Brevet FR2505874A1 — publié le 19821119

PROCEDE D'AUGMENTATION DU RENDEMENT D'UN PROCESSUS METALLO-THERMIQUE La présente invention concerne un procédé d'augmentation du rende- ment d'un processus métallo-thermique dans lequel un mélange de métaux, d'oxydes de métaux et d'agents de réduction est soumis à un traitement thermique donnant lieu à la formation d'un bain de fusion de métal et de laitier. On connaît depuis longtemps des processus métallo-thermiques, notam- ment les processus alumino-thermique et silico-thermique C'est ainsi qu'on produit, par exemple, du chrome et des alliages tels que le ferro- vanadium (Fe V) et le ferro-nobium (Fe Nb) par un processus aluminothermi- que, tandis que le ferro-molybdéne (Fe Mo) est obtenu par un processus silico-thermique On produit le ferro-tungstène (Fe W) par un processus alumino-silico-thermique. Ces processus se déroulent généralement de manière discontinue ou intermittente; en effet, on commence par introduire dans un récipient réac- teur fixe ou déplaçable un mélange préparé d'avance d'oxyde métallique, d'agent de réduction (Al, Si) et éventuellement de métal (Fe), et on le soumet à un traitement thermique On utilise, à cet effet, en général des starters chimiques ou électriques. Lorsque le traitement thermique est mis en route, la réaction dé- sirée se produit avec véhémence et à grande vitesse; il est pratiquement impossible d'y intervenir, étant donné que le réacteur doit être recouvert, pour des raisons de sécurité, d'une chape d'évacuation appliquée aussi étroitement que possible, afin que les gaz résiduaires chauds puissent être conduits vers une installation d'épuration. Aprés une durée de 2 à 4 minutes, la phase métallique est séparée de la phase laitier; on laisse alors refroidir et solidifier le contenu du réacteur Selon l'état de la technique antérieure, on peut déterminer le rendement seulement au plus tôt après le refroidissement du lai- tier et du métal, tandis qu'il est impossible, comme déjà indiqué ci- dessus, de prendre quelque mesure que ce soit en vue d'augmenter ce ren- dement. Les oxydes métalliques utilisés dans ces processus sont très chers et, dans certains cas, ine sont présents dans les minéraux intéressés, qu'en proportions minimes. La présente invention a pour but de créer un procédé permettant d'augmenter sensiblement les rendements en métal des processus classiques. Le procédé faisant l'objet de l'invention, dans lequel on soumet à un traitement thermique un mélange d'oxydes métalliques et d'agents de réduction, renfermant également, le cas échéant, du fer, afin de produire un bain de fusion de métal et de laitier, est remarquable notamment en ce que l'on ajoute, après achèvement de la réaction thermique, au laitier encore liquide un produit convenable susceptible d'augmenter la conducti- bilité électrique du laitier, tel que du spath fluor, et en ce qu'on ré- chauffe le bain électro-thermiquement tout en le traitant avec un supplé- ment d'agent de réduction pendant une durée déterminée empiriquement, jus- qu'à ce que sensiblement la totalité d'oxyde métallique encore présent dans le laitier ait réagi et que le métal ainsi formé ait migré vers la phase métallique du bain. L'invention est basée sur la constatation fondamentale qu'il n'est pas raisonnable de vouloir intervenir, en vue de l'augmentation du rende- ment d'un processus métallo-thermique, pendant l'étape de ce processus qui correspond à la réaction proprement dite On a considéré, au contraire, qu'il est plus efficace de laisser cette réaction se dérouler et de soumet- tre ensuite les produits obtenus à un traitement spécifique, à un moment o ceux-ci sont encore accessibles à un tel traitement Ce moment est no- tamment celui lors duquel la phase métallique ainsi que la phase oxyde sont à l'état liquide Le procédé selon l'invention consiste à soumettre la phase laitier liquide à une réaction de "post-réduction" avec échauffe- ment et agitation. C'est ainsi que le procédé selon l'invention prévoit que l'on plonge au moins deux électrodes dans le bain de fusion afin de chauffer et agiter le laitier liquide, ces électrodes étant alimentées en courant électrique biphasé d'environ 65 V, 12500 A, et formées, de préférence, de graphite. L'invention sera décrite ci-dessous de manière plus détaillée, no- tamment en référence aux figures du dessin annexé, et à titre d'illustration, mais non de limitation. Les figures 1 à 3 annexées représentent schématiquement les diffé- rentes étapes d'un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 1 montre un récipient de réaction ou réacteur O déplaça- ble sur des rails (non représentés) On introduit dans le réacteur O un mélange 1 d'oxyde métallique (par exemple du Nb 205), dé fer pulvérisé ou finement granulé et d'aluminium pulvérulent Le poids de ce mélange peut être supérieur à 3 tonnes. Après avoir amené le réacteur O au-dessous d'une chape de protec- tion et d'aspiration 20 déplaçable verticalement vers le haut et vers le bas, on soumet le mélange 1 à un traitement thermique, comme indiqué sur la figure 2 Il se produit alors une réaction vive du contenu du réacteur; on abaisse la chape 20 et on la soulève après 2 à 4 minutes, pour amener rapidement le réacteur chaud vers un autre poste pour effectuer la troi- sième étape du procédé, comme indiqué sur la figure 3. Entre-temps, la réaction s'est achevée, le laitier 2 et la phase métallique 3 sont encore sensiblement à l'état liquide On ajoute au lai- tier 2 du fluorure de calcium (Ca F 2) afin d'en augmenter la conductibi- lité électrique On plonge ensuite dans le laitier 2 au moins une paire d'électrodes 30 reliées à un transformateur de puissance 31 Avantageu- sement, les électrodes 30 sont formées de graphite et soumises à un re- froidissement à l'eau Le transformateur 31 fournit un courant électrique biphasé d'environ 65 V, 12500 A