AT395578B - Verfahren zur herstellung von rohstoff-briketts fuer die erzeugung von silicium oder von siliciumcarbid oder von ferrosilicium und anlage fuer die durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

AT 395 578 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Rohstoff-Briketts für die Erzeugung von Silicium oder von Siliciumcarbid oder von Ferrosilicium im Elektroniederschachtofen, wobei Quarzsand, ein Kohlenstoffträger und ein bituminöses Bindemittel gemischt werden und die Mischung zu Vorformlingen geformt wird, und wobei aus den Vorformlingen durch eine Wärmebehandlung die Rohstoff-Briketts gebildet werden. Die 5 Erfindung bezieht sich fernerhin auf eine Anlage, die für die Durchführung dieses Verfahrens besonders geeignet ist.

Bei der Herstellung solcher Rohstoff-Briketts wird im allgemeinen mit Quarzsand im Kömungsbereich von 0,05-0,2 mm gearbeitet, und zwar mit unterschiedlichen Kömungsbändem in diesem Bereich. Es versteht sich, daß man den Rohstoff-Briketts bei der Herstellung von Ferrosilicium auch feinteiliges Eisen oder feinteiliges Eisenoxid zusätzlich beigeben kann. 10 An dieRohstoff-Briketts der angegebenen Zweckbestimmung werden in chemischer und physikalischer Hinsicht besondere Anforderung»! gestellt So ist bei der Erzeugung von Silicium in chemischer Hinsicht darauf zu achten (vgl. GB-PS 20 84 122), daß sich in den Rohstoff-Briketts auf ihrer Reise durch den Elektroniederschachtofen zunächst im oberen Teil nach der Gleichung

15 Si02 + 3C = SiC + 2CO

Siliciumcarbid bilden kann. Dazu ist der Gesamtkohlenstoffgehalt in den einzelnen Rohstoff-Briketts entsprechend einzustellen. Er wird im allgemeinen überstöchiometrisch eingestellt (vgl. GB-PS 21 50 128). In physikalischer Hinsicht muß sichergestellt werden, daß die Rohstoff-Briketts auf ihrer Reise durch den Elektroniederschachtofen 20 und insbesondere bei der Reduktion zu SiC nicht verfallen, um im unter»! Teil des Elektroniederschachtofens mit geschmolzenem Quarz der Beschickung nach der Gleichung

Si02 + 2SiC — 3Si + 2CO 25 weiter zu reagieren. Es versteht sich, daß im Elektroniederschachtofen noch weitere Reaktionen ablaufen. Unter anderem bildet sich nach der Gleichung

Si02+C = SiO + CO 30 bei den hohen Ofentemperaturen flüchtiges Siliciummonoxid, weichesteilweise, dieAusbeuteunddieWärmebilanz beeinträchtigend, verlorengeht.

Rohstoff-Briketts für die Erzeugung von Silicium, die den chemischen und physikalischen Anforderungen genügen, konnten bisher praktisch nur im Wege der Heißbrikettierung hergestellt werden (vgl. GB-PS 20 88 840). Dieses Heißbrikettierungsverfahren erzeugt bei Temperaturen um 500 °C Briketts, die als bituminöses Bindemittel 35 geschmolzene backende Kohle enthalten. Bei der Brikettierung muß man den Schmelzpunkt dieser Binderkohle, der zwischen 350 und450 °C liegen kann, überschreiten, um eine entsprechende Verteilung der geschmolzenen Kohle in dem zu bindenden Material zu erreichen und um die Verfestigung dieses Vorformlings durch Halbkoksbildung einzuleiten. Von großer Bedeutung für die Qualität der Rohstoff-Briketts ist eine besondere Wärmebehandlung, nämlich die Lagerung dieser Vorformlinge über mehrere Stunden bei nahezu Brikettiertemperatur in isolierten 40 Bunkern, d. h. eine auch als Temperung bezeichnete Wärmebehandlung aus der Eigenwärme der Vorformlinge heraus, was zu einer Verdoppelung der Festigkeit der Rohstoff-Briketts fühlt. Es stellte sich jedoch heraus, daß bei der Herstellung vonRohstoff-Briketts für dieErzeugungvonSilicium oder vonSiliciumcarbid oder vonFerrosilicium im Wege der Heißbrikettierung verhältnismäßig hohe Kosten entstehen. Auch stört bei hohen Ansprüchen an die Reinheit deraus den Rohstoff-Briketts zu erzeugenden Produkte, daß im Zuge der Heißbrikettierung Verunreinigungen 45 in die Rohstoff-Briketts hineingetragen werden, sei es aus der backenden Kohle, sei es aus metallischem Abrieb der

