Verfahren zur Herstellung von Metallen und Legierungen durch Reduktion von ogsdischem Rohmaterial im elektrischen Ofen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Metallen und Legierungen mittelst Reduktion von o-x5-dischem Roh material im elektrischen Ofen, bei dem das oxydische Material wenigstens teilweise in Form von Briketten.
die auch innig beige- Tni#4chten kohlenstoffhaltigen Reduktionsstoff enthalten, in den Ofen gebracht wird, und bei dem das ausreduzierte Metall im Ofen mittelst einer Schlaekenschicht bedeckt wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Brikette nur einen Teil des für die Reduktion der Oxyde nötigen Reduktions mittels enthalten, während der Rest des Re- duldionsmittels für sich allein zugegeben wird.
Um die Reduktion bei elektrometallurgi- chen Verfahren zu erleichtern, ist früher vorgeschlagen worden, Oxyde oder oxydische Erze in feingemahlenem Zustande mit der nötigen Menge von Reduktionsmitteln zu mischen und aus diesem Gemisch Brikette herzustellen, die nachstehend kurz Erzbri- kette genannt werden sollen. Hierdurch ge- wann man den Vorteil, dass die Reduk tion bei niedrigerer Temperatur stattfinden konnte, als dies bisher der Fall gewesen ist. Dieses. Verfahren hat jedoch auch seine Nachteile, besonders was die Herstellung von kohlenstoffarmen Metallen anbelangt. Der Reduktionsvorgang in den Erzbriketten geht nämlich stetig vor sich.
Daher kommen die reduzierten Metallteilchen in der Regel leicht mit solchen feinverteilten Kohlenstoffteil- chen in den Briketten in Berührung, die noch nicht Gelegenheit gehabt haben, mit dem Oxyd zu reagieren. Das Ergebnis hierbei ist die Bildung von Karbiden, die entfernt wer den müssen. Um diese Karbidbildung zu ver ringern, vermindert man gewöhnlich die Zu schlagsmenge des Reduktionsmittels in den Briketten. Dieses Hilfsmittel jedoch konnte bisher nur in sehr beschränktem Masse ange wendet werden, da es ein sehr begrenztes Ausbringen an Metall verursachte.
Zweck der Erfindung ist zunächst die Beseitigung dieses Missstandes. Gemäss dem neuen Verfahren soll nur ein Teil des für die Reduktion der in den Erzbriketten vorhan denen Oxyde bereit gestellten Reduktions mittels diesen selbst zugegeben werden, wäh rend ein weiterer Teil gesondert hinzuge schlagen wird. Dieser Teil des Reduktions mittels kann entweder aus kohlenstoffhalti gen Reduktionsstoffen, wie etwa Koks, An thrazit, Holzkohle und dergleichen, oder ganz oder teilweise aus silico-thermischen, a.1u- mino-thermischen oder andern Reduktions stoffen bestehen.
Die in den Erzbriketten vorhandene Menge Reduktionsstoffe kann innerhalb ziemlich weiter Grenzen geändert werden und muss nicht unbedingt ganz aus kohlenstoffhaltigem Gut bestehen, obwohl dies in -der Regel sehr wünschenswert ist. Vorteilhaft jedoch soll die Menge des kohlen stoffhaltigen Reduktionsstoffes in den Bri ketten wenigstens so gross sein, wie es für die Reduktion einer Menge von 25 % der in den Briketten vorhandenen Oxyde erforderlich ist, soll jedoch weniger betragen als 80 /'o. ausser in einigen näher zu beschreibenden Fällen.
Bei der Wahl des Prozentgehaltes des Reduktionsmittels innerhalb der Brikette ist es natürlich nötig, die Natur des zu reduzie renden Erzes oder Oxydes zu berücksich tigen. Es ist aber auch erforderlich, zu be achten, in welcher Form der nicht in die Bri- kette aufgenommene Reduktionsstoff zuge schlagen wird. Besteht dieser ganz oder teil weise aus kohlenstoffhaltigem stückigem oder griesförmigem Gut, wie etwa Koks, Holzkohle oder Anthrazit, so erzielt man ge wöhnlich die besten Ergebnisse, wenn 'ein verhältnismässig hoher- Prozentgehalt an Re duktionsstoff innerhalb der Brikette verwen det wird, zum Beispiel 50 bis 70 % oder mehr.
