DE2731521A1

DE2731521A1 - Verfahren zur herstellung von ferromolybdaenlegierungen

Info

Publication number: DE2731521A1
Application number: DE19772731521
Authority: DE
Inventors: George William Clark; Douglas Horbury Dainty
Original assignee: Amax Inc
Current assignee: Cyprus Amax Minerals Co
Priority date: 1976-09-29
Filing date: 1977-07-12
Publication date: 1978-04-06
Also published as: US4047942A; NL7707871A; BE858160A; IT1082118B; BR7706232A; FR2366372B1; NL175437B; GB1564236A; ATA626377A; FR2366372A1; JPS5343021A; AT365240B

Description

Dipl. Inc;. !-!. Huuo'; Oipl. Phy:, VV S-..:-:--itz

Dipl. !rvj. F.. GiM-tl.n Dip!. Ing VJ. Wohnort AMAX Inc. ^DiP'- ."hy;. VV. Carslens

Amax Center 8 Mi..r>(;iv:n '-> 11. JuIi 1977

Moiartstr. y.j

Greenwich, Conn.06830, USA Anwaltsakte M-4329

Verfahren zur Herstellung von Ferromolybdänlegierungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ferromolybdän durch eine Thermitschmelzreaktion.

Ferromolybdän ist als Legierungszusatz bei der Stahlherstellung und bei anderen metallurgischen Vorgängen weit verbreitet. Ferrolegierungen von Molybdän enthalten üblicherweise zwischen 60 und ungefähr 75 Gew.-% Molybdän. Sie werden kommerziell hergestellt, indem chargenartige Vorgänge verwendet werden, wobei entweder ein Thermit-Verfahren oder ein Verfahren in einem elektrischen Reduktionsofen verwendet wird. Beide Verfahren sind arbeits- und energieintensiv. Verschiedene alternative Verfahren wurden vorgeschlagen, um die Effizienz der Verfahren zu verbessern und die Kosten der hergestellten Ferrolegierung zu senken.

Ferromolybdänlegierungen werden hauptsächlich kommerziell durch den sog. Thermitprozeß hergestellt, mit dem Barren oder Blöcke der Legierung in Größen bis zu ungefähr 2000 Pfund (etwa 900 kg) erzeugt werden. Typischerweise umfaßt eine Thermit-Reaktionsmi-

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schung ungefähr 1300 Pfund (etwa 590 kg) Molybdän in Form des 0xids,116 Pfund (etwa 52,5 kg) 98%-iges Aluminium, 1122 Pfund (et-l wa 500 kg) 50%-iges Ferrosilicium, 618 Pfund (etwa 280 kg) hochwertigen Eisenerzes, 160 Pfund (etwa 7 2,6 kg) Kalkstein und etwa : 50 Pfund (etwa 22,7 kg) hochwertigen Flußspat. Die fein verteilte Reaktionsmischung wird in einen stählernen, mit feuerfestem Mate- . rial ausgekleideten Tiegel gebracht, der über einer flachen Sandgrube angeordnet wird. Darüber wird eine Staubhaube plaziert. Die Reaktionsmischung wird eingeleitet, indem die Charge mit einer ; Startschmelze gezündet wird. Diese sog. oben gebrannte Thermit-Schmelzreaktion ist schnell; die Dämpfe und der Staub werden von ■ der Staubhaube über einen Papierfilter abgezogen, wo der Staub zu-^

rückgewonnen wird und die Dämpfe nachbehandelt werden, so daß sie ohne Schaden in die Atmosphäre entlassen werden können. Die Thermit—Reaktion ist üblicherweise in etwa 20 Minuten abgeschlossen. Danach wird der Tiegel angehoben; man läßt die Masse aus geschmolzener Ferromolybdän-Legierung und darüberliegender geschmolzener Schlacke verfestigen. Hiernach wird die Schlackenschicht entfernt; der Ferrolegierungsbarren wird zertrümmert und danach auf die erwünschte Teilchengröße je nach der beabsichtigten Verwendung gesiebt.

Bei dem erwähnten, bekannten oben gebrannten thermiten Schmelzprozeß treten Probeleme auf. So ist die Menge der Ferrolegierung, die bei jeder Erwärmung erzeugt werden kann, begrenzt. Ein verhältnis-

mäßig hoher Prozentsatz an wertvollem Molybdän wird in den oberen |Und unteren Schlackenschichten eingefangen, je nach der Gesamtfläche der Schlackenschicht. Hierdurch wird normalerweise eine Nachbehandlung der Schlacke zur Wiedergewinnung des darin befindlichen

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Molybdäns erforderlich. Die Notwendigkeit, diese Blocks bzw. Barren innerhalb eines verhältnismäßig schmalen Dickenbereichs herzustellen, um unerwünschte Variationen in der Zusammensetzung zu vermeiden und ei.ne nachfolgende Zertrümmerung in ein fein verteiltes Produkt unter Verwendung kommerziell erhältlicher Zertrümmerungsmaschinen zu ermöglichen, hat die Menge an Ferromolybdän-Legierung, die in einem Tiegel hergestellt werden kann, ebenfalls nachteilig beeinflußt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die bei einem gegebenen Tiegelvolumen erhältliche Ausbeute an Ferrolegierung zu erhöhen, indem die Menge an Molybdän, die in der Schlackenschicht zurückbleibt verringert wird, und dementsprechend die Arbeit und die Energie zu verringern, die pro gewonnener Gewichtseinheit Ferrolegierung benötigt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch beschriebene Erfindung gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen erläutert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen

