Procédé d'épuration<B>de</B> métaux. La présente invention<B>a</B> pour objet un procédé d'épuration de métaux, -en particulier des aciers, des cuivres bruts ou impurs, etc., par traitement avec un laitier fondu, dans un four électrique<B>à</B> induction.
L'épuration -envisagée ici peut être une désoxydation, une déphosphoration, une dé- sulfuration, etc., le laitier utilisé<B>à</B> cet effet ayant dans chaque cas des propriétés diff & rentes, ce laitier étant, par exemple, rédue- teur pour la -désoxydation, basique et oxydant pour la d6phosphoration, etc.
On a<B>déjà</B> proposé de réaliser lépuration (les métaux au four électrique<B>â</B> induction au moyen d'un laitier, tel que ceux mis en ceuvre dans les procédés métallurgiques ordinaires, dont les divers éléments sont chargés<B>à</B> l'état solide.
Dans ces conditions, le laitier n'étant chauffé que par l'intermédiaire du métal, -est peu fluide,<B>ce</B> qui ralentit les réactions; de plus, étant donnée la duree assez longue, de l'opération, il<B>y</B> a réaction du laitier sur le garnissage, o d'où usure -de celui-ci. Enfin, C<B>,</B> pen dant le temps de fusion -du laitier, il<B>y</B> a oxydation -énergique -du métal qui n'est pas protégé du contact de l'atmosphère, -d'où une perte de métal, et lorsque,
le traitement visé est une opération -de désoxydation ou de<B>-dé-</B> sulfuration réductrice, l'enrichissement en oxygène du métal ainsi provoqué est nuisi <B>ble</B> pour la conduite -de l'opération, car il oblige ainsi<B>à</B> employer de plus grosses quantités de laitier, ou<B>à</B> ajouter -des quanti- tés.de réducteurs plus importantes et de tou tes façons<B>à</B> prolonger l'opération.
Par la présente invention, on a -découvert quien travaillant dans un four<B>à</B> induction avec un laitier synthétique fondu au préala ble et très fluide, on obtenait des résultats Surprenants<U>-par</U> rapport<B>à</B> ceux obtenus<B>jus-</B> qu'à ce jour.
Cette amélioration surprenante, des résul tats se traduit ainsi: <B>10</B> Dans le cas -des opérations où l'on pro cède par oxydation, comme c'est le cas pour la. déphosphoration des aciers, l'affinage du -cuivre, etc.
a) ladurée de l'opération nécessaire pour obtenir l'épuration recherchée (par exemple par un abaissement de la teneur en phosphore de l'acier) est très nettement -diminuée; <B>b)</B> de ce fait l'usure -des garnissages<B>du</B> four<B>à</B> induction est nettement diminuée, ce quiest fort int-6ressant,,car l'usure des garnis sages est une sujétion importante dans l'em ploi des fours<B>à</B> induction-, <B>0</B> le métal étant protégé dès ledébut par le laitier,contenant les éléments oxydants, la mise au mille totale de l'opération est meil- jeure,
car il n'y a pas perte de métal par oxy dation par l'air et foniiat-io-ii,cl'oxydes,qui s'in corporent ensuite au laitier lorsque celui-ci est fondu.
20 Dans le cas où<B>l'on</B> cherche<B>à</B> faire une opération de -désoxydation, par exemple, la désoxydation de l'acier, du cuivre ou encore une désulfuration par laitier basique, neutre ou réducteur, les mêmes avantages subsistent intégralement, mais en outre l'utilisation du laitier fou-du donne l'avantageconsidérable de protéger -dès le début le métal -contre l'oxy dation par l'air qui est inévitable dans le procédé avec laitier solide. Cette oxydation est une grosse gêne, car elle se traduit: <I>a</I><B>' )</B> par la, formation d'oxydes du métal.
qui se dissolvent dans le laitier désoxydant ou d6sulfurant, lorsque telui-ci est fou-du et qui ,diminuent ainsi le pouvoir de -désoxydation ou -de désulfuration -du laitier.