Anderseits ist es auch möglich, ganz oder teilweise das stück- oder griesförmige Reduktionsmittel ausserhalb des Erzes durch besondere Reduktionsmittel enthaltende Bri- kette zu ersetzen, die nachfolgend kurz Re- duktionsbrikette genannt werden .sollen. Diese Reduktionsbrikette können aus beson ders oxydhaltigem Gut, wie Schlacken.
Bauxit, Kalkstein, Dolomit, Magnesit, Quarz und dergleichen, sowie aus kohlenstoffhalti gem Reduktionsstoff, nötigenfalls mit Binde mitteln versehen, hergestellt werden. Der oxydische Bestandteil in den Redul-;#tions- briketten soll wenigstens in der Hauptsache aus solchen Oxyden bestehen, deren metal lische Bestandteile gar nicht oder nur in g- ringem Masse in das herzustellende Metall oder Legierung aufgenommen werden sollen.
Ausserdem wählt man die Oxyde für die Reduktionsbrikette so aus, dass die Schlacke die in jedem besonderen Falle erwünschte Zusammensetzung und den ebenso gewünsch ten Schmelzpunkt erhält. Bei dem Verfahren erzeugte Schlacke kann in vielen Fällen a1, ein Bestandteil derReduktionsbrikette verwen det werden,
so zum Beispiel Chromschlacke für die Chrom- oder Ferro-Chromerzeugun und Ma-nganschlacke zur Mangan- oder Ferro- Mangandarstellung. In solchen Fällen müs sen die Reduktionsbrikette nicht nur die für die Reduktion oder o xydischen Bestandteil- der Erzbrikette nötige Menge von Reduk tionsstoff enthalten, sondern auch Reduk- tionsstoff für die Reduktion solchen Oxyds oder solcher Oxyde in den Reduktionsbriket ten selbst,
deren Metalle ausgebracht werd2ri sollen und in das zu erzeugende Metall bezw. die Legierung hineingehen. .
Fm zu vermeiden, dass das aus den Erz briketten reduzierte Metall in beträchtlichem Masse mit in der Beschickung vorhandenem stück- oder griesförmigem Reduktionsaoff in Berührung kommt und so Kohlenstoff auf nimmt, werden die elektrischen Bedingun-eu in dem Reduktionsofen und der an solchem Reduktionsstoff in pels- sender Weise so geregelt,
dass die von den Elektroden gelieferte elektrische Energie sich gar nicht oder nur in geringem Masse seit wärts unter elektrischer Lichtbogenbildunm durch den ungeschmolzenen Teil der Pe- schichung ausbreitet. Statt dessen soll die Energie ganz oder hauptsächlich unter elek trischer Lichtbogenbildung von der Unter seite der Elektrode nach dem das ausredu- zierte Metall bedeclg:enden Schlackenbad gehen.
Dadurch wird das Schlackenbad sehr stark erhitzt und der Hauptverlauf der Re < < lition deshalb auf einen kleinen, dem Schlackenbad unmittelbar benachbarten Raum begrenzt. Aus c'.en Briketten reduziertes Metall wird deshalb meist unmittelbar in Tropfen in das Schlackenbad niederfallen.
Die stück- oder griesförmige Kohle wird erst dann in Reak tion treten, wenn sie mit der Schlacke in Be rührung kommt, deren Temperatur so hoch I n alten wird, dass die nötigen Bedin-iiii-en für die unmittelbare Raffinierung gelegent- li,li gebildeten Karbids vorherrschen.
Zur Erleichterung dieses Vorganges soll die Zu- saminensetzung der Schlacke so geregelt -wer den, dass ihr Schmelzpunkt etwa so hoch oder sogar höher ist, als die im einzelnen Falle für die Erzielung einer wesentlichen Raffinie- rung erforderliche Temperatur.