Fig. 1 die Schemaansicht eines mit feuerfestem Material ausgekleideten Tiegels, der innerhalb einer Rauch- und Staubsammelkammer in Vorbereitung der Ther mit-Reaktion angeordnet ist;

Fig. 2 die Seitenansicht des in Fig. 1 gezeigten Tiegels; Fig. 3 einen vertikalen Querschnitt durch den mit feuerfestem Material ausgekleideten Tiegel gemäß Linie 3-3 von Fig.2

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Fig. 4 einen vertikalen Querschnitt des mehrschichtigen Blocks,

wie er nach Abschluß der Reaktion und des Kühlzyklus aus i dem Tiegel kommt. j

Die ρuderförmige Reaktionsmischung besteht aus kontrollierten Mengen an Molybdänoxidkonzentrat, an einem Eisenträgermaterial, einem Re-j

duktionsmittel und einem Schlacken-Flußmittel. Die Anteile an MoI-!

ybdänoxid und Eisenträgermaterial werden so eingestellt, daß sich j

äie gewünschte Konzentration von Molybdän in der sich ergebenden j

aufgeschmolzenen Ferromolybdän-Legierung einstellt. Für die meisten kommerziellen Verwendungszwecke ergibt sich ein Molybdänantei] zwischen ungefähr 60 Gew.-% und ungefähr 75 Gew.-%. Der Molybdän-Träger der Reaktionsmischung kann zweckmäßigerweise in einem fein zerteilten, frei fließenden Pulverkonzentrat bestehen, das vorwiejend aus Molybdäntrioxid besteht. Vorzugsweise handelt es sich um

Molybdänoxidkonzentrat technischer Güte, welches mindestens ingefähr 90 Gew.-% Molybdäntrioxid enthält und eine durchschnittli- :he Teilchengröße unter ungefähr 100 mesh (149 Mikron) besitzt, sis zu ungefähr einem Mikron.

j lolybdänoxidkonzentrate dieser Art werden herkömmlich dadurch her- !

jestellt, daß Molybdänit (MoS_)-Konzentrate bei höheren Temperaturen, beispielsweise 600 C, in Anwesenheit überschüssiger Luft in iinem Mehrfachofen (Herreschoff, McDougall, Wedge, Nichols usw.) 'jeröstet werden. Agglomerate, die sich beim Luftrösten bilden, werden dadurch entfernt, daß das geröstete Molybdänoxidkonzentrat

vorläufigen Mahlprozeß unterworfen wird, wodurch die Teilchengröße in den gewünschten Bereich reduziert wird. Konzentrate technischer Güte enthalten üblicherweise ungefähr 94 - 95 Gew.-%

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Molybdäntrioxid. Der Rest besteht hauptsächlich aus Silikaten oder anderen Verunreinigungen, die im Ausgangs-Molybdänit-Erz vorliegen, Es können auch Molybdän-Trioxid-Ausgangsmaterialien höherer Reinheit mit Erfolg verwendet werden, wie sie beispielsweise durch Reinigungsprozesse, Fällung, Kristallisation, Filtration und Trockf nung oder durch Kalzination zur Verringerung der Konzentration von Verunreinigungen, erhalten werden. Aus ökonomischen Gründen zahlen sich jedoch normalerweise die höheren Kosten solcher Güten mit höherer Reinheit nicht aus.

Zusätzlich zum Molybdän-Trioxid-Konzentrat kann der Molybdänbestand teil der Reaktionsmischung den Staub enthalten, der bei vorhergehen den Schmelzvorgängen wiedergewonnen wird. Dieser enthält nennenswerte Mengen an Molybdäntrioxid sowie andere Elemente, aus denen sich die Reaktionsmischung zusammensetzt. Außerdem kann die Reaktionsmischung Molybdän enthalten, welches aus einer Nachbehandlung der Restschlackenschicht, die aus früheren Brennvorgängen stammt, zurückgewonnen wird. Diese Schlacke wird als Pulver mit einer Groß«! verwendet, bei der eine gleichförmige Mischung mit dem Hauptbestan<I teil an Molybdäntrioxid und den anderen, klein zerteilten Stoffen, welche die Reaktionsmischung bilden, möglich ist. Andere Quellen, die Molybdän und Molybdänoxid enthalten, können ebenfalls verwendet werden, beispielsweise der Auslauf eines Sublimationsprozesses nit dem ein gereinigtes Molybdän-Trioxid-Produkt erzeugt wird.

i per Eisenträger der Reaktionsmischung umfaßt vorzugsweise ein fein

verteiltes Eisenerz sowie Abfallnebenprodukte, die reich an Eisen

\ Zunder

isind (Fe₃O₃ und Fe₃O₄) , beispielsweise gemahlener und ähnliches.

|)er Eisenträger kann zum Teil auch in Form von metallischem Eisen-

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schrott vorliegen. Ein Teil des Eisenträgers wird zweckmäßigerweise in Form einer Eisenlegierung des verwendeten Reduktionsmittels \ eingeführt, beispielsweise als Ferrosilicium. In jedem Falle wird I die Teilchengröße des Eisenträgers so eingestellt, daß eine im · wesentlichen gleichförmige Mischung mit dem Molybdän-Trioxid-Be- ;

standteil erzielt wird. Die durchschnittliche Teilchengröße liegt I vorzugsweise zwischen ungefähr 700 Mikron und ungefähr 60 Mikron. . Die Mengen an Molybdäntrioxid und Eisenträger in der Reaktionsmischung werden so kontrolliert, daß sich das erwünschte Verhältnis aus Molybdän zu Eisen in der resultierenden Ferromolybdän-Legierung ergibt.

