Brevet FR2578269A1 — publié le 19860905

L'invention a pour objet un procédé de fabrication de ferro-manganèse à moyen carbone à partir de ferro-manganèse liquide à haut carbone. Par ferro-manganèse à moyen carbone,il faut entendre un produit contenant moins de 2% de carbone. Par ferro-manganèse à haut carbone,il faut entendre un produit contenant plus de 2% de carbone. On connais depuis longtemps les procédés qui consistent à traiter du f-erro-manganèse liquide à haut carbone dans un convertisseur. Ces procédés comportent le plus souvent deux phases principales. Dans la première, I'excès de carbone est éliminé par insufflation d'oxygène dans le bain de ferro-manganèse à haut carbone, les corrections thermiques étant faites par introduction, dans le bain,en temps opportun, de produits solides et/ou de gaz neutres de refroidissement, tels des ferro-manganèses solides et/ou de l'argon ou de la vapeur. Dans la seconde phase, le manganèse, qui a été oxydé au cours de la première phase et qui est passé dans le lai.tier, est réduit par des additions convenables de désoxydants énergiques, tels le ferro-silicium, le silico-manganèse et l'aluminium, le bain métallique et le laitier étant alors brassés par injection de gaz neutres par exemple. Les installations mettant en oeuvre ces procédés comportent un convertisseur ou plusieurs, l'oxygène et les gaz neutres de refroidissement et de brassage étant introduits par lances verticales ou,plus généralement par des tuyères immergées dans le bain et installées dans le fond ou sur les parois du convertisseur. Les procédés ci-dessus sont de gros consommateurs d'oxygène, de gaz neutres et de désoxydants solides, c'est-à-dire de produits onéreux. L'invention a pour objet un nouveau procédé n'ayant pas ces inconvénients, la décarburation étant réalisée sans, ou avec des quantités limitées d'oxygène. Conformément à l'invention on introduit un bain de ferro-manganèse liquide recouvert de laitier liquide à teneur élevée en oxyde de manganèse dans une poche d'affinage sous vide munie de moyens de brassage et de chauffage et, par brassage du bain,on réalise la réaction de décarburation par mise en contact du ferro-manganèse avec oxyde de manganèse contenu dans le laitier, ce dernier étant introduit dans la poche en quantité suffisante pour apporter, par l'oxyde qu'il contient, l'oxygène nécessaire à la réaction de décarburation,les besoins thermiques de la réaction étant au moins compensés par chauffage du bain , et l'oxyde de carbone dégagé par la réaction étant éliminé par mise en dépression de la poche. L'idée essentielle de la présente invention,consiste donc à traiter sous vide du ferro-manganèse à haut carbone en utilisant comme agent oxydant un laitier à teneur élevée en oxyde de manganèse, les besoins thermiques des réactions étant couverts par apport d'énergie électrique. On a observé, en effet, que les installations de production de ferro-manganèse à haut carbone peuvent permettre d'obtenir, en même temps que le ferro-manganèse,une quantité importante de laitier riche en oxyde de manganèse et que, dans des conditions particulières de traitement, il était possible de trouver dans de tels laitiers la quantité d'oxygène nécessaire à la décarburation. Selon une caractéristique essentielle de l'invention,on utilise un laitier contenant au moins 30% et de préférence plus de 40% d'oxyde de manganèse MnO, la quantité de laitier introduite dans la poche étant fonction du niveau de décarburation souhaité. Selon une autre caractéristique de l'invention,la pression appliquée au-dessus du laitier est au plus égale à la pression partielle de l'oxyde de carbone provenant de la réaction de décarburation diminuée de la pression hydrostatique du laitier liquide disposé sur le bain métallique. Dans certains cas, avant d1 introduire le laitier dans la poche, il peut être avantageux de réaliser une insufflation d'oxygène pour abaisser la teneur en silicium du ferro-manganèse à élaborer jusqu'au niveau souhaité,et/ou procéder à une première décarburation partielle du ferromanganèse à haut carbone. Le chauffage de la poche peut être effectué électriquement au moyen d'électrodes ou par induction. Pour