Brevet FR2448570A1 — publié le 19800905

La présente invention est relative à la fabrication de corps de forme allongée en métal ferreux par extrusion d'une matière première constituée par un minerai de métal, et elle a pour but de fournir un procédé nouveau et perfectionné de fabrication de tels corps en métal. L'invention a pour objet un procédé de fabrication de produits de forme allongée en métal ferreux à partir d'un minerai de métal, suivant lequel on enrichit le minerai pour lui donner une forme concentrée, on transforme le minerai concentré en agglomérés tels que des boulettes et des briquettes, on fait passer le minerai concentré et aggloméré dans un four en présence d'un gaz réducteur agissant comme agent réducteur unique ou primaire et on extrude les produits agglomérés et réduits afin de former un corps de forme allongée en métal ferreux. Le minerai de métal peut être enrichi pour être concentré en étant soumis à une série d'opérations de broyage, de séparation magnétique ou par gravité et de filtrage. En variante on peut utiliser un enrichissement chimique par exemple (au moyen de chlorure). Ainsi par exemple le minerai peut être soumis à une réaction avec de l'hydrogène et du chlorure dthydrogène gazeux (à une température de 700 OC à 900 OC), le chlorure de fer résultant étant condensé à par tir des gaz produits afin de former un chlorure de fer concen- tré finement divisé. Des additions de métaux d'alliages sous forme d'éléments, d'oxydes ou de chlorures peuvent être effectuées dans la phase appropriée du procédé, avant l'extrusion0 On peut utiliser dans le procédé suivant l'invention plusieurs minerais séparés de métaux, le mélange se produisant à un stade approprié. La réduction du minerai concentré et aggloméré peut être effectuée dans un four suivant un mode de fonctionnement continu ou par lots en présence d'hydrogène et/ou d'oxyde de carbone ou de tout autre gaz réducteur approprié. Les agglomérés réduits peuvent être amenés directement du four réducteur à ltextrudeuse. Ces agglomérés peuvent étre maintenus à peu près à la température du four, ou dans certains cas, ils peuvent être soumis à l'ajustement de sa température pour le procédé. En variante, les agglomérés réduits peuvent être re= froids et emmagasinés après la phase de réduction et titre ensuite soumis à l'ajustement de température nécessaire pour le procédé, avant d'être amenés à l'extrudeuse. L'extrusion peut ètre effectuée par tout dispositif approprié et commode. On peut ainsi utiliser une extrudeuse à piston et obtenir une fabrication semi-continue en utilisant une extrudeuse à piston à mouvement alternatif. En variante par exemple l'extrusion peut être effectuée d'une façon connue en introduisant les agglomérés dans un passage formé entre une roue rotative comportant une gorge dans sa périphérie externe et un sabot recouvrant une partie de la longueur de la gorge, un orifice de filière étant prévu à l'extrémité de sortie du passage, et la roue étant entraînée en rotation de fa çon à presser les boulettes vers ltorifice de la filière. On remarquera qutavec certains dispositifs d'extrusion le corps de forme allongée en métal ferreux produit peut avoir, lors de l'extrusion, une masse spécifique de 100 %, cwest-à-dire une compacité totale ou une masse spécifique et une compacité approchant de cette valeur. Cependant avec d'autres appareiis d'extrusion le corps extrudé peut avoir une compacité et une masse spécifique de valeur plus faible et dans de tels cas le corps extrudé en métal ferreux peut ensuite être soumis à un traitement mécanique tel qu'un laminage, un forgeage, ou un laminage à chaud de façon, entre autres, a' augmenter sa masse spécifique et sa compacité. Il est possible au moyen de l'invention de produire un corps composite de forme allongée, en métal ferreux, présentant des parties distinctes ayant des compositions différentes. Ainsi au moyen d'appareils d'extrusion appropriés, il est possible d'extruder un corps composite ayant des zones distinctes transversales par rapport à son axe longitudinal. Ce résultat peut être obtenu par exemple au moyen d'un appareil d'extrusion dans lequel une boîte ou enveloppe en matière ferreuse, preformée, est amenée à