Anlage, in der die Heißbrikettierung erfolgt. Ähnlich liegen die Verhältnisse bei der Eizeugung von Siliciumcarbid oder Ferrosilicium. Der Ausdruck Ferrosilicium umfaßt im Rahmen der Erfindung auch Siliciummetall, insbesondere mit Eisen als Metall.

Der Erfindungliegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren sozu führen,daß unterVerzichtaufeineHeißbrikettierung 50 Rohstoff-Briketts erhalten werden, die in chemischer und physikalischer Hinsicht allen Anforderungen genügen.

ZurLösungdieser Aufgabe lehrt dieErfindung.daßmitvon geschmolzener backender Kohle freien Vorformlingen gearbeitet wird, deren spezifisches Gewicht durch Einstellung des Mischungsverhältnisses und der Verdichtung größer ist als das Schüttgewicht von Quaizsand, und daß diese Vorformlinge zum Zwecke der Wärmebehandlung in einem beheizten Drehrohrofen eingeführt werden, der in seinem unteren Teil so weit mit Quarzsand gefüllt ist, daß 55 die Wärmebehandlung in einem Quarzsand-Tauchbett erfolgt Die Formulierung „von geschmolzener backender Kohle frei“ bedeutet daß backende Kohle praktisch und jedenfalls in solcher Menge nicht vorhanden ist, daß die Bindung der übrigen Kohlenstoffträger und des Quarzsandes über die backende Kohle erfolgt. -2-

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Die Erfindung nutzt die überraschende Tatsache, daß von backender Kohle freie, d. h. unter Verzicht auf eine Heißbrikettierung mit Hilfe eines bituminösen Bindemittels geformte Vorformlinge einer verhältnismäßig geringen Grünfestigkeit in einem Drehrohrofen, ohne zu zerfallen, so gehärtet werden können, daß die fertigen Rohstoff-Briketts allen physikalischen und chemischen Anforderungen genügen, wenn die Wärmebehandlung in einem 5 Quarzsand-Tauchbett und damit praktisch auch bei Luftabschluß erfolgt. Die Körnung des Quarzsand-Tauchbettes kann der eingangs angegebenen Körnung entsprechen. Die Behandlungsdauer der Vorformlinge in dem Quarz sand-Tauchbett wird so eingestellt, daß eine ausreichende Härtung erreicht wird. Die Härtungszeit liegt z. B. im Bereich von 45 bis 60 Minuten. Das istmit den Hilfsmitteln der modernen Drehrohrofen-Technologie ohne weiteres möglich. Die V orformlinge und damit die fertigen Rohstoff-Briketts können Durchmesser im Bereich von einigen Millimetern 10 bis zu einigen Zentimetern aufweisen. Sie können als runde Pellets in Pelletiereinrichtungen geformt oder mit Hilfe der Formwerkzeuge einer Presse zu anderen Formkörpem gepreßt sein, beispielsweise die Form sogenannter Eierbriketts aufweisen.