mieux faire comprendre I' invention,nous décrivons le procédé dans un de ses cas possibles d'utilisation. I1 sera supposé ici que le ferro-manganèse à haut carbone et le laitier à teneur élevée en oxyde de manganèse sont produits dans un même four de réduction,en l'occurence un haut fourneau, mais le procédé ne serait en rien modifié par d'autres conditions d'élaboration du ferro-manganèse et du laitier, ceux-ci pouvant être produits dans d'autres appareils'que le haut fourneau,ou dans des appareils de nature différente entre eux. Soit donc un haut fourneau produisant simultanément: -d'une part un ferro-manganèse liquide à haut carbone ayant comme analyse: Mn= 77,6% C= 6,7% Fe= 15% Si= 0,6 % -d'autre part un laitier liquide ayant comme analyse: MnO = 44% autres composants :56% Le procédé, objet de la présente invention,pourra être mis en oeuvre dans le schéma de fabrication ci-après: Le ferro-manganèse à haut carbone et le laitier à teneur élevée en oxyde de manganèse étant versés dans une poche dans la proportion de 1C00 de ferro-manganèse pour 330 de laitier, il est d'abord procédé à un soufflage d'oxygène pur dans le bain de ferro-manganèse à l'aide d'une lance, opération classique communément désignée sous le nom de "préaffinage en poche".Ce soufflage est conduit de façon à abaisser les teneurs en carbone et en silicium du bain métallique à 3,5 % et à moins de 0,2% respectivement,tout en portant sa température à 1500-1550"C La poche contenant le métal ainsi traité et le laitier est ensuite soumise au procédé,objet de la présente invention.Pour cela,la poche est placée dans une installation dite "de traitement sous vide chauffant" où est maintenue à l'interface métal/laitier une pression maximale de 480 mm de colonne de mercure et où sont transférés au bain métallique 165 Kwh/tonne. En même temps,on réalise un brassage du bain qui permet d'obtenir des contacts intimes entre le métal et le laitier. I1 se produit alors la réaction: Mn3C(liq) + MnO(îiq) 4 Mn(liq) + CO(ga) dont l'équilibre peut être déplacé vers la droite sous l'effet de la mise en dépression et de l'apport thermique. Ce brassage métal/laitier est obtenu par le dégagement de l'oxyde de carbone résultant de la réaction et par les moyens classiques à disposition,tels que, par exemple, injections de gaz neutres ou effet électromagnétique. A la fin du traitement et pour des quantités initiales de 10Co kg de ferro-manganèse à haut carbone et de 330kg de laitier à 44% de MnO, on obtient 1050 kg de ferromanganèse à 1,2% de carbone et 0,2% de silicium maximum, ainsi que 210 kg de laitier à 10% de MnO. Il est bien évident que les conditions d'utilisation du procédé qui viennent d'être décrites ne sont pas les seules et qu'elles doivent être adaptées à chaque particulier. C'est ainsi qu'il est possible de supprimer le préaffinage en poche et de récupérer l'essentiel du manganèse du laitier,moyennant , bien entendu, des vides plus poussés,des apports d'énergie électrique plus importants et des durées de traitement plus longues. Dans une variante d'élaboration,des fines de ferromanganèse à haut et/ou moyen carbone peuvent être recyclées, les modalités pratiques de leur introduction dans le schéma de fabrication étant liées aux conditions particulières de chaque usine. Le procédé , objet de la présente invention,est susceptible d'être mis en oeuvre dans des installations dites de "métallurgie en poche"permettant de réaliser les fonctions suivantes:chauffage,brassage, vide et additions l'insufflation préalable d'oxygène éventuellement nécessaire pouvant être réalisée dans l'installation de "métallurgie en poche" elle-même. Par rapport aux procédés généralement utilisés pour la fabrication de ferro-manganèse à moyen carbone dans des convertisseurs ,le procédé objet de la présente invention offre les avantages suivants: Il permet de récupérer une partie importante du manganèse du laitier utilisé,le taux de récupération pouvant être fonction de la cinétique de la réaction (une teneur initiale élevée la favorisant)ainsi que de la fluidité du laitier final et du vide à appliquer au-dessus du bain. I1 peut ne nécessiter aucun oxygène,sauf éventuellement si de très basses