DE2736544B2

DE2736544B2 - Verfahren zur carbothermischen Herstellung von Aluminium-Silicium-Legierungen

Info

Publication number: DE2736544B2
Application number: DE2736544A
Authority: DE
Inventors: Charles Norman Oakmont Cochran; Subodh Kumar Apollo Das; Richard Aldo Natrona Milito
Original assignee: Aluminum Company of America
Current assignee: Howmet Aerospace Inc
Priority date: 1976-12-06
Filing date: 1977-08-11
Publication date: 1979-04-19
Also published as: FR2372900A1; JPS5370906A; BR7705858A; DE2736544A1; JPS5626701B2; ZA774578B; PL108145B1; NO773011L; GR68689B; FR2372900B1; ES462020A1; SU786919A3; PL200876A1; IT1080106B; AU2704377A; HU176191B; SE7708608L; AU507224B2; US4053303A; IN148616B

Description

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als aluminiumoxidreiches Erz Bauxit mit ijiicht weniger als 35% Aluminiumoxid und nicht mehl* als 15% Siliciumdioxid zugemischt wird

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des Gewichtsverhält- « nisses Siliciumdioxid durch Auslaugen mit einer Fluorwasserstoffsäure-Lösung entfernt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Erz-Kohlenstoffgemisch zur Erzielung der Reduktionswärme durch Verbrennung -to in Luft oder einem sauerstoffreicheren Gemisch zusätzlich Kohlenstoff in einer Menge von 40 bis 60% des besagten Gemischs zugemischt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Reduktionsstufen (a) und (b) die Reduktionswärme durch Kohlenstoff-Verbrennung und für die Reduktionsstufe (c) durch elektrischen Strom erzeugt wird.

6. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1, 3, 4 und 5 auf Anorthosit als Aluminiumoxid und Siliciumdioxid enthaltendes Erz.

7. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, auf Siliciumdioxid und Aluminiumoxid enthaitende Materialien, die Eisenoxid in einer Menge von 0,5 bis 30% enthalten.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur carbothermischen Herstellung von Aluminium-Silicium-Legierun- gen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es beispielsweise aus der US-PS 36 61561 bekannt geworden ist Nach dieser Patentschrift reagiert heißer Sauerstoff mit Kohlenstoff unter Bildung von Kohlenmonoxidgas, um die Temperaturen in der Reaktionszo- ne des Ofens über 2050⁰C zu erhalten. Außerdem beschreiibt die US-Patentschrift 36 61 261 ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Silicium-Legierungen in einem Hochofen mit zwei Reaktionszonen. Dieses Verfahren erfordert, daß in der ersten Zone aus Kohlenstoff und Sauerstoff gebildetes Kohlenmonoxidgas in eine zweite Zone eingeführt wird, die Koks und Aluminium-Siliciumdioxid-Erz enthält Die heißen Kohlenmonoxidgase streichen durch die zweite Zone und stellen die zur Bildung der Aluminium-Silicium-Legierung erforderliche Wärme zur Verfügung. Femer ist in der US-Patentschrift 37 58 289 ein Zweistufenverfahren zur Bildung von Aluminium-Silicium-Legierung aus Aluminiumoxid enthaltenen Erzen beschrieben. In der ersten Stufe wird in dem Erz enthaltenes Siliciundioxid zu einem Produkt reduziert, das Siliciumcarbid enthält Dieses Verfahren erfordert, daß das in der ersten Stufe gebildete Produkt in einem Lichtbogenelektroofen gebracht und in diesem erwärmt wird, in dem dann das Siliciumcarbid in elementares Silicium und das Aluminiumoxid in elementares Aluminium umgewandelt wird. Bei diesen Verfahren gebildete Gase können jedoch durch die Reduktionsstufen strömen, was aufgrund des Durchströmungseffektes der Gase zu einem erheblichen Produktverlust führt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Problem des Produktverlusts praktisch auszuschalten, indem eingestellte Reaktionsstufen bei der Aluminium-Silicium-Legierungsbildung aus Aluminiumoxid und Siliciumdioxid enthaltendem Erz benutzt werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen herausgestellt