une chambre d'extrusion, est alors remplie avec des agglomérés réduits puis est extrudée sous forme d'un corps composite comportant une enveloppe périphérique d'une composition différente de celle de l'intérieur du corps. De tels corps composites peuvent présen- ter un grand intérêt pour réaliser par exemple des barres renforcées destinées à être utilisées dans une ambiance corrosive, dans lesquelles l'enveloppe peut être en acier inoxydable. On décrira maintenant de façon plus détaillée deux exemples de mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, en se référant aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples, sur lesquels - les Fig. la et lb sont des schémas synoptiques d'un exemple comprenant une série de phases d'enrichissement mécanique et magnétique du minerai - la Fig. 2 est un schéma synoptique faisant apparaître une voie d'enrichissement chimique 3 - la Fig0 3 est une vue schématique en élévation d'un appareil pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'inven- tion. Comme le montre la Fig. 1, du minerai de fer est amené depuis un poste d'emmagasinage à sec jusqu'à un broyeur primaire en circuit fermé qui peut être du type fabriqué par la firme Alice Chalmers Corporation puis le minerai broyé provenant de ce broyeur passe à travers des separateurs magnetiques, successifs, à intensités faible et élevée, qui peuvent être du type fabriqué par la firme Boxmag Rapid. Le constituant non magnétique est évacué des séparateurs par pompage, tandis que le constituant magnétique est alors amené à un appareil d'épaississement qui peut être du type fabriqué par la firme Dorr-Oliver. A la sortie de l'appareil épaississeur, le minerai traverse un filtre qui peut être du type à disque rotatif fabriqué par la firme Dorr-Oliver puis, après séchage, ce minerai est soumis à une opération finale de broyage en circuit fermé. A ce stade l'enrichissement du minerai est achevé et il se trouve sous la forme d'une poudre concentrée ayant une dimension de particules de 1 300- 2 200 Blaine. La teneur en gangue du minerai est avantageusement inférieure & 3 %. Le minerai enrichi est alors amené à un appareil de formation de boulettes ou de nodules, qui peut être du type fabriqué par la firme Head Wrightson Group, et à la sortie duquel le minerai sous forme de boulettes est amené à un four réducteur. La dimension des boulettes de minerai est de façon avantageuse inférieure à 12 mm. Le four réducteur peut être un four à cuve ou un four à grille mobile ou encore un four à lit statique, et dans ce four le minerai sous forme de boulettes est soumis à l'action d'un gaz réducteur qui, de façon avantageuse et comme représenté, est de l'hydrogène. Dans ce cas encore le four réducteur peut comprendre un réacteur à lit fluidisé à haute température, le lit étant constitué par les agglomérés et l'action fluidisante étant exercée par le gaz réducteur. D'une façon appropriée, le four réducteur fonctionne à une température de l'ordre de 500 OC à 1 000 OC. Les boulettes réduites peuvent être extraites du four réducteur soit en continu soit par lots suivant le type de four qui est utilisé0 En variante les boulettes de fer réduit peuvent être fabriquées par enrichissement chimique comme illustré à la Fig0 2o La matière porteuse de fer est amenée dans un appareil de chloration qui de façon caractéristique peut être un réacteur rotatif, ou lorsque la dimension des particules est appropriée, un lit fluidisé. On fait réagir le minerai à une température de 700 à 1 000 OC (suivant le minerai) avec un mélange de chlorure d'hydrogène et d'hydrogène, de préférence, bien que pas nécessairement, dans un rapport de 2:1.Du chlorure de fer est produit et est séparé des autres produits gazeux par refroidissement du courant de gaz jusqu'à une température inférieure à 550 OC dans un appareil condenseur et refroidisseur. Le chlorure de fer finement divisé est séparé du courant de gaz dans un séparateur cyclone. Le chlorure de fer solide est alors comprimé afin de réaliser des boulettes d'une dimension appropriée, dont de façon caractéristique la dimension la plus petite est inférieure à 2,5 cm. On fait alors passer les boulettes de chlorure de fer dans un four réducteur. Ce