Brevet FR2514785A1 — publié le 19830422

t 4785 -1- La présente invention se rapporte à l'affinage des alliages ferrochrome et elle concerne plus particulièrement l'affinage de ferrochromes d'une haute teneur en carbone de manière à en éliminer un peu de carbone et à réduire aussi la teneur en silicium. Dans le passé, l'affinage du ferrochrome en ce qui concerne le silicium et le carbone par l'addition d'oxydes de métaux n'a pu être effectué, en dehors des procédés par injection de gaz tels que la décarburation au moyen d'argon et d'oxygène (A O D), qu'à l'état solide sous un vide très poussé dans le procédé dit simplex. Dans la présente description, le terme "fines" doit être compris comme désignant une matière subsivisée ayant des grosseurs de particules de moins de 6 mm et comprenant des grosseurs de moins de 2 mm qui, dans beaucoup de cas, est considérée comme invendable en ce qui concerne certaines matuères comme le ferrochrome, par exemple La présente invention a pour but de fournir un procédé perfec- tionné d'affinage du ferrochrome. De plus, un plasma thermique à arc transféré est défini comme un plasma produit électriquement dans lequel la température des ions est comprise entre 5000 'K et 000 K et le bain fondu forme une partie importante du circuit électrique. Selon la présente invention, il est prévu un procédé pour l'affinage de ferrochrome selon lequel le ferrochrome et un oxyde de métal approprié sont chauffés en présence d'un plasma thermique à arc transféré pour effectuer un affinage de l'alliage liquide par un laitier liquide dans un environnement sensiblement exempt de carbone. D'autres particularités de l'invention prévoient que le chauffage soit effectué à la pression atmosphérique ou au-dessous de la pression atmosphérique; que le ferro- chrome d'une haute teneur en carbone soit sous la forme de fines (comme défini ici) et soit de préférence mélangé -2- à l'avance, avant la fusion, avec des fines d'oxyde qui peuvent être agglomérées, ou du minerai en morceaux qui peuvent, dans chaque cas, être pré-réduits, pré-oxydés ou prétraités autrement; que ces fines soient ou comprennent des fines de chromite; et que les matières de départ soient de préférence mélangées avec tous fondants néces- saires, par exemple du quartz ou de la chaux. On comprendra que l'expression "environnement sensi- blement exempt de carbone" doit être interprétée comme incluant le cas o une électrode de carbone consommable est utilisée pour former le plasma thermique. Le procédé peut être conduit sous la forme d'un pro- cédé à étapes multiples avec divers degrés d'affinage suivant le rapport de l'oxyde de métal au métal Des additions finales d'alliage ou de métal pourraient être effectuées de façon à produire une composition finale désirée quelconque de l'alliage, comme celle d'une matière de départ pour la production directe d'acier inoxydable. Le procédé peut être mis en oeuvre sous la forme d'un procédé continu unique Une variante consiste à conduire le procédé d'une manière intermittente ou avec le soutirage intermittent de laitier et/ou d'alliage ou même l'addition intermittente de minerai ou d'un autre moyen d'affinage. Un procédé discontinu est possible aussi et compris dans le cadre général de la présente invention. Pour essayer l'invention, on a effectué des expériences dans un four à arc à plasma à précession transféré fabriqué par Tetronics Research and Development Company Limited et sensiblement tel que décrit dans les brevets britanniques N O 1 390 351/2/3 et 1 529 526 On a effectué les essais en utilisant une vitesse de précession de 50 tpm et une électrode non-consommable dans le chalumeau à plasma. Dans ces essais, 100 parties de finess de ferrochrome ayant la composition indiquée ci-après ont été mélangées avec 28,6 parties de minerai de Winterveld ayant la composition -3- indiquée ci-après et 4,3 parties de quartz, dont la compo- sition est également indiquée ci-après. Composition des "fines de métal" (rapport du laitier au métal = 0,129) Constituant métal = 88,6 % Composant laitier = 11,4 % du total avec la composition du total avec la composition indiquée ci-dessous: indiquée cidessous: Chrome 52,8 % Cr 203 27,0 % Fer 36,2 % Fe O 13,0 % Silicium 3,0 % Ca O 2,2 % Carbone 6,55 % Si O 2 47,7 % Mg O l,0 % A 1203 7 ',4 % Composition de la chromite de Winterveld Cr 2 03 44,6 % Fe O 23,3 % Si O 2 2,23 % Ca O 0,20 % Mg O 11,2 % A 1203 13,7 % Le quartz avait une composition de 0,20 % de Fe O, 99,5 % de Si O 2 et 0,06 % de A 1203. Si nécessaire, on pourrait utiliser de la pierre à chaux ou de la dolomite pour effectuer l'élimination du soufre du métal De même, on pourrait utiliser du carbo- nate de sodium pour l'élimination du phosphore L'élimi- nation du titane se produit automatiquement comme particu- larité du procédé et cela améliore la qualité du métal. Le mélange de matières de départ décrit ci-dessus a été introduit dans le four préchauffé à un débit calculé de manière à assurer que le métal et le laitier soient main- tenus à une température de traitement choisie constante, c'est-à-dire de manière à maintenir le bilan énergétique voulu et à maintenir le laitier et le métal dans un état fondu Le laitier et le métal ont été soutirés après la fin de l'addition de la charge. L'affinage obtenu a été une réduction de la teneur en silicium de 3 % en poids à 0,84 % en poids et une réduction de la teneur en carbone de 6,55 % à 4,10 % Ainsi, on a obtenu un affinage appréciable en utilisant le procédé de -4- la présente invention De plus basses teneurs en silicium et en carbone