Die Reaktionsmi._schung enthält zusätzlich ein Reduktionsmittel j oder eine Kombination aus Reduktionsmitteln. Diese liegen in einer geregelten Menge vor, in der sie exotherm mit dem Molybdänoxid und j

I dem Eisenoxid reagieren und deren Reduktion in den metallischen :

Zustand bewirken. Die Menge des verwendeten Reduktionsmittels wird: nach der Menge berechnet, die zur stöchiometrischen Reaktion mit dem Sauerstoff, der mit dem Molybdän und dem Eisen verbunden ist, < erforderlich ist, oder mit einem kleinen stöchiometrischen Überschuß. Die Verwendung des Reduktionsmittels in zu großen Mengen ist nicht günstig, da dann größere Mengen unreagierten Reduktionsmittels in der sich ergebenden Ferromolybdanlegierung vorliegen.

!Als Reduktionsmittels können theoretisch sehr viel verschiedene

Elemente verwendet werden, beispielsweise Calcium, Magnesium, Lithium, Titan, Vanadium, Mangan, Chrom usw. Vorzugsweise werden !jedoch aus thermodynamisehen und kinetischen Erwägungen bestimmte Anteile an Silicium und Aluminium verwendet. Besonders zufrieden-

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stellende Ergebnisse werden erhalten, wenn Silicium als primäres 'Reduktionsmittel zusammen mit geringeren Mengen an Aluminium als (sekundärem Reduktionsmittel verwendet wird. Dadurch wird sicherge-

stellt, daß die exotherme Reduktionsreaktion mit kommerziell praktikabler Rate abläuft und daß sich ausreichend Hitze während der Reaktion entwickelt und somit eine geeignete Temperatur der Reaktionsmasse und die richtige Flüssigkeit der Schlackenschicht sichergestellt ist. Die Menge des verwendeten Aluminiums wird aus ökonomischen Gründen sorgfältig kontrolliert, da Aluminium verhältnismäßig mehr kostet. Das Verhältnis zwischen Silicium und Aluminium ' auf Gewichtsbasis liegt vorzugsweise zwischen ungefähr 4:1 und ungefähr 10:1, was zu optimalen Reaktionsverhältnissen führt. Der ^! Silicium-Bestandteil wird vorzugsweise in Form einer Ferrosilicium4 Legierung zugegeben, die kommerziell in verschiedenen Graden erhältlich ist, beispielsweise mit 90 % Silicium und 10 % Eisen, 75 %^] Silicium und 25 % Eisen, 50 % Silicium und 50 % Eisen. Das Alumi- \ nium-Reduktionsmittel wird zweckmäßigerweise in Form fein zerklei-| nerten, metallischen Aluminiumpulvers zugegeben. Die beiden Reduktionsmittel bzw. ein Teil hiervon können auch in Form eines Pulvers aus einer Ferrosilicium-Aluminium-Leglerung zugegeben werden. Diese Legierung kann nominell ungefähr 50 % Silicium, 7 % Aluminium enthalten, wobei der Rest (42$ Eisen ist. Das Reduktionsmit-

jtel wird in Form eines fein zerteilten Pulvers mit einer durch-

schnittlichen Teilchengröße unter ungefähr 500 Mikron zugegeben, vorzugsweise in einem Größenbereich zwischen ungefähr 400 Mikron jund ungefähr 50 Mikron. Bei Verwendung von Teilchengrößen innerhalb (des angegebenen Bereiches kann das Reduktionsmittel leicht im wesentlichen gleichförmig mit dem Molybdäntrioxid und dem Eisenträger

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vermischt werden. Auf diese Weise ergibt sich die erforderliche Oberfläche und Verteilung, welche Gleichförmigkeit und Kontinuität der exothermen Reaktion sicherstellen.