<B>b)</B> par l'absorption -d'oxygène, qui se dis- sout,dans le métal et qu'il faudra ensuite, après fusion du laitier, soit enlever par l'ac tion dissolvante -de -celui-ci, ce qui oblige<B>à</B> employer, pour un -même résultat. final à ob tenir, une plus grande quantité de laitier que si le métal n'avait pas été oxydé, soit trans former en inclusions par l'action -de réduc teurs, ce qui -est nuisible<B>Ù</B> la qualité du mé tal et -de toutes façons oblige<B>à</B> une addition plus grande de réducteurs qui ;si -le métal n'avait. pas subi- -cette oxydation<B>à</B> l'air.
La quantité d'oxygène<B>à</B> enlever étant plus grande, l'opération est prolongée de ce fait, ce qui entraîne une consommation plus grande d'énergie, une usure plus forte des revêtements, etc.
L'utilisation -du laitier liquide permet d'éviter complètement ces inconvénients très graves.
Enfin, lutilisation -d'un laitier fluide synthétique préalablement fondu, permet ,d'avoir une action -efficace du laitier sur le métal et -d'en extraire ainsi certains oxydes par -dissolution,<B>ce</B> -qui ne peut être réalisé dans la métallurgie habituelle au four<B>à</B> haute fréquence où la désoxydation se, fait pratiquement uniquement par addition de ré ducteurs.
Le peoic6dé, objetde la présente invention, est donc caritot6ri.s6 en ce que l'on traite le niétal <B>à</B> épurer -avec un laitier synthétique préalablement fondu et très fluide et en ce que l'on provoque le brassage -de la charge du four par un champ électrique.
Le four peut être un four<B>à</B> haute fré quence ou un four<B>à</B> basse fréquence.
La très grande fluidité du laitier peut être obtenue en agissant sur sa com-position, compte tenu -de la nature de l'opération d'épu ration que l'on veut effectuer.
Par exemple: Pour une une opération de déphosphora- tion, on utilisera un laitier contenant, environ: #Silice 3% Chaux<B>65%</B> Oxyde de fer<B>120 %</B> Pour une opération de désoxydation, on pourra mettre en #uvre un laitier contenant par exemple:
EMI0002.0041
a) <SEP> SiO2 <SEP> <B> & 5-65% <SEP> b)</B> <SEP> SiO2 <SEP> <B>45-65%</B>
<tb> <B>A1903 <SEP> 5-15% <SEP> A1203</B> <SEP> 4-25%
<tb> <B>Cao <SEP> 15-30% <SEP> <I>MgO</I></B> <SEP> 4-25% Pour une opération de désulfuration, on mettraen #luvre un laitier basique,<B>à</B> base d'oxydes alcalins -et alcalino-terreux<B>-</B> avec adjonction éventuelle -de, carbone<B>-</B> un tel laitier contenant, par exemple:
CO2Na# <B>50%</B> Cao 40% Spaili fluor<B>10%</B> En dehors, des fondants usuels qui aug mentent dans une certaine mesure la fluidité des laitiers, un corps est particulièrement désigné pour la- constitution<B>-de</B> laitiers très fluides,<B>à</B> savoir l'oxyde de titane TiO2. Ce corps peut, suivant le caractère<B>à</B> donner au laitier, être utilisé dans la proportion de 4 <B>à</B> 20% ou de<B>à à. 90%</B> suivant que l'on veut avoir un laitier basique ou acide.
C'est ainsi que pour une opération de désoxydation, #on peut utiliser un laitier ayant la composition suivante-
EMI0003.0007
a) <SEP> TiO' <SEP> <B>70% <SEP> b)</B> <SEP> SiO2 <SEP> <B>45-65%</B>
<tb> Cao <SEP> <B>30%</B> <SEP> TiO2 <SEP> <B>17%</B>
<tb> Cao <SEP> 4-2,0%
<tb> <B>A1203</B> <SEP> 4-2.5%
<tb> <B>Mgo</B> <SEP> 4-25% Un tel laitier peut encore -contenir des coin- po-s6s du baryum, de Facide borique ou des sels de cet acide.
<B>lie,</B> procédé, objet de l'invention, peut s'appliquer<B>à,</B> toutes les opérations d'épura tion de métaux.<B>En</B> particulier pour la mé tallurgie (Palliages de valeur (aciers, spé- ciaux contenant des métaux alliés en forte proportion) nécessitant une surveillance étroite du développement de l'opération<B>d'é-</B> puration, l'utilisation de laitiers très fluides dans un four<B>à</B> haute fréquence, diminue no tablement la durée du traitement, tout en permettantde suivre pa-s <B>à</B> pas le développe ment de l7épuration.