Es werden Aluminium-Silicium-Legierungen gebildet indem ein Gemisch, das Aluminiumoxid, Siliciumdioxid und Kohlenstoff liefernde Ausgangsmaterialien enthält, auf eine Temperatur in dem Bereich von 1500 bis 1600°C unier Bildung von Siliciumcarbid und Kohlenmonoxid gebracht wird. Das siliciumcarbidhaltige Gemisch wird dann auf eine Temperatur in dem Bereich von 1600 bis 1900⁰C, vorzugsweise 1700 bis 1900⁰C gebracht, um Aluminiumoxidcarbid und Kohlenmonoxid zu ergeben. Danach wird das siliciumcarbid- und aluminiumoxycarbidhaltige Gemisch auf eine Temperatur in dem Bereich von 1950 bis 2200° C gebracht, um die Aluminium-Silicium-Legierung zu bilden. Während jeder Reaktionsstufe gebildetes Kohlenmonoxid streicht nur durch die betreffenden Reaktions- oder Vorreaktionsstufen, wodurch die erzielte Ausbeute an Legierung auf einen Höchstwert gesteigert wird.

Es wird eine Aluminium-Silicium-Legierung aus einem Gemisch von Kohlenstoff und Aluminiumoxid-Siliciumdioxid enthaltenden Materialien durch Umsetzung dieser Materialien in drei Stufen carbothermisch gebildet In der ersten Stufe wird das Gemisch bei einer Temperatur in dem Bereich von 1500 bis 1600° C zu Siliciumcarbid und Kohlenmonoxid umgesetzt In der zweiten Stufe wird das siliciumcarbidhaltige Gemisch dann einer Temperatur in dem Bereich von 1600 bis 1900⁰C unterworfen, wobei sich Aluminiumoxycarbid und Siliciumcarbid bilden, und in der dritten Stufe werden das Siliciumcarbid und das Aluminiumoxycarbid einer Temperatur in dem Bereich von 1950 bis 2200⁰C ausgesetzt, wobei sich eine Aluminium-Silicium-Legierung bildet Durch diese stufenweise Durchführung der Umsetzung können Kohlenmonoxid und andere während der Behandlung bei 1500 bis 1600⁰C gebildete gasförmige: Reaktionsprodukte abgezogen werden, ohne daß sie durch die während der Behandlung bei höheren Temperaturen gebildeten Materialien strei-

chen. Außerdem können Kohlenmonoxid und andere während der Behandlung bei 1600 bis 1900⁰C gebildete gasförmige Reaktionsprodukte abgezogen werden, ohne daß sie durch die Legierungsbildungsstufe gelangen. Dadurch wird ein Verlust an Legierung vermieden.

Zu Aluminiumoxid und Siliciumdioxid enthaltenden Materialien, die hier in Betracht kommen, gehören Erze, wie z. B. Anorthosit, Nephelin, Dawsonit, Bauxit, Latent und Schiefer. Zu anderen Materialien, die als Aluminiumoxid lieferndes Material verwendet werden können, gehören Asche und KohieabfalL Die Aluminium-Siliciumdioxid enthaltenden Materialien der bezeichneten Art und andere für die Erfindung geeignete Materialien werden in der nachfolgenden Tabelle mit den typischen Zusammensetzungsbereichen in Cew.-% angegeben.

Aluminiumhaltige Ausgangsmaterialien — Bereiche chemischer Zusammensetzung (Gew.-%)

Ausgangsmaterial

Al₂O₃

SiO₂

Fe₂O₃

Ausgangsmaterial

CaO

MgO

Na₂O

TiO₂

Anorthosit 16,1-32,72 45,78-60,7 0,15-9,90 0,02-3,21

(Mittelwert) (25,72) (54,54) (0,83) (0,52)

Nephelin enthaltende Erze 12,4-27,10 38,35-60,03 1,54-8,64 0,40-2,6

(Mittelwert) (21,30) (55,38) (2,42) (0,66)

Leucit enthaltende Erze 7,90-20,29 39,23-51,93 3,17-7,59 0,20-4,29

(Mittelwert) (16,05) (47,05) (3,49) (1,54)

