Étude des Matériaux carbonés utilisés comme réducteurs pour la production des alliages de manganèse dans le four électrique

Study of carbonaceous materials used as reductants in the production of manganese alloys in the submerged electric arc furnace

• Auteur / Autrice : Fernando Lucas Goncalves e Oliveira
• Direction : Jean-Bernard Guillot, Victor Zymla
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 29/04/2010
• Etablissement(s) : Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire génie des procédés et des matériaux
• Jury : Président / Présidente : René Gruber
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Bernard Guillot, Victor Zymla, Guy Furdin, Jean-Noël Rouzaud, Damien Stocker

Mots clés

Mots clés contrôlés

Manganèse -- Alliages

Fours à coke

Mots clés libres

Coke métallurgique

Réactivité au CO2

Alliages de manganese

Four électrique

Metallurgical coke

Manganese alloys

Electric furnace

Résumé

Notre travail est consacré à l’étude des matériaux carbonés utilisés comme réducteurs pour la production des alliages de manganèse dans le four électrique à arc immergé. Le choix du réducteur est important pour l’optimisation du procédé métallurgique et sa réactivité au CO2 est le paramètre le plus important utilisé par les producteurs de ferroalliages pour évaluer sa qualité. Les objectifs de notre travail sont : ? d’établir les critères de sélection du coke métallurgique ou réducteur de remplacement, utilisés pour la production des alliages de manganèse dans le four électrique, en utilisant la réactivité au CO2 comme le principal paramètre pour évaluer sa qualité ; ? d’un point de vue plus fondamental, apporter une meilleure compréhension des réactions du carbone dans le réacteur industriel. Dans l’optique d’une modélisation globale du four électrique, notre travail fournit des paramètres cinétiques d’une des réactions les plus importantes du procédé : la réaction de Boudouard. L’étude de la réductibilité des oxydes de manganèse pourrait donc être une nouvelle étape vers la construction d’un modèle global du réacteur industriel. Un troisième volet d’expériences utile à la modélisation serait l’étude de l’influence de la nature et du calibre du réducteur sur la résistivité électrique de la charge.

The main aims of our work have been to establish criteria useful for reductant selection, using coke reactivity to CO2 as the main parameter for reductant quality assessment and, from a fundamental point of view, to develop a better understanding of carbon reactions inside the industrial reactor. Therefore, Boudouard reaction has been studied on three increasing scales: intrinsic chemical reaction, coke lump, and coke bed scales. Several different types of carbonaceous materials have been studied. They represent the variety of reductants commonly used in the production of manganese ferroalloys in the electric furnace. It has been shown that this extended range of reductants introduces large differences between their characteristics, mainly between their reactivity to CO2. Regarding the coke lump gasification kinetics, the Langmuir-Hinshelwood model has been used to represent the intrinsic rate of the Boudouard reaction. A good correlation has been found between the initial gasification rates of the coke beds and the single coke lumps. The difference between these rates increases with increasing reductant reactivity. It is possible to determine coke gasification regime inside the industrial electric arc furnace using single particle and coke bed gasification models. The overall rate at which coke reacts with CO2 inside the industrial reactor is probably limited by the intrinsic chemical reaction. Therefore, a reactivity index, based on the initial gasification rate of the reductant, measured in the chemical-kinetics controlled regime, seems to be adapted to the reductant quality assessment. An additional technique could be the microtextural analysis.