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La présente invention concerne un procédé d'obtention,
par silico-thermie, d'alliages à base de manganèse et de silicium.
Il est connu de fabriquer des alliages à base de manga-
nèse, tels que les ferromanganèses à basse teneur en carbone,
de 0,02 à 2 % (ferromangnèses dits "suraffinés" et a~finés")
par réaction silicothermique entre une phase liquide obtenue
par fusion réductrice d'un minerai de manganèse et de chaux,
et un silico-manganèse contenant de lO à 45% de silicium.
Bien que ces silico-manganèses à moyenne teneur en silicium
soient d'une fabrication relativement aisée, leur utilisation
entralne quelques inconvénients. En particulier, lorsque le
silico-manganèse est fabriqué à l'avance et stocké à l'état
solide, par exemple dans les périodes de l'année où l'énergie
hydro-électrique est abondante, il faut, au moment de l'ut~li-
sation, refondre, pour chaque tonne de silicium utile, de 1,2
à 9 tonnes du ballast constitué par les éléments d'alliages
(Fer + manganèse).
Un procédé de réduction silico-thermique de minerai de
manganèse a été décrit, notamment dans le brevet des Etats
Unis 3 347 664 (au nom d'Union Carbide). Dans ce procédé, et
dans de nombreux procédés analogues dans lesquels on traite
un mélange fondu de minerai de manganèse et de chau~ par un
réducteur à base de silicium, on obtient, outre le métal, un
laitier non épuisé dont la teneur en manganèse peut atteindre
jusqu'à 20 à 25%, lorsqu'on opère par silico-thermie et jusqu'à
30 à 35%, lorsqu'on produit du ferromanganèse (à 6-8 % de C)
par carbothermie. Actuellement, ces laitiers sont refroidis
en lingotières, stockés et retraités dans un stade ultérieur
par carbothermie au four électrique, ce qui donne un laitier à
peu près épuisé (moins de 6 % de Mn) et un silicomanganèse dont
la teneur en Si peut aller de 10 à 45% que l'on réintroduit dans
un cyclede silico-thermie. Mais, ce faisant, on perd toute la
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chaleur sensible contenue dans le laitier liquide riche en Mn,
et il faut, en outre, affecter un four spécial à l'épuisement
carbothermique de ce laitier.
Le procédé, objet de l'invention, a pour but essentiel
de récupérer le manganèse présent dans les traitiers non épuisés
et d'obtenir un alliage à base de manganèse, contenant au moins
60% et de préférence au moins 70~ de manganèse, le solde du fer,
du silicium à une teneur comprise entre 5 et 40%, et, de préfé-
rence entre 10 et 35~, et les impuretés habituelles : aluminium,
calcium, carbone, soufre, phosphore, à une teneur totale ne dé-
passant pas 5%, et, le plus souvent, très inférieure à cette
valeur.
Ce procédé comporte les stades suivants :
- On part d'un laitier liquide contenant de 10 à 40~ et le plus
souvent de 20 à 35% de manganès, sous forne d'oxyde, à une
valence sensiblement égal à 2.
- On l'additionne d'un alliage réducteur, à base de silicium,
contenant plus de 60, et, de préférence, plus de 70~ de
silicium.
- On met en contact, par agitation, le laitier liquide e$.
llalliage réducteur.
- On sépare, par décantation, d'une part un laitier liquide
sensiblement épuisé en maganèse, et d'autre part, un métal
dont la teneur en manganèse est au moins à 6C% et, le plus
souvent supérieure à 70~, et une teneur en silicium comprise
entre 5 et 40% et, de pré~érence, entre 10 et 35~.
Le laitier liquide peut provenir, en partiulier, de
la réaction entre un mélange fondu de minerai de manganèse
et de chaux, d'une part, et un alliage réducteur à base de
silicium, d'autre part, cet alliage étant généralement un
silico-manganèse contenant de 10 à 45~ de silicium; le laitier
liquide, généralement appelé "laitier non épuisé" peut contenir
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~' .
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de 10 à 40% et, le plus souvent, de 20 à 35% de manganèse
sous une forme voisine de MnO. Les autres constituants du
laitier sont - outre la chaux ajoutee comme fondant -
l'aluminium, la silice et, le plus souvent, la magnesie. On
peut donner, à titre d'exemple non limitatif, la composition
type suivante: ~
MnO 26 - 34 % .