Alumetierte Erze 17,58-29,45 0,22-65,80 0,02-10,37 0,05-3,80

Dawsonit enthaltende Erze 9,78-13,81 35,1-53,3 3,67-4,82

AlPO₄ enthaltende Erze 5,98-14,9 40,92-69,46 1,32-2,86 0,31-0,65

Bauxit 33,15-61,51 0,43-38,60 0,96-28,90 0,67-4,08

Latente 15,1-44,1 2,25-68,0 3,8-60,00 0,16-6,40

Schiefer mit hohem Aluminiumoxidgehalt 11,36-39,50 45,60-78,63 0,67-6,74 0,50-0,93

Kohleabfall Ascheanalyse 8,0-38,2 15,0-68,7 1,30-56,3 0,5-4,7

Kohle und Lignitflugasche 2^-36,3 4,8-68,7 1,9-36,3 0,56-1,09

(Fortsetzung)

K₂O

Anorthosit
(Mittelwert)

Nephelin enthaltende Erze
(Mittelwert)

Leucit enthaltende Erze
(Mittelwert)

Alumetierte Erze

Dawsonit enthaltende Erze

AlPO₄ enthaltende Erze

Bauxit

Latente

Schiefer mit hohem Aluminiumoxidgehalt

Kohleabfall Ascheanalyse

Kohle und Lignitflugasche

5,0-18,72 (9,62)	0,02-6,43 (0,83)	0,68-7,1 (4,66)	0,03-3,1 (1,06)
0,36-19,94 (1,98)	0,22-5,99 (0,57)	3,72-9,72 (8,84)	0,25-9,54 (5,34)
1,65-12,36 (10,80)	0,22-17,58 (6,20)	0,90-8,49 (2,35)	4,98-9,81 (5,38)
0,05-0,26	0,01-1,0	0,16-4,72	0,71-10,46
14,8-33,9	7,0-13,43	1,6-4,4	1,6-4,5
0,20-8,98	0,01-	0,03-0,23	0,00-
0,00-6,7	0,00-0,34	0,00-0,16	0,00-0,34
0,47-2,80	0,23-1,66
0,10-8,90	0,84-3,52	0,11-1,92	2,21-5,0
<0,02-36,0	0,2-10,8	0,1-8,2	0,1-4,7
2,54-49,81	0,2-25,5	0,2-9,0	0,2-1,42

Erze, wie z. B. Anorthosit, Nephelin, Leucit und Dawsonit, enthalten erhebliche Mengen CaO, MgO, Na2O und K₂O. Anorthosit, der ein Gemisch von Anorthit (CaOAl₂O₃-2 SiC₂) und Albit (NaAlSi₃O₈) enthält, ist eine bevorzugte Quelle für Aluminiumoxid bei der Erfindung.

Zur Erzielung einer wirtschaftlichen carbothermischen Reduktion des Aluminiumoxid-Siliciumdioxid enthaltenden Materials muß der Gehalt des Materials an Siliciumdioxid und Aluminiumoxid einem Gewichtsverhältnis entsprechen, der in den Bereich von 0,15 bis 1,1, vorzugsweise von 0,7 bis 1,0, fällt Ein Verhältnis von 0,7 bis 1,0 wird aus mehreren Gründen bevorzugt Bei einem Verhältnis unter 0,7 besteht eine Neigung zur Bildung von Aluminiumcaibid, was die Gesamtausbeute verringert. Außerdem ist beim Vorhandensein größerer Anteile Siliciumdioxid die erforderliche Menge zur Erzielung eines Erzes mit dem bevorzugten Verhältnisbereich stark verringert, besonders wenn der Siliciumdioxidgehalt hoch ist, wie in geringgradigen Aluminiumoxiderzen. Das heißt, die höheren Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Verhältnisse sind vom wirtschaftlichen Standpunkt aus viel vorteilhafter.