Die Reaktionsmischung enthält außerdem eine bestimmte Menge eines Schlacken-Flußmittels oder einer Kombination aus Schlacken-Flußmitteln bekannter Art. Diese kontrollieren die Flüssigkeit oder Viskosität der geschmolzenen Schlackenschicht, wodurch das Absetzen und Wandern metallischer Tropfen durch die Schlackenschicht in die geschmolzene Ferromolybdänmasse erleichtert wird. Gleichzeitig wird dadurch der Einschluß von Metall in der Schlackenschicht verringert. Bekannte Flußmittel, die mit Erfolg zu diesem Zwecke eingesetzt werden können, sind beispielsweise Flußspat (CaF₂), Kalkstein (CaCO₃), Kalk (CaO), die aus ökonomischen Erwägungen allgemein verwendet werden. Die Menge des Flußmittels bzw. der Kombination aus Flußmitteln, die verwendet wird, wird nach der Zusammensetzung der Reaktionsmischung so berechnet, daß die Flußmittel ungefähr 5 bis ungefähr 20 Gew.-% der erzeugten Schlacke ausmachen, vorzugsweise ungefähr 10 Gew.-% der Schlacke. Das Flußmittel wird in Form eines fein verteilten Pulvers mit einer durch-

schnittlichen Teilchengröße unter ungefähr 500 Mikron, vorzugswei-

etwa etwa
se zwischen 400 Mikron und 50 Mikron zugegeben. Auf diese Weise I läßt sich eine im wesentlichen gleichmäßige Mischung mit der Reak- !tionsmischung erhalten; die Lösung des Flußmittels in der geschmolzenen Schlackenschicht, die sich bildet, wird erleichtert.

Eine im wesentlichen gleichmäßige Mischung geeigneter Anteile der ^; verschiedenen Reaktionsbestandteile läßt sich dadurch erhalten, daß mechanische Mischvorrichtungen bekannter Art verwendet werden.j

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!Die Menge der gesamten Reaktionsmischung, die hergestellt wird,

jwird nach der Größe des herzustellenden Ferromolybdän-Legierungsblocks, nach dem Verhältnis aus Molybdän zu Eisen in der Ferrolegierung, der Menge des Sauerstoffs, der mit dem Molybdän und dem Eisenträger verbunden ist und die Menge des erforderlichen Reduktionsmittels bestimmt, und schließlich der Menge der Schlackenflußmittel berechnet, die zur Erzeugung der gewünschten Konzentration im geschätzten zu erzeugenden Schlackenvolumen erforderlich sind.

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, kann ein mit feuerfestem Material ausgekleideter Tiegel 4, der von einer Karre 6 getragen wird, innerhalb einer Rauch- und Staubsammelkammer bzw. -haube 8 angeordnet werden. Er steht dabei so, daß er eine Charge der Reaktionsmischung aus einer Rutsche 10 empfängt, die in Kommunikation mit der Unterseite einer Zuführvorrichtung 12 steht. Diese enthält die fein verteilte, gemischte Reaktionsmischung. Die Kammer bzw. Haube 8 ist mit einem Abluftkamin 14 versehen, der mit einem Ablufsystem (nicht gezeigt) verbunden ist. Dieses enthält eine geeignete Filterausrüstung, beispielsweise Papierfilter, welche die Staubteilchen aus den Reaktionsgasen entfernen, die sich bei der exothermen Aufschmelzung entwickeln. Die Sammelkammer 8 ist mit einer Seitentüre 16 versehen, die einen entfernbaren Deckel 18 besitzt. Hierdurch läßt sich Zugang zum Inneren der Kammer gewinnen und kann die geschmolzene Schlacke periodisch aus dem Tiegel über einen oder mehrere in vertikalem Abstand befindliche Schlackenabstiche 20,21 entfernt werden. Der mit feuerfestem Material ausgekleidete Tiegel weist einen Stahlmantel 22 auf, wie am besten aus den Fig. 2 und 3: zu erkennen ist. Dieser ist mit einem Ringflansch um seinen untere^ Abschnitt herum ausgebildet. An diesem Ringflansch ist eine Grund-!

¹ i

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iplatte 24 lösbar befestigt. Die Innenfläche und der Boden des Stahl-

(mantels 22 ist mit einer Schicht aus Sand, mit 26 gekennzeichnet, ausgekleidet. Das Innere dieser Sandschicht wiederum ist mit mehreren feuerfesten Steinen 28 ausgekleidet. Der feuerfest ausgekleidete Tiegel 4 kann rechteckigen oder quadratischen horizontalen Querschnitt aufweisen; bevorzugt werden jedoch kreisförmige oder elliptische Ausbildungen, da die erzeugte Ferrolegierung gleichförmiger auskühlt.

Wie in den Fig. 2 und 3 gezeigt, umfaßt jeder Schlackenanstich 20,

21 eine U-förmige Stahlrutsche 29, die mit einer Schicht aus feuerfesten Steinen 30 derselben Art ausgekleidet ist, wie sie zur Verkleidung des Inneren des Tiegels 4 verwendet wird. Der Stahlmantel

22 besitzt in der Nähe der Schlackenanstiche eine öffnung, in der ein feuerfester Kasten 31 untergebracht ist. Dieser besitzt eine abgestufte öffnung 32, die einen feuerfesten Stopfen 33 aufnehmen kann. Das äußere Ende des feuerfesten Stopfens 33 weist einen Vorsprung oder Knopf 34 auf, wodurch der Stopfen dann leichter herausgezogen werden kann, wenn ein Schlackenabstich vorgenommen werden soll. Eine besonders gute Abdichtung der öffnung 32 durch den feuerfesten Stopfen 33 erhält man dann, wenn eine dünne Schicht aus feuerfester Paste vor dem Einsetzen des Stopfens in den feuerfesten Kasten auf den Stopfen aufgebracht wird. Eine (nicht gezeigte) Hilfsklammer wird normalerweise zusätzlich verwendet, um den feuerfesten Stopfen während der Thermitreaktion zu halten; diese läßt sich leicht entfernen, worauf dann auch der Stopfen entfernt werden kann.