FeO 1 - 1,5 %
MgO 2 - 3,5 %
A123 4 - 6 %
SiO2 24 - 26 %
CaO 28 - 32 %.
La teneur en silicium de l'alliage reducteur doit
etre au moins egale à 60% et de preference, au moins egale à
70%. Elle peut atteindre 98 a 99% dans certains cas. Le
solde peut être constitue essentiellement par du fer, et il
s'agit alors d'un aferro-silicium, ou par du manganèse et
il s'agit alors d'un silico-manganèse dit à haut titre. Un r
tel silico-manganèse à haut titre en silicium peut être obtenu
par différentes methodes connues et, en particulier: par fusion ~
simultanee ou melange à l'etat fondu d'au moins deux metaux ou '~:
alliages apportant les élements necessaire à la composition
visee.
Selon la presente invention l'alliage reducteur
peut etre un ferro-silicium, contenant plus de 60% de silicium
de 10 à 40% de Fer, et des impuretes choisies dans le groupe
constitue par le manganèse, le calcium, l'aluminium, le carbone,
le soufre et le phosphore, a uneteneur totalene depassantpas 5%. Pi
L'alliage reducteur peut contenir plus de 70% de silicium et F
de 5 à 30% de Fer.
Selon la présente invention l'alliage reducteur peut
:1 145~6~
être du silicium metal dont la teneur en silicium est au
moins égale à 96~.
Par exemple, par fusion d'une tonne de ferro-
silicium ayant la composition ponderale:
Si 98 %
Fe 0,5%
div. 1,5% (Ca, Al)
et de 380 kg de ferromanganèse affine ayant la composition
pondérale: ¦
Mn 82,1
Fe 15,9%
div. 2,0
i~
.. / ~
r
~ ' ~
- 3a - t
t
. ', ,. ' . ,
45~64
on obtient un silico-manganse "haut titre" ayant la composition
pondérale ~
Si 71,0 %
Mn 22,6 %
Fe 4,7 %
div. 1,6 %
Un autre procédé consiste à réduire, de façon connue,
par exemple dans un four éléctrique, des composés oxydés d'au
moins un des deux éléments principaux de l'alliage .
La mise en contact du laitier liquide et de l'alliage
réducteur peut etre effectuée par tout moyen d'agitation connu
tel que le procédé de renversements successifs de poche à poche
dit "procédé Ugine-Perrin" décrit, en particulier, dans les
brevets français n 755.939, 761.460, 762.928, 780.125, 830.064
et 843.661, ou encore par insufflation d'un gaz, par exemple
air ou gaz inerte, au moyen d'une tuyèrè à simple ou double
flux débouchant à la partie inférieure de la poche dans laquelle
on a introduit le laitier et le réducteur, ou encore dans une
poche à secousse, ou par tout autre moyen équivalent.
Dans le cas d'une tuyère à double flux, on injecte
de préférence l'air ou le gaz inerte par la partie centrale
et un gaz protecteur par la partie annulaire.
Lorsqu'on procède au brassage par déversement d'une
première poche dans une deuxième poche préalablement préchauf-
féè, l'alliage réducteur peut être introduit soit dans la pre-
mière poche, soit au moment du premier déversement dans la
deuxième poche.
Les exemples qui suivent permettront de préciser dif-
férents modes de mise en oeuvre de l'invention.
EXEMPLE 1
Dans une poche garnie en magnésie goudronnée, munie à
sa base, latéralement, d'une tuyère de 6 mm de diamètre intéri-
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eur, on déverse 1000 kg de laitier liquide non épuisé provenant
de la fabrication de ferromaganèse affiné et titrant 22,9% de
manganèse. En meme temps, on déverse dans la même poche 225 kg
d'un alliage silicium-manganèse "haut titre", solide, en grains
de 2 à 10 mm environ et contenant 65,9 % de silicium et 27,8 %
de manganèse.
On souffle de l'air par la tuyère avec un débit de
26 Nm3/h.
L'agitation qui en résulte est maintenue pendant 12
minutes.
