FR2514789A1 - Procede de production de ferrochrome - Google Patents

Abstract

L'INVENTION A TRAIT A LA PRODUCTION DE FERROCHROME. ELLE CONCERNE UN PROCEDE DE PRODUCTION OU DE TRAITEMENT DE FERROCHROME PAR FORMATION DE FERROCHROME FONDU DANS UN BAIN DE FOUR EN PRESENCE D'UN AGENT REDUCTEUR CARBONE ET DANS LEQUEL DES MATIERES DE DEPART COMPRENANT AU MOINS EN PARTIE DES OXYDES DE CHROME ET DE FER NON REDUITS OU PARTIELLEMENT REDUITS, UN AGENT REDUCTEUR CARBONE ET DES AGENTS DE FORMATION DE LAITIER SONT INTRODUITES CHACUNE, A UN DEBIT REGLE, DANS UNE ZONE DE REACTION DANS UN BAIN CONSTITUE AU MOINS DE LAITIER FONDU ET DE METAL FONDU, LA ZONE DE REACTION ETANT CHAUFFEE PAR UN PLASMA THERMIQUE A ARC TRANSFERE, LES MATIERES DE DEPART COMPRENANT DES AGENTS DE FORMATION DE LAITIER CHOISIS DE MANIERE A DONNER UNE TEMPERATURE DE LIQUIDUS DU LAITIER PAS SENSIBLEMENT PLUS ELEVEE QUE LA TEMPERATURE DE LIQUIDUS DU METAL DANS LE FOUR, L'AIR ETANT SENSIBLEMENT EXCLU DE LA ZONE DE REACTION. CE PROCEDE PERMET UNE RECUPERATION TOTALE DE CHROME ACCRUE ET L'UTILISATION D'AGENTS REDUCTEURS PEU COUTEUX.

Description

-1- La présente invention concerne la production et le traitement du

ferrochrome et en particulier, mais pas

exclusivement, la fusion de minerai chromite afin de pro-

duire du ferrochrome, ainsi que le traitement ultérieur de fines de ferrochrome pour les amener à un état dans lequel

elles sont dans une forme plus acceptable et plus pure.

Dans la mesure o la présente invention se rapporte

à la fusion de fines de ferrochrome, le seul procédé con-

cerné est la fusion de fines de ferrochrome, en présence d'un agent réducteur carboné solide, de façon qu'on obtienne

des rendements améliorés, ainsi que la fusion de fines.

Ainsi, le domaine de la fusion de fines de ferrochrome en présence d'un agent réducteur carboné solide, pour ce qui concerne la présente invention, pourrait être considéré comme équivalent à la fusion, en vue de la réduction qui se produit, de minerai chromite non réduit souvent contenu

dans les portions laitier de fines de ferrochrome.

Ainsi, dans son aspect large, l'invention concerne principalement la fusion de minerais chromite en présence d'une matière réductrice carbonée de façon à produire du ferrochrome Ces chromites peuvent avoir subi une certaine forme de traitement préalable, comme une concentration, un préchauffage, une pré-oxydation, une préréduction ou un prélessivage Elles peuvent aussi être agglomérées et

mises sous la forme de boulettes ou de briquettes.

La fusions de nombreux types différents de chromites,

que ce soit sous la forme d'un minerai en blocs, en bri-

quettes ou en particules fines, dans un four de type à arc immergé classique, entraîne invariablement des pertes appréciables d'oxydes de fer et de chrome potentiellement réductibles qui passent au laitier Ces pertes sont dans une large mesure sous la forme de spinelles de chrome non

réduits ou partiellement réduits Comme résultat, des récu-

pérations aussi faibles que de 65 à 70 % sont souvent

considérées comme acceptables.

-2- La fusion dans un four à arc immergé a lieu sous une charge de matière de départ qui entre automatiquement par gravité dans la zone de réaction Ce type d'alimentation s'oppose à toute sorte de réglage raisonnable du débit d'introduction de la matière de départ dans la zone de réaction au-dessous des électrodes Comme résultat, quel que soit le réglage sophistiqué par ordinateur appliqué à de tels fours, des récupérations satisfaisantes sur une

échelle absolue ne sont généralement pas obtenues.