Die vertikale Anordnung der öffnungen 32 der Schlackenanstiche, beizogen auf die Bodenschicht aus gebrannten Tonsteinen im ausgekleide-

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!ten Tiegel wird so gewählt, daß sich ein Schmelzung oder Block der [Ferrolegierung mit bestimmter Dicke ergibt, und daß zusätzlich eine 'Restschlackenschicht in der Größenordnung von ungefähr 2 Zoll (etwa 5 cm) darüber liegt. Ferromolybdän-Legierungsblocks, die besonders dünn sind, sollten nicht angestrebt werden, da die geschmolzene Masse unterschiedlich auskühlt, was zu einer heterogenen Zusammensetzung der resultierenden, verfestigten Masse führt. Andererseits sind Ferromolybdän-Legierungsblocks mit zu großer Dicke sehr schwierig zu handhaben; sie können unter Verwendung herkömmlicher, handelsüblicher Brechvorrichtungen nicht zufriedenstellend gebrochen werden. Bei der im Schnitt in Fig. 3 dargestellten beson·¹ deren Anordnung ist der untere Abschnitt des Inneren des Tiegels 4 mit einer geschmolzenen Schicht aus Ferromolybdän-Legierung angefüllt, die mit 36 bezeichnet ist. Auf ihr schwimmt eine geschmolzene Schlackenschicht, die mit 38 bezeichnet ist. Der Schlackenanstich ist senkrecht in einer Stellung angeordnet, die etwas oberhalb der Zwischenfläche zwischen der Ferromolybdänlegierung und der geschmolzenen Schlackenschicht ist. Auf diese Weise kann der Hauptteil der geschmolzenen Schlacke nach Ablauf der vorgeschriebenen Verweildau-· er abgezogen werden, die zum Absetzen von Tropfen durch die Schlak^J kenschicht in die geschmolzene Masse der Ferrolegierung benötigt wird.

Der Tiegel 4 kann auch mit drei oder mehr Schlackenabstichen verse-j hen sein, die in bestimmten senkrechten Abständen voneinander angeordnet sind. Dadurch können aufeinanderfolgende Schlackenschichten abgezogen werden, was zu einem mehrfachgeschichteten Block aus ein fcchichtenreihe von Ferromolybdän-Legierung führt, die durch relativ

Schmale Schichten aus Restschlacke getrennt sind.

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Ein mehrfachgeschichteter Block 40, der typisch für das ist, was in der in Fig. 3 gezeigten Tiegelanordnung gewonnen wird, ist in Fig. 4 gezeigt. Er umfaßt eine Bodenschicht 42 aus Ferromolybdänlegie-

jrung, eine Zwischenschicht aus Restschlacke 43, eine Zwischenschicht 44 aus Ferromolybdän-Legierung, eine zweite Zwischenschicht

45 aus Restschlacke, eine obere Ferrolegierungsschicht 46 und eine obere Schlackenkappe 48. Der mehrschichtige verfestigte Block 40 wird nach dem Abkühlen so verarbeitet, daß die Schlackenkappe 48 entfernt und die drei Schichten aus Ferromolybdän-Legierung durch Spalten von den Restschlackenschichten 43,45 getrennt werden. Auf diese Weise ergeben sich drei Ferromolybdän-Legierungsbarren. Die Restschlacke, die auf den Oberflächen der Ferromolybdän-Legierungsbarren vorhanden ist, wird mechanisch entfernt, beispielsweise durch Sandstrahlen. Die Schlacke wird vorzugsweise wiederverwendet,

um das innerhalb der Schlackenschicht in der Nähe der Zwischenfläche zwischen Schlacke und Ferro-Legierungsbarren eingeschlossene !Metall wiederzugewinnen. Alternativ hierzu kann die wiedergewonneine Zwischenflächenschlacke pulverisiert und bei der Herstellung darauffolgender Reaktionsmischungen wieder verwendet werden.

Der obere Abschnitt der Schlackenkappe 48 kann weggeworfen werden,

Ida er im wesentlichen frei von Metall und anderen wertvollen Be-

standteilen der Reaktionsmischung ist. Manchmal ist es jedoch wünschenswert, die obere Fläche der Schlackenkappe 48 wegen der Anwesenheit von Schlackenschaum zu verarbeiten, der nicht-reagiertes

piolybdäntrioxid enthält. Dieses kann vorteilhafterweise wiedergewonnen und wieder verwendet werden. Die Ferromolybdän-Legierungsbarreri

ι werden zunächst zerbrochen, beispielsweise durch Fallenlassen einet

Brecherkugel; die sich ergebenden Stücke werden danach in einen ι

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Backenbrecher gebracht, wo die Größe weiter verringert wird. Danach folgt ein Brecher vom Konus-Typ und weitere Mahlvorgänge zur Herstellung eines Pulvers, falls dies gewünscht wird.