On a notamment décrit au brevet suisse no 164262 un procédé pour l'amélioration des aciers, et au brevet suisse no <B>164897</B> un pro <B>cédé</B> de déphosphoration -des aciers.
Ces deux procédés nécessitent, l'un comme, l'autre, une mise en contact, intime d'un mé tal et -d'un laitier. Les diverses opérations -chimiques de ces procédés peuvent très bien être réalisées conformément<B>à la</B> présente- in vention, sous réserve d'unedurée plus longue.
le procédé selon l'invention peut égale ment s'appliquer<B>à</B> l'affinage des cuivres bruts et ensuite<B>à</B> la -désoxydation et<B>à.</B> l'épu ration des cuivres affinés.
On sait que les cuivres bruts obtenus au convertisseur ou par tous autres procédés con tiennent généralement de nombreuses impu retés, en particulier S-P-Fe-Mn.-Ni-Co-Pb-Sn- b-As-Bi, qu'il faut éliminer tout au moins en majeure partie soit que le cuivre suit uti lisé -directement a-près cet affinage, soit qu'il subisse ensuite un affinage électrolytique, le rendement, et le prix de revient de l'éleetro- lyse étant essentiellement fonctions de, la plus ou moins, grande quantité d'impuretés<B>à,</B> enle- ver.
Dans ce but, il est généralement procédé <B>à</B> un affinage oxydant pratiqué dans de grands fours<B>où</B> l'on cherche<B>à</B> éliminer ces différents éléments par oxydation au prix -d'opérai-ions longues, coûteuses et n6cessîtant un apport -de chaleur extérieure.
Il est, -de plus, difficile d'obtenir une bonne éliminationde l'ensemble des éléments, car cette élimination est fanation, pour eha# cun -d'eux, -de la nature des laitiers que l'on constitue<B>à</B> cet effet dans les fours d'affi nage;
par exemple le fer est plus facilement enlevé si l'on forme et fait agir les laitiers acides, le phosphore ou Parsenie plus facile- ment au contraire si l'ou forme et fait ag gir ,des laitiers-basiques. Or, il n'est pas possible de choisir<B>à</B> volonté la nature des, laitiers, celle-ci étant imposée par la nature du revê tement des<B>fours,
</B> ces revêtements, étant le plus généralement siliceux, quelquefois basi ques dans certains fours modernes. Mais l'on voit que, selon la, nature de ce revêtement., l'élimination des différents corps sera plus au moins facile.
Le, procédé selon l'invention permetd'éli- miner #d'une façon simple, économique et sou ple, les différentes impuretés<B>des</B> cuivres bruts.
Dans ce but, on peut faire agir sur le cuivre dans le four électrique<B>à</B> induction une scorie préalablement fondue et très. fluide, ayant une composition telle que les impuretés contenues -clans le cuivre en décomposent cer tains éléments en réintégrant du cuivre, dans le bain -de, métal, et qu'elle fasse entrer ces impuretés ;dans -des combinaisons insolubles 'dans le Cu ou pl-us solubles dans la scolie fondue que -dans le métal. Après quoi Pon sé pare, par exemple par -décantation, la. scolie enrichie en impuretés, -du cuivre purifié.
<B>A</B> cet effet, la,scorie épuratrice contient un composé -de cuivre, généralement- oxyde au sel, par exemple un silicate, mais pouvant être également un autre sel quelconque comme un chlorure, un sulfure, etc., ou un mélange -de ces sels..
Cette scorie pourra, par exemple<B>'</B> être constituée<B>de</B> minerais gTillés, additionnes de fondants tels que: chaux-spatli, sels alcalins ou autres, de façon qu'elle présente une très grande fluidité.
On constate dane les conditions précisées ci-dessus, que, grâce au contact intime dû au brassage violent, les impuretés -du cuivre qui ont plus -d'affinité pour l'élément avec lequel le cuivre est -combiné -dans- la scorie, que le cuivre lui-même, s'unissent instantanément-, en majeure partie, avec cet élément et sont- ainsi éliminées dans la scorie en réintégrant- du cuivre dans le métal.
Si en particulier le cuivre est dans la, sco rie<B>à</B> l'état d'oxyde, on obtiendra ainsi le clé- part de Fe-1'4n-Ni-Co-Zu-Pb, surtout si la seoTii-- est<B>de</B> nature acide, siliceuse en parti culier. L'on obtiendra le -départ de S-P-Sn- Sb-A,s principalement, si la scorie est de na- turc basique.