Même pour obtenir les récupérations très modestes qui sont actuellement considérées comme acceptables, le choix d'agents réducteurs carbonés appropriés est nécessaire et ces agents réducteurs sont souvent plus coûteux que d'autres agents réducteurs carbonés, comme le charbon, qui

techniquement devraient être suffisants pour le but visé,.

On pense que dans le cas des techniques et de l'équi-

pement actuellement utilisés, la température de liquidus du laitier n'est souvent pas complètement atteinte, avec le résultat que la chromite ne se dissout pas, et ainsi n'est

pas réduite rapidement au lieu de subir la réduction rela-

tivement très lente de la chromite à l'état solide Ce-

phénomène peut être attribué à l'absence de réglage de l'introduction de la matière de départ dans un four à arc immergé. La présente invention a donc pour but de fournir un procédé pour la production et le traitement de ferrochrome

dans lequel les récupérations totales de chrome sont nota-

blement accrues et dans lequel, bien que ce ne soit pas nécessairement le cas, on peut-utiliser des agents réducteurs

carbonés moins coûteux.

Dans la présente description, le terme "stoechiomé-

trique" doit être compris comme désignant la quantité.

d'agent réducteur nécessaire pour réduire tous les oxydes de chrome et de fer à l'état métallique ou à l'état de carbure et pour donner la proportion requise de silicium dans le -3-

produit (normalement 2 à 4 %) Ainsi, la quantité stoechio-

métrique d'agent réducteur carboné est calculée en

fonction de la teneur fixe en carbone de l'agent réducteur.

De plus, l'expression "plasma thermique à arc trans-

féré" est définie, au moins pour les buts de la présente invention, comme un plasma produit électriquement dans lequel la température des ions est comprise entre 50000 K et 60 000 K et la matière fondue dans le bain forme une

partie importante du circuit électrique.

Selon la présente invention, il est prévu un procédé pour la production ou le traitement de ferrochrome par la formation de ferrochrome fondu dans un bain de four en présence d'un agent réducteur carboné et dans lequel-les matières de départ comprenant au moins en partie des oxydes de chrome et de fer non réduits ou partiellement réduits, un agent réducteur carboné et des agents de formation de laitier sont introduites chacune, à un débit réglé, dans une zone de réaction dans le bain qui est constitué au moins de laitier fondu et de métal fondu, la

zone de réaction étant chauffée au moyen d'un plasma ther-

mique à arc transféré, les matières de départ comprenant des agents de formation de laitier choisies de manière à

donner une température de liquidus du laitier pas sensi-

blement plus élevée que la température de liquidus du métal dans le four, l'air étant sensiblement exclu de la zone de réaction. D'autres particularités de la présente invention prévoient que la quantité d'agent réducteur carboné soit inférieure à 150 %, de préférence inférieure à 120 % et en particulier d'environ 105 % de la quantité stoechiométrique; le maintien de la pression partielle d'oxygène dans la zone

de réaction à un maximum de 10-8 atmosphères et, de préfé-

rence, de l'ordre de 10 12 atmosphères pendant au moins la majeure partie de la durée du procédé; que les matières de départ introduites dans le four soient purgées au moyen -4-

d'un gaz inerte, comme de l'argon, avant d'être intro-

duites dans la zone de réaction; que l'intérieur du four soit à une légère pression positive de façon à favoriser l'exclusion de l'air; que le plasma thermique à arc transféré soit produit par une source de courant continu et que le plasma thermique à arc transféré soit produit par un arc à plasma à précession avec l'électrode ou le générateur de plasma monté dans une disposition géométrique

quelconque sur un élément au-dessus du bain fondu.

D'autres particularités encore de l'invention prévoient que les matières de départ soient intimement prémélangées, bien qu'elles puissent être introduites séparément dans le four; que les matières de départ comprennent de la chromite comme source des oxydes de chrome et de fer qui peut former la source unique ou prédominante de ces oxydes et que les matières de départ soient éventuellement prétraitées comme

mentionné ci-dessus.

En ce qui concerne la pression partielle d'oxygène, on considère qu'une pression de I-012 atmosphère serait souhaitable pour que l'on obtienne la dissolution la plus avantageuse de la spinelle de chromite dansles matières de départ et que l'on obtienne l'équilibre le plus favorable

dans le procédé.