Im einzelnen bestehen verschiedene Möglichkeiten der Weiterführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bewährt hat es sich, mit Vorformlingen zu arbeiten, die etwa 35 bis 65 Gew.-% Quarzsand und ein spezifisches, 15 Gewicht von etwa 1,4 bis l,6g/cm^ aufweisen, während das Schüttgewicht des Quarzsandes bekanntlich bei etwa 1,2 g/cnr oder wenig höher liegt. Die Temperatur im Drehrohrofen soll nicht zu hoch sein. Die Erfindung empfiehlt, daß der Drehrohrofen und damit das Quarzsand-Tauchbett auf eine Temperatur von bis zu 500 °C aufgeheizt werden. Im Sinne einer Optimierung lehrt die Erfindung, bei der Wärmebehandlung der Vorformlinge eine ausreichende Entgasung von schweren Kohlenwasserstoffen und eine ausreichende Schwelung des bituminösen Bindemittels und 20 des Kohlenstoffträgers in den Vorformlingen durchzuführen. Es empfiehlt sich, den Drehrohrofen so weit mit Quarzsand zu füllen, daß die Vorformlinge im Quarzsand-Tauchbett nicht aneinanderreiben. Das erreicht man nach der Lehre der Erfindung, wenn der Drehrohrofen zumindest so weit mit Quarzsand gefüllt wird, daß das Quarzsandvolumen größer ist, als es dem doppelten Lückenvolumen in einer losen Schüttung der entsprechenden Menge von in den Drehrohrofen befindlichen Vorformlingen entspricht Das Lückenvolumen ist die Summe des 25 Volumens der freien Zwickel zwischen den Vorformlingen in einer Schüttung.

Im Rahmen der Erfindung kann das Quarzsand-Tauchbett im Drehrohrofen verbleiben. Es werden dann lediglich die fertigen Rohstoff-Briketts über geeignete Einrichtungen abgezogen. Da sie stets einen Teil des Quarzsandes aus dem Quarzsand-Tauchbett mitnehmen, muß insoweit frischer Quarzsand nachgeführt werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, die sich durchEinfachheitin der Verfahrensführung auszeich-30 net und zu weiteren unten behandelten Vorteilen führt, ist dadurch gekennzeichnet, daß Quarzsand des Quarzsand-Tauchbettes in beachtlicher Menge mit den fertigen Rohstoff-Briketts aus dem Drehrohrofen ausgetragen und zumindest teilweise im heißen Zustand in den Drehrohrofen zurückgeführt sowie im Rest durch frischen Quarzsand ersetzt wird. Dabei besteht die Möglichkeit, ein besonderes Temperaturprofil in dem Quarzsand-Tauchbett einzustellen, vorzugsweise so, daß durch die Mischung des rezirkulierten heißen Quarzsandes mit dem 35 frischen Quarzsand am Eintritt des Drehrohrofens in dem Quarzsand-Tauchbett, in welches die Vorformlinge eingeführt werden, eine Temperatur von etwa200 °C eingestellt und diese durch die Beheizung des Drehrohrofens bis zum Austritt des Drehrohrofens auf etwa 500 °C erhöht wird. Aus den Vorformlingen verdampfen bei der Wärmebehandlung zunächst schwere, dann leichtere Kohlenwasserstoffe. Sie verkracken in dem Tauchbett. Daher besteht die Möglichkeit, den heißen Quarzsand so oft zu rezirkulieren, bis sich auf den einzelnen Quarzsand-Kömem 40 eine feste Kohlenstoffumhüllung gebildet hat, die aus festem Krack-Kohlenstoff besteht Am einfachsten kommt man zu dem Ergebnis, wenn die Rezirkulation so eingerichtet wird, daß die einzelnen Quarzsand-Kömer im statistischen Mittel etwa dreimal rezirkuliert werden. Man kann die Quarzsand-Körner, die eine solche Kohlenstoffumhüllungaufweisen, besonders einsetzen. Dazu lehrt die Erfindung, daß mit Vorformlingen gearbeitet wird, deren Quarzsandanteil zumindest teilweise aus rezirkuliertem Quarzsand mit Kohlenstoffumhüllung besteht. 45 Vorzugsweise bestehen sie hauptsächlich aus Quarzsand mit Kohlenstoffumhüllung. Es versteht sich, daß die übrigen Verkrackungsprodukte über dem Tauchbett verbrennen.