Der exotherme Ther_mit-Schmelzvorgang wird dadurch ausgeführt, daß zunächst ein mit feuerfestem Material ausgekleideter Tiegel, wie in Fig. 3 dargestellt, hergestellt wird. Dieser wird auf eine Karre gesetzt und so in Position gebracht, daß die Staubsammelkammer darüber angeordnet werden kann. Die Reaktionsmischung geeigneter Zusammensetzung und Menge, die in einer Zuführeinrichtung 12, wie in Fig. 1 gezeigt, gespeichert ist, wird zunächst so weit zugegeben, daß sich eine kleine, entzündbare Mischung auf dem Boden des Tiegels ergibt. Diese anfängliche Beschickung kann leicht entzündet werden,beispielsweise durch einen elektrischen Funken, einen heißen Draht oder eine exotherme Schmelze aus Natriumperoxid und Aluminiumpulver, die in Form eines Papierbeutels eingebracht und durch Berührung mit Wasser gezündet wird. Die Zündung der Anfangscharge entwickelt Wärme, woraufhin zusätzliche Reaktionsmischung über die Rutsche 10, wie in Fig. 1 gezeigt, mit einer bestimmten Rate zugegeben wird, wodurch die Kontinuität der exothermen Reaktion aufrechterhalten wird. Während die Reaktion fortschreitet unter kontinuierlicher Zugabe von weiterer Reaktionsmischung, bildet sich eine geschmolzene Masse aus Ferromolybdänlegierung auf der Grundseite des Tiegels, wie in Fig. 2 dargestellt, über dieser befindet sich eine schwimmende, geschmolzene Schicht aus Schlacke.

Wenn die geschmolzene Ferromolybdän-Legierung eine Höhe erreicht, die nur geringfügig unterhalb des Schlackenabstichs 20 im Tiegel liegt, wird die weitere Zugabe von Reaktionsmischung gestoppt. Man

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läßt die geschmolzene Masse so lange abstehen, daß metallische !Tropfen sich durch die Schlackenschicht absetzen und in die geschmolzene Ferromolybdän-Legierung eintreten können. Eine Verweildauer zwischen 1/2 und 2 Stunden reicht hierzu normalerweise aus. Am Ende der Verweildauer wird der Stopfen 33 entfernt, wodurch der Hauptteil der geschmolzenen Schlacke aus deren oberer Schicht vom Tiegel durch den Schlackenabstich 20 außerhalb der Reaktionskammer abgezogen werden kann. Der Stopfen wird danach wieder angebracht und der Türdeckel wird wieder an der Sammelkammer befestigt. Zur Verfestigung der Ferrolegierungsmasse, die üblicherweise bei einer Temperatur von ungefähr 32OO°F bis ungefähr 34OO°F (etwa-Π60°C bis 1870 C) eintritt, je nach der jeweiligen Zusammensetzung, kann eine weitere Abkühlung der Reaktionsmasse erforderlich sein. Die verbleibende Schlackenschicht, die einen wesentlich tiefer liegenden Schmelzpunkt besitzt, beispielsweise zwischen 2000 und 2200⁰F (zwischen etwa 1090 und 1200⁰C) bleibt flüssig. Am Ende der notwendigen Kühldauer wird ein zweiter Teil der Reaktionsmischung direkt auf die verbleibende Restschlackenschicht aufgebracht, sowie eine Zündcharge zur Wiederaufnahme der Theremit-Schmelzoperation.

Ein Teil der Restschlackenschicht verbleibt zwischen den benachbarten Ferro-Legierungsbarren, die entstehen; er bildet eine Schicht verringerter mechanischer Stabilität, entlang der eine Spaltung der Ferrolegierungsblocks möglich ist. Die Restschlackenschicht kann auch durch Zugabe eines bestimmten schwer schmelzbaren Materials modifiziert werden, wodurch sich die mehrere Barren enthaltenden Blöcke leichter trennen lassen. Die Zugabe dieses schwer schmelzbaren Materials kann über dieselbe Rutsche 10 erfolgen, die in Fig.1 gezeigt ist; sie erfolgt zur Restschlackenschicht am Ende des

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Schlackenabstiches, oder auf die geschmolzene Schlackenkappe am ' Ende der Absetzperiode, falls kein Schlackenabstich vorgenommen jwird. In beiden Fällen können als Material, welches als Zugabe zur jSchlackenschicht und zur Ausbildung einer Barriere verwendet werden können, irgendein schwer schmelzbares Material derart benutzt werden, welches mit der Schlackenschicht kompatibel ist und die hergestellte Ferromolybdän-Legierung nicht nachteilig beeinflußt. Besonders zufriedenstellende Ergebnisse erhält man unter Verwendung von sauren schwer schmelzbaren Materialien, beispielsweise Siliciumdioxid oder Ton (Aluminiumsilikat), sowie übliche Backsteine selbst, die ohne weiteres in Form von Backsteinen in die geschmolzene Schlackenschicht eingebracht werden können, die sich dann dort zersetzen und in Form einer Schicht sich nach unten in die Nähe der Zwischenfläche gegen die darunterliegende Ferromolybdän-Legierung bewegen.

