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Verfahren zur Herstellung von Eisen-Nickel-Legierungen aus nickelhaltigen
Eisenerzen Die Erfindung betrifft ein Zweistufenverfahren zur Herstellung von Eisen-Nickel-Legierungen
.aus nickelhaltigen Eisenerzen unter Anwendung eines Drehofens zur Reduktion der
Erze durch Kohlenstoff und eines Ofens zum Erschmelzen .des Reaktionsproduktes der
ersten Stufe mit nichtreduziertem Erz, wobei eine Eisen-Nickel-Legierung mit erhöhtem
Nickelgehalt gewonnen wird. Die Erfindung kann in der Regel auch zur Behandlung
von nickelhaltigen Erzen, die einen geringen Gehalt an Kobalt aufweisen, zur Anwendung
kommen.
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Nach dem bekannten Renn-Verfahren wird das Erz in einem Drehofen durch
Kohle reduziert, wobei man ein Produkt erhält, in welchem praktisch das gesamte
Eisen und Nickel zu Metall reduziert ist. Dieses Produkt liegt in Form von einem
als Luppen bezeichneten Eisen-Nickel-Granulat vor. Zu diesem Zweck sind Temperaturen
von etwa 1300° C erforderlich. Nach dem Abkühlen wird das im Drehofen gewonnene
Produkt zerkleinert, und die metallischen Luppen werden z. B. magnetisch von der
Schlacke abgeschieden. Die Luppen enthalten das Nickel im wesentlichen in dem gleichen
Verhältnis zum Eisen, in welchem das Nickel in dem Erz enthalten war.
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Nach dem Udy-Verfahren wird das mehrere Prozent Kohlenstoff enthaltende
Produkt des Drehofens zusammen mit besonderen Zuschlägen in einen elektrischen Schmelzofen
gegeben, wobei bestimmte Verhältnisse zwischen Siliciumdioxyd, Magnesiumoxyd usw.
eingehalten werden müssen. In diesem Schmelzofen wird der Reduktionsvorgang mittels
Kohle fortgesetzt, und man erhält eine Eisen-Nickel-Legierung, deren Nickelgehalt
allein von dem Grad der Reduktion des Erzes in dem Drehofen und von der Menge der
Kohle abhängt, die in dem Produkt des Drehofens enthalten ist und mit diesem in
die Elektroofen gelangt.
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Nach dem Verfahren gemäß der schweizerischen Patentschrift 310 634
werden die Erze in einer ersten Stufe mittels Kohlenstoff als Reduktionsmittel in
einem Drehofen behandelt und in einer zweiten Stufe in einem Elektroofen erschmolzen.
Nach der vorliegenden Erfindung wird jedoch nur ein Teil des Erzes in dem Drehofen
auf eine verhältnismäßig niedrige Temperatur erhitzt, so daß nur ein Teil des im
Erz enthaltenen Eisens zu Metall reduziert wird, wobei anschließend das Reduktionsprodukt
des Drehofens zusammen mit einem weiteren Anteil des Erzes in einem nichtreduzierend
arbeitenden Schmelzofen gegeben wird. Dabei ist es möglich, eine fast reine Eisen-Nickel-Legierung.
zu gewinnen, was nicht der Fall beim Verfahren nach der schweizerischen Patentschrift
310 634 ist.
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Die deutsche Patentschrift 669 995 beschreibt ein Verfahren, wie man
kohlenstoffarme Metalle oder Legierungen aus Erz herstellt. Dabei wird in einer
ersten Stufe das Erz oder Metalloxyd mittels Kohle reduziert und in einer zweiten
Stufe der hohe Kohlenstoffgehalt des in der ersten Stufe gewonnenen Erzeugnisses
nach Legierung mit Aluminium und Silizium reduziert.
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Im Gegensatz hierzu bezweckt die vorliegende Erfindung die Herstellung
von Eisen-Nickel-Legierungen unmittelbar aus den betreffenden Erzen, ohne daß an
irgendeiner Stelle des Verfahrens reduzierende Metallegierungen angewendet werden,
die Aluminium oder Silizium enthalten. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird
in der ersten Stufe nur eine verhältnismäßig schwache Reduktion des Erzes in einem
Ofen bei einer niederen Temperatur durchgeführt, wobei nur ein Teil des Eisengehaltes
des Erzes in die metallische Form übergeführt wird, während ein anderer Teil des
Eigengehaltes nur zu Fe0 reduziert wird. Dabei enthält das Erzeugnis der ersten
Verfahrensstufe nach vorliegender Erfindung nur sehr wenig oder überhaupt keinen
Kohlenstoff, so daß die Anwendung in der zweiten Verfahrensstufe der Reduktionsmittel
nach der deutschen Patentschrift 669 995 sich erübrigen würde.