Um Rohstoff-Briketts zu erzeugen, in denen Verunreinigungen aus den Kohlenstoff trägem bzw. den bituminösen Bindemitteln paktisch nicht enthalten sind, empfiehlt es sich, mit Vorformlingen zu arbeiten, die Petrolkoks als Kohlenstoffträger aufweisen und/oder die als bituminöse Bindemittel erdölstämmige Peche aufweisen. Es sind für 50 das erfindungsgemäße brauchbare Verfahren erdölstämmige Peche im Handel, deren Aschengehalte unter 0,01 Gew.-% liegen, so daß sie praktisch keine Verunreinigungen mitbringen. Die Koksausbeute dieser Peche kann 70 % erreichen. Für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeigneter Petrolkoks hat lediglich unter 0,2 Gew.-% unerwünschte Bestandteile. Das gilt auch für den Quarzsand. Diese geringen Verunreinigungen stören praktisch nicht mehr. Es versteht sich, daß der Petrolkoks auf etwa die Körnung heruntergemahlen wird, die auch der 55 Quarzsand aufweist. Vorzugsweise liegt die Körnung unter 1 mm.

Wie bereits erwähnt, können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Vorformlinge auf verschiedene Weise geformt werden, z. B. mit Hilfe einer Pelletiereinrichtung, die kugelförmige Pellets liefert. Einfacher ist es jedoch, -3-

AT 395 578 B mit Vorformlingen zu arbeiten, die mit Hilfe einer Brikettierpresse vorgeformt sind. Hier läßt sich durch die Pressung auf einfache Weise auch das spezifische Gewicht da* Vorformlinge beeinflussen.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anlage für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens mit einer Einrichtung für die Formung von Vorformlingen aus Quarzsand, einem Kohlenstoffträger und einem bituminösen 5 Bindemittel sowie mit einer Einrichtung für die Wärmebehandlung der Vorformlinge. Die Anlage ist dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für die Wärmebehandlung da Vorformlinge als Drehrohrofen mitEintritt für die Vorformlinge und Austritt für die fertigen Rohstoff-Briketts ausgeführt ist, welcher Drehrohrofen durch in die Ofenkammer hineinbrennende Brenner, z. B. für fossile feste Bramstoffe oder gasförmige Brennstoffe und durch Verbrennung der flüchtigen Bestandteile mit Zusatzluft auf eine Temperatur im Sandbett von bis zu etwa 500 °C 10 aufheizbar ist, und daß da Diehrohrofen ein Quarzsand-Tauchbett für die Vorformlinge aufweist, welches die Ofenkammer im Bereich unterhalb da Brenner teilweise ausfüllt. Nach bevorzugter Ausführungsform ist der Drehrohrofen mit einer Eintritt und Austritt verbindenden Rezirkulationseinrichtung für den Quarzsand des Quarzsand-Tauchbettes ausgerüstet, da mit den fertigen Rohstoff-Briketts austragbar und von diesen absiebbar und am Eintritt des Drehrohrofens in diesen wieder einführbar ist, wobei am Eintritt des Drehrohrofens außerdem eine IS Einrichtung für dieEinmischung von frischem Quarzsand angeardnetist Es versteht sich, daß die bei der Wärmebe handlung und an anderer Stelle da Anlage frei werdende Gase und Dämpfe aufgefangen und gereinigt oda unschädlich gemacht werden.

Im folgenden werden die Erfindung, die erreichten Vorteile und weitoe Verfahrensdetails anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert 20 Die einzige Fig. zeigt eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im Schema.