Avec d'autres sels de cuivre dans la sco rie, on pourra faire varier<B>la,</B> nature et la proportion -des éléments, éliminés, selon les af finités respectives du cuivre et de ces.<B>élé-</B> ments pour Facide du sel.
L'opération étant très -courte, la scolie n'a. pas. le temps d'attaquer sensiblement les parois -du récipient dans lequel l'opération se fait, ce qui permet ainsi de faire varier la nature,de la scorie et, le<I>cm</I> échéant, -d'em ployer successivement sur un même métal plusieurs scories différentes pour arriver<B>à,</B> une meilleure élimination de l'ensemble des corps.
C'est ainsi qu'en faisant agir successi- vement une scorie acide, puis une scorie ba sique ou inversement après enlèvement, de <B>la</B> première scorie), on éliminera, le, ri e, le Mn, le Ni, le Co, le Zn, le Pb par l'action. îl# la première scolie, puis le<B>S,</B> le P, I.e:Sn, le Sb par Pactionde ladeuxième scorie.
La, rapidité -de l'opération obtenue par brassage intense avec scorie préalablement fondue permet de s'affranchir -de la, sujétion des revêtements et d'utiliser les compositions chimiques de laitiers les mieux appropriées au résultat<B>à</B> obtenir au lieu d'avoir, -comme dans les, opérations normales, ides composi tions de laitiers pratiquement- imposées, par les parois.
Les scories sont de préférence fondues -dans -des fours<B>à</B> water-jacket, donc <B>à</B> auto-garnissage, ce qui supprime pour leur obtention le problème des matériaux r6frac- Après l'affinage, le cuivre contient une quantité importante d'oxyde de cuivre, Cu#O, <B>à</B> l'étatdissous; si Pon prélève et ce moment- là. -du cuivre liquide et qu'on le laisse se<I>soli-</I> difier, il présente. du fait-<B>du</B> CuO, l'aspect bien connu -du cuivre rosette.
Ladésoxydation du cuivre se, fait usuelle ment<B>à</B> l'aide de charbonde bois ou danthra- cite répanduà la. surface -du bain; cette opé ration est accompagnée d'un brassage du bain au moyen de perches en bois, opération appelée perchage.
Le carbone réduit<B>le</B> Cu'O mais l'opéra tion est forcément longue, -d'autant plus que le carbone n'est pas soluble dans le, cuivre, L'élimination -de l'oxygène est toujours in- -complète.
La, présente invention -donne une solution particulièrement simple, rapide et économi que -de cette désoxydation du cuivre après af finage oxydant; elle réalise en outre, par la même opération, une nouvelle épuration -du cuivre en ses impuretés telles que soufre, fer, zine, arsenic, antimoine, etc.
Ou utilise de préférence -dans ce but un laitier très fluide, préalablement fondu et présentant, un pouvoir dissolvant élevé vis-à- vis du CuO. On a décrit ci-après,<B>à</B> titrc non limitatif, plusieurs exemples de mise en oeuvre du pro <B>cédé</B> selon l'invention: <I>Exemple<B>1,</B></I> pour ki désoxydation -d'un acier.
On coule, dans un four<B>à</B> induction élec trique, de l'acier<B>à</B> désoxyder, en état de fu sion et un laitier préalablement fondu très fluide ayant la, composition suivante: SiO2 <B>55%</B> A120;; <B>15%</B> Cao <B>10%</B> MgO 20% Ce laitier possède par conséquent un pou voir dissolvant élevé<B>à</B> l'égard des oxydes dis sous -dans l'acier.<B>On</B> crée, par le champ<B>élec-</B> trique, une agitation intense du métal.
La désoxydation est réalisée par la seule action -du laitier avant toute addition,<B>ce</B> qui est -différent -des traitements connus au four <B>à</B> induction, puis en sépare l'acier désoxyde d'avec le laitier qui s'est chargé en oxydes.
