Brevet FR2491496A1 — publié le 19820409

La présente invention se rapporte à un procédé pour la val.orisation de scories métallurgiques, et spécialement de scories métallurgiques obtenues lors de l'aifi- nage de fonte hématite par voie pneumatique dans un convertisseur. Les scories métallupgiques produites par l'affinage d'une fonte non phosphoreuse selon le procédé dans lequel on souffle de l'oxygène industriellement pur dans le convertisseur, ne trouvent, actuellement, que des débouchés limités. Ces débouchés sont essentiellement, soit l'agri- culture, où à cause de sa teneur importante en CaO, cette scorie est utilisée en faible quantité pour amender la terre, soit l'introduction dans la charge des hauts fourneaux, comme fondant et porteur de fer, mais en quantité limitée, à cause de la présence d'impuretés gênantes (phosphore, alcalis) contenues dans ces scories. On utilise également ces scories pour la construction des routes, mais des difficultés surviennent quand la teneur en chaux de ces scories est trop élevée (gonflement). Le surplus important de scorie non utilisée est en général mis en terril, solution qui présente, entre autres inconvénients, celui de nécessiter des dépenses en pure perte, puisque le matériau est considéré comme irrécupérable. Dans le but de valoriser ces scories, le demandeur a déjà préconisé d'ajouter à la scorie liquide des porteurs d'alumine et de silice (cendres volantes de centrales thermiques, éventuellement du laitier de haut fourneau, de préférence liquide). Ces additions. ont pour effet de transformer la scorie liquide en liant métallurgique o On ajoute encore un réducteur suffisamment énergique pour réduire la majeure partie du FeO et du MnO à l'état métallique et au cours de cette réduction, on insuffle de l'oxygène dans l'atmosphère gazeuse se dégageant de la scorie. La présente invention a également pour objet de valoriser les scories métallurgiques susmentionnées, mais dans un autre but, à savoir de préparer au moyen de ces scories un produit avantageusement broyé pouvant être utilisé comme poudre de coulée continue ou entrer avec intérêt dans la composition de poudre de couverture pour lingotière de coulée continue. Une telle poudre est automatiquement du type préfondu. Le procédé, objet de la présente invention, est essentiellement caractérisé en ce que de la scorie métallurgique produite lors d'une opération d'affinage pneumatique de fonte dans un convertisseur est mélangée sous forme préféremment liquide avec a. des cendres volantes en provenance de centrales ther miques au charbon, du schiste éventuellement de houille, des produits ou déchets silico-alumineux, du laitier de haut fourneau préféremment liquide, isolément ou en mélange. b. de la silice pure ou d@ sable faiblement alumineux, c'est-à Al2O3 dire vérifiant la relation # 0,17. les proportions en SiO2 tre les deux constituants repris sous a. ct b. étant telles que la teneur totale et silice soit inférieure à 70 % et de préférence supérieure à 30 %, de préférence encore supérieure à 40 %, en ce que le mélange ainsi constitué est tout d'abord soumis à une opération de chauffage avantageusement au moyen d'un brûleur approprié, de manière à maintenir le mélange à l'état liquide, puis à une opération de réduction sous arc électrique avec apport d'éléments porteurs de carbone, le mélange étant après réduction, refroidi de préférence par coulée dans un liquide tel de de l'eau, tandis que l'on peut recueillir par décantation les sous-produits métalliques, par exemple sous forme de fonte ferro-manganitique, etc... Suivant l'invention, l'opération de chauffage peut être effectuée sous apport de fondants, tels que par exemple du spath-flucr, des alcalis, du Li2O. du 13203 isolément ou en mélange, ce qui @ pour effet d'une part, d'accélérer la fusion et d autre parr de fournir un produit directement utilisable en coulée continu@. Les éléments réducteurs porteurs de carbone peuvent être solides, liquides ou gazeux, pulvérulents, isolément ou en mélange. Ces fondants peuvent également être ajoutés à la fin de l'opération de réduction. Eventuellement, les deux modes d'ajouts peuvent être utilisés. Après solidification du mélange réduit, refroidi, celui-ci est finement broyé et présentant une composant avantapeuse pour l'utilisation envisagée, peut être employé sans autre manipulation comme poudre de couverture pour lingotière de coulée continue. Il a d'autre part éte trouvé également avantageux de mélanger la dite poudre avant utilisation. avec des composes sensibles à la pyrolyse, avec dégagement gazeux, tel que du CaCO, ou carloner tel que du graphit@ @'exemple c:-après permettra de mieux comprendre le processus de préparation de la poudre susmentionnée. On dispose d'une scorie LD comportant 41,6 % CaO 15,3 % SiO2 5,3 % MgO 21 % Fe total, sous forme oxydée, dans sa quasi totalité, le solde étant constitué de divers composants. Sur le diagramme ternaire Al2O3 - SiO2 -(CaO + MgO), une telle scorie contient 41,6 + 5,3 - en (CaO + Mgo) : = 75,4 % 41,6 + 15,3 + 5,3 - en SiO2 : = 24,6 % 41,6 + 15.3 + 5.3 Elle est représentée par le point 1 (appelé LD idéal) sur le dit diagramme ternaire. Une tonne de cette scorie contient donc 469 kg de (CaO + Mgo) et 153 kg de SiO2. On dispose également de cendres volantes comportant 47 % de SiO2 32 % de Al2O3 3 % de CaO, le solde étant constitué de divers composants. Rapprotées au diagramme terpeire Al2O3 - SiO2 (CaO + MgO), les teneurs en ces trois constituants sont respectivement: 57,4 V de SiO2 39 