Brevet FR2459833A1 — publié le 19810116

La présente invention concerne un procédé pour réduire l'oxyde de fer, en particulier dans la production de poudres de fer utilisables dans la métallurgie des poudres; le procédé est particulièrement approprié pour l'utilisation dans la transformation des pailles de laminage formées pendant le laminage à chaud du fer et de l'acier en ces poudres de fer. Des quantités considérables de pailles de laminage qui consistent essentiellement en oxydes de fer, sont produites pendant le laminage à chaud, qui est l'une des étapes intervenant dans la transformation semiautomatique de l'acier pour former des articles manufacturés. Divers procédés ont déjà été proposés pour réduire ces pailles de laminage pour former des poudres de fer, ces procédés consistant d'abord à broyer les pailles pour former une poudre et ensuite à chauffer la matière broyée en présence d'un agent réducteur. Ce dernier agent peut être à l'état solide, par exemple coke de houille ou anthracite, qui est mélangé intimement avec la poudre d'oxyde, mais les procédés de ce type ont l'incon- vénient sérieux qu'ils produisent une matière impure, ne serait-ce que parce que l'on utilise un excès de l'agent réducteur pour faci- liter la réduction. On a également proposé des procédés pour utiliser un agent réducteur gazeux, tel que l'hydrogène ou le monoxyde de carbone. Ceux-ci assurent l'absence de résideux carbonés dans le produit finalmais les procédés de ce type n'ont pas conduit jusqu'à présent à des résultats pratiques satisfaisants, ni trouvé d'utili- sation spécifique dans l'industrie, à cause des difficultés rencon- trées pour réaliser une réduction complète des oxydes de fer dans toute la masse de la matière traitée. Dans une tentative pour résoudre les problèmes posés par les deux types de procédés ci-dessus, on a également proposé d'utiliser simultanément des agents réducteurs à l'état gazeux et à l'état solide, l'agent solide pouvant consister en charbon de houille (voir brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 2 759 808) ou un alliage carbone-fer en poudre, en particulier la fonte grise (voir brevet français n' 951 561). Cette combinaison d'agents réducteurs, cependant, n'est pas appropriée et la demanderesse a effectué d'autres essais sur l'utilisation d'agents réducteurs seuls. Les expériences effectuées en laboratoire ont montré qu'il est possible d'obtenir une poudre de fer ayant une teneur résiduelle en oxygène de moins de 0,3 % en poids par chauffage d'oxyde de fer en poudre dans un four en atmosphère réductrice à des températures supérieures à 9500C. Cependantce résultat était obtenu avec des conditions opé- ratoires compliquées qui ne peuvent pas être réalisées dans l'industrie. On a trouvé en général que,lorsque l'oxyde est chauffé très rapidement à des températures élevées, de l'ordre de 900 à 1100 Cles couches superficielles des particules sont réduites immédiatement, en formant des enveloppes métalliques qui sont imper- méables au gaz et empochent la réduction ultérieure des oxydes au centre des particules. L'invention a pour objet un procédé pour réduire des oxydes de fer avec un agent réducteur gazeux à l'échelle indus- trielle, qui conduit à la production de fer de qualité élevée. L'invention concerne un procédé pour la réduction d'oxyde de fer particulairedans lequel l'oxyde est chauffé dans une atmosphère réductrice à une température et pendant une durée suffi- santes pour transformer les particules en une forme poreuse qui permet leur pénétration par le gaz réducteur, et la température est ensuite augmentée pendant un nouvel intervalle de temps pour terminer la réduction de l'oxyde de fer en fer. Le procédé de l'invention utilise donc deux étapes de réduction - une première étape dans laquelle l'oxyde de fer est chauffé à une température plus basse, de préférence entre 600 et 650Cpendant une heure pour transformer les particules en une forme poreuse et empêcher la formation d'une enveloppe extérieure métallique compacte, de sorte que le gaz réducteur puisse ensuite pénétrer jusqu'au coeur des particules; et - une seconde étape dans laquelle les particules poreuses sont à peu près complètement réduites, de préférence à une température de 900 à 1100'C, pendant une heure. Les pailles de laminage pour le laminage à chaud de l'acier peuvent être avantageusement utilisées comme matière première pour le procédé cidessus, après broyage pour former des particules, ayant de préférence une dimension de grains ne dépassant pas 750 p. Les impuretés non ferreuses sont de préférence séparées magnétiquement avant le procédé de réduction. Pendant le procédé de réduction, il se produit normalement une certaine agglomération des particules et après refroidissement en atmosphère réductrice, la matière réduite doit être à nouveau broyée si l'on doit l'utiliser dans la métallurgie des