On a trouvé que la pression partielle d'oxygène a une influence directe sur la solubilité dans le laitier de l'oxyde de chrome provenant de la spinelle de chromite présente dans la charge C'est cette dissolution qui conduit à la réduction rapide obtenue par utilisation de l'invention Ainsi, tandis que la solubilité de la chromite dans le laitier dans les conditions atmosphériques est sensiblement nulle, elle est d'environ 40 % quand la

pression partielle d'oxygène est de 10-8 atmosphère.

Il est préféré d'ajouter des agents de formation de laitier aux matières de départ en quantités calculées de manière à donner une température de liquidus du laitier - à peu près la même ou, en variante, légèrement plus basse que la température de liquidus du métal ferrochrome produit dans le four La température de liquidus peut être plus élevée du moment qu'on fait en sorte que des conditions complètement liquides du laitier soient main-

tenues De plus, on a trouvé que la chaux peut être uti-

lisée avantageusement comme fondant pour assurer la pro-

duction de ferrochrome d'une teneur acceptable en silicium

tandis qu'on obtient une réduction optimale de la chromite.

Du soufre est éliminé aussi par utilisation de chaux.

D'autres agents d'affinage pourraient aussi être ajoutés, par exemple pour la réduction des teneurs en titane ou en phosphore Ces agents d'affinage pourraient être ajoutés

après la réaction principale.

Un autre avantage de l'invention est que dans l'affi-

nage concernant le carbone et le silicium, quand il a lieu, la teneur en titane est automatiquement réduite dans une

mesure avantageuse.

En général, le procédé selon l'invention est appliqué à la fusion de minerai chromite qui peut, si nécessaire, être mélangé'avec une proportion quelconque de fines de ferrochrome de façon à recycler ces fines Il y a lieu de

noter que, comme résultat du chauffage dans le plasma ther-

mique à arc transféré, la haute conductivité électrique des fines de ferrochrome n'a pas d'influence défavorable sur le procédé, comme ce serait le cas dans un four à arc

immergé En fait, la matière de départ pourrait être cons-

tituée essentiellement de fines de ferrochrome avec le laitier usuel qui les accompagne et qui contient de la chromite non réduite ou partiellement réduite en même temps qu'un agent réducteur carboné Dans chacun de ces cas, du ferrochrome est produit et une réduction d'au moins un peu de chromite ou de chromite partiellement réduite est

obtenue dans le procédé.

-6 - Un agent réducteur carboné solide est inclus dans les matières de départ qui peuvent être prélémangées et, bien que cet agent réducteur carboné puisse être en fait du coke ou du produit de carbonisation, on a trouvé qu'un charbon de relativement basse qualité peut être utilisé très avantageusement dans la mise en oeuvre de la présente invention L'utilisation d'un tel charbon est avantageuse *non seulement parce qu'il est moins coûteux que les autres agents réducteurs carbonés mentionnés, mais en outrige on peut faire fonctionner le four à une puissance plus forte, donnant ainsi une production supérieure Par exemple, dans

-un four particulier, en utilisant 100 % de produit de car-

bonisation comme agent réducteur, une puissance de seulement 400 k W a été possible, tandis que quand on a utilisé 100 % de charbon de qualité inférieure, on a obtenu une puissance de fonctionnement de 600 k W. Clairement, les matières de départ doivent être ajoutées dans les proportions choisies, avec ou sans mélange préalable, et à un débit réglé de manière qu'il soit sensiblement égal à la vitesse à laquelle la dissolution de la

chromite dans le laitier liquide et la réduction se pro-

duisent dans la zone de réaction Le réglage de l'ad-

dition des matières de départ dans le cas d'un four à plasma à arc transféré est un avantage majeur par rapport aux fours à arc immergé dans lesquels la charge entre d'elle-même à mesure qu'elle est consommée et, en fait, les réactions se produisant dans la zone de réaction ne, se poursuivent probablement jamais jusqu'à la fin Pour revenir à l'agent réducteur carboné, on mentionnera qu'un excès de carbone sera généralement utilisé car un peu de carbone sera sans aucun doute consommé en réagissant avec de petites quantités d'oxygène qui pénètrent naturellement dans le four Cet excès est basé que la quantité de carbone

nécessaire pour produire un gaz résiduel constitué princi-

paiement d'oxyde de carbone, et ne tient compte d'aucune

autre raison connue quelconque.