Je de Al2O3 3,G r4 de CaO. De telles cendres sont ainsi représentées sur le diagramme par le point 2 (appelé cendres volantes idéales). D'autre part, on sait expérimentalement qu'une poudre dè couverture de. bonne qualité ne doit normalement pas dépasser une teneur ut alumine de 10 @. Vans le présent exemple, le rapport CaO/SiO2, est de l'ordre de 0,8; pour des poudres de bonne qualité, @@ rapport peut varier duns des proportions relative ment larges.Compte ten@ de ce que l'ajout de sable va contribuer à diminuer la teneur en alumine du mélange primaire, on peut estimer que la teneur en alumine de ce mélange primaire (scorie LD + cendres volantes) scit d Les quantités de CVidéales et LDidéale a mettre en oeuvre pour réaliser ce mélange sont déterminées de façon connue par la règle des segments mesurés sur le diagramme. Dans le cas présent, on aura donc idéales ~ 1.A 23,5=0,439 ou 43,9 Idéale soit donc 43,9 kg de CVidéales pour 100 kg de LDidéale, ce qui 43,9 100 correspond à = 53,6 kg de CVréelles et kg de 0,82 0,622 LDréelles = 161 kg. Si l'on envisage maintenant d'ajouter de la silice (SiO2 pur) au mélange primaire représenté par le point A, on cherche à obtenu un mélange final contenant 10 % d'alumine, ce qui, sur la droite reliant le point A au point 3 (correspondant à 100 % SiO2), nous amène au point 4. les proportions relatives du mélange primaire et de silice sont données par la règle des segments, à savoir mélange Aidéal = 4.3 = 58 = 420 SiO2 A.4 13,8 Ioo Il s'ensuit que, reprenant les données du début, on aura pour 1 tonne de scorie LD réelle 1000 . 53,6 . 0,82 = 273 kg 161 de cendres volantes idéales, ce qui correspond à 895 kg de mélange 895 x 100 A idéal, à mélanger avec = 213 kg de silice. 420 Les matières introduites pour constituer le mélange final réel représenté en A seront donc 1000 kg Je scorie LD: 333 kg de cendres volantes = 273 0,82 213 kg de silice, soit 1545 kg hors desquels il faut décompter 309 kg de produits métalliques fonte -ferro-manganèse...) décantés au cours de la formation du mélange fondu, ce qui donne en fin de compte 1236 kg de mélange réel obtenu. Ce mélange, apres trempe à l'eau, est broyé à moins de 50 Jr , et l'on y ajoute du CaCO3 et du graphite dans les proportions ci-après 62,8 kg de mélange broyé 28 kg de CaCO3 9,2 kg de graphite, ces deux derniers constituants étant également broyés à moins de 50 - , le tout correspondant à 100 kg de poudre de couverture, directement utilisable comme telle. il n'est pas inutile de remarquer que grace aux cendres volantes, la poudre contient naturellement 0,16 % de Na20 et 0,5 % de K20. Une quantité supplémentaire d'alcalis et éventuellement de CaF2, de Li2 O de B203 peut être ajoutée à la phase fondue ou après refroidissement (dans ce dernier cas, après broyage correspondant à moins de 50 - ), pour obtenir finalement une teneur finale de 1,6 % en Na20; 0,3 % en K20 et 3,6 % en F à auoi répond une poudre de couverture considérée comme de qualité pour la coulée continue de l'acier. l.e présent procédé peu etre appliqué quel que soit le type de convertisseur utilisé pour la production de la scorie, c'est-à-dire aussi hien les convertisseurs à fond plein que ies convertisseur à soufflage par le fond. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la valorisation d'une scorie métallurgique, c a r a c t é r i s é en ce que de la scorie métallurgique produite lors d'une opération d'affinage pneumatique de fonte dans un convertisseur est mélangée sous forme préféremment liquide avec a. des cendres volantes en provenance de centrales thermiques au charbon, du schiste éventuellement de houille, des produits ou déchets silico-alumineux, du laitier de haut fourneau, préféremment liquide, isolément ou en mélange, b. de la silice pure ou du sable faiblement alumineux, Al2O3 c'est-à-dire vérifiant la relation # 0,17, les SiO2 proportions entre les deux constituants repris sous a. et b. étant telles que la teneur totale en silice soit inférieure à 70 % et de préférence supérieure à 30 0, de préférence encore supérieure à 40 , en ce que le mélange ainsi constitué est tout d'abord soumis à une opération de chauffage avantageusement au moyen d'un brûleur approprié, de manière à maintenir le mélange à l'état liquide, puis à une opération de réduction sous arc électrique avec apport d'éléments porteurs de carbone, le mélange étant après réduction, refroidi de préférence par coulée dans un liquide tel que de lteau, tandis que l'on peut recueillir par décantation les sous-produits métalliques, par exemple sous forme de fonte ferromanganitique, etc... 2. Procédé suivant la revendication 1, c a r a c t é r i s é en ce que l'opération de chauffage est effectuée sous apport de fondants, tels que par exemple du spath-fluor, des alcalis, du Li2O, du B2O3, isolément ou en mélange. 3 Procéde suivant les revendications 1 ou 2, c a r a c t é r i s é en ce qu'au cours et de préférence en fin d'opération de réduction, on ajoute des fondantes, tels que par exemple du spath-fluor, des alcalis, du Li20, du B2O3, isolément ou en mélange. 4. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications I à 3, c a r a c.t é r i s é en ce qu'après refroidissement, ledit mélange est broyé en une poudre, de préférence à moins de 50 . 5. Procédé suivant l'ure ou l'autre des revendications 1 à 4, c a r a c t é r i s é en ce que l'on mélange ladite poudre avant utilisation, avec des composés sensibles à la pyrolyse, avec dégagement gazeux tel que du CaCO3 ou carbonés, tel que du graphite.