Das Beschickungsgut kann stetig . oder aussetzend eingetragen werden. Die letzt genannte Art wird in der Regel vorgezogen, wenn das Beschickungsgut kohlenstoffhal- tige:, stück- oder griesförmiges Reduktions mittel nicht enthält.
In der Beschickung vorhandene stück- oder griesförmige Reduk tionskohle -wird vnrztigsweise bei oder vor dein Beschichen mit den Erzbriketten ge- rnischi. In einigen Fällen jedoch erwies es siele als vorteilhaft, nach einem Abstich ztt- er:t einen Teil der stück- oder griesförmigen Kohle zuzuschlagen und hierauf ein Gemisch Ales restlichen Materials aufzugeben.
Oben -wurde festgestellt, dass der Anteil <B>de,</B> Reduktionsmittels, das nicht in Erzbri ketten enthalten ist, ganz oder teilweise in Form von silico-thermischen oder alumino- thermischen Reduktionsstoffen zugeschlagen werden kann. Diese Reduktionsstoffe werden dann am besten nicht mit dem andern Be schickungsgut gemischt. In der Regel ist es bfser, zuvor eine gewisse 14Tenge des andern Bechiclz-ungsgutes niederschmelzen zu lassen.
Nachdem die Beschickung so geschmolzen und möglicherweise weiter für das Raffinie ren erhitzt ist, wird der silico-therrnische oder alumino-tliermische Reduktionsstoff zu gegeben. Unter der Einwirkung eines sol chen R.edulztionsstoffes setzt eine starke Pie- duktion der weiteren oxy dischen krassen ein. Die Menge eines solchen Reduktionsstoffes kann natürlich innerhalb ziemlich weiter Grenzen geändert werden, sie soll aber im allgemeinen, weniger als 50 \o der Gesamt menge des Reduktionsstoffes betragen.
In vielen Fällen erwies es sich als völlig genü gend, zirka 10 /ä dieses kostspieligeren Re- duktionsmittels zu verwenden. Der Rest an Reduktionsmitteln kann in solchem Falle ganz als Bestandteil der Erzbrikette auftre ten, man kann aber auch vorteilhaft Reduk tionskohle in Form von stück- oder griesför- miger Kohle oder Reduktionsbriketten oder ein Gemisch aus beiden zugeben.
Als Beispiel für silico-thermische und alumino-thermische Reduktionsstoffe sollen Aluminium, Silizium, Calcium und Legie rungen daraus, wie etwa Ferrosilizium, Ferro- aluininium und Silicocalcium, erwähnt wer den. Bei der Herstellung von Chrom oder Chromlegierungen wird ein Reduktionsmittel in Form von Silicomangan vorzugsweise be nutzt. Dieses silico-thermisclie oder alumino- thermische Reduktionsmittel soll vorzugs weise ein höheres spezifisches Gewicht Haben als das Schlackenbad.
Dieses Verfahren kann in Ofen bei elel- trometallurgischen Prozessen üblicher Art ausgeführt werden, beispielsweise bei den bei der Herstellung von Ferrosilizium benutzten. Der Boden des Ofens sollte jedoch im all gemeinen aus kohlenstofffreiem Stoff ge macht werden.
Zur Brikettierung können bekannte Ver fahren und Bindemittel von der Art des Pech, der Sulfitablauge. Teer, Kalk, Ton und Wasser oder dergleichen verwendet wer den. Das Material soll, wenigstens bei den Erzbriketten, fein gemahlen und innig ge mischt werden. Es ist jedoch auch bei den Reduktionsbriketten im allgemeinen wün- schens-vert, die Zerkleinerung und Mischung der Bestandteile sorgfältig auszuführen.