Die in da Fig. dargestellte Anlage dient zur Hostellung von Rohstoff-Briketts für die Erzeugung von Silicium odaSiliciumcarbid. Zumgrundsätzlichen Aufbau gehören eine Einrichtung (l)für die Formung von Vorformlingen aus Quarzsand, einem Kohlenstoffträga und einem bituminösen Bindemittel sowie eine Einrichtung (2) für die Wärmebehandlung da Vorformlinge. Die Einrichtung (2) für die Wärmebehandlung der Vorformlinge ist als 25 Drehrohrofen (3) mit Eintritt (4) für die Vorformlinge und Austritt (5) für die fertigen Rohstoff-Briketts nach vorgebbarer Behandlungszeit ausgeführt. Der Drehrohrofen (3) ist durch in die Ofenkammer hineinbrennende Brenner (6) auf eine Temperatur von bis zu etwa 500 °C aufheizbar. Der Drehrohrofen (3) weist ein Quarzsand-Tauchbett (7) für die Vorformlinge auf, welches die Ofenkammer im Bereich untahalb der Brenner (6) teilweise ausfällt. Der Drehrohrofen (3) ist im übrigen mit einer Eintritt (4) und Austritt (5) verbindenden 30 Rezirkulationseinrichtung (8) für den Quarzsand des Quarzsand-Tauchbettes (7) versehen, der mit den fertigen Rohstoff-Briketts austragbar und mit Hilfe der Siebanlage (9) von diesen absiebbar ist. Der abgesiebte Quarzsand ist im heißen Zustand am Eintritt (4) des Drehrohrofens (3) in diesen wieda einführbar. Am Eintritt (4) des Drehrohrofens (3) befindet sich außerdem eine Einrichtung (10) für die Einführung und Einmischung von frischem Quarzsand. Vorgeschaltet ist die Einrichtung (1) für die Hostellung der Vorformlinge, die mit der beschriebenen 35 Anlage kombiniert ist und im Ausführungsbeispiel zwei Drehrohrmischa (11), einen Kühla (12) und eine Presse (13) zur Formgebung der Vorformlinge aufweist. Im Ausführungsbeispiel wird mit Petrolkoks gearbeitet.

Der Petrolkoks gelangt in den ersten Mischer (11), der z. B. mit SiC-Platten ausgekleidet ist. Da der Petrolkoks zwischen 6 -10 % Wasser enthält, wird in dem ersten Mischer (11) eine Trocknung und Auf heizung vorgenommen. Dieses geschieht mittels eines Teiles des Quarzsandes, da im Drehrohrofen (3) als Wärmeträger verwendet wird. 40 Dieser Quarzsand hat eine Temperatur von 500 °C. Die Verdampfung des Wassers und die Auf heizung benötigen soviel Enagie, daß sich bei einem Verhältnis zwischen Petrolkoks und Quarzsand von rund 1:1 eine Endtemperatur von rund 150 °C einstellt. Liegt diese zu niedrig für den nächsten Schritt, bei dem das Bindemittel zugemischt und intensiv verteilt werden muß, so kann Abgas aus dem Drehrohr (3) durch den asten Mischer (11) geleitet werden, wo es Wärme abgibt und sich mit Brüden sättigt Das Abgas hat eine Temperatur von rund 650 °C. Es ist zusätzlich 45 in der Lage, durch seinen geringen Sauerstoffgehalt unter 1,5 %, die Atmosphäre des ersten Mischers (11) zu inertisieren. Dadurch werden Gefahrensituationen vermieden, die durch staubförmigen Petrolkoks entstehen könnten. Das Abgas wird nach dem ersten Mischer (11), z. B. durch einen Schüttschichtfilter mit systemeigena . Füllung von Pettolkoks oder Quarzsand dem Kamin zugeführt

Das nunmehr rund 200 °C heiße Sand-Petrolkoks-Gemisch gelangt in den zweiten Mischer (11), in dem das 50 Bindemittel mit rund 180 - 200 °C eingesprüht wird. Es mag sich um adölstämmiges Pech handeln. Die Temperaturen sind so gewählt daß die Viskosität ausreichend niedrig ist, um keine Anbackungen zu erhalten und eine Feinvoteilung im Feststoffgemisch zu gewährleisten. Dieser zweite Mischa (11) ist ebenfalls mit SiC-Platten ausgeldeidet Dieses wird in allen möglichen Fällen gemacht um so wenig wie möglich Verschleiß zu erhalten und um das Material, welches sich trotzdem äbreibt ohne Schwierigkeiten in das Produkt integrieren zu können. 55 Das aus dem zweiten Mischa (11) austretende Gemisch ist für eine Brikettioung zu warm, weil es auf der

Pressenoberfläche leicht hängenbleibt Daher ofolgt in dem Kühla (12) eine Abkühlung um 30 - 50 °C je nach Bindersorte. Der Kühler (12) ist ebenfalls mit SiC-Platten zugestellt Die Kühlung kann eine Gegenstromluftkühlung -4- 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

