Brevet FR2459296A1 — publié le 19810109

L'invention concerne le domaine de la sidérurgie, et notamment les procédés de fabrication simultanée d'un ferro-silicozirconium et d'un corindon zirconien Le ferro-silico-zirconium est utilisé pour désoxyder et allier les aciers, les fontes et les alliages pour divers usages, et avec le corindon zirconien on fabrique des outils abrasifs pour le meulage des lingots et des demi-produits en acier avant le laminage. On connaît un procédé de fabrication simultanée d'un ferro-silico-zirconium et d'un corindon zirconien par fusion de concentré de zirconium, de minerai de fer et d'aluminium métal, pris dans la proportion pondérale 51-69/9,9-16,5 et 19,8-34t8 respectivement, à une température de 1950 à 20000C, suivie de la coulée séparée des produits désirés obtenus (voir le certificat d'auteur d'invention d'URSS nO 608 845, Bulletin des Inventions et découvertes d'URSS nO 20, 1978). L'inconvénient du procédé indiqué est l'obtention d'un corindon zirconien à teneur relativement élevée en oxyde de calcium (jusqu'à 3% en poids); bioxyde de silicium (jusqu'à 2,5% en poids) et fer total, c'est-à-dire sous forme de fer métal et de l'oxyde ferreux (jusqu'à 1,5% en poids), ce qui est conditionné par le taux relativement élevé de ces oxydes dans les constituants de départ: concentré de zirconium et minerai de fer. La présence d'oxyde de calcium et de bioxyde de silicium aux taux indiqués dans le corindon zirconien le rend dans certains cas pratiquement inutilisable pour la fabrication des meules destinées au meulage sous forte pression des lingots et des demi-produits en aciers de nuances particulièrement résistantes. Le but de l'invention est de supprimer l'inconvénient indiqué. On s'est proposé d'élaborer un procédé de fabrication simultanée d'un ferro-silico-zirconium et d'un corindon zirconien, tel qu'il permettrait d'obtenir un corindon zirconien convenant à la fabrication des outils abrasifs, y comrpis les meules destinées au meulage sous forte pression des lingots et des demi-produits en aciers de nuances particulièrement résistantes. La solution consiste en un procédé de fabrication simultanée d'un ferro-silico-zirconium et d'un corindon zirconien, comprenant la fusion de concentré de zirconium,de minerai de fer et d'aluminium métal, pris dans la proportion pondérale 51-69/9,9-16,5/ et 19,8-34,8 respectivement, à une température de 1950 à 2000oC, suivie de la coulée séparée des produits désirés, procédé dans lequel, selon l'invention, avant de couler le corindon zironien on lui ajoute de l'alumine à raison de 0,5 à 50% du poids du concentré de zirconium et l'on fait fondre l'alumine à une température de 1950 à 20000C. L'addition d'alumine (oxyde d'aluminium technique) permet d'obtenir un corindon zirconien à plus faible teneur en impuretés (bioxyde de silicium, oxyde de calcium, fer total) car le corindon zirconien en fusion est dilué par l'alumine dans laquelle la teneur en impuretés indiquées est 4 à 5 fois plus faible. On arrive ainsi à abaisser la teneur du corindon zirconien en bioxyde de silicium jusqu'à 0,6% en poids, en oxyde de calcium jusqu'à 0,4% en poids, en fer total jusqu'à 0,2% en poids. Le corindon zirconien à plus basse teneur en impuretés indiquées est caractérisé par de hautes propriétés abrasives. Les meules fabriquées avec ce corindon conviennent au meulage sous forte pression des lingots et des demiproduits en aciers de nuances particulièrement résistantes. En outre, l'addition d'alumine permet d'accroître le rendement du matériel de production (d'augmenter la quantité de corindon zirconien produite à chaque coulée). Le procédé faisant l'objet de l'invention permet de réaliser d'une manière simple la fabrication simultanée d'un ferrosilico-zirconium et d'un corindon zirconien. Par ce procédé, tout le zirconium est extrait du concentré de zirconium et entre dans la formation des produits désirés. La fabrication simultanée desdits produits désirés revient beaucoup moins cher que leur fabrication séparée. La qualité des produits obtenus par le procédé faisant l'objet de l'invention est analogue à celle de ces mêmes produits fabriqués séparément. Ainsi, par exemple, le ferro-silico-zirconium obtenu a un point de