On sépare par décantation un- laitier ne contenant plus
que 2,3% de manganèse et 330 kg de silico-manganèse contenant
21,8 % de silicium et 75.6 % de manganèse. Ces résultats sont
tout à fait comparables à ceux que l'on obtient habituellement
dans la réduction carbothermique au four électrique des mêmes
laitiers de ferromanganèse, mais ils ont été obtenus directement
à partir de ces laitiers liquides sans qu'il soit nécessaire de
les refroidir et de les concasser, puis de les refondre.
Dans cet example, l'agitation, et la mise en contact
des phases liquide et solide, qui ont été obtenues par soufflage
d'air dans une tuyère, auraient pu être produites, avec un
résultat identique, par les moyens classiques : déversement de
poche à poche, poche à secousse, agitateur mécani~ue.
EXAMPLE 2
Dans une poche garnie en magnésie goudronnée, on a
introduit 1000 kg de laitier liquide provenant de la fabrication
de ferro-manganèse affiné et titrant 23,1 ~ de manganèse, et
190 kg d'un alliage silicium-manganèse solide, en grains de 2
à 10 mm environ et contenant 71~ de silicium, 25% de manganèse,
0,1 ~ de carbone et 3,9 % de fer et divers (calcium, aluminium,
soufre, phosphore ...)
On a ensuite déversé le mélange dans une seconde poche
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identique, préalablement préchaufEée par un brûleur à gaz, puis
on l'a versé à nouveau dans la première poche, de facon à assu-
rer un bon brassage des produits.
On a obtenu par décantation, d'une part un laitier
sensiblement épuisé à 2,2% de Mn, et d'autre part 340 kg de
silicO-manganèse à 22~ de silicium et 74,6% de manganèse, les
autres constituants étant essentiellement du fer (3,1g6) et
diverses impuretés mineures (aluminium, calcium, soufre, phos-
phore, carbone).
La teneur en carbone est inférieure à 0,10 %.
EXEMPLE 3
Dans la même poche que dans l'exemple 1, munie d'une
tuyère latérale, on déverse 1000 kg de laitier liquide prove-
nant de la fabrication de ferro-maganèse affiné, titrant 23,1 %
de manganèse, et, en meme temps, 275 kg d'um silicomanganèse à
71 % de Silicium et 25 % de manganèse concassé en grains de
2 à l0 mm.
On souffle de l'air, par la tuyère, pendant 12 mn, avec
un débit de 26 Nm3/h, de facon à entretenir une agitation in-
20 tense mettant en contact les deux phases.
On sépare, par décantation, un laitier ne contenantpas plus de 2,0 % de manganèse, et 425 kg de silico-manganèse
contenant 31,2~6 de Silicium, 66,2% de Manganèse, 2,6 % de Fer
et moins de 0,03 % de Carbone.
EXEMPLE 4
Dans la même poche que dans les exemples 1 et 3, munie
d'une tuyère latérale, on déverse 1000 kg de laitier à 24,0 %
de manganèse ainsi que 192 ~g de "ferrosilicium 75" à 74,4 %
de silicium. On souffle de l'air par la tuyère pendant 12 mn,
30 avec un débit de 26 Nm3/h, de façon à entretenir une agitation
intense mettant les deux phases en contact.
On sépare, par décantation, d'une part un laitier ne
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contenant plus que 2,5 % de Mn et 340 kg de silicomanganèse à
23,2 % de silicium, 62,5 % de manganèse, 14,1 % de fer et moins
de 0,10 % de carbone.
EXEMPLE 5
Dans la même poche et dans les mêmes conditions que
dans les exemples 1,3 et 4, on a traité 1000 kg de laitier à
25,4 ~ de manganèse par 180 kg de silicium à 98,5 % de Si et
0,55 % de Fe, concassé en grains de 2 à 10 mm.
On a obtenu et séparé par décantation : d'une part
un laitier à 2,1 % de manganèse et d'autre part 345 kg de sili-
comanganèse à 31,8 % de silicium, 67,1 % de manganèse, 0,8 ~ de
fer et moins de 0,03 % de carbone.
Les alliages à base de manganèse, fabriqués par le
procédé objet de l'invention, peuvent être soit utilisés comme
alliages d'addition, soit introduits dans des cycles d'opérations
silicothermiques conduisant à des types particuliers d'alliages
de manganèse difficiles ou impossibles à obtenir par d'autres
procedes.