AT 395 578 B sein. Die Menge der Kühlluft richtet sich nach der gewünschten Endtemperatur des zu brikettierenden Gemisches. Das zu brikettierende Gemisch gelangt in die Ptesse(13). Die Presse (13) wird gekapselt undkontrolliert belüftet. DiePresse (13) liefert die Vorformlinge, die in der Einrichtung (2) für die Wärmebehandlung gehärtet werden. Härten bedeutet hier Entgasung und Vorverkokung des Binders und Petiolkokses im Brikett. Der Drehrohrofen (3) ist im Ausfiihrungsbeispiel zu weniger als 50 % mit Quarzsand ausgefullt, der bei der Erzeugung der Rohstoff-Briketts eingesetzt wird. Da Drehrohrofen (3) hat z. B. eine Länge zwischen 20 bis 30 m und einen inneren Durchmesser von 2 bis 3 m. Die Länge ist abhängig von dem Temperaturprofil, mit dem die Vorformlinge aufgeheizt werden sollen. Die Beheizung des Drehrohrofeninhaltes erfolgt mit direkter Flamme, die im verbliebenen Freiraum unterhalten wird. Der Brennstoff für diese Flamme gelangt einmal über Brenner (6) in den Drehrohrofen (3), zum zweiten entstammt er aber den flüchtigen Bestandteilen da Vorformlinge. Beim Aufheizen der Vorformlinge beginnt der Binder oberhalb 250 °C schwere Kohlenwasserstoffe freizusetzen. Diesa Vorgang dauert im wesentlichen bis 450 °C an. Danach valagot sich die Abgabe auf kleinoe Moleküle, wie Methan und Wasserstoff. Die Summe da Brennstoffe wird abgestimmt werden, und zwar in Abhängigkeit von da Start- und Endtemperatur der Feststoffe und dem Gesamtdurchsatz. Die Quarzsandfüllung besteht im Ausfiihrungsbeispiel aus zwei Komponenten; einem Anteil heißem Quarzsand, da rezykliert worden ist und einem Anteil Frischsand. Der Frischsand steht im direkten Verhältnis zur Produktion. d.h. je höher die StundenleistunganRohstofF-Briketts ist, desto mehr frischer Quarzsand wird benötigt. Das bedeutet umgekehrt, daß durch den erhöhten Durchsatz auch mehr flüchtige Bestandteile frei werden, die verbrannt werden Damitist der Durchsatz durch diemöglicheFeuerraumbelastungim Drehrohrofen (3) begrenzt Geht man davon au\ daß die Endtemperatur der Feststoffe um 500 °C liegen soll, so muß dem eine Temperatur in den Heizgasen n* mindestens 800 °C gegenüberstehen, vorzugsweise bei Gleichstrombetrieb. Eine definierte Behandlung da Vorformlinge in dem Tauchbett (7) ist möglich, da das spezifische Gewicht der Vorformlinge gewählt werden kann. In Abhängigkeit vom Quarzsandanteil und vom Brikettierdruck in der Prcw (13) gelingt es, das spezifische Gewicht zwischen 1,35 - 1,55 g/cm^ einzustellen. Demgegenüber steht cir Schüttgewicht eines bewegten Quarzsandes mit schmalem Kornband von 1,2-1,4 g/cnA Diese Gegenüberstellung zeigt an, daß es zu einem sehr hohen Prozentsatz möglich ist, die Vorformlinge im Quarzsand eingetaucht /u entgasen. Dadurch werden sie να Abbrand geschützt Man erreicht eine erstaunliche Festigkeit. Von nicht minder hoher Bedeutung ist ein sekundärer Effekt: Nach der Abgabe von schweren Kohlenwasserstoffen aus den Vorformlingen werden diese