-7- Les autres agents de formation de laitier utilisés peuvent être du type usuel, à savoir de la quartzite, de la dolomite, de la pierre à chaux et de la serpentine, par exemple 1 Pour permettre de mieux comprendre l'invention, on va décrire ci-après divers essais effectués jusqu'à

présent et on va donner leurs résultats.

Exemple 1 Cathode non-consommable Le four utilisé pour l'exécution des essais était un four de 1400 k VA fabriqué par la firme Tetronics Research and Development Company Limited sensiblement comme décrit dans ses brevets britanniques No 1 390 351/2/3 et 1 529 526 Des informations supplémentaires concernant le four peuvent être obtenues en se reportant aux brevets mentionnés ci-dessus et à la documentation publiée par

la firme Tetronics Research and Development Company Limited.

Il suffit de dire que le four était du type à arc à plasma à précession expansé et comportait un chalumeau à plasma situé en haut et en position centrale par rapport à l'électrode de type non consommable, avec précession à des vitesses variables, mais, pour ces essais, à une vitesse de

tpm Le chalumeau à plasma était du type à courant con-

tinu et le contact anodique dans le bain prenait la forme

d'un anneau.

Dans une série d'essais effectués sans limitation de

l'entrée d'oxygène dans le système, on a utilisé un dispo-

sitif d'alimentation du type à vis hélicoïdale, mais dans les expériences ultérieures dans lesquelles l'oxygène était

sensiblement exclu du four, comme nécessaire selon l'in-

vention, on a utilisé une alimentation du type à charrue et table dans des tubes flexibles purgés à l'argon Dans ce dernier groupe d'expériences, le four était sous une faible pression positive de manière à mieux exclure l'oxygène et on a utilisé une pression relative d'environ 25 Pa Cette pression positive était obtenue en limitant la sortie des

gaz dans une mesure appropriée.

-8- Les matières de départ utilisées pour les essais ont été de la chromite de Winterveld, du charbon du gisement Springbok N O 5 et du produit de carbonisation de Rand Carbide en particules de moins de 2 mm ainsi qu'un charbon du gisement Springbok N 5 en particules plus grosses (moins de 12 mm, plus de 6 mm) Du quartz, de la chaux calcinée d'une haute pureté et de la pierre à chaux ont été utilisés comme fondants et on a pris soin d'utiliser seulement des matières sèches dans les essais de manière à maintenir des conditions d'alimentation constantes d'un

bout à l'autre.

L'essai de fusion sur les fines de ferrochrome d'une haute teneur en carbone a été effectué sur des fines fournies par un utilisateur de four d'Afrique du Sud et dans lesquelles le rapport laitier/métal était de 0, 129,

comme défini dans les Tableaux 1 et 2.

Les compositions réelles des matières de départ sont

indiquées dans le Tableau 1.

-9- Analyses chimiques Matière de départ

Tableau 1

des matières de % en Cr 203 Fe O départ poids de Si O 2 Ca O Mg O A 1203 Minerai de chrome Chromite de Winterveld 4 Ferrochrome d'une haute teneur en carbone "Fines de métal" Métal* Laitier 2 Fondants Quartz Chaux Pierre à chaux 4,6

23,3 2,23 0,20 11,2 13,7

7,0 13,0 47,7 2,2 1,0

0,20 0,04 0,46 99,5 0,05 2,07 ,0 ,0 0,20 0,53 7,40 0,06 0,54 *Portion métal des "fines de métal" Cr 52,8, Fe 36,2, Si 3,0, C 6,55 Agents réducteurs Carbone carbonés fixe Charbon en fines particules 54,3 Charbon en particules plus grossières 51,4

Produit de carboni-

sation en fines particules 79,0 Substances volatiles 33,4 36,7 4,11 Si O 2 A 1203 S P

7,5 2,5 0,63 0,004

8,50 5,40 0,64 0,005

11,10 3,0 0,39 0,021

Notas: 1 Le soufre et le phosphore dans les "fines de métal" étaient présents à raison de 0,026 %

et 0,014 %, respectivement.

2 Le rapport laitier/métal dans les fines de

métal était de 0,129.

Les granulométries des diverses matières de départ

sont indiquées dans le Tableau 2.