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Das Verfahren nach der deutschen Patentschrift 525 521- bezweckt die
Gewinnung. von Nickel in
Form von Ferronickel aus Erzen, die Nickel
als Oxyd oder Oxydul enthalten oder deren Nickelgehalt zuvor in diese Oxydationsstufen
übergeführt wurden. Dabei werden die Erze oder die Zwischenprodukte in einer Schmelze
mit metallischem Eisen zur Reaktion gebracht. Das erfindungsgemäße Verfahren ist
jedoch keinesw`egs°' däräuf gerichtet, die Reduktion von- Erzen nur mittels-geschmolzenen
Eisens durchzuführen, wie dies aus der. deutschen Patentschrift 525 521 schonbekämit
ist. -Nach dem Verfahren gemäß der schweizerischen Patentschrift 125525 soll
das Erz zuerst auf eine Temperatur von 800 bis 1000° C vorgewärmt und teilweise
reduziert werden, unter Bildung von Kohlendioxyd aus einem Teil des Kohlenmonoxyds
der Abgase des Elektroofens:-Dabei ist ein reduzierender Elektroofea:.-.vorgesehen,
in welchem die Reduktion in Gegenwart von Kohle durchgeführt wird, .die als Reduktionsmittel
angewendet wird, die als Reduktionsmittel angewendet wird, während beim erfindungsgemäßen
Verfahren im Schmelzofen kein Kohlenstoff zugesetzt wird, welcher zur Verunreinigung
des Reaktionsproduktes führen würde.
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Die deutsche Patentschrift 422 325 beschreibt ein Verfahren zur Gewinnung
von Nickel oder Eisen-Nickel-Legierungen nur aus nickelhaltigem Walzensinter, nickelhaltigem
Hammerschlag und ähnlichen Eisenoxydnickelverbindungen, wobei die zu reduzierenden
Erze bzw. Metalloxyde mit Eisen allein erschmolzen werden, so daß zunächst das vorhandene
metallische Nickel in dem Eisen gelöst und dann das Nickeloxyd durch das Eisen reduziert
und ebenfalls in dem überschüssigen Eisen gelöst wird. Dabei ist jedoch die Legierung
mit Oxyden anderer Elemente wie Cr, P, Mn und Si verunreinigt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Eisen-Nickel-Legierung
aus nickelhaltigen Eisenerzen unter Anwendung eines Drehofens zur Reduktion der
Erze und eines Ofens zum Erschmelzen der Eisen-Nickel-Legierung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Gesamtmenge des für die Erzeugung der Eisen-Nickel-Legierung angewendeten
Erzes zunächst in zwei Teile geteilt, von denen der eine Teil in einem Drehofen
' in Gegenwart eines üblichen festen Reduktionsmittels bis auf Temperaturen zwischen
900 und 1000° C unter Bildung eines praktisch kohlenstofffreien Reaktionsproduktes
erhitzt wird, welches das Eisen in der Hauptsache teils als Fe0 und teils als metallisches
Eisen nebst dem reduzierten Nickel enthält, worauf dieses Produkt mit einem anderen,
lediglich getrockneten Teil des Erzes vermischt und diese Mischung in einen nicht
reduzierend arbeitenden Ofen gegeben wird, in welchem durch Reduktion der höheren
Eisenoxyde und des Nickeloxydes, die in dem zugesetzten Erz enthalten sind, unter
gleichzeitiger Oxydation eines entsprechenden Teiles des aus dem Drehofen gewonnenen
metallischen Eisens eine Eisen-Nickel-Legierung mit erhöhtem Nickelgehalt gewonnen
wird.
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Zur Trocknung des zugegebenen zweiten Teiles des Erzes vor der Vereinigung
mit dem Produkt des Drehofens wird der zweite Teil des Erzes an den heißen' äußeren
'Teilen des Drehofens vorbeigeführt.
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Ein großer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß im
Drehofen ein Erzeugnis mit sehr geringem Kohleristoffgehalt erhalten wird, so daß
man schließlich zu einer Eisen-Nickel-Legierung gelangt; welche-Verüüreinigungen
durch C, Si, Mn, Cr usw. nicht oder nur in äußerst -geringem Maße enthält.
