DE2133416C3 - Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen, indem eine Charge aus kieselerde-tonerdehaltigem Material und einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel in Form eines Gemisches von Steinkohle mit Erdölkoks in einem Elektroofen umgesetzt und Legierung und Schlacke voneinander getrennt werden.

Bei der Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen ist es bekannt, ein kieselerde-tonerdehaltiges Material, ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel und ein Bindemittel zu verwenden. Das kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel kann beispielsweise in Form eines Gemisches von Steinkohle mit Erdölkoks in einem Verhältnis in bezug auf nichtflüchtigen Kohlenstoff von mindestens 3 :1 verwendet werden (vgl. Buch von A. L. B e I j a j e w »Metallurgie des Aluminiums« VEEi-Verlag Technik, Berlin 1957. S. 153/154).

Verwendet man bei der Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen eine Charge, die als Reduktionsmittel ein Gemisch von Steinkohle mit Erdölkoks in einem Verhältnis von mindestens 3.0:1,0 enthält (was der Einführung von 25% Erdölkoks in bezug auf nichtflüchtigen Kohlenstoff, bezogen auf die Gesamtmenge von Kohlenstoff im Gemisch der Reduktionsmittel, entspricht), so ist es nicht möglich, normale Betriebsbedingungen der öfen bei deren spezifischer elektrischer Leistung in bezug auf die Querschnittsfläche der Elektroden von mehr als 3000 kW/m² aufrechtzuerhalten. Eine weitere Steigerung der Leistung des Ofens führt zur Verschlechterung der Sinterfähigkeit der Charge ⁶S auf der Cichi, m deren spontanem Einsturz beim Schmelzen, zur Zunahme der Schlackenmenge und zum Anwachsen des Energie- und Arbeitsaufwandes.

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Einen bestimmenden Einfluß auf die Technologie und die Kennwerte des Erzreduktionsschmelzens bei der Herstellung von Silizium-Aluminium-Legierungen üben auch solche Faktoren wie der Gehalt der Charge an schädlichen Bcinsengangen von Eisen und Titan aus.

Die Einführung von Steinkohle mit Erdölkokszusätzen in einer Menge bis 30% in bezug auf nichtflüchtigen Kohlenstoff oder anderer abmagernder kohlenstoffhaltiger Materialien in die Charge macht es möglich, die Kennwerte des Betriebs der Ofen etwas zu verbessern Jedoch sind bei einer spezifischen elektrischen Leistung von mehr als 3000 kW/m² die Betriebsbedingungen instabil, und es entsteht häufig die Notwendigkeit, die Herdansätze in den Ofen ohne Einbringen der Charge zu erschmelzen, was zu einem hohen Energieaufwand führt.

Die Einführung bildsamer Tone als Bindemittel in die bekannte Charge weist einen wesentlichen Nachteil auf der darin besteht, daß die dabei erhaltenen Legierungen einen erniedrigten Gehalt an Aluminium auf weisen und es notwendig wird, zum Aufrechterhalten des vorgegebenen Gehaltes der Legierung an Aluminium, in die Charge kostspielige Tonerde zusätzlich einzuführen.

Als Bindemittel bei der Herstellung krümeliger Char ge aus kieselerde-tonerdehaltigen Materialien und kohlenstoffhaltigen Reduktionsmitteln verwendet man Tone oder Sulfitablaugekonzentrate auf Kalziumbasis

Die als Bindemittel verwendete sulfit-alkoholische Ablauge auf Kalziumbasis verunreinigt die erhaltenen legierungen durch Kalzium und führt zur Senkung Her Ausbeute"beim Raffinieren der Legierungen von nicht metallischen Beimengungen.

In der OE-PS 119 307 ist ein Verfahren zur Gewinnung von Aluminium und Aluminiumlegierungen durch Reduktion von Aluminiumoxid oder aluminiumoxidhaltigem Material im elektrischen Ofen beschrieben, bei dem der aluminiumoxidhaltige Rohstoff mit innig beigemischten kohlenstoffhaltigen Reduktionsmitteln in Brikettform vei wendet wird, wobei nur ein Teil des für die Reduktion des brikettierten Oxides erforderlichen Reduktionsmitte! mitbrikettiert wird, während der andere Teil in stückiger oder griesartiger Form der Beschickung lose beigemischt wird. Die Briketts sollen wenigstens 25% der gesamten Reduklionsmittelmenge enthalten, und 30 bis 60% der Gesamtreduktionsmittelmenge sollen in stückiger oder griesartiger Torrn der Beschickung lose beigemischt werden. Es ist dort auch beschrieben, daß zur Brikettierung bekannte Verfahren und Bindemittel, wie Pech, Sulfitablauge. Teer, Kalk, Ton und Wasser od. dgl., verwendet werden können. Nähere Angaben über die Art der Sulfitablauge sind in dieser Patentschrift nicht enthalten, und dieses Bindemittel wird für die Brikettierung nur eines Teiles der Charge verwendet, der dann noch zusätzlich stückiger Koks und Kalziumsulfid beigegeben werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Beseitigung der oben angeführten Mangel ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen anzugeben, bei dem eine optimale Sinterfähigkeit und Gasdurchlässigkeit der Gicht zusammen mit einem gleichmäßigen Niedergehen der Charge und verminderte Schlackenbildung im Ofen bei steigender Ausbeute an Aluminium-Silizium-Legierung gewährleistet sind Ferner so!! die herzustellende Legierung weniger Beimengungen von Eisen und Titan enthalten.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren der eingangs angegebenen Art erfindungsgemäß dadurch ge-

