CH125528A - Verfahren zur Herstellung von Metallen und Legierungen durch Reduktion von oxydischem Rohmaterial im elektrischen Ofen. - Google Patents

Description

  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.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung von Metallen und Legierungen mittelst Reduktion von oxydischem Rohmaterial im elektrischen Ofen, bei dem das oxydische Material wenig stens teilweise in Form von Briketten, die auch innig beigemischten kohlenstoffhaltigen Reduktionsstoff enthalten, in den Ofen ge bracht wird, und bei dem das ausreduzierte Metall im Ofen mittelst einer Schlacken schicht bedeckt wird, dadurch gekennzeich net, dass die Brikette nur einen Teil des für die Reduktion der Oxide nötigen Reduktions mittels enthalten, während der Rest des Re duktionsmittels für sich allein zugegeben wird.

   UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die das oxydische Material enthaltenden Brikette ein kohlen stoffhaltiges Reduktionsmittel in einer Menge von wenigstens 25 Prozent der Ge samtmenge an Reduktionsmitteln enthal ten, welche zur Reduktion der zu reduzie renden Oxyde der Brikette nötig ist. 2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gelzennzeichnet, dass der Leitungswider stand des Beschickungsmaterials und die elektrischen Verhältnisse im Ofen so ge wählt sind, dass durch die Elektroden elek trische Energie unter Bildung eines Licht bogens abgegeben wird, welcher auf das untere Ende der Elektroden und das Schlackenbad konzentriert ist und zwi schen beiden gebildet wird. 3.

   Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das für sich allein zuzuschlagende Reduktionsmittel wenig stens teilweise als körniges, kohlenstoff haltiges Reduktionsmittel beigefügt wird. 4. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das für sich allein zuzuschlagende Reduktionsmittel wenig stens teilweise als kohlenstoffhaltiges Re duktionsmittel aufgegeben wird, welches zusammen mit einem schlackenbildenden, oxydhaltigen Material brikettiert worden ist. Verfahren nach Unteranspruch ?, dadurch gekennzeichnet, dass das für sich allein zuzuschlagende Reduktionsmittel wenig stens teilweise als metallisches Reduk tionsmittel zugeschlagen wird. 6.

   Verfahren nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschickungsgut chargenweise geschmolzen wird, und dass das metallische Reduktionsmittel erst zu geschlagen wird, wenn der andere Teil der Beschickung niedergeschmolzen ist.