organischen Stoffe gezwungen, durch den heißen Quarzsand des Tauchbettes (7) in den Freiraum des Drehrohrofens (3) zu entweichen. Im Kontakt mit dem Quarzsand werden diese Stoffe teilweise thermisch so abgebaut, daß Kohlenstoff auf den Quarzsand aufzieht und leichtere Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff den Quarzsand verlassen und über diesen vobrannt werden. Diese Beschichtung des Quarzsandes mit Krackkohlenstoff führt zu einem Quarzsand, der pressenden Vorgängen in da Presse (13) keine Härte des Quarzes mehr entgegenbringt, weil die Oberfläche der Sandkörner ausreichend stark mit einer relativ weichen Kohlenstoff-Schicht belegt ist. Die Bruchteile von Sekunden dauernde Belastung in da Presse (13) führt nicht zu Kontakten zwischen Stahl und Quarz, die sonst die Presse (13) leicht erodieren. Die Einbindung des beschichteten Quarzsandes in das fertige Rohstoff-Brikett bietet den zweiten Vorteil bei der Reduktion im Elektroniederschachtofen. Waren bisher alle Bindemittelbriketts im Elektroniederschachtofen deswegen nicht erfolgreich, weil sie astens nach Auf heizen weich wurden, zweitens zerfielen, weil der Binder destillierte und drittens, weil die SiC-Reaktion die bindenden Reststrukturen zerstörte, so treten diese Mängel erfindungsgemäß nicht mehr auf. Erweichung und Destillation des bituminösen Bindemittels im Elektroniederschachtofen entfallen wegen der beschriebenen Härtung. Die SiC-Reaktion, die bei direktem Kontakt zwischen Quarzsand und Koks aus dem Bindemittel die stabilisierende Kohlenwasserstoffstruktur des Briketts ab 1500 °C zerstört, greift zuerst den Kohlenstoff an, der das Quaizsandkom umhüllt Das ist ohne Nachteil für die Struktur des Kokses, der aus dem Binder entstanden ist Man erreicht eine konstante Brikettfestigkeit über eine längere Zeitspanne oder bis zu einer höheren Temperatur im Elektroniederschachtofen, mindestens aber bis zum Schmelzpunkt des Quarzsandes im Brikett, der über 1700 °C liegt Nachdem der Quarzsand und die fertigen Rohstoff-Briketts den Drehrohrofen (3) durchlaufen haben, werden sie durch Siebung voneinander getrennt Die Rohstoff-Briketts gelangoi in einen von Sauerstoff geschützten Bunker. Der za Produktion benötigte Teil des Quarzsandes wird dem ersten Mischer (11) zugeführt und mit Petrolkoks gemischt der dabei getrocknet wird. Die Mischungsverhältnisse sind dabei frei wählbar. In der Praxis hat sich aber gezeigt daß für die SiliciumproduktionZusammensetzungen der Briketts vorteilhaftsind,die ein Molverhältnis von Quarzsand zu C von 1 zu 5 - 6 Mol repräsentieren. Für die SiUciumcarbidherstellungkann aber ein Verhältnis gewählt werden, das den Quarzsand und den fixen Kohlenstoff wie 1:3 festlegt Für andere nicht erprobte Produktionen können V erhältnisse dem Zwecke entsprechend gewandelt werden. Die Grenze ist dasjenige spezifische Gewicht der Vorformlinge, welches gewährleistet daß die Vorformlinge vom Start weg eingetaucht im Tauchbett (7) schwimmen. -5- 55

