Brevet FR2525635A1 — publié le 19831028

La présente invention concerne la métallurgie, plus précisément la production de ferro-alliages, et a notamment pour objet un procédé d'élaboration de ferronickel sous lit de fusion dans un four électrique pour minerais, ainsi que le ferronickel obtenu par ledit procédé. Dans la production de ferronickel, on emploie très souvent la fusion réductrice d'un résidu de calcination, c'est-à-dire d'une charge contenant des minerais de nickel oxydés, un agent réducteur et un agent fondant. L'un des paramètres les plus importants de cette fusion dans un four électrique est la profondeur du bain de laitier, la profondeur à laquelle les électrodes sont plongées dans le bain de laitier et la puissance spécifique sur la surface de l'électrode baignée par le laitier. Au cours de la fusion, on contrôle ces paramètres en les maintenant dans les limites prévues par le programme technologique adopté. C'est à ce type de procédé d'élaboration de ferronickel dans un four électrique pour minerais qutappartient le procédé faisant l'objet de la présente invention. Dans les procédés connus, on nta pas suffisamment tenu compte de l'effet nuisible des courants de convection du laitier sur le revêtement du four électrique et sur les indices économiques du procédé de fusion. On a conduit le processus de fusion en maintenant dans le four un régime de résistance électrique tel que la majeure partie de la chaleur était dégagée au sein du bain de laitier.Lorsqu'on maintient un tel régime dans les fours électriques servant à élaborer le ferronickel, notamment dans les entreprises de métallurgie soviétiques, la profondeur du bain de laitier est approximativement de 1,2 à 2,0 fois le diamètre de l'électrode, la profondeur à laquelle sont plongées les électrodes est de 0,5 à 1,2 fois le diamètre de ltélectrode, et- la puissance spécifique sur la surface des électrodes mouillée par le laitier ntexcède par 3 MW/m2.Cependant, ce régime de fusion donne naissance à de forts courants de convection.du laitier, dus à la profondeur importante dtimmersion des électrodes, courants qui, compte tenu de la prahndeur adoptée du bainlaitier, provoquent une perte considérable de chaleur dans la zone de contact du bain de laitier avec le revêtement intérieur du four électrique. En plus de cela, ces forts courants de convection du laitier fondu accélèrent la destruction du revêtement du four électrique. La présente invention vise donc un procédé d'élaboration de ferronickel sous lit de fusion dans un four électrique pour minerais, dans lequel les paramètres de la fusion assureraient des courants de convection du laitier aussi faibles que possible dans la zone de contact du bain de laitier avec le revêtement du four électrique. Ce problème est résolu grâce au fait que dans le procédé d'élaboration de ferronickel sous lit de fusion dans un four électrique pour minerais, réalisé avec réglage de la profondeur du bain de laitier, de la profondeur d'immersion des électrodes dans ce bain et de la puissance spécifique sur la surface des électrodes baignée par le laitier, selon l'invention on maintient la profondeur du bain de laitier à une valeur de 0,6 à 1,1 fois le diamètre de ltélectrode, tandis quton maintient la profondeur d'immersion des électrodes dans le bain de laitier et la puissance spécifique sur leur surface mouillée par le laitier à des valeurs qui sont aussi proches que possible des paramètres d'amorçage de l'arc électrique entre les électrodes et le laitier et qui, en même temps, suffisent pour maintenir une température du bain de ferronickel permettant sa libre coulée hors du four. Une telle solution technique permet de diminuer la surface de contact entre le bain de laitier et le revêtement du four électrique, ce qui permet de réduire les pertes de chaleur-. D'autre part, le fait qu'on maintient les paramètres de la fusion au voisinage de ceux qui assurent l'existence d'un arc électrique permet le dégagement, dans les zones d'immersion des électrodes dans le bain de laitier, d'une forte quantité de chaleur à la frontière entre la matière fondue et la partie de la charge qui est encore à l'état solide et, de ce fait, une fusion rapide de la charge, tandis que les courants de convection à l'intérieur de la couche de laitier et, en particulier, près du revêtement des parois du four, s'affaiblissent sensiblement. Comme on a pu le constater à l'issue d'une série d'études, il est préférable de maintenir la valeur de la profondeur d'immersion des électrodes dans le bain de laitier entre 0,1 et 0,25 fois celui du diamètre de l'électrode, et la puissance spécifique sur la surface de l'électrode mouillée par