Le processus consécutif comporte un chauf- fage continu électro-thermique du laitier et du bain métallique selon le mode "ES" connu en soi, ce qui engendre un mouvement prononcé dans la masse de laitier En effet, les champs magnétiques issus des électrodes engendrent, dans le laitier électriquement conducteur, des courants qui agissent d'une manière comparable à celle résultant d'une agitation, ou d'un brassage, du genre appliqué habituellement lors de la coulée en con- tinu en coquilles Lors d'essais ayant pour but de déterminer si l'on pouvait utilement procéder au réchauffage à l'aide de brûleur puissants à gaz à la place du chauffage électrique, on a constaté que le laitier agit comme un isolant thermique Toujours est-il que l'on ne pouvait produire les quantités de chaleur requise pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention qu'à condition d'accepter des dépenses élevées; le réchauffage à l'aide d'électrode s'est donc avéré plus avantageux. Afin de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, il faut évidemment prévoir un contrôle du déroulement du processus intéressé Il est prévu, selon l'invention, de prélever, pendant la post-réduction du laitier, des échantillons de laitier et d'en déterminer les proportions d'agent de réduction et d'oxyde de métal n'ayant pas réagi Il est néces- saire, en effet, d'exécuter avec beaucoup de soin le procédé selon l'inven- tion de traitement d'oxydes métalliques à l'aide d'aluminium ou de sili- cium; on doit veiller notamment à ce qu'une quantité d'agent de réduction, suffisante pour soutenir la post-réduction, soit toujours présente On doit, néanmoins, éviter la présence d'excédents, car l'absorption, par le métal ou l'alliage de fer à fabriquer, de quantités excessives d'aluminium ou de silicium n'est pas souhaitable. Des excédents d'aluminium ou de silicium lors de la mise en oeuvre du présent procédé conduisent, il est vrai, à des taux de rendement extré- mement élevés, mais ce résultat est obtenu au détriment de la qualité du produit final lorsque celui-ci ne doit contenir ni un pourcentage impor- tant d'aluminium, ni un pourcentage important de silicium. En tous cas, il est nécessaire de noter les moments du prélèvement d'échantillons et les quantités de substances déjà ajoutées au bain de fu- sion, pour recueillir ainsi des données empiriques qui permettront, par la suite, de mettre en oeuvre le présent procédé sans contrôle analytique et de régler les additions d'agent réducteur d'une manière purement chro- nologique. Les avantages offerts par le procédé selon l'invention peuvent être résumés comme suit: Lorsqu'on considère, par exemple, la fabrication de ferro-niobium (Fe Nb) partant du niobium 205, de fer et d'aluminium, on trouve, selon l'état de la technique antérieure, environ 6 % de nobium dans le laitier. Or, le procédé selon l'invention permet de réduire pratiquement à zéro la teneur en niobium du laitier, ce qui obligerait toutefois à accepter une proportion relativement élevée d'aluminium renfermé dans le produit final. Mais, si l'on renonce à une post-réduction aussi draconienne, on peut ré- duire à 1,5-2 % la teneur en nobium du laitier, sans que le produit final ne présente des teneurs en aluminium qui risqueraient d'être préjudiciables à sa qualité Par conséquent, le procédé selon l'invention permet de réa- liser des rendements en niobium supérieurs à 98 % Dans le cas présent, le traitement de post-réduction selon l'invention ne dure que 20 à 35 mi- nutes. Il n'est pas inutile de noter, enfin, que le procédé selon l'inven- tion permet d'obtenir ces rendements élevés sans que l'on ait à renoncer au chauffage par le haut (dit "top-firing") traditionnel, qui peut être mis en oeuvre dans des conditions favorables. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés et elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme-de l'art, sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. a REVENDICATIONS 1. Procédé d'augmentation du rendement d'un processus métallo- thermique pour la fabrication d'un métal ou d'un alliage ferreux, dans lequel un mélange d'oxydes métalliques, d'agents de réduction et, le cas échéant, de fer est soumis à un traitement thermique donnant lieu à la formation d'un bain de fusion de métal et de laitier, caractérisé en ce que l'on ajoute, après achèvement de la réaction thermique, au laitier encore liquide un produit convenable susceptible d'augmenter la conduc- tibilité électrique du laitier, tel que du spath fluor, et en ce qu'on réchauffe le bain électro-thermiquement, tout en le traitant avec un sup- plément d'agent de réduction pendant une durée déterminée empiriquement, jusqu'à ce que sensiblement la totalité d'oxyde métallique encore présent dans le laitier ait réagi et que le métal ainsi formé ait migré vers la phase métallique du bain. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'afin de réchauffer le bain de fusion et d'agiter simultanément le laitier fondu, l'on plonge dans ledit laitier au moins une paire d'électrodes, et en ce qu'on alimente ces électrodes eh courant électrique biphasé d'environ V, 12500 A. 3 Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites électrodes sont refroidies à l'eau et formées, de préférence, de graphite. 4. Procédé selon une quelconque des revendications 1 à 3, carac- térisé en ce qu'afin d'empêcher l'absorption d'une quantité excessive d'agent de réduction par la phase métallique, l'on prélève, pendant le traitement du laitier fondu à l'aide d'un agent de réduction, des échan- tillons de laitier, en ce qu'on note le moment de chaque prélèvement d'échantillon, et en ce qu'on continue ou l'on cesse d'ajouter au bain des quantités prédéterminées d'agent de réduction lorsque les teneurs res- pectives des échantillons en agent de réduction et en oxyde métallique atteignent des valeurs prédéterminées. J