-10-

Tableau 2

Granulométrie des matières de départ Chromite de Winterveld Charbon en fines particules Ouverture % en poids Ouverture % en poids de maille passant à travers de maille passant à travers du 7 tamis,mm le tamis du tamis,mnm le tamis

1,70 99,55 2,00 99,8

1,18 95,29 1,68 96,3

0,850 83,83 1,00 64,7

0,600 64,66 0,85 55,9

0,425 46,03 0,71 48,1

0,300 30,25 0,60 40,1

0,212 19,71 0,50 34,2

0,150 13,00 0,42 27,2

0,106 8,28

Produit de carbonisation en fines particules Quartz Ouverture de maille du tamis,pn 0,71 0,600 0,430 % en poids passant à travers le tamis 86,60 1,00 0,80 Ouverture % en poids de maille passant à travers du tamis,mnm le tamis

0,710 99,93

0,500 97,93

0,250 56,63

Chaux: passe à 97 % à travers un tamis de 0,075 mm Pierre à chaux: tamisée de manière à passer à travers un

tamis de 6 mm et à être refusée par un tamis de 0,5 mm.

Ouverture de % en poids passant à maille, mm travers le tamis Charbon en 6,68 51,7 particules assez 470 15,0 grossières 4,70 15,0 grossières

3,33 4,9

1,65 1,0

0,83 0,3

-11- Ouverture de % en poids passant à maille, mm travers le tamis Fines de 6,68 99,8 métal 2,36 86,7

0,83 60,7

0,42 43,7

0,21 27,0

0,10 12,4

0,07 8,4

Les compositions des charges utilisées dans les essais particuliers rapportés ici sont indiquées dans le

Tableau 3.

Dési-

gnation de la

Tableau 3

Compositions des charges Composition (% en poids du minerai/fines de métal) Fines Minerai

recette de de Win-

métal terveld

M 2 100,0

S 11/3 -

Sl/5 -

S 11/7 -

51/8 -

52/1 -

53/1 -

53/2 -

,0 ,0 ,0 ,0 ,0 ,0 ,0 Quartz CI 18,0 19,0 19,0 19,0 ,0 ,0 ,0 Charbon haux < 2 m ,0 ,0 ,0 ,0 ,0 ,0 ,0 Produit

Charbon de carbo-

nisation < 12 m < 2 im ,0 ,0 ,0 ,0 ,0 ,0 Notation: M S Recette Recette de fines de métal de fusion (Sl = Recette normale) ( 52 = Quartz supplémentaire ( 53 = Addition de chaux) La "Recette normale" a été choisie de manière à donner un laitier ayant des caractéristiques métallurgiques appropriées, à savoir une température de liquidus de 1600 à

-514789

-12- 1650 C et une viscosité de 3 à 8 poises La composition du laitier était supposée être initialement la&suivante 12 % de Cr 203, 6 % de Fe O, 35 % de Si O 2, 35 % de-Ca O, 19,3 % de Mg O et 24,7 % de A 1203, et on avait fait en sorte d'avoir un excès de 10 à 15 % de carbone sur cette base Toutefois, on a obtenu des valeurs sensiblement moindres pour C r O et Fe O et le carbone en excès a été

suffisant pour satisfaire ces besoins.

Les essais ont été conduits dans un four à plasma qui avait été préchauffé-a moyen d'un arc au carbone classique avant établissement du plasma au moyen du chalumeau à plasmamÈt la matière a été introduite dans le four à un débit calculé de manière à correspondre à la vitesse à

laquelle les réactions voulues se produisaient La tempé-

rature opératoire était contrôlée continuellement de manière à faire en sorte que les critères de l'équilibre

énergétique soient satisfaits, à savoir de débit d'alimen-

tation et de niveau de puissance.

Dans tous les cas, la température du ferrochrome fondu était d'environ 1600 'C, de même que la température

du laitier.

Les résultats obtenus après coulée du laitier et du métal fondu sont indiqués, dans le cas des essais conduits sans l'exclusion de l'oxygène, dans le Tableau 4, tandis que les résultats obtenus dans le cas des essais conduits selon la présente invention (c'est-à-dire sans l'exclusion

d'oxygène) sont indiqués dans le Tableau 5.