teneurs en silicium sont souhaitées. En tout état de cause,' lue préaffinage précédant le traitement sous vide chauffant sera utilement arrêté au moment où dans les procédés au convertisseur,il devient nécessaire pour éviter une surchauffe inacceptable du bain liquide d'ajouter des gaz refroidissants (argon,vapeur d'eau)à à l'oxygène utilisé pour achever la décarburation. I1 ne nécessite aucun réducteur solide, tels que ferro-silicium,silico-manganèse ou aluminium qui sont des produits chers. Accessoirement,il permet d'obtenir facilement des ferro-manganèses à très bas silicium,contrairement à ce qui se passe pour les procédés au convertisseur où une partie du silicium des réducteurs utilisés en seconde phase passe dans le bain métallique. Il dégage un gaz composé pour l'essentiel d'oxyde de carbone susceptible d'être récupéré à des fins industrielles.Accessoirement, la cinétique du préaffinage à l'oxygène et celle du traitement sous vide peuvent éven tuellement être adaptées de façon à pouvoir utiliser un seul et même système d'épuration de gaz. I1 peut être utilisé seul ou en complément d'un convertisseur dont la capacité de production serait insuffisante I1 permet d'obtenir sans difficulté des teneurs très basses en azote résiduel dans le produit fini. REVENDICATIONS 1.Procédé de fabrication de ferro-manganèse à teneur en carbone ne dépassant pas 2% par décarburation de ferro-manganèse liquide à teneur en carbone élevée, caractérisé par le fait que l'on introduit un bain de ferro-manganèse liquide recouvert de laitier liquide à teneur élevée en oxyde de manganèse dans une poche d'affinage sous vide munie de moyens de brassage et de chauffage et que, par brassage du bain,on réalise la réaction de décarburation par mise en contact du ferromanganèse avec l'oxyde de manganèse contenu dans le laitier, ce dernier étant introduit en quantité suffisante, compte tenu de sa teneur , pour apporter t'oxygène nécessaire à la réaction, les besoins thermiques de celle-ci étant compensés par chauffage du bain et l'oxyde de carbone dégagé par la réaction étant éliminé par mise en dépression de la poche. 2. Procédé de fabrication de ferro-manganèse selon la revendication l,caractérisé par le fait que la pression appliquée au-dessus du laitier est au plus égale à la pression partielle de l'oxyde de carbone provenant de la réaction de décarburation diminuée de la pression hydrostatique du laitier liquide disposé sur le bain métallique. 3. Procédé de. fabrication de ferro-manganèse selon l'une des revendications 1 et 2,caractérisé par le fait que,dans une première phase,on réalise une insufflation d'oxygène dans le bain métallique pour abaisser la teneur en silicium du ferro-manganèse à élaborer jusqu'au niveau souhaité et /ou procéder à une première décarburation partielle du ferro-manganèse à haut carbone. 4. Procédé de fabrication de ferro-manganèse selon la revendication 3,caractérisé par le fait que la première phase d'insufflation d'oxygène est effectuée avant l'introduction du laitier sur le bain métallique. S.Procédé de fabrication de ferro-manganèse selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la première phase d'insufflation d'oxygène est effectuée dans le bain métallique recouvert du laitier. 6.Procédé de fabrication de ferro-manganèse selon la revendication 3,caractérisé par le fait que la première phase d'insufflation d'oxygène et la seconde phase de brassage avec affinage sous vide chauffant sont réalisés dans une même poche de traitement. 7.Procédé de fabrication de ferro-manganèse selon la revendication 3,caractérisé par le fait que la première phase d'insufflation d'oxygène est réalisée dans un récipient du genre convertisseur, le bain préaffiné étant ensuit transféré dans la poche d'affinage sous vide pour la deuxième phase du procédé. 8.Procédé de fabrication de ferro-manganèse selon la revendication l,caractérisé en ce que l'on utilise un laitier contenant au moins 30% et de préférence plus de 40% d'oxyde de manganèse MnO. 9.Procédé de fabrication de ferro-manganèse selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le chauffage de la poche est réalisé électriquement, par électrodes ou par induction.