kennzeichnet, daß aus den gesamten Ausgangskomponenten unter Verwendung von alkoholischer Sulfitablauge auf der Basis von einem oder mehreren Kationen von Natrium, Magnesium, Ammonium als Bindemittel Granulat oder Briketts geformt werden und die Charge in dieser Form im Elektroofen der Verarbeitung unterworfen wird, daß die Mengen an Steinkohle und Erdölkoks einen Anteil an nichtflüchtigem Kohlenstoff von 93 bis 97% der stöchiometrisch erforderlichen Menge ergeben, daß das Verhältnis von nichtflüchtigem Kohlenstoff aus Steinkohle und Erdölkoks 3 bis 1,5 :1 beträgt und daß an den Elektroden des Elektroofens in Abhängigkeit vom genannten Verhältnis eine spezifische Leistung von 3000 bis 3500 kW/m² erzielt wird.

Die Erfindung läßt sich mit besonderem Vorteil bei der Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen anwenden, die 55 bis 68% Aluminium und 44 bis 3*1 % Silizium enthalten und im weiteren zu Konstruktions-, GuB- oder Knetlegierungen verarbeitet werden.

Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Legierung kann mit besonderem Vorteil auch als Silikoaluminium für die Desoxydation von Stahl oder als Reduktionsmittel für metallothermische Prozesse zur Herstellung verschiedener Metalle verwendet werden.

Darüber hinaus kann die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Legierung in anderen benachbarten elektrothermischen Anwendungsgebieten, z. B. bei der Herstellung von technischem Silizium, SiIikoKalzium und anderen eisenarmen Ferrolegierungen, verwendet werden.

Es ist vorteilhaft, für dieses Verfahren eine Charge zu verwenden, die zusätzlich Chloride und Fluoride der Alkali-Erdalkalimetalle einzeln oder gemeinsam in einer Menge von 3% des Gesamtgewichtes der Charge enthält.

Die sulfitalkoholische Ablauge auf der Basis von einem oder mehreren der Kationen von Natrium, Magnesium, Ammonium vermindert die Beimengungen an Kalzium in der Charge, das sonst die Schlackenbildung begünstigt und die Ausbeute an raffinierter Legierung hinsichtlich der Hauptbestandteile vermindert. Der Zusatz von Alkalichloriden beim Raffinieren von Aluminium-Silizium-Legierungen ist aus »Ulimanns Enzyklopädie der technischen Chemie«, 3. Band, 1953, S. 352, in allgemeiner Form bekannt.

Im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bewirkt der Zusatz an Chloriden oder Fluoriden der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle in der angegebenen Menge eine bessere Entfernung der Beimengungen von Eisen und Titan im Prozeß des Erzreduktionsschmelzens, wodurch es möglich wird, die Ausbeute an Endprodukt (Guß- und Konstruktionllegierungen sowie Siluminen) zu erhöhen.

Hinsichtlich des Verhältnisses zwischen dem nichtflüchtigen Kohlenstoff aus der Steinkohle und aus dem Erdölkoks ist das Verhältnis von 3 :1 aus dem oben angegebenen Buch von B e I j a j e w bekannt. In diesem Buch wird jedoch ausgeführt, daß bei einer Erhöhung des Anteiles an nichtflüchtigem Kohlenstoff aus Erdölkoks der spezifische Energieverbrauch sprunghaft wächst und der Ofengang sich merklich verschlechtert (vgl. ebenda S. 154, Absatz 1). Durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung wird aber eine Leistungssteigerung des Elektroofens erzielt, und zwar entgegen den Angaben in dem genannten Buch.