Das schwer schmelzbare Material kann auch in Form eines Blattes bzw. eines Zuschnitts eingefügt werden, das aus gewobenen Keramik-: fasern besteht. Dieses Blatt bzw. dieser Zuschnitt wird auf eine >

Größe geschnitten, die im wesentlichen dem horizontalen Querschnitt des Tiegels entspricht. Keramische Blätter dieser Art, die aus ;

keramischen Fibern bestehen, welche Aluminiumoxid und Siliciumdioxid enthalten, sind von der Firma Carborundum kommerziell erhält-' lieh. Wenn ein Blatt, welches aus derartigen keramischen Fasern beisteht, verwendet wird, wird dieses über der offenen Oberseite des Tiegels am Ende der Absetz- und Kühldauer fallengelassen, bevor die nächste thermite Reaktion eingeleitet wird. In jedem Falle ist, die Menge des zugegebenen schwer schmelzbaren Materials nicht kritisch; sie kann von relativ kleinen Beträgen, welche das Spal-

ten benachbarter Barren erleichtern, bis zu solchen Mengen variie-

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ren, die in nicht unerwünschter Weise das Volumen der Schlackenschicht vergrößern.

Trotz der Turbulenz der exothermen Reaktion verbleibt eine dünne jRestschlackenschicht. Wenn bei Fortdauer der Reaktion weiteres

Material zugegeben wird, entsteht eine zweite Schicht aus Ferromolybdän-Legierung, auf der eine geschmolzene Schlackenschicht schwimmt. Die Zugabe von Reaktionsmaterial kann wiederum auf eine Weise unterbrochen werden, wie dies oben beschrieben wurde, wodurch der Hauptteil der zweiten Schlackenschicht nach einer geeigneten Verweildauer abgezogen werden kann. Darauf wird erneut eine weitere, dritte Charge aus Reaktionsmaterial zugegeben. Die Zufuhr von Reaktionsmischung wird gestoppt, wenn das Volumen des Tiegels ausgefüllt ist. Danach kann der Hauptteil der oberen, geschmolzenen Schlackenschicht ebenfalls abgezogen werden, falls dies gewünscht wird. Diese obere Schlackenschicht kann auch beibehalten werden.

jMan läßt sie dann zusammen mit der darunterliegenden Schicht zu i

einem mehrschichtigen Block verfestigen, wie er als Block 40 in i

|Fig. 4 dargestellt ist. Nachdem die Verfestigung über eine Zeitdauer von ungefähr 24 Stunden stattgefunden hat, wird die Grundplatte 24 des Tiegels von dem oberen Stahlmantel entfernt; der verfestigte, mehrschichtige Block und die schwer schmelzbare Verkleidung fällt heraus. Nach einer weiteren Kühlperiode wird die schwer schmelzbare Verkleidung entfernt und der Block getrennt, wodurch die Ferromolybdän-Barren wie beschrieben gewonnen werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird zwar ein Teil der geschmolzenen Schlackenschicht zwischen aufeinanderfolgenden Thermit-Reaktionen abgezogen; es kann jedoch auch genügen, ;

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mehrschichtige Blocks zu erzeugen, ohne daß ein Schlackenabstich zuhilfegenommen wird. Wenn kein Schlackenabstich stattfindet, wird jede thermite Reaktion so lange durchgeführt, bis ein Barren innerhalb eines Dickenbereiches zwischen mehreren Zolle (mehreren Zentimetern) und einem Fuß (etwa 30 cm) erreicht ist. Es folgt eine Absetzperiode und danach eine Kühlperiode zur Verfestigung der Ferrolegierungsmasse. Die hohe Temperatur der geschmolzenen Schlakkenkappe reicht üblicherweise aus, die Zündung der darauffolgenden Reaktionsmischung zu bewirken. Die Temperatur und die Turbulenz der exothermen Ther_mit-Reaktion läßt einen Teil der geschmolzenen Schlackenkappe nach oben wandern; dieser wird von der zweiten, entstehenden Ferrolegierungsmasse so verschoben, daß die Schlackenschicht, welche benachbarte Barren des mehrschichtigen Blockes trennt, verhältnismäßig dünn ist, auch wenn kein Schlackenabstich vorgenommen wird. Bei diesem Arbeitsverfahren bleibt der Hauptteil der Schlacke im Tiegel, was die Anzahl von Schichten aus Ferrolegierung beschränkt, die untergebracht werden können. Aus diesem Grunde wird die Herstellung mehrschichtiger Blöcke unter Verwendung des Schlackenabstichs bevorzugt.

Zum Zerbrechen der am Ende des Kühlvorgangs erhaltenen Legierungsbarren können die mehrschichtigen Blocks oder die einzelnen, getrennten Barren einer Wasserabschreckung unterzogen werden, während sie sich noch auf höherer Tempera_tur befinden. Dadurch erfolgt eine Kristallisation der Oberflächenschicht in Bruchmustern. Diese Wasserabschreckung erleichtert außerdem die Spaltung und Trennung von Barren eines mehrschichtigen Blocks in den Fällen, bei denen eine gewisse Interdiffusions-Bindung zwischen benachbarten Barren über einen Teil der einander gegenüberliegenden Flächen erfolgt