Claims (15)

1. AT 395 578 B PATENTANSPRÜCHE 5 1. Verfahren zur Herstellung von Rohstoff-Briketts für dieErzeugungvon Silicium oder vonSiliciumcarbidodervon 10 Fenosilicium im Elektroniederschachtofen, wobei Quarzsand, ein Kohlenstofftiäger und ein bituminöses Bindemittel gemischt werden und die Mischung zu Vorformlingen geformt wird, und wobei aus den Vorformlingen durch eine Wärmebehandlung die Rohstoff-Briketts gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß mit von geschmolzener backender Kohle freien Vorformlingen gearbeitet wird, deren spezifisches Gewicht durch Einstellung des Mischungsverhältnisses und der Verdichtung größer ist als das Schüttgewicht von Quarzsand, und daß diese 15 Vorformlinge zum Zweckeder Wärmebehandlungin einenbeheizten Drehrohrofen eingeführt werden, der in seinem unteren Teil so weit mit Quarzsand gefüllt ist, daß die Wärmebehandlung in einem Quarzsand-Tauchbett erfolgt
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Vorformlingen gearbeitet wird, die 35 bis 65 Gew.-% Quarzsand und ein spezifisches Gewicht von 1,4 bis 1,6 g/cnr* aufweisen. 20
3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehrohrofen und damit das Quarzsand-Tauchbett auf eine Endtemperatur von bis zu 500 °C aufgeheizt werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Wärmebehandlung der 25 Vorformlinge eine möglichst vollständige Entgasung von schweren Kohlenwasserstoffen und eine Schwelung des bituminösen Bindemittels und des Kohlenstoffträgers in den Vorformlingen durchgeführt wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehrohrofen so weit mit Quarzsand gefüllt wird, daß das Quarzsandvolumen größer ist, als es dem doppelten Lückenvolumen in einer losen 30 Schüttung der Vorformlinge entspricht.
6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Quarzsand des Quarzsand-Tauchbettes mit den fertigen Rohstoff-Briketts aus dem Drehrohrofen ausgetragen und zumindest teilweise im heißen Zustand in den Drehrohrofen zurückgeführt sowie im Rest durch frischen Quarzsand ersetzt wird. 35
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Mischung des rezirkulierten heißen Quaizsandes mit dem frischen Quarzsand am Eintritt des Drehiohrofens in dem Quarzsand-Tauchbett, in welches die Vorformlinge eingeführt werden, eine Temperatur von etwa 200 °C eingestellt und diese bis zum Austritt des Drehrohrofens auf etwa 500 °C erhöht wird. 40
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Quarzsand so oft rezirkuliert wird, bis sich auf den einzelnen Quarzsandkömem eine feste Kohlenstoffumhüllung gebildet hat
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Quarzsandkömer im 45 statistischen Mittel etwa dreimal rezirkuliert werden.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mit Vorformlingen gearbeitet wird, deren Quarzsandanteil zumindest teilweise aus rezirkuliertem Quarzsand mit Kohlenstoffumhüllung besteht
11. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit Vorformlingen gearbeitet wird, die Petrolkoks als Kohlenstoffträger auf weisen.
12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche lbisll,dadurch gekennzeichnet, daß mit Vorformlingen gearbeitet wird, die als bituminöses Bindemittel erdölstämmige Peche aufweisen. 55
13. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mit Vorformlingen gearbeitet wird, die mit Hilfe einer Brikettpresse vorgeformt sind. -6- AT 395 578 B
14. 14. Anlage für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit einer Einrichtung für die Formung der Vorformlinge aus Quarzsand, einem Kohlenstoffträger und einem bituminösen Bindemittel sowie mit einer Einrichtung für die Wärmebehandlung der Vorformlinge, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (2) für die Wärmebehandlung der Vorformlinge als Drehrohrofen (3) mit Eintritt (4) für die Vorformlinge und Austritt 5 (5) für die Rohstoff-Briketts nach vorgebbarer Behandlungszeit ausgeführt ist, der durch in die Ofenkammer hineinbrennende Brenner (6) und durch V erbrennung der flüchtigen Bestandteile mit Zusatzluft auf eine Temperatur im Sandbett von bis zu etwa 500 °C aufheizbar ist, und daß der Drehrohrofen (3) ein Quarzsand-Tauchbett (7) für die Vorformlinge aufweist, welches die Ofenkammer im Bereich unterhalb der Brenner (6) teilweise ausfüllt.
15. 15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehrohrofen (3) mit einer Eintritt (4) und Austritt (5) verbindenden Rezirkulationseinrichtung (8) für den Quarzsand des Quarzsand-Tauchbettes (7) ausgerüstet ist, der mit den fertigen Rohstoff-Briketts austragbar und von diesen absiebbar sowie am Eintritt (4) des Drehrohrofens (3) in diesen wieder einführbar ist, und daß am Eintritt (4) des Drehrohrofens (3) außerdem eine Einrichtung (10) für die Einführung und Einmischung von frischem Quarzsand angeordnet ist 15 Hiezu 1 Blatt Zeichnung 20 25 30 35 40 45 50 -7- 55