Unter Materialien mit geringem Aluminiumoxidgehait sind hier solche zu verstehen, die einen Aluminiumoxidgehalt unter 35% und typischerweise in dem

Bereich von 8 bis 35 haben. Solche Materialien mit geringem Aluminiumoxidgehalt enthalten normalerweise 25 bis 65% Siliciumdioxid.

Bei Verwendung von Materialien mit niedrigem Aluminiumoxidgehalt, wie z. B. Anorthosit, oder mit niedrigem Kieselsäuregehalt, wie z. B. Bauxit, kann das Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Verhältnis so eingestellt werden, daß es in den oben angegebenen Verhältnisbereich fällt Wenn Anorthosit als Ausgangsmaterial benutzt wird, der ein Siliciumdioxid- Aluminiumoxid- ι ο Verhältnis von etwa 2,15 aufweist, kann dieses Verhältnis durch Zugabe von aluminiumoxidreichen Erzen mit z. B. vorzugsweise geringem Siliciumdioxidgehalt, wie z. B. Bauxit, auf einen Wert innerhalb des angegebenen Bereichs eingestellt werden. Der für eine is solche Einstellung verwendete Bauxit soll nicht weniger als 35% Aluminiumoxid enthalten. Ferner soll der Bauxit vorzugsweise Aluminiumoxid in dem Bereich von 40 bis 55% und Kieselsäure in dem Bereich 0,1 bis 15% enthalten. Es ist außerdem vorteilhaft, wenn erhebliche Eisenox.dmengen entweder in dem zum Einstellen benutzte 1 Material, wie z. B. dem Bauxit, oder in dem Ausgangsriattrial vorhanden sind. Typischerweise kann Eisenoxid in dem Bereich von 0,5 bis 30% vorhanden sein. Das Vorhandensein von Eisenboxid führt dazu, daß Eisen in der Legierung enthalten ist, was, wie angenommen wird, zu einer Verringerung der Flüchtigkeit der Legierung während der Bildung und dementsprechend zu höheren Produktausbeuten führt. Es können auch angereicherte Stoffe, die reich an Aluminiumoxid sind, wie z. B. Bauxit, verwendet werden, jedoch wird dieses viel weniger bevorzugt, und zwar wegen der gesonderten Verfahrensstufe und der mit dem Anreichern verbundenen Kosten.

Zu einer anderen Methode zur Einstellung des Verhältnisses auf einen Wert innerhalb des bevorzugten Bereichs gehört das Entfernen des Siliciumdioxids durch physikalische Aufbereitung oder durch Auslaugen. Zum Beispiel kann alpha-Quarz, der einen großen Prozentsatz der Kieselsäure in dem Anorthosit ausmacht, bis zu einem Grade, der den Effekt der Kieselsäure bis auf ein Kleinstmaß beschränkt, durch Behandeln des Erzes mit Fluorwasserstoffsäure entfernt werden. Zur Entfernung des Siliciumdioxids soll die Fluorwasserstoffsäure eine Konzentration in dem Bereich von 1 bis 10% haben. Die Temperatur der Auslaugelösung soll in dem Bereich von 60 bis 100° C liegen, und die Dauer des Auslaugens soll •/2 Stunde bis 3 Stunden betragen. Bei Verwendung von Fluorwasserstoffsäure zum Auslaugen von Anorthosit kann das Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Gewichtsverhältnis durch eine 10%ige HF-Lösung bei 100°C während einer Stunde von 2,2 auf 1,4 gesenkt werden. Dementsprechend wird die zur Schaffung des erwünschten Gewichtsverhältnisses erforderliche Menge von aluminiumoxidreichem Erz wesentlich verringert

Der Siliciumdioxidgehalt von Schiefer oder Flugasche kann z. B. durch Auslaugen mit Fluorwasserstoffsäure verringert werden, um das erwünschte Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Verhältnis zu erhalten. Es wird darauf hingewiesen, daß die höheren Berhältnisse im Hinblick auf das Auslaugen von Siliciumdioxid sehr bevorzugt werden, weil das erforderliche Ausmaß des Auslaugens wesentlich verringert wird.