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Ferromolybdänlegierungen mittels einer Thermitschmelzreaktion, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Herstellen einer im wesentlichen gleichförmige^, fein zerteilten Mischung aus einem Molybdänoxid, einem Eisenträger, einem Reduktionsmittel, welches in einer Menge vorliegt die im wesentlichen gleich der stöchiometrisch zur Durchführung der Reaktion mit dem Sauerstoff, der mit dem Molybdänoxid und dem Eisenträger verbunden ist, erforderlich ist, und aus einem Schlackenflußmittel; Eingeben eines ersten Teils der Mischung in einen schwer schmelzbaren Tiegel; Zünden dieses ersten Teils wodurch eine exotherme Thermitreaktion zwischen dem Reduktions·· mittel und dem Molybdänoxid und dem Eisenträger erzeugt wird; progressives Zugeben eines zweiten Teils der Mischung in den Tiegel, wodurch die Reaktion aufrechterhalten wird, welche eine geschmolzene Masse aus Ferromolybdän-Legierung bildet, auf deren oberer Fläche eine erste Schlackenschicht schwimmt; Unterbrechen der Zugabe von Reaktionsmischung für eine Zeitdauer, in der die geschmolzenen Tropfen der Ferromolybdänlegierung aus der ersten Schlackenschicht in die geschmolzene Masse wandern

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ORIGINAL INSPECTED

können; Abkühlen der geschmolzenen Masse zur Verfestigung, wo-

I bei ein erster Ferromolybdän-Legierungsbarren gebildet wird; : progressives Zugeben eines dritten Teils der Reaktionsmischung in den Tiegel auf die geschmolzene Schlackenschicht, wodurch ^: die Ther_,mitreaktion wieder gezündet und aufrechterhalten wird und eine zweite geschmolzene Masse aus Ferromolybdän-Legierung gebildet wird, auf der sich eine zweite Schlackenschicht befindet; Abkühlen der Reaktionsmasse zur Verfestigung der zweiten geschmolzenen Masse, welche einen zweiten Ferromolybdän-Legierungsbarren bildet, sowie der zweiten Schlackenschicht, die sich hierauf befindet; Extraktion der verfestigten Reaktionsmassen; Trennung der beiden Ferromolybdän-Legierungsbarren von der Schlacke.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Unterbrechen der Zugabe von Reaktionsmittel für die Zeit, die notwendig ist, um eine Wanderung der geschmolzenen Tropfen aus Ferromolybdän-Legierung von der ersten Schlackenschicht in die geschmolzene Masse notwendig ist, die obere Schicht der ^l geschmolzenen ersten Schlackenschicht aus dem Tiegel abgezogen wird, so daß deren Hauptvolumen entfernt wird und eine Restschlackenschicht verbleibt, die über der Ferromolybdän-Legierungsflache liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem

ι Kühlen der ersten und zweiten geschmolzenen Masse bis zur Ver- ;

festigung des ersten und des zweiten Ferromolybdän-Legierungs- j

barrens die obere Schicht der ersten geschmolzenen Schlacken- |

ι schicht und der zweiten geschmolzenen Schlackenschicht aus dem !

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Tiegel abgezogen werden, wodurch das Hauptvolumen entfernt wird und eine erste Restschlackenschicht und eine zweite Restschlakkenschicht verbleiben, die über der oberen Fläche des ersten bzw. zweiten Ferromolybdän-Legierungsbarrens liegen.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das progressive Zugeben eines zweiten Teils der Reaktionsmischung in den Tiegel kontinuierlich durchgeführt wird, mit einer geregelten Geschwindigkeit, welche die Reaktion kontrolliert aufrechterhält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Kühlen der geschmolzenen Masse bis zur Verfestigung und Ausbildung eines ersten Ferromolybdän-Legierungsbarrens eine bestimmte Menge an schwer schmelzbarem Material in die darüberliegende, geschmolzene erste Schlackenschicht gegeben wird, wodurch sich dieses zersetzt und in Form einer Schicht in Nähe der Grenzfläche des darunterliegenden Ferromolybdän-Legierungsbarrens absetzt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsmittel in der Reaktionsmischung eine Kombination aus Silicium und Aluminium mit einem Gewichtsverhältnis von 4 Teilen Silicium pro Teil Aluminium bis 10 Teilen Silicium pro Teil Aluminium enthält.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die extrahierte und verfestigte Reaktionsmasse in Wasser abgeschreckt wird, während sich die beiden Ferromolybdän-Legierungsbarren

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noch auf höherer Temperatur befinden, wodurch Bruchmuster in deren Oberflächenschichten eingebracht werden.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das schwer schmelzbare Material einen Aluminium-Silikat-Ton enthält, der in Form agglomerierter Teilchen zugegeben wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das schwer schmelzbare Material Keramikfasern umfaßt, die in Form eines Faserbogens angeordnet sind, der über der geschmolzenen Schlackenschicht angebracht wird.

0. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Kühlen der geschmolzenen Masse bis zur Verfestigung und Ausbildung eines Ferromolybdän-Legierungsbarrens die obere Schicht der geschmolzenen Schlackenschicht aus dem Tiegel abgezogen wird, wobei der Hauptteil entfernt und eine Restschlakkenschicht hinterlassen wird, die über der Grenzfläche des darunter befindlichen Ferromolybdän-Legierungsbarrens liegt, und daß danach ein schwer schmelzbares Material in die Restschlakkenschicht so eingegeben wird, daß es sich zersetzt und in Form

i einer Schicht absetzt, die über der Grenzfläche des darunterlie[-

genden Ferromolybdän-Legierungsbarrens liegt. I

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