Brevet FR2626892A1 — publié le 19890811

La présente invention concerne une méthode deréglage des réac teurs métallurgiques produisant des ferroalliages manganésés par traitement d'une charge composée de minerais de manganese et de fer,de fondants calcaires et siliceux, de toutes autres additions jugées utiles et d'un vecteur. carboné (coke, charbon, lignite, fioul..) intervenant comme réducteur et éventuellement comme combustible, et utilisant pour assurer les besoins ther- miques de la réduction toute forme connue l'énergie $électrique appliquée directement (arc électrique). La méthode de réglage proposée généralise å tous les réacteurs métallurgiques produisant des ferroalliages manganésés. et utilisant une source quelconque d'énergie, une technique jusqu'alors réservée aux fours électriques de réduction de minerai La méthode de réglage; proposée selon notre invention permet l'élaboration simultanée et sans. augmentation de la consomma tion spécifique de combustible ou plus généralement d'énergie, du ferroalliage désiré et d'un laitier à teneur très élevée en manganèse.Ce laitier constitue une matière Première de qualité, debarrassée des impuretés des minerais de manganèse et autres compoosants de la charge, qui peut être avantageusement recyclée dans d'autres fabrications d'alliages manganèses. On désigne dans les commentaires qur suivent: -par charge, les quantités de minerais de manganèse et de fer de fondants et additions de toutes natures et de vecteur car- bon nécessairess à la production d'une tonne de ferroallia- ge manganésé. -par consommation spécifique d'énergie la quantité d'énergie sous quelque forme que ce soit, nécessaire ê la production d'une une tonne de ferroalliage manganésé. Le réglage classique de la composition d'une-charge màanganésée traitée par tout autre technique de réduction que l'électro- tnermie,par exemple la carbothermie conduit en même temps qu 'à la production d1un métal,à l'élaboration d'un laitier aussi pauvrre que possible en manganèse et rejeté au crassier.Ce réglane est obtenu par introduction dans la charge de fondants calcaires (chagnésie, baryte).Le laitier élaboré a un indice SiO2/(CaO+MgO+BaO) très calcaire compris habituellement entre 0.50 et 0.65,et sa teneur en manganèse est comprise entre-4 et 10%.Le rapport des teneurs en manganèse motal-laitier est alors compris entre 20 et 8.Le pourcentage de manganèse réduit én métal par rapport au manganèse (oxyde) introduit sous forme de minerai dans la charge varie de 9S 95 à à 80% suivant la quantite de laitier élaboré Par tonne de ferroalliage et la teneur en manganèse de ce laitier. Le manganèse réduit sous forme métallique consomme pour la ré- duction suivant la réaction: nO+C=Mn~Co, une partie du carbone chargé,Le solde qui,dans le cas de la carbothermie, constitue la fraction la plus importante, assure par combustion l'énergie nècéssaire & la réduction.Toute augmentation de la quantité de manganèse introduit sous forme de minerai dans la charge sans ajustement de la quantité de carbone combustible chargé provo- que un refroidissement du réacteur et une dégradation des paramètres de marche du process Il an est de mème pours tous les autres procédés quelle que soit la forme d'énérgie retenue pour assurer les besoins ther- miques de la réduction.Il est bien connu en fabrication de ferroalliages manganésés à laitier perdu suivant les procédés décrits plus baut,qu'une variation de l'indice de basicité du laitier SiO2/(CaO+MgO+BaO) provoque une variation de sa teneur en manganèse, celle-ci diminut lorsqu'on rend le laitier plus calcaire.Cette propriété est avantageusement utilisée par les opérateurs pour optimiser la teneur en manganèse du laitier an Pratiquant un réglage de l'indice dans une plage relativement étroite Est également bien connue l'impossibilité de séparer dans. les conditions précédentes du manganèse et du fer