Bei noch einer anderen Methode zur Erzielung des oben angegebenen Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Ge- öd Wichtsverhältnisses kann Siliciumdioxid zugegeben werden. Wenn z. B. Bauxit mit einem Siliciutndioxid-Aluminiumoxid-Verhältnis in dem Bereich von 0,02 bis 0,05 benutzt wird, kann eine Siliciumdioxid liefernde Verbindung zugegeben werden, um das erwünschte Gewichtsverhältnis zu erzielen.

Es ist ersichtlich, daß eins Kombination dieser Verfahrensstufe zur Einstellung des Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Verhältnisses angewendet werden kann.

Zur Vorbereitung eines Erzes zur Verwendung bei der Erfindung sollte dieses bis zu einer Teilchengröße von 0,074 bis 1,168 mm, vorzugsweise von 0,147 bis 0389 mm, zerkleinert werden. Bevor das Aluminiumoxid-Siliciumdioxid enthaltende Material auf ein Gewichtsverhältnis innerhalb des oben angegebenen Bereichs eingestellt wird, ist es vorteilhaft dieses Material einer Aufbereitung oder mechanischen Trennung, wie z. B. einer Flotation oder einem Sinkscheideprozeß oder einem Magnettrennverfahren, zu unterwerfen. Wenn das Erz z.B. Anorthosit ist ist es vorteilhaft, es einer Salzsäure-Behandlung zu unterwerfen, um Calciumoxid (CaO) und Natriumoxid (Na2O) und dergL zu entfernen. Für eine solche Behandlung soll die Salzsäure eine Konzentration in dem Bereich von 5 bis 20% haben und soll die Temperatur in dem Bereich von 60 bis 100°C liegen. Eine typische Dauer für eine solche Behandlung liegt in dem Eiereich von '/2 Stunde bis 3 Stunden. Nach einer solchen Behandlung kann das Erz gewaschen werden. Eine solche Behandlung kann mit der Säureauslaugung zur Entfernung von Siliciumdioxid kombiniert werden.

Zur Reduktion soll ein Gemisch vorliegen, das das Siliciumdioj:id-Aluminiumoxid in dem gewünschten Gewichtsverhältnis und kohlenstoffhaltiges Material enthält Ein solches Gemisch soll 15 bis 30% kohlenstoffhaltiges Material, bezogen auf den Kohlenstoffgehalt des Materials enthalten, wobei ein bevorzugter Anteil 19 bis 28% entspricht Wenn Aluminiumoxid-Siliciuindioxid enthaltende Materialien, wie z. B. Schiefern verwendet werden, kann eine bestimmte Menge kohlenstoffhaltiges Material in dem Schiefer enthalten sein, so daß sich die von reduzierendem Material zuzugebende Menge entsprechend verringert. Zu geeigneten kohlenstoffhaltigen Materialien gehört Koks, wobei ein bevorzugtes Material metallurgischer Koks ist, weil dieser eine hohe Porosität hat, welche die Reduktionsreaktion fördert

Das Gemisch wird in einem Hochofen reduziert. Zum Zwecke der Reduktion und zum Erwärmen in einem Hochofen soll weiteres kohlenstoffhaltiges Material zur Verfugung stehen. So sollen außer dem für die Reduktion vorgesehenen Material 40 bis 60% kohlenstoffhaltiges Material für Erwärmungszwecke in dem Hochofen vorgesehen werden.

Wenn das Aluminiumoxid-Siliciumdioxid enthaltende Material ölschiefer ist ist es vorteilhaft, flüchtige Kohlenwasserstoffe vor Einstellung des Siliciumdioxid-Aluminiumoxid-Verhältnisses aus dem Schiefer zu entfernen. Zu solchen Behandlungen können eine physikalische oder chemische Aufbereitung und Karbonisierung gehören. In dem Schiefer schon vorhandener Koks verringert wie oben angegeben ist, die zuzugebende Menge von reduzierendem Material.