Nachstehend wird die Erfindung durch eine ausführliche Beschreibung von Ausführungsbeispielen näher erläutert

Die Charge für das Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen eoifaüt ein Gemisch folgender gemahlener Chargenmaterialien:

kieselerde-tonerdehaltiger Rohstoff, kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel und Bindemittel. Das genannte Gemisch wird durch Brikettieren oder Granulieren stückig gemacht und bis zur Erzielung eines Gehaltes an Restfeuchtigkeit von höchstens 1,0% getrocknet

Als kieselerde-lonerdehaltiger Rohstoff können Kaoline, Kyanite, Disthen-Sillimanite und andere kieselerde-tonerdehaltige Materialien verwendet werden, die höchstens 0,7 bis 1,0% Eisen und höchstens 0,6 bis 0,7% Titan im Gemisch enthalten.

Als kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel verwendet man ein Gemisch von Steinkohle der niedrigsten Stufe des Metamorphosegrades mit Erdöl- und Pechkoksen in einem Verhältnis in bezug auf den nichtflüchtigen Kohlenstoff von 2,85 bis 0,7 Teilen Kohle auf einen Teil Koks (was der Einführung von Zusätzen des Erdölkokses in einer Menge von 25 bis 60% in bezug auf den in der Charge enthaltenen nichtflüchtigen Kohlenstoff entspricht). Als Bindemittel verwendet man sulfit-alkoholische Ablauge auf der Basis der Kationen von Natrium, Magnesium ode«· Ammonium. Der Charge werden auch Chloride und Fluoride der Alkali- und/oder Erdalkalimetalle in einer Menge von 3% des Gesamtgewichts der Charge zugesetzt.

Die genannten Komponenten der Charge werden gemahlen, nach den vorgegebenen Verhältnissen dosiert gemischt und zum Stückigmachen (Granulieren oder Brikettieren) geleitet. Die erhaltene stückiggemachte Charge wird bis zur Erzielung eines Gehaltes an Restfeuchtigkeit von höchstens 1% getrocknet und dem Erzreduktions- Elektroofen zugeführt

In Abhängigkeit von der spezifischen elektrischen Leistung an den Elektroden des Ofens wird das erforderliche Gewichtsverhältnis der kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel in der Charge unter Beibehaltung eines summarischen Gehaltes der Charge an nichtflüchtigem Kohlenstoff von 93 bis 97% zu der stöchiometrischen Menge gewählt, die für die Reduktion der Oxyde der Charge zu Metallen notwendig ist

Nachstehend werden Beispiele für die Ausführung der Erfindung angeführt.

Beispiel I

Man berechnet die Charge für eine Legierung, die im Erzreduktionsofen hergestellt wird, mit einem Gehalt an Aluminium von 60%. Die Zusammensetzung der Charge in kg: Kaolin 100; Tonerde 38,84; Steinkohle 53,20; Erdölkoks 12,41; Bindemittel 13,06.

In der genannten Dosierung beträgt das Verhältnis zwischen dem Gehalt der Charge an nichtflüchtigem Kohlenstoff der Steinkohle und des Erdölkokses 2,85 :1,0 (was einem Verhältnis von 74 :26 in bezug auf das Gewicht des nichtflüchtigen Kohlenstoffs von Kohle und Erdölkoks entspricht).

Die oben angeführte Zusammensetzung der Charge macht es möglich, stabile Betriebsbedingungen des Elektroofens bei einer spezifischen Leistung an den Elektroden bis 3000 kW/m², einen Gehalt an Eisen von ~ 0,6% und an Titan von ~ 0,2% in der verdünnten Legierung und eine Ausbeute bei der Filtration solcher Legierungen von etwa 90% zu erzielen.

Beispiel 2

Man berechnet die Charge für eine Legierung mit einem Gehalt an Aluminium von 60%. Die Zusammensetzung der Charge in kg: Kacin 48,2; Tonerde 3834: Steinkohle 39,9; Erdölkoks 17,15; Bindemittel 12,48.

In der genannten Dosierung beträgt das Verhältnis zwischen dem nichtflüchtigen Kohlenstoff der Steinkohle i!?d des Erdölkokses 1,5:1,0 (was einem Verhältnis von 60:40 in bezug auf das Gewicht des nichtflüch- tigen Kohlenstoffes in der Kohle und im Erdölkoks entspricht).

Die oben angeführte Zusammensetzung der Charge macht es möglich, stabile Betriebsbedingungen des Elektroofens (gleichmäßiges Niedergehen der Charge auf der Gicht usw.) bei einer Steigerung der spezifischen Leistung an den Elektroden auf mehr als 3500 kW/m² zu erzielen.

Der Gehalt der verdünnten Legierung an Eisen beträgt dabei ~ 0,546%, der an Titan ~ 0,187%. die Aus- beute bei der Ritration 923%.