réduits à l'état métallique pour former le ferroalliage, un certain nombre d'éléments présents comme impuretés dans la charge::phosphore, mêtaux plus facilement réductibles que le manganese, etc.. Ces éléments se retrouvent comme impuretés dans le ferroalliage produit comme par exemple le phosphore dont l'influence très négative sur les propriétés de l'acier est redoutée des sidérurgistes,ou encore comme certains métaux dont la présence à l'état traces modifie sensiblement l'aptitude de l'acier à la déformation par laminage, forgeage, emboutissage etc. Un certain nombre de procédés ont été mis au point pour puri- fier le minerai de manganèse avant emploi, notamment pour le débarrasser du phosphore quelquefois présent en pourcentage important. Ces procédés mettent en oeuvre une réduction sélective préalable, obligent à un double traitement du minerai à haute température et se révèlent peu économiques. Selon notre invention. tout réacteur métallurgique destiné à la fabrication de ferroalliages mangenésés et utilisant une forme quelconque d'énergie. par exemple l'énergie produite par la com- bustion d'une matière carbonée (carbothermie) ou l'énergie apportée par des quz réducteurs à haute température est caractérisé pour une analyse donnée du métal produit par. une relation liant les éléments constitutifs du laitier élaboré en même temps que le ferroalliaqe lorsqu'on fait varier la quantité d'oxyde de manganèse introduite sous forme de minerai dans lacharge à traiter. Cette relation est de la forme: SiO2/(CaO+1.37MgO+0.79MnO+0.3BaO)=constante=k Les différents constituants du laitier y interviennent en pourcentages pondéraux;1'intervention de coefficients affectant les constituants MgO.MnO et BaO, permet l'expression d'une basicité molaire.La constante k peut être estimée pour un réacteur donné par l'analyse de ses paramêtres de marche. L'existence de la relation précédente implique qu'une diminution de l'indice pondéral SiO2/(CaO+MgO+baO), indice de réglage habituel du laitier s accompagne d'une diminution de la teneur en MnO et impose une diminution de la quantité d'oxyde de manganèse introduite sous forme de minerai dans la charge pour une analyse donnée du ferroalliage à produire. Il en serait de façon inverse pour une augmentation de l'indice pondéral. Ces évolutions de la quantité d'oxyde de manganèse introduite dans la charge d'une part,et celle correspondante de la teneur en oxyde de manganèse du laitier, se font selon notre invention sans variation de la consommation spécifique d'énergie sous quelle que forme que se présente celle-ci, sans variation de la "mise au mille" de combustible carboné dans le cas de la carbothermie par exemple, pourvu que la valeur de la constante k soit maintenue Il est ainsi possible, selon notre invention, en utilisant la relation: SiO2/(CaO+1.37MgO+0.79MnO+0.3BaO)=constante =k dans un mode adapté de calcul de la charge ,d'assurer simultanément la production d'un ferroalliage manganésé à l'analyse commerciale et l'élaboration d'un laitier d'autant plus riche en manganèse sous forme MnO que la. quantité d'oxyde de manganè chargée sous forme de minerai est plus grande. Le ferroalliage produit dans ces conditions rassemble la majeure partie des impuretés contenus dans la charge et peut étre réservé aux emplois les moins exigeants sur le plan de la qua---- lité.Le laitier au contraire ne contient plus que des traces de phosphore et de métaux plus réductibles que le manganèse. Ce laitier constitue donc une matière première de Choix pour l'élaboration d'alliages manganésés à teneurs en phosphore et elèments d'impureté faibles ou très faibles. L'exemple suivant décrit une application du procédé qui fait l'objet de la présente invention Un réacteur produit 1 tonne de ferroalliage à 7% de manganèse Mn, 1.0% de silicium et 0.200% de phosphore en traitant une charge composée. notamment de 1950 