sont possibles quand on élève le rapport du minerai de chromite ou de l'autre oxyde de métal approprié aux fines de métal. Il y a lieu de mentionner que l'électrode utilisée dans le chalumeau à plasma peut être une électrode de type non-commable ou de type graphite consommable L'utili- sation d'un gas inerte introduit par le chalumeau à plasma a été limitée aux quantités nécessaires pour le fonction- nement d'un plasma thermique stable et pas spécifiquement pour un but métallurgique quelconque Evidemment, on pourrait en utiliser plus, si on le désire Le four n'était pas revêtu intérieurement de couches quelconques de graphite ou de carbone qui auraient pu être en contact avec le métal ou avec le laitier fondu De cette manière, le carbone était maintenu à un minimum dans le système et le degré spécifié d'affinage a été obtenu. On donne ci-après un exemple de résultats obtenus par utilisation d'une électrode consommable pour le procédé d'affinage de ferrochrome. La fraction métallique, qui constituait 89,7 pour cent du poids de la matière, avait la composition suivante en poids: Chrome 51,2 % Fer 39,0 % Silicium 2,69 % Carbone 5,7 % Le constituant laitier avait la composition suivante en poids: Cr 203 13,0 % Fe O 3,87 % Ca O 1,05 % Si O 2 55,3 % Mg O 1,21 % A 1203 18,3 % -5- La chromite était d'une composition similaire à celle utilisée pour les essais avec l'électrode non-consommable et décrite ci-dessus La pierre à chaux utilisée comme fondant avait la composition suivante (% en poids) Fe O: 0,46 Si O 2 2,07 Ca O: 55,0 Mg O: 0,53 A 1203: 0,54 Dans cet essai, on a mélangé 100 parties de fines de ferrochrome avec 28,6 parties de minerai de Winterveld et 11,5 parties de pierre à chaux Le mélange cidessus a été introduit de nouveau dans un four préchauffé à un débit calculé de manière à assurer que le métal et le laitier soient maintenus à une température de traitement choisie constante de façon à maintenir le bilan énergétique voulu. Dans ce cas, l'affinage obtenu a été une réduction de la teneur en silicium de 2,69 % en poids à 0,65 % en poids et une réduction de la teneur en carbone de 5,7 % en poids à 5,2 % en poids. La construction du four utilisé était d'une conception similaire à celle du four utilisé dans l'essai décrit en premier lieu en ce qu'une matière réfractaire du type oxyde était utilisée comme revêtement intérieur. On comprendra que l'invention fournit un procédé simple, mais efficace, pour l'affinage du ferrochrome, dans lequel on peut utiliser du minerai chromite ou en variante n'importe quel autre oxyde d'une nature appropriée. Il y a lieu de mentionner que la réduction des teneurs en carbone et en silicium dans ce procédé entraîne automa- tiquement une réduction de la teneur en titane de l'alliage. Cela peut être très avantageux pour certaines applications de l'alliage. -6- REVENDICATIONS 1 Un procédé pour l'affinage d'un alliage ferro- chrome, caractérisé en ce que le ferrochrome et un oxyde de métal approprié sont chauffés en présence d'un plasma thermique à arc transféré pour effectuer un affinage de l'alliage liquide par un laitier liquide dans un environnement sensiblement exempt de carbone. 2 Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage est effectué à la pression atmos- phérique ou au-dessous. 3 Un procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le ferrochrome est sous la forme de fines comme défini ici. 4 Un procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les fines ont des grosseurs de moins d'environ 2 mm de diamètre. Un procédé selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le ferrochrome est mélangé avant son introduction. 6 Un procédé selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que l'oxyde de métal est introduit dans le four sous la forme de fines d'oxyde qui peuvent éventuellement être agglomérées ou être sous la forme de minerai d'oxyde en morceaux, ou les deux à la fois. 7 Un procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les fines d'oxyde ou le minerai d'oxyde en morceaux sont pré-réduits, pré-oxydés ou prétraités autrement. 8 Un procédé selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les fines d'oxyde ou le minerai d'oxyde en morceaux comprennent de la chromite. 9 Un procédé selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le ferrochrome et l'oxyde -7- sont mélangés avec les fondants requis. Un procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que les fondants comprennent du quartz 11 Un procédé selon -l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que les fondants comprennent de la pierre à chaux ou de la dolomite ou les deux. 12 Un procédé selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que les fondants comprennent du carbonate de sodium. 13 Un procédé selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le ferrochrome et l'oxyde de métal solides mélangés sont ajoutés à une masse fondue d'alliage et éventuellement de laitier. 14 Un procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le ferrochrome et l'oxyde de métal solides mélangés sont ajoutés à la masse fondue à un débit réglé de manière à maintenir une température prédéterminée et un état fondu de cette masse. Un procédé selon l'une des revendications précé- dentes, caractérisé en ce que le plasma thermique est produit en utilisant une électrode non-consommable. 16 Un procédé selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que le plasma thermique est produit en utilisant une électrode consommable. 17 Le ferrochrome affiné en utilisant l'une des revendications précédentes.