-13-

Tableau 4 A

Poids des charges, kg Recette Minerai Quartz Chaux Charbon Produit de carbonisation

51/5

51/5 Si/5 Si/5 Si/5

51/5

Si/5 Sl/5 &) 53/2) 51/5

53/2

& 51/5 51/5 Recette 51/5 Si/5

51/5

51/5 51/5 Si/5 Si/5

51/5 &)

53/2) 51/5

53/2 &

Si/5 si/5 58,5 220,8 77,9 243,5 230,5 246,8 227,3 234,6 58,5 112,8 ,9 254, 7 97,4 11, 1 42,0 14,8 46,3 43,8 46,9 43,2 43,5 1 il,1 17,8 26,2 46,3 18, 5 ,5 77,3 27,3 ,2 ,7 86,4 79,6 1,2 2,2 3,3 1,3 81,1 ,5 38,9 57,2 88,8 34,1

Tableau 4 B

Composition du Cr 203 Fe O

14,4 1,9

19,5 3,1

21,1 2,3

22,2 1,7

21,4 2,7

22,2 2,7

23,2 3,6

-21,0 ,1

( 26,5

( 18,1

( 22,6

23,0 1,9 1,4 6,7 2,4 -4,2 2,5 laitier Si O 2 ,5 33,5 33,2 33,2 32,7 33,4 32,8 34,0 34,0 21,7 ,1 29,9 31,3 r, % en poids Ca O Mg O A 1203

0,6 22,3 24,8

0,5 19,8 23,8

0,4 19,8 23,9

0,5 19,2 24,0

0,5 18,7 24,2

0,4 18,2 24,1

0,4 18,2 22,7

0,7 0,7 1,1 2,4 1,7 1,5 18,7 18,9 17,7 18,3 18,0 18,3 24,4 ,2 21,9 24,3 24,4 ,0 -14-

Tableau 4 C

Composition réelle du métal, % en Recette No si/5 Si/S Si/5 Si/5 Si /5 Si/S

51/5

Si /5 &) 53/2 Si/5

53/2 &

Si/S Si/S Recette No Cr 51,7

* 51,9

52,1 48, 7 51,7 52,3 51,7 Fe 41,0 41,3 41,5 44, 9 42, 8 ,8 41,6 si 0,3 0, 5 0, 6 0, 4 0, 4 0, 5 0,14

52, 0 40, 0 0, 5

52,1 41,4 0,6

51,5 42,3 0,3

( 49,3 44,4 0,3

51,5 42,5 0,2

51,1 l 43,6 0,1

Tableau S A

Poids des charges, kg Minerai Quartz Chaux poids C , 7 ,5 ,3 , 4 , 2 , 2 , 5 , 2 , O , O , 3 4, 8 S 0, 10 0, 10 0, 08 0, 10 0, 08 0, 08 0,06 0, 09 0,09 0, 10 0,11 l 0, 08 Charbon Produit de carbonisation Sl/7 &) 52/1) 52/1

51/3

51/7 +i 8 53/2 53/2

25.14789

14, O

392, O

417, O

416, O

372, O

109, O

535, O

350, O

71,0

104, O

104, O

, O 22, O 113,0 , O i 110, O 126,0

*126, O

73,0 , O 17, O 17, O

178, O

44,0

1 118, O

1 40, O

-15- Composition Recette ro Cr 203

Tableau 5 B

du laitier (% Fe O Si O 2 en poids) Ca O Mf O

51 /7 &)

51/3)

52/1 52/1 Sl /7 + 8 53/2 * 53/2 9,8 4,1 4,9 3,9 2,9 6,3 3,2 Composition

Recette Réelle Calc.

l 36,5 0,7 21,0

0 35,2 0,9 23,1

7 34,7 1,0 24,0

1 31,7 0,9 27,8

7 31,6 3,0 28,5

1 34,1 3,8 29,6

9 35,0 5,4 26,1

ableau 5 C du métal (% en poids)

Réelle Calc.