fusion se situant entre 1350 et 14200C, ce qui lui confère une bonne solubilité dans les aciers, les fontes et les alliages pour divers usages lors de leur désoxydation ou de l'apport d'éléments addition.En outre, le ferro-silico-zirconium se prête facilement au concassage jusqu'à la grosseur requise. Le procédé faisant l'objet de l'invention permet de supprimer la formation de scories de décharge contenant du zirconium, scories qui ne trouvent pas d'utilisation dans l'industrie. Le procédé de fabrication simultanée d'un ferro-silico-zirconium et d'un corindon zirconien faisant l'objet de l'inven- tion est réalisé de la façon suivante. On introduit dans l'appareil de fusion, par exemple un four à arc, les poids prescrits de constituants de la charge: concentré de zirconium, minerai de fer et aluminium, ces constituants étant avantageusement pris ous forme de poudres. Puis on fait fondre les constituants indiqués à une température de 1950 à 20000 C. La fusion achevée, on obtient un ferro-silico-zirconium et un corindon zirconien en fusion. Avant de couler le corindon zirconien, on lui ajoute de l'alumine à raison de 0,5 à 50% du poids du concentré de zirconium et l'on fait fondre cette alumine à une température de 1950 à 20000C. La fusion de l'alumine achevée, on coule séparément les produits désirés (le ferro-silico-zirconium et le corindon zirconien) du four, par exemple dans des lingotières métalliques massives, refroidies par air ou par liquide.Comme le poids spécifique du corindon zirconien est plus petit que celui du ferro-silicozirconium et que la couche de corindon zirconien en fusion se trouve au-dessus de la couche de ferro-silico-zirconium, il est avantageux de couler d'abord le corindon zirconien, puis le ferro-silicozirconium. On peut aussi couler le ferro-silico-zirconium avant d'ajouter l'alumine au corindon zirconien. Pour rendre possible le refroidissement du corindon zirconien à une grande vitesse (afin d'obtenir une structure microcristalline), il est avantageux de diviser les constituants indiqués de la charge (concentré de zirconium, minerai de fer et aluminium) en plusieurs portions avant la fusion. L'alumine doit alors aussi être divisée en même nombre de portions. Après la fusion de la première portion de constituants de la charge à unetempérature de 1950 à 20000C, on verse sur la couche supérieure, constituée par du corindon zirconien, la première portion d'alumine et on la fait fondre à une température de 1950 à 20000C. La fusion de l'alumine achevée, on coule le corindon zirconien. On charge ensuite sur la couche inférieure restée dans le four, constituée par du ferro-silicozirconium, la portion suivante de constituants de la charge que l'on fait fondre à la température indiquée. Ceci fait, on charge la portion suivante d'alumine et on la fait fondre à la même température. Puis on coule la couche supérieure (corindon zirconien) du four et l'on répète les opérations susdécrites dans le même ordre. De la sorte, le ferro-silico-zirconium s'accumule dans le four, tandis que le corindon zirconien obtenu après la fusion de chaque portion d'alumine venant dans l'ordre est coulé dans des lingotières et se re froidit à grande vitesse en acquérant ainsi une structure microcristalline. Après le chargement de la dernière portion de constituants, leur fusion, le chargement de la dernière portion d'alumine et sa fusion, on coule d'abord le corindon zirconien, puis le ferro-silicozirconium. Pour une meilleure compréhension de l'invention, on donne ci-après des exemples concrets de réalisation. Dans tous les exemples on utilise un concentré de zirconium , un minerai de fer, une poudre d'aluminium et une alumine de mêmes compositions chimiques. Toutefois, ceci n'exclut pas la possibilité d'utiliser les constituants indiqués avec d'autres compositions chimiques sans altération des résultats donnés par le procédé conforme à l'invention. Exemple 1 On charge dans un four à arc 2400 kg de concentré de zirconium, contenant 65% en poids de bioxyde de zirconium et 32% en poids de bioxyde de silicium, 480 kg de minerai de fer, contenant 96% en poids d'oxyde de fer, et 840 kg de poudre d'aluminium, contenant 90% en poids d'aluminium. La proportion pondérale des