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Es ist besonders vorteilhaft, daß das Produkt des Drehofens in heißem
Zustand zusammen mit dem weiteren Anteil des Erzes unmittelbar so eingeführt wird,
daß das Produkt des Drehofens vom letzteren eingehüllt wird.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung dient folgendes Beispiel: Ausgangsprodukt
ist ein lateritisches Eisen-Chrom-Nickelerz aus Laryma mit 51/o Wassergehalt, welches
oxydisch gebunden etwa 38,1/o Fe, 1,7% Ni+Co und 1,84,1/o Cr enthält. Um 1 t Eisen-Nickel
mit 25% Nickelgehalt zu gewinnen, werden 10,8 t Eisenerz in zerkleinertem Zustand
in den Drehofen gegeben, in welchem eine Endtemperatur von 1070° C - erreicht wird.
Das Produkt dieses Drehofens wird zusammen mit 5,2 t nassen Erzes, welches zunächst
durch Trocknen auf ein Gewicht von etwa 4,95 t gebracht wird, in einen elektrischen
Schmelzofen gegeben, in welchem die Masse auf eine Temperatur von etwa 1500 bis
1550° C gebracht wird. Die Schlacke beginnt bereits bei 1100° C zu erweichen, und
das Erschmelzen ist bei etwa 1350° C vollendet. Nach dem Absetzen der metallischen
Phase wird das Eisen-Nickel bis auf einen stets verbleibenden Bodensatz abgezogen.
Man erhält aus der angegebenen Menge 1 t Eisen-Nickel mit einem Gehalt von 251/o
Nickel. Die Ausbeute an Nickel beträgt ungefähr 97,%, bezogen auf den Nickelgehalt
des Erzes.
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Die Zeichnung zeigt in F i g. 1 schematisch eine Anlage zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens; F i g. 2 stellt das Austragsende des Drehofens
und die zum Trocknen und Vorwärmen vorgesehenen Einrichtungen schematisch in Stirnansicht
und in Seitenansicht dar.
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Das zu verarbeitende Erz wird in F i g. 1 bei 1 aufgegeben, bei 2
zerkleinert und hiernach aus- dem Silo 6 heraus mit einem aus dem Silo 5 kommenden,
reduzierend wirkenden festen Brennstoff, z. B. Koksgrus vermischt. Gegebenenfalls
können aus den Silos 3 und 4 noch übliche Flußmittel zugegeben werden. Das Gemisch
wird stetig einem Drehofen 7 üblicher Bauart zugeführt, in welchem es einer genau
geregelten Reduktionsbehandlung unterworfen wird.
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Durch die geeignete Einstellung der Temperatur und der Menge eingesogener
Luft in Verbindung mit dem Durchmesser, der Länge und der Drehzahl des Ofens wird
nur ein Teil des in dem Erz enthaltenen Eisens zu Metall reduziert. Der Rest verbleibt
im Zustand .der Oxyde (Fe0, Fe304). Die völlig reduzierten Eisenteile erhält man
in der Form feiner, mit dem bloßen Auge kaum zu sehender Metalleinschlüsse, welche
in dem aus dem Drehofen herauskommenden losen glühenden Material verstreut sind.
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Dieses Material, welches je nach den Umständen eine Temperatur von
900 bis 1100° C aufweist, wird bei seiner Entleerung aus dem Drehofen mit einer
Schicht zerkleinerten Erzes bedeckt, welches bei 8 zugeführt wird, und zwar mit
oder ohne den Zusatz von Flußmitteln. Dadurch werden die Wärmeverluste durch Strahlung
erheblich herabgesetzt. Weiterhin wird der Verbrauch an elektrischer Energie bei
der nachfolgenden Behandlung im Elektroofen 9 herabgesetzt, wenn die zugesetzten
Erze und Flußmittel
vor ihrer Verwendung als Deckschicht für die
aus dem Drehofen kommenden glühenden Produkte getrocknet und vorgewärmt werden,
wie dies in F i g. 2 dargestellt ist.