28,9 34,4 33,9 33,7 32,6 22,2 27,1 Cr Cr Fe Fe Si C S

51/7 &)

51/3) 44,5 56 46,3 35 1,7 6,0 0,09

52/1 50,3 53 34,1 31 7,8 5,6 0,02

52/1 50,4 53 33,7 32 8,3 5,6 0,07

51/7 + 8 53,1 55 35,7 34 3,7 5,7 0,04

53/2 53,3 56 36,1 34 3,6 5,4 0,04

* 54,6 56 36,0 34 1,1 6,8

53/2 45,9 57 44,8 34 1,3 5,4 0,08

53/1

A 1203

* Quatre recettes combinées 53/2, 52/1, 51/8, Calc = Calculé -16- La composition calculée du métal était déterminée, en fait, comme résultat de la composition mesurée du laitier comme résultat du fait qu'il y avait toujours un métal non-représentatif, habituellement du fer, dans le four quand les essais étaient effectués La composition réelle du métal présente donc quelquefois de plus hautes teneurs en fer et de plus basses teneurs en chrome que ce n'aurait été le cas autrement On indique donc dans le Tableau 5 les valeurs tant théoriques que réelles On pourrait facilement utiliser de plus fortes proportions de chaux ou de pierre à chaux pour réduire la teneur en soufre

du métal.

On notera d'après un examen des compositions des laitiers que dans le cas o l'air, et ainsi l'oxygène, n'était pas exclu, une proportion de 14 à 27 % du laitier

était constituée d'oxyde chromique après la coulée Au con-

traire, un maximum de 9,8 % et dans la plupart des cas moins de 5 % du laitier était constitué d'oxyde chromique après

traitement selon l'invention, même quand les deux trai-

tements étaient effectués dans le four à arc à plasma Un examen du laitier a montré qu'une partie importante de l'oxyde chromique non- dissous était présente sous la forme de spinelle de chrome non-dissous provenant de la charge dans le cas o l'air n'était pas exclu L'exclusion de l'oxygène est donc critique pour l'invention et, avec une

charge correctement choisie, peut être utilisée pour pro-

duire un ferrochrome avec de très petites pertes au laitier.

Cela est illustré par le fait qu'une teneur en oxyde chromique non-réduit aussi basse que de 2,9 % du laitier a été obtenue dans un essai dans lequel on a calculé qu'une pression partielle d'oxygène d'environ 10-9 atmosphère avait été maintenue au moins jusqu'aux stades finaux du procédé. On comprendra que les conditions exactes de chaque opération au four doivent être choisies suivant les besoins et en conséquence on doit effectuer des essais et recherches

2514-789

-17- importants pour déterminer les conditions optimales dans

le cadre général de la présente invention.

Simplement pour illustrer l'application de l'in-

vention à des fines de métal, on a effectué des essais analogues dans le même four et en utilisant la composition de fines de métal indiquée cidessus dans les Tableaux 1 et 2 Le mélange introduit dans le four était celui

correspondant à la désignation M 2 dans le Tableau 3.

Bien que les fines de métal aient été accompagnées d'un laitier contenant 27 % d'oxyde chromique, cet oxyde chromique a été partiellement réduit en chrome métallique qui faisait partie du ferrochrome, dans une mesure telle

que la teneur restante en oxyde chromique était de seu-

lement 5 % Une récupération appréciable du chrome présent dans la chromite dans les fines de métal a donc été effectuée en plus de la fusion des fines de métal pour former du ferrochrome qui a pu être ensuite fragmenté en

blocs suivant le besoin.

Exemple 2 Cathode consommable de graphite On a effectué une série d'essais similaires à ceux décrits ci-dessus dans un four à plasma thermique à courant

continu de 100 k V A d'une construction à arc ouvert sensi-

blement classique, à part la présence d'un contact anodique avec le bain fondu au moyen de barres d'acier inoxydable enrobées dans le foyer Une seule électrode de graphite creuse située en position centrale, qui était équipée d'un mécanisme de positionnement axial, formait la cathode On prenait soin de faire en sorte que la cathode ne soit pas en contact direct avec le bain fondu, sauf brièvement pour amorcer l'arc à plasma, et que l'air soit sensiblement exclu du four Ce four était contrôlé et réglé de la même manière que le four de l'exemple 1, de sorte que le type du chalumeau à plasma constituait la principale différence expérimentale Les matières premières utilisées étaient les mêmes que celles décrites dans les Tableaux 1 et 2, tandis -18- que le mélange de charge utilisé et les compositions des laitiers résultant de ces essais sont indiqués dans le Tableau 6 ci-après Les faibles teneurs résiduelles en oxyde chromique dans ces laitiers sont similaires à celles obtenues dans l'exemple 1 et indiquent les larges possibi- lités d'application de la présente invention à diverses

configurations de four à plasma thermique à arc transféré.