le laitier, entre 5,0 et 6,5 MW/m2. En effet, quand on plonge les électrodes dans le bain de laitier à une profondeur moindre que 0,1 fois le diamètre de l'électrode, on se heurte à des difficultés de réglage de leur position, car la charge peut passer sous l'élec- trode et, en rompant le contact de celle-ci avec le laitier, déstabiliser les paramètres électriques du four. D'autre part, lorsquton plonge les électrodes dans le bain de laitier à une profondeur plus grande que 0,25 fois le diamètre de l'électrode, la puissance spécifique sur leur sùrface mouillée par le laitier restant dans les mêmes limites, il se produit une surchauffe des couches inférieures du bain de laitier et du ferronickel, qui a pour effet d'augmenter les pertes de chaleur avec les produits de la fusion et à travers les parois du four électrique. D'autre part, avec une puissance spécifique sur la surface des électrodes mouillée par le laitier inférieure à 5,0 MW/m2 et avec la profondeur d'immersion des électrodes indiquée plus haut, la puissance consommée par le four et, par conséquent, son rendement diminuent. Si, au contraire, la puissance spécifique sur la surface des électrodes 2 mouillée par le laitier est supérieure à 6,5 MW/m2, un arc électrique s'amorce entre les électrodes et le laitier, ce qui conduit à des fuites de gaz, du genre "soufflures", à travers la charge, ces fuites augmentant la teneur en poussières des gaz rejetés et leur température et entrai- nant par conséquent des pertes de chaleur accrues. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront à la lumière de la description explicative qui va suivre d'un mode de réalisation donné uniquement à titre d'exemple non limitatif. On a utilisé l'invention pour élaborer du ferronickel sous lit de fusion dans un four électrique de fusion expérimentale et industrielle de minerais, qui avait une puissance de 6,5 MVA et une superficie de la sole de 26,5 m2 et qui était équipé de trois électrodes de 0,5 m de diamètre. Pour obtenir le ferronickel, on a eu recours à un minerai oxydé de nickel provenant de l'un des gisements soviétiques et contenant 0,9596 de nickel, 0,09 de cobalt, 22,5,' de fer, 41,5,' de silice, 15,' d'oxyde de magnésium, 5,' d'alumine, ainsi que d'autres impuretés usuelles. On a soumis ce minerai à une cuisson dans un four rotatif tubulaire à des températures maintenues entre 720 et 8300C, en même temps que les agents réducteur et fondant. On a employé du calcaire comme agent réducteur et de l'anthracite fin comme agent fondant, à raison de 10% chacun par rapport au poids du minerai. On a enfourné ensuite le résidu de calcination chaud et on a procédé à l'élaboration du ferronickel. Au cours de l'élaboration du ferronickel, on a maintenu la hauteur du lit de fusion entre 1,0 et 1,2 fois le diamètre de l'électrode et on l'a réglée en fonction de la descente des charges dues à la fusion. On a réglé la profondeur du bain de laitier par évacuation du laitier, en la maintenant à 1 1une des valeurs préconisées par la présente invention et indiquée notamment dans les exemples ci-dessous. On a maintenu les paramètres électriques du bain au voisinage du régime de l'arc électrique, mais en évitant d'amorcer un arc entre les électrodes et le laitier et en assurant une température du bain de ferronickel assez élevée pour permettre la libre coulée du ferronickel hors du four. Comme on le sait, ladite libre coulée du ferronickel est assurée quand le bain de ferronickel est surchauffé jusqu'à une valeur supérieure de 20 à 500C à la température de liquidus. On a contr81é la stabilité de ce régime en réglant la position des électrodes dans le bain de laitier et la puissance spécifique sur la surface des électrodes mouillée par le laitier, paramètres qu'on a déterminé en tenant compte de la profondeur prévue du bain de laitier.A la profondeur prescrite d'immersion des électrodes dans le bain de laitier, on a réglé la puissance spécifique sur la surface des électrodes mouillée par le laitier en faisant varier la tension secondaire du transformateur du four. Ci-après sont décrits des exemples concrets mais non limitatifs de mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Exemple 1 Dans cet exemple, les paramètres de la fusion étaient les suivants Profondeur du bain de laitier ....w.. 0,8 fois le diamètre de l'électrode Profondeur d'immersion des électrodes dans le bain de laitier .. 