Das Verfahren wird durchgeführt, um die Herstellung von Aluminium-Silicium-Legierungen entsprechend den folgenden Reaktionen zu bewirken:

(a) 3 SiO₂ + 9 C - 3 SiC + 6 CO

(b) 2 Al₂O₃ + 3 C - AI4O4C + 2 CO

(c) AI4O4C + 3 SiC -* 4 Al + 3 Si + 4 CO

Die Reaktionen (a), (b) und (c) werden bei Temperaturen in dem Bereich von 1500 bis 1600⁰C, 1600 bis 1900⁰C und 1950 bis 2200°C durchgeführt. Das heißt, das Verfahren der Erfindung muß so gesteuert werden, daß die Umsetzungen innerhalb dieser Temperaturbe- ■"> reiche stattfinden, damit die zur Bildung von Aluminium-Silicium-Legierungen verwendeten Materialien nach dieser Reaktionsfolge reagieren. So müssen am oberen Ende des Ofens eingetragene Aluminiumoxid-, Siliciumdioxid- und Kohlenstoffmaterialien auf eine to Temperatur in dem Bereich von 1500 bis 1600⁰C erwärmt werden, um die Umsetzung (a) zu erreichen. Das Erwärmen bei dieser Temperatur soll in einer Zone nahe dem oberen Teil des Ofens stattfinden. Diese erwärmte Zone ermöglicht ein Entweichen von r> Kohlenmonoxid, ohne daß dieses durch die nachfolgenden Zonen höherer Temperatur streicht. Wenn dann die Umsetzung (b) durchgeführt wird, wird gebildetes Kohlenmonoxid ebenfalls entfernt, ohne daß es durch die Zone der Legierungsbildung streicht.

Es ist von besonderer Bedeutung, daß das Strömen des Kohlenmonoxidgases durch die Zonen auf ein Mindestmaß beschränkt wird. Das heißt, .wenn ein großes Volumen Gas durch die Zonen, insbesondere die Metallbildungszone, strömen kann, wird nur eine sehr 2·> geringe Menge Aluminium-Silicium-Legierung erhalten. Das Fehlen von Temperaturzonen in dem Ofen kann zu einem Verlust von wertvollem Produkt führen, weil durch die Metallbildungszone strömendes Gas eine erhebliche Menge von Legierungsprodukt entfernt. «)

Bezüglich der Umsetzungen wird darauf hingewiesen, daß die in der Zone niedriger Temperatur gebildete Kohlenmonoxidmenge etwa '/2 der in dem Ofen gebildeten Kohlenmonoxidmenge ausmacht. Außerdem wird nur '/β des Kohlenmonoxids in der mittleren f> Temperaturzone gebildet. Dementsprechend strömen ²Ii des gesamten gebildeten Kohlenmonoxidgases nicht durch die Zone der Legierungsbildung, was zu einer hohen Produktionsausbeute führt.

Die Messung der Volumenprozente Kohlenmonoxid- ■»<> gas, das von einer Charge von Aluminiumoxid-Siliciumdioxid enthaltendem Material und Kohlenstoff entwikkelt wurde, welche in einem Elektroofen von Raumtemperatur bis etwa 2100⁰C erwärmt wurde, ergab, daß die Kohlenmonoxidgasentwicklung einen Höchstwert bei etwa 1580° C annimmt, was die Bildung von Siliciumcarbid und Kohlenmonoxid entsprechend der Reaktion (a) anzeigt Außerdem ist festgestellt worden, daß die Entwicklung von Kohlenmonoxidgas wiederum einen Höchstwert bei etwa 1780⁰C in Obereinstimmung mit w der Reaktion (b) annimmt und ein drittes Mal einen Höchstwert bei etwa 2080⁰C zeigt, was ein Zeichen für die Bildung der Aluminium-Silicium-Legierung ist.