four réducteur peut être un four rotatif, un four à grille mobile ou un four à lit statique. Les boulettes sont réduites dans ce four avec de lthydro- gène gazeux à une température de réaction de 400 a' 900 OC. Les boulettes réduites peuvent être extraites du four réducteur soit en continu soit par lots suivant le type de four qui est utilisé. Les boulettes réduites provenant des deux exemples ci-dessus sont amenées dans un four à réchauffer et de la à une extrudeuse, comme représenté à la Fig. 3. On a représenté sur la Fig. 3 un four à réchauffer 1 ayant une atmosphère réductrice dans laquelle les boulettes réduites sont chauffées ou réchauffées jusqu'a' une température de l'ordre de 750 0 à 1 200 OC. Les boulettes chaudes sont éjectées du four 1 au moyen d'un piston 2 et sont amenées à une ouverture d'entrée 3 d'une extrudeuse 4. L'extrudeuse 4 comprend un piston 5 qui comprime les boulettes contre une membrane (non représentée) qui est située immédiatement en arrière d'une filière 6 d'extrusion. Lorsqu'une pression prédéterminée a été atteinte dans l'extrudeuse sous l'action du piston, la membrane et les boulettes comprimées sont extrudées et guidées à l'extérieur au moyen de galets 7. L'extrusion peut être réalisée de façon semi-continue par l'action alternative du piston 5. Une nouvelle charge de boulettes chaudes peut être comprimée contre le restant de l'extrusion précédente et extrudée a' son tour, assurant ainsi un fonctionnement cyclique. On remarquera que le produit ferreux extrudé peut avoir toute section appropriée, par exemple celle d'une tige, d'un tube ou autres, grâce à un choix approprié de la forme de l'extrudeuse de la filière. Les boulettes provenant du four réducteur peuvent être transportées chaudes jusqu'a' l'appareil d'extrusion sous une atmosphère protectrice. Une telle atmosphère peut être réductrice et peut être constituée par de l'azote avec addition d'hydrogène, à une concentration inférieure & la limite explosive, par exemple 5 % en volume. D'une façon avantageuse la masse par unité de volume des boulettes introduites dans l'extrudeuse peut être rendue optimale en utilisant un mélange de boulettes de différentes dimensions. EV END ICAT IONS 1 - Procédé de fabrication de produits de forme allongée en métal ferreux à partir d'un minerai de métal, caractérisé en ce qu'on enrichit le minerai pour obtenir une forme concentrée, on transforme le concentré ainsi produit en agglomérés, on fait passer le concentré aggloméré à travers un four en présence d'un gaz réducteur agissant comme agent réducteur unique ou primaire et on extrude les agglomérés réduits pour former un corps de forme allongée en métal ferreux. 2 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le minerai est enrichi par une série d'opérations de broyage, de séparation magnétique ou par gravité et de filtrage. 3 - Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le minerai est enrichi par voie chimique. 4 - Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le minerai est enrichi en le soumettant a' une réaction avec de l'hydrogène et du chlorure d'hydrogène gazeux, le chlorure de fer résultant étant condensé à partir des gaz produits sous une forme concentrée finement divisée. 5 - Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le concentré est aggloméré sous la forme de boulettes. 6 - Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des additions de matière d'alliage sont effectuées avant l'extrusion. 7 - Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la réduction des agglomérés concentrés est effectuée dans un four fonctionnant en continu, en présence d'hydrogène et/ou d'oxyde de carbone. 8 - Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les agglomérés réduits sont amenés directement du four réducteur à l'extrudeuse, à une température qui est à peu près celle du four. 9 - Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les agglomérés réduits sont extrudés en combinaison avec des matières de composition différente de façon à fournir un corps allongé, extrudé, composite, de métal ferreux. 10 - Procédé suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps allongé extrudé, en métal ferreux, est soumis à un traitement mécanique.