Beispiel 3

Man berechnet die Charge für eine Legierung mit einem Gehalt an Aluminium von 60%. Die Zusammensetzung der Charge in kg: Kaolin 100; Tonerde 38,64; Steinkohle 49,0; Erdölkoks 15,78; Bindemittel 13.0.

in der oben angeführten Dosierung der Charge beträgt das Verhältnis zwischen dem nichtflüchtigen Kohlenstoff der Steinkohle und des Erdölkokses 203:1,0 (was einem Verhältnis von 67 :33 in bezug auf das Gewicht des nichtflüchtigen Kohlenstoffes in den Reduktionsmitteln entspricht).

Die Charge der genannten Zusammensetzung verwendet man zweckmäßig bei einer spezifischen eiektri- sehen Leistung des Ofens im Bereich von 3000 bis 3500 kW/m². Die Charge einer solchen Zusammensetzung gewährleistet stabile Betriebsbedingungen der industriellen öfen in dem genannten Bereich der spezifischen elektrischen Leistung.

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Beispiel 4

Die Charge wird für die Herstellung einer Legierung berechnet, die 60% Aluminium enthält Die Zusammen setzung der Charge in kg: Kyanit 100; Steinkohle 373; Erdölkoks 8,16; sulfit-alkoholische Ablauge auf der Basis des Natriumkations 7,0.

Die aus der Charge unter Verwendung von Bindemittel auf der Basis der Natriumkationen erhaltene Aluminium-Silizium-Legierung enthielt um 04 absolute Prozent weniger Kalziumbeimengungen als die Legierung, die aus einer Charge mit dem Bindemittel auf der Basis des Kalzhimkations erhahen wurde. Dabei süeg die Ausbeute an primärer Legierung bei der Verwendung der genannten Charge um 1,5%.

Beispiel 5

Die Charge wird für die Herstellung einer Legierung berechnet, die 60% Aluminium enthält

1. Die Zusammensetzung der Charge in kg: Kyanit 100; Steinkohle 37,5; Erdölkoks 8,16; Bindemittel 7.0; Natriumfluorid 3,0.

2. Die Zusammensetzung der Charge in kg: Kyanit 100; Steinkohle 373; Erdölkoks 8,16; Bindemittel 7,0; Natriumchlorid 3,0.

Die aus den genannten Chargen erhaltene Aluminium-Siüzium-Legierung enthält um 15 bis 25 relative Prozent weniger Beimengungen von Eisen und Titan als die ohne Einführung der Natriumchloride und Natriumfluoride in die Charge erhaltene Legierung. Dabei wurde eine Senkung des spezifischen Verbrauchs an Elektroenergie und Einsatzstoffen um 1,5 bis 2% erzielt

Durch die Anwendung der Erfindung ermöglicht es die vorgeschlagene Charge, die Betriebsbedingungen des Elektroofens zu verbessern und zu stabilisieren, bei bestimmten Dosierungen dessen Leistung zu erhöhen und als Folge hiervon den Stromverbrauch zu senken und die Ausbeute an raffinierter Legierung zu erhöhen. Außerdem macht es die Veränderung des Bindemittels und die Verwendung der Chloride und Fluoride möglich, die Menge der Beimengungen von Kalzium, ösen und Titan zu senken, was zu einer Steigerung der Ausbeuten bei der Filtration um 1,5 bis 2% und zu einer Senkung der Selbstkosten des Fertigproduktes führt.

Claims (2)

Patentansprüche: 21

1. Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen, indem eine Charge aas kiese'erde-tonerdehalligem Material und einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel in Form eines Gemisches von Steinkohle mit Erdöikoks in einem Elektroofen umgesetzt und Legierung und Schlacke voneinander getrennt werden, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß aus den gesamten Ausgangskomponenten unter Verwendung von alkoholischer Sulfitablauge auf der Basis von einem oder mehreren der Kationen von Natrium, Magnesium, Ammonium als Bindemittel Granulat oder Briketts geformt werden und die Charge in dieser Form im Elektroofen der Verarbeitung unterworfen wird, daß die Mengen an Steinkohle und Erdölkoks einen Anteil an nichtflüchtigem Kohlenstoff von 93 bis 97% der stöchiometrisch erforderlichen Menge er- » geben, daß das Verhältnis von nichtflüchtigem Kohlenstoff aus Steinkohle und Erdölkoks 3 bis 1,5 :1 beträgt und daß an den Elektroden des Elektroofens in Abhängigkeit vom genannten Verhältnis eine spezifische Leistung von 3000 bis 3500 kW/m² erzielt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Charge verwendet wird, die zusätzlich Chloride und Fluoride der Alkali- und Erdalkalimetalle einzeln oder gemeinsam in einer Menge von 3% des Gesamtgewichts der Charge enthält