constituants de la charge indiqués est 64,5/12,9/22,6 respectivement. On fait fondre les constituants enfournés à une température de 2O000C, pendant 3,5 heures.On obtient ainsi 1100 kg de ferro-silico-zirconium, cons titué par 40,7% en poids de zirconium, 27% en poids de fer, 29,4% en poids de silicium, 1,1% en poids d'aluminium, 1,8% en poids d'impuretés satellites (cuivre, carbone, etc.), et 2400 kg de corindon zirconien, constitué par 39,3% en poids de bioxyde de zirconium, 54,3% en poids d'oxyde d'aluminium, 2,0% en poids de bioxyde de silicium, 0,8% en poids d'oxyde de calcium, 2,1% en poids d'oxyde de magnésium, 1,5% en poids de fer total. Avant la coulée, on ajoute au corindon zirconien, se trouvant au-dessus de la couche de ferro-silico-zirconium, 240 kg d'alumine, contenant 99,4% en poids d'oxyde d'aluminium, et l'on fait fondre l'alumine à une température de 20000C.On obtient ainsi 2630 kg de corindon zirconien, cosntitué par 35,9% en poids de bioxyde de zirconium, 58,3% en poids d'oxyde d'aluminium, 1,8% en poids de bioxyde de silicium, 0,7% en poids d'oxyde de calcium, 1,9% en poids d'oxyde de magnésium, 1,4% en poids de fer total. On coule le ferro-silico-zirconium et le corindon zirconien séparément dans des lingotières métalliques massives et on laisse refroidir à l'air. Exemple 2 De même qu'à l'exemple 1, on obtient 1100kg de ferro silico-zirconium de composition chimique indiquée et 2400 kq de corindon zirconien de composition chimique indiquée. Avant la coulée du corindon zirconien, on lui ajoute 600 kg d'alumine contenant 99,4% en poids d'oxyde d'aluminium, et l'on fait fondre l'alumine à une température de 20000C. On obtient ainsi 2925 kg de corindon zirconien, constitué par 32,3% en poids de bioxyde de zirconium, 62,5% en poids d'oxyde d'aluminium, 1,6% en poids de bioxyde de silicium, 0,7% en poids d'oxyde de calcium, 1,7% en poids d'oxyde de magnésium, 1,2% en poids de fer total. Exemple 3 On charge dans un four à arc 100 kg de concentré de zirconium, contenant 65% en poids de bioxyde de zirconium et 32% en poids de bioxyde de silicium, 24 kg de minerai de fer, contenant 96% en poids d'oxyde de fer, et 61 kg de poudre d'aluminium, contenant 90% en poids d'aluminium. La proportion pondérale des constituants de la charge indiqués est 54/13/33 respectivement. On fait fondre les constituants enfournés à une température de 19500C, pendant 40 mn.On obtient ainsi 73 kg de ferro-silico-zirconium, constitué par 45,8% en poids de zirconium, 19,5% en poids de fer, 22,4% en poids de silicium, 9% en poids d'aluminium, 3,3% en poids d'impuretés satellites (cuivre, carbone, etc.), et 105 kg de corindon zirconien, constitué par 16,9% en poids de bioxyde de zirconium, 78,9% en poids d'oxyde d'aluminium, 1,1% en poids de bioxyde de silicium, 0,7% en poids d'oxyde de calcium, 1% en poids d'oxyde de magnésium, 1,4% en poids de fer total. On coule le ferro-silico-zirconium dans des lingotières métalliques à garnissage et on laisse refroidir. Avant la coulée on ajoute au corindon zirconien 50 kg d'alumine, contenant 99,4% en poids d'oxyde d'aluminium, et l'on fait fondre l'alumine à une température de 19500 C. On obtient ainsi 155 kg de corindon zirconien, constitué par 11,5% en poids de bioxyde de zirconium, 85,6% en poids d'oxyde d'aluminium, 0,8% en poids de bioxyde de silicium, 0,5% en poids d'oxyde de calcium, 0,7% en poids d'oxyde de magnésium, 0,9% en poids de fer total. Exemple 4 On charge dans un four à arc 2400 kg de concentré de zirconium, contenant 65% en poids de bioxyde de zirconium et 32% en poids de bioxyde de silicium, 480 kg de minerai de fer, contenant 96% en poids d'oxyde de fer, et 1320 kg de poudre d'aluminium, contenant 90% en poids d'aluminium. La proportion pondérale des consti tuants de la charge indiqués est 57,2/11,4/31,4 respectivement. On fait fondre les constituants enfournés à une température de 19600C, pendant 3,4 heures.On obtient ainsi 1650 kg de ferro-silico-zirconium, constitué par 51,7% en poids de zirconium, 18,1% en poids de fer, 19,8% en poids de silicium, 8,6% en poids d'aluminium, 1,8% en poids d'impuretés satellites (cuivre, carbone, etc.), et 1900 kg de corindon zirconien, constitué par 20,4% en poids de bioxyde de zirconium, 