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In dieser Figur wird zerkleinertes Erz aus dem Silo 1 a über einen
Telleraufgabeapparat 2 a auf ein Förderband 3 a gegeben, von dem es auf das heiße
Austragsende des Drehofens gelangt, auf welchem Taschen 4a für die Aufnahme des
Erzes zum Trocknen und Vorwärmen desselben angeordnet sind. Das getrocknete und
vorgewärmte Erz fällt in einen Vorratsbehälter 5a mit zwei Förderschnecken
6a, die es teils unter und teils auf die aus dem Drehofen kommenden glühenden Massen
fördern, so daß letztere von dem zugeführten Erz abgedeckt bzw. umhüllt wird, während
die Masse auf einem Stahlplattenförderband dem Elektroofen zugeführt wird.
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In diesem Ofen wird der glühende Austrag des Drehofens zusammen mit
dem zugesetzten Erz erschmolzen und der metallische Teil von dem als Schlacke erhaltenen
Rest getrennt.
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Es ist vorteilhaft, daß das in den Elektroofen eingebrachte Gemisch
nur eine unbedeutende Menge oder nichts von dem reduzierend wirkenden Brennstoff
enthält, der im Drehofen angewendet worden ist. Infolgedessen werden die Nickel-
und Kobaltverbindungen durch 'metallisches Eisen reduziert, von dem ein großer Teil
für die Reduktion der höheren Eisenoxyde in niedrigere verbraucht wird.
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Die Gesamtmenge von CO+Ni in dem in dem Drehofen behandelten Erz sowie
in dem Erz, welches dem aus .dem Drehofen ausgetragenen Reduktionsprodukt hinzugesetzt
wurde, wird in dem verbleibenden metallischen Eisen aufgelöst. Man kann daher bei
10 eine Legierung abstechen, welche reich an Ni+Co ist und deren Verhältnis (Ni+Co)/
(Fe+Ni+CO) erheblich höher ist als im ursprünglichen Erz. Bei 11 wird eine an Fe
reiche Schlacke abgezogen, die nur noch Spuren von Ni enthält. Praktisch beläuft
sich die Ausbeute an Ni+CO fast auf 1001/o.
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Die Konzentration des Ni und Co in der erhaltenen Legierung kann dadurch
eingestellt werden, daß man die Menge des völlig reduzierten Eisens (metallisches
Eisen) im Drehofen und die Menge des zwischen diesem Drehofen und dem Elektroofen
zugesetzten Erzes erhöht bzw. vermindert.
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In dem Drehofen wird eines der üblichen Reduktionsmittel, z. B. Steinkohle,
verwendet, in .dem Elektroofen dagegen flüssiges metallisches Eisen als Reduktionsmittel.
Das flüssige Eisen reduziert nur die Nickel- und Kobaltverbindungen und nimmt Ni
und Co in sich auf. Es konnte noch festgestellt werden, daß im Elektroofen ein Teil
des flüssigen Eisens zur Reduktion der in .der Masse vorhandenen höheren Eisenoxyde
zu Fe0 verwendet wird.
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Da während der Reduktion im Drehofen die Temperatur verhältnismäßig
niedrig gehalten wird, vermeidet das Verfahren die Reduktion von Phosphoroxyd. Dieses
Oxyd, welches während der anschließenden Behandlung im Elektroofen nicht reduziert
werden kann, verbleibt in der Schlacke, und die erzeugte Fe-Ni-Legierung ist fast
gänzlich frei von schädlichem Phosphor. Ebenso verhält es sich mit Chrom. Der Schwefel
geht größtenteils in die Schlacke über. Das Erschmelzen im Elektroofen erfolgt unter
oxydierenden Verhältnissen.
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Dies ist ein weiterer Grund für die praktisch völlige Beseitigung
von Kohlenstoff, Silicium, Mangan, Phosphor und Chrom aus der Legierung, entweder
über die Gasphase wie beim Kohlenstoff durch Kohlenoxydbildung oder in der Form
von Oxyden in der Schlacke. Daher besitzt die nach dem vorgeschlagenen Verfahren
erhaltene Ni-Fe-Legierung nicht nur einen hohen Nickelgehalt, sondern auch einen
bemerkenswert hohen Reinheitsgrad.
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Das Verfahren vorliegender Erfindung ist besonders wirtschaftlich,
weil die Ausnutzung des Wärmeinhalts der aus dem Drehofen kommenden Reduktionsprodukte
und die Einführung von Sauerstoff in den Elektroofen - .durch den Zusatz eines nicht
reduzierten Erzes - in Verbindung mit der unter diesen Verhältnissen herbeigeführten
Schmelzfähigkeit und Leichtflüssigkeit der Schlacke zu einer beträchtlichen Abnahme
im Verbrauch elektrischer Energie führen.