0,15 fois le diamètre de ltélectrode Puissance spécifique sur la surface des électrodes mouillée par le laitier 6 Mw/m2 Tension secondaire du transformateur du four .............375 375 V Avec ces paramètres, on a obtenu un ferronickel contenant 5% de nickel, 0,496 de cobalt, 4,5,' de silicium, 2,1% de chrome, 2,5,' de carbone, le reste étant du fer. Exemple 2 Dans cet exemple, les paramètres de la fusion étaient les suivants Profondeur du bain de laitier 1,1 fois le diamètre de l'électrode Profondeur d'immersion des électrodes dans le bain de laitier... 0,25 fois le diamètre de l'électrode Puissance spécifique sur la surface des électrodes mouillée par le laitier ........................... 6,5 MW/m2 Tension secondaire du transformateur du four ..................................546 546 V Avec ces paramètres, on a obtenu un ferronickel contenant 5,1,' de nickel, 0,4,' de cobalt, 4,3,' de silicium, 2,0,' de chromé, 2,3,' de carbone, le reste étant du fer. Comme on le voit, cette composition ne diffère que très peu de celle obtenue dans l'exemple 1. Exemple 3 Dans cet exemple, les paramètres du procédé de fusion étaient les suivants Profondeur du bain de laitier ...... 0,6 fois le diamètre de l'électrode Profondeur d'immersion des électrodes dans le bain de laitier .0,1 fois le diamètre de l'électrode Puissance spécifique sur la surface des électrodes mouillée par le laitier .............5,0 5,0 MW/m2 Tension secondaire du transformateur du four ........... 360 V La composition du ferronickel élaboré dans cet exemple est sensiblement la même que les compositions obtenues dans les exemples 1 et 2. Pour juger de l'efficacité de la présente invention, on a élaboré du ferronickel dans le même four et à partir d'un résidu de calcination de même nature que dans les exemples 1 à 3, mais en maintenant les paramètres qui sont propres aux procédés connus Profondeur du bain de laitier . . .... 1,3 fois le diamètre de l'électrode Profondeur d'immersion des électrodes dans le bain de laitier 0,65 fois le diamètre de l'électrode Puissance spécifique sur la surface des électrodes 2 mouillée par le laitier ............ 3,75 MW/m2 Tension secondaire du transformateur du four 6 199 V Avec ces paramètres, on a obtenu un ferronickel contenant 5,096 de nickel, 0,4% de cobalt, 4,6% de silicium, 2,1,' de chrome, 2,496 de carbone, le reste étant du fer. Comme on le voit en comparant cette composition à celle du ferronickel obtenu dans les exemples 1 à 3, les paramètres conformes à la présente invention n'influent pas sur la qualité du produit fini. Il est facile de comparer les autres indices techniques et économiques en se référant au tableau ci-après. TABLEAU Comparaison des indices techniques et économiques des procédés d'élaboration de ferronickel Paramètres Paramètres qui corres Indices qui corres- pondent au procédé pondent selon les au procédé exemples de réalisation connu ~ de l'invention Exemple Exemple Exemple 1 2 3 Vitesse de détério ration par brûlure du revêtement du four , mm par Jour 0,70 0,35 0,40 0,30 Pertes de chaleur à travers les parois du four dans la zone de la couche de laitier, MJ /m2.heure 41,855 25,950 35,577 19,253 Capacité de production spéci fi que d four, t par m de surface de la sole 3,5 4,6 5,1 3,9 il ressort de toute évidence du tableau ci-dessus que l'application de la présente invention en conformité avec les exemples cités plus haut permet de prolonger la durée de vie du revêtement du four de 30 à 58,' et de réduire les pertes de chaleur à travers les parois du four d'une valeur de 15 à 5496. En plus de ces avantages, la capacité de production du four a augmenté de 11,5-4896. REVENDICATIONS 1.- Procédé d'élaboration de ferronickel sous lit de fusion dans un four électrique pour minerais, du type comprenant un réglage de la profondeur du bain de laitier, de la profondeur d'immersion des électrodes dans ce bain et de la puissance spécifique sur la surface des électrodes mouillée par le laitier, caractérisé en ce que l'on maintient la profondeur du bain de laitier entre 0,6 et 1,1 fois le diamètre de l'électrode, et que l'on maintient la profondeur d'immersion des électrodes dans le bain de laitier et la puissance spécifique sur la surface des électrodes mouillée par le laitier à des valeurs aussi proches que possible des paramètres d'amorçage de l'arc électrique entre les électrodes et le laitier, mais suffisantes pour maintenir le bain de ferronickel à une température assurant la libre coulée du ferronickel hors du four. 2.- Procédé d'élaboration du ferronickel selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on maintient la profondeur d'immersion des électrodes dans le bain de laitier entre 0,1 et 0,25 fois le diamètre de l'électrode, et la puissance spécifique sur la surface des électrodes mouillée par le laitier, entre 5,0 et 6,5 MW/m2. 3.- Ferronickel caractérisé en ce qu'il est obtenu par le procédé conforme à l'une des revendications 1 et 2.