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Verfahren zur Herstellung von Ferrosiliciumpulver mit glatter Oberfläche
Bei der Aufbereitung von Erzen und von Metallschrott erhält das Schwimm- und Sink-verfahren
unter der Verwendung von sogenannten Schweretrüben, deren Schwerstoff aus Ferrosiliciumpulver
mit 14 bis 16% Silicium von einer Teilchengröße im allgemeinen zwischen 40 und 70%
unterhalb 60 Mikron besteht, eine laufend steigende Bedeutung. Dieses Verfahren
erfordert ein möglichst hohes spezifisches Gewicht der Schweretrübe, entsprechend
einer hohen Konzentration an Ferrosiliciumpulver, verlangt aber auf der anderen
Seite bei dem hohen Gehalt an Ferrosiliciumptilver noch ein flüssigkeitsähnliches
Verhalten.
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Es ist bekannt, stückiges Ferrosilicium mit 150/0 Silicium zu einem
Pulver der gewünschten Körnung zu vermahlen. Die Teilchen dieses Pulvers haben dann
naturgemäß eine kantige und eckige Oberfläche und lassen sich höchstens bis zu einem
spezifischen Gewicht der Trübe von etwa 3,2 verwenden. Weiterhin ist bekannt, daß
beim Zerstäuben einer Schmelze von Ferrosilicium mit 15% Silicium mit Hilfe von
hochgespanntem Wasserdampf bzw. Luft oder Stickstoff ein Ferrosiliciumpulver der
gewünschten Korngröße gewonnen wird, dessen Teilchen etwa zu 10 bis 40% eine glatte
Oberfläche und eine rundliche oder kugelige Form haben.
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Ferrosiliciumpulver, dessen Teilchen eine glatte und rundliche Gestalt
besitzen, bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber dem gemahlenen Ferrosiliciumpulver
mit einer kantigen und eckigen Gestalt. Einmal läßt sich mit einem solchen Pulver
ein spezifisches Gewicht der Trübe von etwa 3,45, ja sogar im Sonderfall streng
runder Kugeln ein solches von 3,9 erreichen; infolge der glatten Oberfläche ist
nämlich bei gleichem Schwerstoffgehalt die Viskosität der Trübe bedeutend geringer.
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Außerdem sind infolge der glatten Oberfläche die Korrosion und Zerstäubung
des Ferrosiliciums in der Trübe erheblich herabgesetzt. Und endlich sind die Haftverluste
des Ferrosiliciumpulvers an dem betreffenden Erz bzw. Metallschrott naturgemäß besonders
gering bei Verwendung von Teilchen mit glatter Oberfläche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur 1-Ierstellung von Ferrosiliciumkörnern
mit einer glatten Oberfläche und einer rundlichen Form beim Zerstäuben einer Schmelze
aus Ferrosilicium mit 10 bis 250/a Silicium mit Dampf bzw. Luft oder Stickstoff
ist dadurch gekennzeichnet, daß in der Schmelze zum Zeitpunkt des Verdüsens ein
Aluminiumgehalt innerhalb der Grenzen von 0,08 und 0,5%, vorzugsweise 0,1 und 0,3%,
eingestellt wird.
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Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
daß zum Einstellen des erforderlichen Aluminiumgehaltes der Schmelze bei zu hohem
Aluminiumgehalt Quarz und bei zu niedrigem Aluminiumgehalt Aluminium in den jeweils
entsprechenden Mengen zugegeben wird.
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Es kann aber auch so vorgegangen werden, daß der in der Schmelze vorhandene
Aluminiumgehalt durch Einbringen von Siliciumdioxyd in Form von Felsquarz, Kies,
Quarzsand oder an Siliciumdioxyd reichen Silicaten zunächst vollständig entfernt
und dann die nötige Menge an Aluminium in Form von metallischem Aluminium oder Aluminiumlegierungen
eingebracht wird.
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Wird die angegebene optimale Aluminiumkonzentration unterschritten
bzw. überschritten, so verschwindet langsam die runde Form und glatte Oberfläche,
und das. Ferrosiliciumpulver zeigt zunehmend eine spratzige und, kantige Form mit
rauher Oberfläche.
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Wichtig ist, daß der nach der Erfindung geforderte Aluminiumgehalt
im Augenblick des Zerstäubens in der Schmelze vorhanden ist. In vielen Fällen war
es bisher nicht möglich, in- allen Chargen den gewünschten optimalen Aluminiumgehalt
in der Schmelze beim Zeitpunkt des Zerstäubens zu erhalten. Man erhielt im allgemeinen
eine große Aluminiumkonzentration. Dies hängt nicht nur von dem Aluminiumgehalt
der Ausgangsstoffe ab, sondern auch von anderen Faktoren, wie Ofenfutter, Schmelzzusätzen,
Schlacken und Temperatur der Schmelze. Ist z. B. das Ofenfutter kieselsäurehaltig,
so wird der geringe Aluininiumgehalt der Schmelze herausoxydiert, so daß die Schmelze
beim Zerstäuben einen nach der Erfindung zu geringen Aluminiumgehalt besitzt. Der
Aluminiumgehalt der Ausgangsstoffe kann in erheblichem
Maße schwanken.