<B>I & </B> métal qui contenait avant traitement <B>0,06%</B> d'oxygène ne contenait plus, après l'opération, que<B>0,015 %</B> -d'oxygène. <I>Exemple</I> 2, pour la -dépliosphoration d'un acier. On prépare un laitier contenant,<B>U</B> de silice, 601'o de, chaux,<B>35</B> /o d'oxyde de fer et fluidifié au spath. On en verse la quantité nécessaire dans un four électrique îï. indue- iion, en. même temps qu'un acier -doux<B>à</B> 0,10% de carbone et, 0,35% de phosphore. On agite<B>à</B> l'aide du champ électrique<B>du</B> four, puis on coule le métal, qui s'est trouve séparé du laitier.
Le métal coulé a donné<B>à,</B> l'analyse une teneur en phosphore d'environ 0,0#43 <B>%.</B>
Le procédé est également avantageux -dans tous les cas où le) métal est introduit<B>à</B> l'état solide dans le four,<B>le</B> laitier très fluide étant, bien entendu, introduit à l'état fondu.
<I>Exemple<B>3,</B></I> pour la désoxydation d'un cuivre. On fond, dans un four séparé du four électrique<B>à</B> induction où se trouve le cuivre, un laitier composé -d'oxydes ou autres sels non réductibles par le cuivre et combinés de façon telle que le laitier: a.) présente une grande fluidité; <B>b)</B> ait un pouvoir -de -dissolution très élevé vis-à-vis<B>du</B> CUO.
<B>Ce</B> laitier peut, par exemple, contenir un ou plusieurs des constituants suivants: SiO'- TiO12-APO'-CaO-MgO des, sels alcalins ou alcalino-terreux, les oxydes de fer ou -d'autres métaux, non réductibles par le cuivre.
En -donnant<B>à ce</B> laitier un caractère acide<B>en</B> lui conférera un pouvoir de dissolu tion très- élevé vis-à-vis<B>de</B> Cu'O.
On provoque ensuite un brassage intense, <B>à.</B> Faidedu champ électrique, -du cuivre fondu a désoxyder, pendant, dix minutes environ. Dans ces conditions, grâce au contact- intime, <B>-dû</B> au brassage intense entre le cuivre et le laitier fondu et, très fluide, on constate qu'en un temps très court:
a) le laitier s'enrichit en Cu'O L'enlève ment d'oxyde -de cuivre est d'ailleurs d'au tant plus important, en quantité, que la quantité de laitier brassé avec le métal est elle-même plus grande; avec une quantité de laitier suffisamment grau-de, il est possible -de ne laïsserdans le cuivre que des -traces -d'oxyde dissous; si Pon veut pousser encore plus loin l'épuration, il suffit de fa-ire agir successivement<I>sur le</I> cuivre plusieurs doses -de laitier fondu frais, avec séparation, après chaque opération partielle de désaxydation, du laitier enrichi en oxyde;
<B>b)</B> la, teneurdes impuretés contenues dans le cuivre -diminue parallèlement; en effet, si M -est un métal -contenu dans le cuivre, lequel contient lui-même en solution de l'oxyde d#-- cuivre CuO, il se trouve qu'en vertu de la réaction d'équilibre réversible:
EMI0005.0039
<B>q</B> <SEP> Cu2O <SEP> <B>+ <SEP> p</B> <SEP> M <SEP> <B> < <SEP> #> <SEP> MpOq <SEP> +</B> <SEP> 2 <SEP> <B>q</B> <SEP> Cu une partie -de M est dissoute<B>à</B> l'état d'oxyde MpOq dans le cuivre,.
En faisant agir par brassage le laitier, si celui-ci ne contient pas initialement -doxyde MpOq, il dissoudra une partie du MpOq existant dans le -cuivre, #d'o-il épuration de ce dernier. Par exemple, si le 'Laitier ne contient pas d'oxydede fer, il éli minera; une partie -du fer dis-sous dans le cui vre sous forme -d'oxyded# & fer.
Bien entendu cet effet -dépuration est, lui aussi, accentué par Faucmentation de la quantité de laitier ZD mis au contact du métal par rapport<B>à,</B> la quantité -de métal impur traité, ou par l'ac tion successive -de plusieurs masses de lai tier frais.
1 & s laitiers après avoir agi sur le cuivre <B>à</B> désoxyder et s'être chargé en oxyde de eui- vre, peuvent être récupérés, puis régénérés par la réduction de l'oxyde Cu#0, en parti- eulier par le charbon; ils sont ainsi prêts<B>à</B> resservir pour une opération ultérieure de désoxydation.