Tableau 6

Minerai de Pierre Charbon Winterveld Quartz à chaux (< 2 mm) Mélange de charge par

lot (kg) 29,4 5,9 2,9 11,8 -

Cr 233 Fe O Si O 2 Ca O Mg O A 12 03 Composition du laitier (% en poids)

(A) 1,85 1,00 32,7 9,80 31,7 22,4

(B) 0,97 0,13 38,9 9,64 25,0 20,3

On comprendra que de nombreuses variantes peuvent être apportées aux modes opératoires décrits ci-dessus sans qu'on sorte pour autant du cadre général de la présente invention En particulier, il est envisagé que des fines de ferrochrome peuvent bien être mélangées avec de la chromite dansun type d'opération de recyclage de manière à éviter la nécessité de fondre les fines de ferrochrome dans une

opération séparée Comme mentionné ci-dessus, les con-

traintes exactes s'appliquant à chaque situation varieront

et en conséquence des variables différentes seront utili-

sables dans des circonstances différentes.

On envisage que l'invention fournit un procédé très

utile de production-et de traitement de ferrochrome qui per-

mettra d'obtenir des récupérations de plus de 95 % de la teneur en chrome des chromites, ce qui n'était pas possible

jusqu'à présent.

-19-

Claims (11)

REVENDICATIONS

1 Un procédé pour la production ou le traitement de ferrochrome par la formation de ferrochrome fondu dans un bain de four en présence d'un agent réducteur carboné et dans lequel des matières de départ comprenant au moins en partie des oxydes de chrome et de fer non réduits ou partiellement réduits, un agent réducteur carboné et des agents de formation de laitier sont introduites chacune, à un débit réglé, dans une zone de réaction dans un bain qui est constitué au moins de laitier fondu et de métal fondu, la zone de réaction étant chauffée au moyen d'un plasma

thermique à arc transféré, les matières de départ com-

prenant des agents de formation de laitier choisies de manière à donner une température de liquidus du laitier pas sensiblement plus élevée que la température de liquidus du métal dans le four, l'air étant sensiblement exclu de la

zone de réaction.

2 Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression partielle d'oxygène dans la zone de réaction est au maximum de 10 8 atmosphère au moins pendant

la majeure partie de la durée du procédé.

3 Un procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pression partielle d'oxygène dans la zone de

réaction est de l'ordre de 10-12 atmosphère.

4 Un procédé selon l'une des revendications précé-

dentes, caractérisé en ce que les matières de départ intro-

duites dans le four sont purgées au moyen d'un gaz inerte

avant d'être introduites dans la zone de réaction.

Un procédé selon l'une des revendications précé-

dentes, caractérisé en ce qu'on fait fonctionner le four avec son intérieur à une faible pression positive de

manière à favoriser l'exclusion de l'air.

6 Un procédé selon l'une des revendications précé-

dentes, caractérisé en ce que le plasma thermique à arc -20-

transféré est produit par une source de courant continu.

7 Un procédé selon l'une des revendications précé-

dentes, caractérisé en ce que les matières de départ sont

intimement prémélangées.

8 Un procédé selon l'une des revendications précé-

dentes, caractérisé en ce que les matières de départ comprennent au moins une proportion importante de minerai chromite. 9 Un procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les matières de départ sont choisies de manière à

effectuer la fusion de la chromite.

Un procédé selon l'une des revendications précé-

dentes, caractérisé en ce que les matières de départ

comprennent des fines de ferrochrome.

11 Un procédé selon l'une des revendications précé-

dentes, caractérisé en ce que les matières de départ comprennent, au moins comme partie de l'agent réducteur

carboné, du charbon finement divisé.

12 Un procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la quasitotalité de l'agent réducteur carboné est

sous la forme de charbon.

13 Un procédé selon l'une des revendications précé-

dentes, caractérisé en ce que l'agent réducteur carboné est présent en excès par rapport à la quantité stoechiométrique nécessaire et est choisi de manière à assurer que l'oxygène dans les gaz résiduels soit essentiellement sous la forme

d'oxyde de carbone.

14 Un procédé selon l'une des revendications précé-

dentes, caractérisé en ce que les matières de départ sont ajoutées à un débit réglé de façon à maintenir la température

et l'état fondu du métal et du laitier à une valeur choisie.

Le ferrochrome produit par un procédé selon l'une

des revendications précédentes.