78% en poids d'oxyde d'aluminium, 0,7% en poids de bioxyde de silicium, 0,5% en poids d'oxyde de calcium, 0,1% en poids d'oxyde de magnésium, 0,3% en poids de fer total.Avant la coulée on ajoute au corindon zirconien, se trouvant au-dessus de la couche de ferro-silico-zirconium, 12 kg d'alumine, contenant 99,4% en poids d'oxyde d'aluminium, et l'on fait fondre 1' alumine à une température de 196O0C. On obtient ainsi 2000 kg de corindon zirconien, constitué par 20,2% en poids de bioxyde de zirconium, 78,5% en poids d'oxyde d'aluminium, 0,6% en poids de bioxyde de silicium, 0,4% en poids d'oxyde de calcium, 0,1% en poids d'oxyde de magnésium, 0,2% en poids de fer total. On coule le ferro-silico-zirconium et le corindon zirconien séparément dans des lingotières métalliques massives et on laisse refroidir. Exemple 5 On charge dans un four à arc 2400 kg de concentré de zirconium, 635 kg de minerai de fer et 1620 kg de poudre d'aluminium. La proportion pondéra le des constituants de la charge indiqués est 51,6/13,6/34,8 respectivement. On fait fondre les constituants enfournés à une température de 19600C, pendant 3, 6 heures. on obtient ainsi 1680 kg de ferro-silico-zirconium, constitué par 48% en poids de zirconium, 22, 1% en poids de fer, 19,2% en poids de silicium, 9,5% en poids d'aluminium, 1,2% en poids d'impuretés satallites (cuivre, carbone, etc.), et 2600 kg de corindon zirconien, constitué par 17,5% en poids de bioxyde de zirconium, 76,9% en poids d'oxyde d'aluminium, 1,1% en poids de bioxyde de silicium, 1% en poids d'oxyde de calcium, 2,7% en poids d'oxyde de magnésium, 0,8% en poids de fer total. Avant la coulée on ajoute au corindon zirconien 840 kg d'alumine, contenant 99,4% en poids d'oxyde d'aluminium, et l'on fait fondre l'alumine à une température de 19600C. On obtient ainsi 3400 kg de corindon zirconien, constitué par 13,4% en poids de bioxyde de zirconium, 82,3% en poids d'oxyde d'aluminium, 0,8% en poids de bioxyde de silicium, 0,8% en poids d'oxyde de calcium, 2,1% en poids d'oxyde de magnésium, 0,6% en poids de fer total. On coule séparément, d'abord le corindon zirconien, puis le ferro-silico-zirconium, dans des lingotières métalliques massives. Exemple 6 On charge dans un four à arc 105 kg de concentré de zirconium, 15 kg de minerai de fer et 32 kg de poudre d'aluminium. La proportion pondérale des constituants de la charge indiqués est 69,9/9/21,1 respectivement. On fait fondre les constituants enfourés à une température dë 20000C, pendant 35 mn. On obtient ainsi 34 kg de ferro-silico-zirconium, constitué par 34,5% en poids de zirconium, 29,5% en poids de fer, 34,6% en poids de silicium, 0,7% en poids d'aluminium, 0,7% en poids d'impuretés satellites, et 110 kg de corindon zirconien, constitué par 46% en poids de bioxyde de zirconium, 48,9% en poids d'oxyde d'aluminium, 2,3% en poids de bioxyde de silicium, 0,7% en poids d'oxyde de calcium, 0,5% en poids d'oxyde de magnésium, 1,6% en poids de fer total. Avant la coulée, on ajoute au corindon zirconien 21 kg d'alumine et l'on fait fondre l'alumine à une température de 2000C.On obtient ainsi 130 kg de corindon zirconien, constitué par 38,9% en poids de bioxyde de zirconium, 56,8% en poids d'oxyde d'aluminium, 1,9% en poids de bioxyde de silicium, 0,6% en poids d'oxyde de calcium, 0,4% en poids d'oxyde de magnésium, 1,4% en poids de fer total. On coule séparément le ferro-silico-zirconium et le corindon zirconien dans des lingotières métalliques massives et on laisse refroidir. Exemple 7 On introduit dans un four à arc une charge comprenant 2400 kg de concentré de zirconium, 571,2 kg de minerai de fer et 732 kg de poudre d'aluminium. La proprotion pondérale des constituants de la charge indiqués est 64,8/15,4/19,8 respectivement. On introduit d'abord dans le four un tiers de toute la charge et l'on fait fondre la portion indiquée à une température de 20000C pendant 1,2 heure.Après la fusion de la première portion de la charge, on obtient du ferro-silico-zirconium, constitué par 23,9 & en poids de zirconium, 39,7% en poids de fer, 33,4% en poids de silicium, 0,6% en poids d'aluminium, 2,4% en poids d'impuretés satallites, et du corindon zirconien, constitué par 48,1% en poids de bioxyde de zirconium, 