Geht man z. B. vom handelsüblichen Ferrosilicium mit 25, 45 oder 75% Silicium aus,
so treten hierbei Aluminiumgehalte zwischen 0,2 und 5 % auf. Stellt man dagegen
das für das Schwimmund. Sinkverfahren notwendige Ferrosilicium mit 150/0 Silicium
in einem elektrischen Ofen unmittelbar aus Kohle, Quarz und Eisenspänen her, so
muß man schon von aluminiumarmen und deswegen teuren Rohstoffen ausgehen, um den
nach der Erfindung geforderten Aluminiumgehalt direkt zu erhalten. Man kann auch
das bei der Carbidherstellung als Nebenprodukt anfallende Ferrosilicium verwenden,
das einen Siliciumgehalt von 15 bis 20% und einen Aluminiumgehalt zwischen 0,5 und
5% besitzt.
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In allen diesen Fällen bleibt es im wesentlichen zahlreichen unkontrollierbaren
Nebenreaktionen, wie z. B. Reaktionen mit dem Ofenfutter, Schlacken, anderen Schmelzzusätzen
oder der Luft überlassen, wie sich der anfangs vorhandene Aluminiumgehalt während
des Schmelzens verändert, so daß erfahrungsgemäß nur etwa 10 bis 40% der Pulverteilchen
eine rundliche und glatte Oberfläche besitzen.
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Um den obengenannten Schwierigkeiten zu entgehen, kann man durch eine
Kieselsäurezugabe zuerst den gesamten Aluminiumgehalt aus der Schmelze herausnehmen
und dann kurz vor dem Zerstäuben, nach dem Abziehen der Schlacke das nach der Erfindung
erforderliche Aluminium in Form von Aluminiummetall oder Aluminiumlegierungen in
die Schmelze eintragen. Man kann aber auch ein Ofenfutter aus vorwiegend kieselsäurehaltigen
Steinen wählen. In diesem Fall entfällt der gesonderte Kieselsäurezusatz. Man kann
selbstverständlich auch bei einem Überschuß von Aluminium über den nach der Erfindung
geforderten Gehalt in der Schmelze nur so viel Kieselsäure zugeben, wie unter Errechnung
eines etwaigen Abbrandverlustes notwendig ist, um die geforderte Aluminiumkonzentration
zu erhalten. Entsprechend kann man verfahren bei einem Unterschuß der Schmelze an
Aluminium. Beispiel 1 In einem elektrischen Ofen mit Kohle- und Korundauskleidung
werden 300 kg Eisenspäne oder Eisenschrott und 150 kg Ferrosilicium mit 45% Silicium
und einem Aluminiumgehalt von etwa 1,5% zusammen mit 5 kg Siliciumdioxyd
in Form von Kieselquarz, Felsquarz, Quarz oder Kieselsand eingeschmolzen. Nach einer
Schmelz- und Gasungszeit von etwa einer Stunde wird kurz vor dem Verdösen etwa 1
kg Aluminium in die Schmelze gegeben. Der Aluminiumgehalt beträgt etwa 0,21/o, und
man erhält einen Anteil an kugeligem Korn von etwa 85%. Unterläßt man dagegen den
Aluminiumzusatz kurz vor dem Verdösen, so erhält man einen Aluminiumgehalt von 0,66%,
der außerhalb der nach dieser Erfindung geforderten Aluminiumgehaltsgrenzen liegt
und wobei ein Pulver entsteht, das nur zu etwa 15010 eine glatte und kugelige Oberfläche
besitzt.
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Beispiel 2 In einem elektrischen Ofen mit Kohle- und Korundauskleidung
werden 150 kg Eisenspäne oder Eisenschrott und 300 kg Ferrosilicium mit einem Siliciumgehalt
von etwa 250/a und einem Aluminumgehalt von etwa 0,9% zusammen mit 3 kg Siliciumdioxyd
in Form von Kieselquarz, Felsquarz, Quarz oder Kieselsand eingeschmolzen, wobei
die zugegebene Menge an Siliciumdioxyd so bemessen ist, daß gerade der nach diesem
Verfahren verlangte Aluminiumgehalt in der Schmelze erhalten bleibt. Nach einer
Stunde enthält die Schmelze 0,2'% Aluminium und kann anschließend zerstäubt werden,
wobei man ein Pulver erhält, das zu etwa 95 % aus Teilchen mit glatter Oberfläche
besteht.
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Beispiel 3 In einem elektrischen Ofen, der mit einem quarz-bzw. kieselsäurehaltigen
Futter ausgekleidet ist, werden 350 kg aus dem Carhidofen erhaltenes Ferrosilicium
mit einem Siliciumgehalt von 19% und. einem Aluminiumgehalt von 2% und 80kg Eisenschrott
bzw. Eisenspäne eingeschmolzen. Nach einer Schmelzzeit von etwa einer Stunde wird
die Schlacke abgezogen. Dann werden 850 g Aluminium bzw. eine soviel Aluminium enthaltende
Aluminiumlegierung in die Schmelze gegeben, wonach diese sofort verdöst wird. Das
erhaltene Pulver hat zu etwa 80% eine glatte Oberfläche und runde Form.