poudres. On décrit plus particulièrement ci-après à titre d'exemple un mode de mise en oeuvre de l'invention. Les pailles de laminage formées pendant le laminage à chaud du fer ou de l'acier sont utilisées comme matière première pour le procédé selon l'invention. Ces pailles consistent essentiel- lement en oxyde de fer, partiellement sous forme de poudre et par- tiellement sous forme d'agglomérats de tailles diverses, la nature du ou des oxydes présents dépendant de la température de formation des pailles elles-mêmes: dans certains casl'oxyde de fer est principalement de la magnétite (Fe304), tandis qie,dans d'autres cas, il est principalement de l'oxyde ferrique (Fe203) ou de l'oxyde ferreux (FeO). Lorsque les pailles de laminage sont formées dans le laminage à chaud de barreaux, c'est-àdire de barres d'acier de section circulaire, elles peuvent être sous forme de petites plaques courbées ayant un rayon de courbure correspondant au rayon du barreau lui-même. Les pailles de laminage sont d'abord broyées dans un appareil connu pour former une poudre ayant une dimension de grains de moins de 750 p: il n'y a pas de difficulté particulière à mettre en oeuvre cette opération,car les pailles sont très friables. Les poudres d'oxyde de fer sont ensuite séparées magnétiquement des impuretés non ferreuses (par exempledes abrasifs qui sont ordinairement mélangés avec les pailles de laminage) et la poudre d'oxyde purifiée résultanteest transportée dans un four pour la réduction en atmosphère réductrice. Un four du type tunnel est utilisé pour chauffer l'oxyde. Le gaz réducteur peut contenir,par exemple, du monoxyde de carbone, de l'ammoniac dissocié ou de l'hydrogène. L'épaisseur de la couche de matière que l'on fait passer à travers le four tunnel dépend de la quantité de gaz réducteur utilisée. L'oxyde est chauffé dans l'atmosphère réductrice en deux étapes: dans la première étape, la matière est maintenue pendant environ une heure à une température de l'ordre de 600 à 6500C,et dans la seconde étape elle est maintenue pendant environ une heure à une température de 900 à 1100'C. Dans la première étape, pratiquement chaque particule de la poudre est transformée en un état poreux qui permet la péné- tration du gaz réducteur jusque dans le coeur de la particule. La seconde étape complète ensuite la réduction de l'oxyde dans toute la masse des particules. Ensuite la matière est refroidie, toujours en atmos- phère réductricede manière à éviter que l'oxyde de fer ne se reforme. La matière refroidie est ensuite broyée à nouveau et pulvérisée à une dimension de grains convenable pour l'utilisation ultérieure prévueet enfin les impuretés non ferreuses restant éventuellement sont séparées par un nouveau traitement de séparation magnétique pour donner comme produit final une poudre de fer utilisable dans la métallurgie des poudres. Il est entendu que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation préférés décrits ci-dessus à titre d'illustra- tion et que l'homme de l'art peut y apporter diverses modifications et divers changements sans toutefois s'écarter du cadre et de l'es- prit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la réduction d'oxyde de fer en particules caractérisé en ce que l'oxyde est chauffé dans une atmosphère réduc- trice à une température et pendant une durée suffisantes pour trans- former les particules dans une forme poreuse qui permette la péné- tration complète par le gaz réducteur et la température est ensuite augmentée pendant un nouvel intervalle de temps pour terminer la réduction de l'oxyde de fer en fer. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules d'oxyde de fer sont transformées en la forme poreuse à une température comprise entre 600 et 650, qui est mainte- nue pendant environ une heure. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la réduction est terminée à une température comprise entre 900 et 11000C,qui est maintenue pendant environ une heure. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caracté- risé en ce que le gaz réducteur est le monoxyde de carbone, l'ammoniac dissocié ou l'hydrogène. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules d'oxyde de fer ont une dimension de grains de moins de 750 P. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'oxyde de fer contient des pailles provenant du façonnage à chaud du fer ou de l'acier et en ce que le procédé comprend en outre les étapes de broyage des pailles pour former de l'oxyde de fer pulvérisé et séparation magnétique des impuretés non ferreuses de la poudre. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de refroi- dissement du fer obtenu dans le procédé de réduction en atmosphère réductrice, broyage de la matière refroidie en une poudre et sépa- ration magnétique des impuretés non ferreuses de la poudre pour obtenir une poudre de fer utilisable dans la métallurgie des poudres.