46,2% en poids d'oxyde d'aluminium, 2,4% en poids de bioxyde de silicium, 0,9% en poids d'oxyde de calcium, 1% en poids d'oxyde de magnésium et 1,4% en poids de fer total.Avant la cou idée, on ajoute au corindon zirconien 300 kg (un tiers de la quantité totale) d'alumine et l'on fait fondre l'alumine à une température de 20000 C. On obtient ainsi 1230 kg de corindon zirconien, constitué par 37,5% en poids de bioxyde de zirconium, 58% en poids d'oxyde d'aluminium, 1,9% en poids de bioxyde de silicium, 0,7% en poids d'oxyde de calcium, 0,8% en poids d'oxyde de magnésium, 1,1% en poids de fer total. On coule le corindon zirconien dans des lingotières métalliques massives et on laisse refroidir à l'air. On ajoute au ferro-silico-zirconium resté dans le four encore un tiers de toute la charge et l'on fait fonde cette portion de charge à une température de 20000C, pendant 1,1 heure.On obtient ainsi du ferrosilico-zirconium de composition chimique indiquée plus haut et du corindon zirconien également de composition chimique indiquée plus haut (avant l'introduction de l'alumine). Avant la coulée on ajoute au corindon zirconien encore un tiers de la quantité totale d'alumine et l'on fait fondre l'alumine à une température de 20000C. On obtient ainsi encore 1230 kg de corindon zirconien de composition chimique indiquée plus haut (apurés l'introduction de l'alumine). On coule le corindon zirconien dans des lingotières métalliques massives et on laisse refroidir à l'air. On ajoute au ferro-silicozirconium resté dans le four le dernier tiers de toute la charge et l'on fait fondre cette dernière portion à une température de 20000C, pendant une heure. On obtient ainsi 868 kg (quantité totale obtenue à l'issue de trois fusions) de ferro-silico-zirconium de composition chimique indiquée plus haut et du corindon zirconien de composition chimique indiquée plus haut (avant l'introduction de 1' alumine). Avant la coulée on ajoute au corindon zirconien le dernier tiers de la quantité totale d'alumine et l'on fait fondre l'alumine à une température de 20000C. On obtient ainsi encore 1230 kg de corindon zirconien de composition chimique indiquée plus haut (après l'introduction de 1' alumine). On coule le corindon zirconien et le ferrosilico-zirconium séparément dans des lingotières métalliques massives et on laisse refroidir. Exemple 8 On charge dans un four à arc 1600 kg de concentré de zirconium, 420,8 kg de minerai de fer et 539,2 kg de poudre d'alu minium. La proportion pondérale des constituants de la charge indiqués est 62,5/16,4/21,1 respectivement. On fait fondre les constituants enfournés à une température de 20000C, pendant 2,1 heures. On obtient 650 kg de ferro-silico-zirconium, constitué par 28% en poids de zirconium, 39% en poids de fer, 30,3% en poids de silicium, 0,6% en poids d'aluminium, 2,1% en poids d'impuretés satallites, et 1900 kg de corindon zirconien, constitué par 44,5% en poids de bioxyde de zirconium, 50,3% en poids d'oxyde d'aluminium, 2,2% en poids de bioxyde de silicium, 0,8% en poids d'oxyde de calcium, 1,2% en poids d'oxyde de magnésium et 1% en poids de fer total. Avant la coulée, on ajoute au corindon zirconien 400 kg d'alumine et l'on fait fondre l'alumine à une température de 20000 C. On obtient ainsi 2250 kg de corindon zirconien, constitué par 37,6% en poids de bioxyde de zirconium, 58% en poids d'oxyde d'aluminium, 1,9% en poids de bioxyde de silicium, 0,7% en poids d'oxyde de calcium, 1% en poids d'oxyde de magnésium, 0,8% en poids de fer total. On coule le ferro-silico-zirconium et le corindon zirconien séparément dans des lingotières métalliques massives et on laisse refroidir à l'air. REVENDICATION Procédé de fabrication simultanée d'un ferro-silicozirconium et d'un corindon zirconien, comprenant la fusion de concentré de zirconium, de minerai de fer et d'aluminium métal, pris dans la proportion pondérale 51-69/9,9-16,5/19,8-34,8 respectivement, à une température de 1950 à 20000 C, suivie de la coulée séparée des produits désirés, caractérisé en ce que, avant de couler le corindon zirconien, on lui ajoute de l'alumine à raison de 0,5 à 50% du poids du concentré de zirconium et que l'on fait fondre l'alumine à une température de 1950 à 2000du.