor 10 - minerai de fer 20 - chaux le reste A la combustion de ce mélange, il se forme une scorie liquide de composition suivante (% en poids) : 45 % d'oxyde de calcium, 15 % d'oxydes de fer, 24 % d'alumine, 8 5' d'oxyde de sodium, 5 % de fluorures, le reste étant constitué d'impuretés. Après son traitement dans la poche avec cette scorie, la fonte contient 0,020 % de phosphore et 0,030 % de soufre. Exemple 4 Pour obtenir une charge destinée à être refondue au four électrique, on fait couler du convertisseur le métal en fusion contenant 0,05 % de soufre et 0,030 % de phosphore, et ce métal est traité dans une poche avec de la scorie obtenue à partir d'un mélange exothermique de composition suivante (% en poids) - mélange de copeaux d'aluminium 18 - nitrate de sodium, par exemple salpêtre du Chili 18 - spath fluor 5 - calamine 15 - chaux le reste La consommation de mélange pour I 00t de métal traité est de 3 t.Comme produit de combustion de ce mélange il se forme une scorie de composition suivante (% en poids) 50 % d'oxyde de calcium, 23 46 d'alumine, 3 % de silice, 13 % d'oxydes de fer, 5 % de fluorures, 7 % d'oxydes de sodium, le reste étant consitué par les impuretés. La scorie s'échauffe Jusqu'à la température de 15000C. Après le traitement, la charge contient 0,015 % de soufre et 0,020 % de phosphore. Exemple 5 Pour le traitement d'un acier faiblement allié contenant 0,5 % de carbone, 1 % de manganèse, 0,040 % de soufre et 0,025 % de phosphore, fabriqué dans un four Martin de 140 tonnes, on a utilisé 4,5 tonnes de mélange de composition suivante (% en poids) - sassures de copeaux d'aluminium 20 - nitrate de sodium, par exemple salpêtre du Chili 22 - spath fluor 15 - minerai de fer 5 - chaux le reste La scorie obtenue après la combustion de ce mélange avait la composition suivante (% en poids) : 45 % d'oxyde de calcium, 25 % d'alumine, 4 % de silice, 2 ffi d'oxydes de fer, 8 % d'oxydes de sodium, 7 % de fluorures, le reste étant constitué par les impuretés. L'acier ainsi traité conte nait-0,014 % de soufre et 0,022 % de phosphore. Exemple 6 Pour traiter une fonte contenant 0,050 ffi de soufre et 0,03 96 de phosphore, coulée dans une poche de 70 t , on utilise 700 kg de mélange de composition suivante ( 96 en poids) - scorie alumineuse 19 - nitrate de sodium, par exemple salpêtre du Chili 20 - spath fluor 7 - calamine 10 - chaux le reste. La scorie obtenue après la combustion du mélange a la composition suivante (% en poids) : 47 % d'oxyde de calcium, 22 % d'alumine, 5 % de silice, 10 % d'oxydes de fer, 6 % d'oxydes de sodium, 5 % de fluorures, le reste étant constitué par les impuretés. La fonte traitée avec cette scorie contient 0,020 % de soufre et 0,020 % de phosphore. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent REVENDICATIONS 1.- Mélange scorifiant exothermique destiné à l'affinage de métaux, du type contenant un composant alumineux, du nitrate de sodium, de 11 oxyde de calcium, du spath fluor, caractérisé en ce que, en plus des composants précités, il contient du minerai de fer ou de la calamine. 2.- Mélange exothermique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient (% en poids) - composant alumineux 8 à 20 - nitrate de sodium (par exemple salpêtre du Chili) 15 à 25 - spath fluor 5 à 17 - minerai de fer ou calamine 10 à 45 - oxyde de calcium le reste. 3.- Mélange exothermique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, en tant que composant alumineux, il contient 8 à 15 % en poids de poudre d'aluminium, les proportions des autres composants étant les suivantes (% en poids) - nitrate de sodium, par exemple salpêtre du Chili 15 à 25 - spath fluor 5 à 17 - minerai de fer ou calamine 10 à 45 - oxyde de calcium le reste 4.- Mélange exothermique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient 15 à 23 % en poids de sassures de copeaux d'aluminium ou de scorie alumineuse, les proportions des autres composants étant les suivantes (% en poids) - nitrate de sodium par exemple salpêtre du Chili 18 à 22 - spath fluor 5 à 15 - minerai de fer ou calamine 5 à 15 - oxyde de calcium le reste.