kg de minerai de manganèse (à 5% de Silice, 7% de fer, 5% d'alumine et 47% de manganése), de 800 kilogs de combustible carboné(coke métallurgique à 88% de carbone), le solde de l'énergie nécessaire e la réduction étant apporté par un mélange gazeux air-oxygene & 25% de 2 à la température de 1600 C.Le laitier élaboré en même temps que le métal a un indice de basicité SiO2/(CaO+MgO+BaO) réglé à 0.6 et sa teneur an Mn est de 12%.On élabore 600 kilogs de ce laitier qui est rejeté au crassier. le manganèse contenu étant perdu. L'analyse des paramètres de marche du réacteur dégage comme valeur de la constante k:0.39, Selon notre invention, en reportant la valeur précédente de k dans un nouveau calcul de charge, il est Possible de régler le réacteur pour qu'il Produise toujours 1 tonne de métal & même analyse en Mn et Si et à 0.250% de Phosphore, sans augmentation de la dépense d'énergie. On élabore en même temps 820 kilogs de laitier ayant un indice debasicité de 1.13 et une teneur en Mn de 32%.La quantité de minerai chargé est de 230D kilogs, Le laitier ainsi élaboré peut servir à la production de silicomanganèse a 20% de Si et 65% de Mn,de haute qualité en raison de sa trés faible teneur en phosphore de 0.020%. Par comparaison avec le procédé classique, la production de si licomanganêse aurait demandé 500 kilogs de minerai supplémentaires et la teneur en phosphore du métal aurait été de 0.165%. La consommation totale de minerai pour la Production du ferroalliage à 78% de Mn et 0.200% de P et du silicomangaenèse à 65% de Mn et 0.165% de P aurait été supàrieure de 130 kilogs. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la production similtanée d'un ferroalliage manganésé et d'un laitier riche en manganèse, recyclable, caractérisé par la méthode de réglage du réacteur metallurgique affecté à la fabrication du ferroalliage manganésé. On réalise une production simultanée d'un ferroalliage manganésé et d'un laitier dont la teneur en manganése est réglée a un niveau constant donné,la constante K liant les principaux constituants du laitier selon la relation K: SiO2 ( CaO + 1,3 MgO+0,79 MnO+0,3 BaO) étant comprise entre 0,3 et 0,6. La constante K est caractéristique pour un réacteur donné,de la teneur en man ganèse du laitier obtenu, par réglage de l'indice de basicité du laitier. l'indice de basicité = ### #### #### a une valeur toujours supérieure à la var leur K,permettant d'obtenir les laitiers à une teneur en manganèse comprise entre 5 et 458. 2. Procédé selon la revendicatio 1 caractérisé par le fait que le traitement peut être réalisé dans toutes sortes de réacteurs différencié par la nature du combustible utilisé: -gaz(oxyde de carbone, hydrogène, methane, gaz naturel) -liquide (fuel, huile, goudrons) -solide (charbon, coke, lignite, coke de pétrole) -ou par la forme d'énergie (exeptée l'énergie électrique) utilisée pour assurer les besoins thermiques réactionnels. Les réacteurs permettent d'assurer le contact gaz-solide à haute température, comme four rotatif, four à cuve, haut fourneau, four à lit fluidisé. 3. Procédé selon l'ensemble des revendications 1 et 2 caractérisé par le fait qu'on réalise un lit de fusion composé de minéraux de manganèse et de fer, de fondants calcaires et silicieux et d'un vecteur carboné intervenant comme réducteur et éventuellement comme combustible. Procédé selon l'ensemble des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le rapport K est préférentiel K=0,89 et la températurereste entre 1400 et 1660 C On obtient en marne temps le ferroalliage recherché et un laitier riche en manganèse (teneur 5-45% manganèse) avec une teneur en impuretés très reduite en phosphore (moins de 0,02% Phosphoure); la laitier est recyclable dans la fabrication de ferroalliages de manganèse de très haute qualité, à très faible teneur en éléments d'impuretés et notamment Phosphore (omins de 0,02% P)