Die folgenden Beispiele seien gegeben: Bei der Herstellung von Aluminium oder hochprozentigen Aluminiumlegierungen ge- mäss der Erfindung ist natürlich die Ver wendung von alumino-thermischen oder silico- thermischen Reduktionsmitteln ausgeschlos sen, gewöhnlich auch die Verwendung beson derer Reduktionsbrikette. Deshalb besteht die Beschickung aus einer Mischung von Briketten, die aluminiumoxydhaltiges Gut und kohlenstoffhaltigen Reduktionsstoff ent halten, während das restliche Reduktions mittel als stück- oder griesförmige Reduk tionskohle, wie etwa Holzkohle,
Anthrazit oder Koks hinzugefügt werden kann. In der Beschickung sollte vorzugsweise auch ein schwefelhaltiges Material, wie etwa Caleium- sulfid (CaS), Aluminiumsulfid (Al2S3), Ba riumsulfat (BaS0,) oder Calciumsulfat (CaS04), sowie die nötige Menge eines be sonders zur Bildung von Bariumsulfid und Calciumsulfid nötigen Reduktionsstoffes vor handen sein.
Es ist zweckmässig, 30 bis 60<B>%</B> des Reduktionsmittels als stück- oder gries- förmige Reduktionskohle hinzuzufügen, wäh rend bei geringerem Prozentgehalt hieran und insbesondere bei Verwendung dünnflüs siger Sulfidschlacke, ein Zerfallen der Bri- kette bei .der Berührung mit der Schlacke in ungünstigem Ausmass vorkommen kann. <I>Beispiel 1:</I> 1200 kg Erzbrikette (aus:<B>1000</B> kg Bauxit, 140 kg Koks, 60 kg Pech), 170 kg stückiger Koks, 125 kg Calciumsulfid.
Die Herstellung von hochprozentigen Si- liziumlegierungen wird auf ähnliche Weise ausgeführt wie oben für Aluminium be schrieben.
Bei der Herstellung von Ferro-Chrom je doch kann der Reduktionsstoff, der nicht in den Erzbriketten enthalten ist, sowohl als stück- oder griesförmige Reduktionskohle und in Form von Reduktionsbriketten, wie auch in Form von alumino-thermisch oder silico-thermisch wirkendem Reduktionsstoff zugeschlagen werden. Auch können zwei oder alle diese Reduktionsmittel gemeinsam angewendet werden.
Das folgende Beispiel sei gegeben: <I>Beispiel 2:</I> 1120 kg Erzbrikette (aus: 1000-kg Chrom erz, 70 kg Koks, 50 kg Pech), 177 kg Reduktionsbrikette (aus: 100 lkg Chromschlacke, 30 kg Kalk, 40 kg Koks, 7 kg Pech), 30 kg stückiger Koks, ' 25 kg stückige Holzkohle.
Verwendet man einen silico-thermischen Reduktionsstoff, so wird das Verfahren bei spielsweise derart ausgeführt, dass eine Be schickung von Erzbriketten zunächst mit stück- oder griesförmiger Reduktionskohle mit Reduktionsbriketten oder mit diesen bei den Stoffen niedergeschmolzen wird. Die Menge des Reduktionsmittels. kann beispiels weise so bemessen werden, dass die Schlacke gegen 25 % Chromoxyd (Cr203) enthält. Da die Schlacke dann einen hohen Prozentgehalt an Chromoxyd (Cr20#.) aufweist, wird die Raffinierung erleichtert, so dass ein Erzeug nis mit sehr geringem Kohlenstoffgehalt er halten wird.
Hierauf gibt man-soviel Chrom- silizid, Ferrosilizium oder dergleichen hinzu, dass beispielsweise etwa die Hälfte des Chroms in der Schlaeke ausgebracht wird.
Auf ähnliche Vereise wie Chrom und Chromlegierungen können mehrere andere Metalle aus ihren Oxyden oder oxy disehen Erzen gewonnen werden, beispielsweise Man gan, Wolfram, Vanadin, Eisen und andere, sowie Legierungen dieser Metalle. Liegt Mangan im Erz als M n02 vor, so ist es in vielen Fällen von Vorteil, zunächst das Erz einer reduzierenden Behandlung zu unter werfen, so dass Xn0, in MnO übergeht.
Die Erfindung umfasst auch eine Abände rung des Verfahrens, bei der die Besebik- kung ausser den oben erwähnten Bestandteilen auch einen gewissen Teil stückförmiges Erz zusammen mit der entsprechenden Menge Re duktionsstoff- enthält.