Die Steuerung der Reaktionen innerhalb dieser Temperaturzonen dient nicht nur dazu, den Durchströ- mungseffekt des während der Reduktion von Aluminiumoxid und Siliciumdioxid gebildeten Kohlenmonoxids auf ein Mindestmaß zu beschränken, sondern auch dazu, den Effekt des aus anderen Quellen entwickelten Kohlenmonoxids so gering wie möglich zu halten. Das to heißt, daß ζ. B. in dem Erz enthaltene Oxidverunremigungen, wie z. B. Fe₂O₃. K₂O, Na₂O. TiO₂. MgO und CaO aufgrund der Kohlenmonoxidentwkkhing verringert werden können. Es kann dementsprechend ersehen werden, daß es sehr vorteilhaft ist, derartiges Kohlenmonoxid abzuziehen, ohne daS es durch die Zone der Legierungsbildung strömt

Bei der Reduktionsreaktion und beim Erwärmen kann gemeinsam mit SiO, AI2O, Si und Al in Dampfform entwickeltes Kohlenmonoxid zum Vorwärmen der eintretenden Beschickung dienen. Beim Vorwärmen der Beschickung können SiO, AbO und Al durch Kondensation auf der Beschickung wiedergewonnen und dadurch in den Ofen zurückgeführt werden. Dementsprechend dient das Geringhalten des Durchströmungseffekts von Kohlenmonoxidgas durch die Zone der Lagerungsbildung gemeinsam mit der Kondensation von flüchtigen Bestandteilen auf der Beschickung dazu, die Ausbeute an Aluminium-Silicium-Legierung auf einen Höchstwert anzuheben.

Die Wärmezufuhr oder die Temperatur der genannten Reaktionszonen kann durch die Sauerstoffmenge eingestellt werden, weiche in jeder Zone vorhanden ist. Das heißt, die Temperatur jeder Zone kann durch Steuerung der Sauerstoffmenge, die in jeder Zone zum Vorbrennen mit Kohlenstoff vorhanden ist, reguliert werden.

Eine der wesentlichen Vorteile der Erfindung beruht auf der Tatsache, daß vergleichsweise billige Stoffe zur Erzeugung der Wärme verwendet werden können, die für die Durchführung der Reaktionen erforderlich ist. Das heißt, die Durchführung der Reaktionen in der oben angegebenen Reihenfolge ermöglicht die Bildung der Aluminium-Silicium-Legierung in Übereinstimmung mit den Prinzipien eines Hochofens. Außerdem ermöglicht die Durchführung der Reaktionen, wie oben angegeben ist, die Verwendung von Luft als Sauerstoffquelle in mindestens den ersten beiden Zonen. Gewünschtenfalls kann mit Sauerstoff angereicherte Luft in den ersten beiden Zonen verwendet werden.

Bei Kenntnis des Beschickungsgrads von Aluminiumoxid und Siliciumoxid enthaltenden Materialien für den Ofen kann eine eingestellte Sauerstoff- und Kohlenstoffmenge zu jeder Zone gegeben werden, um darin die erforderliche Temperatur zu erzielen. Diese Methode hat außerdem den Vorteil, daß Kohlenstoff für Verbrennungszwecke nicht durch die vorherigen Stufen geführt zu werden braucht

Mit dem Sauerstoff einzutragender Kohlenstoff liegt vorzugsweise in der Form von Koks vor, der zu Pulverform zerkleinert worden ist und gemeinsam mit Luft oder Sauerstoff zugeführt werden kann.

Wegen der gesteuerten vorherigen Reaktionsstufen kann die dritte oder heißeste Zone durch Verbrennen von relativ reinem Sauerstoff mit Kohlenstoff ohne merkliche Legierungsverluste erwärmt werden. Diese Zone kann durch Lichtbogen oder Widerstandswärme elektrisch erhitzt werden, um die Entwicklung von Gasen aus dieser Zone noch weiter zu beschränken.

Ein Vorteil des Unterteilens der Reaktionen in Stufen in der angegebenen Weise liegt darin, daß eine Charge verwendet werden kann, in dem das Siliciumdioxid-Alu- miniumoxid-Verhältnis sehr stark variieren kann, im Gegensatz zu den bei konventionellen Arbeitsweisen anwendbaren Gewichtsverhältnissen. Das heißt, die Erfindung ermöglicht die Anwendung von Siliciumdioxid-Aluminhimoxid-Verhältnissen in der Charge in einer Größenordnung von 0,2 bis 0,5 ohne ernste nachteilige Effekte. Diese niedrigeren Gewichtsverhältnisse sind sehr vorteilhaft, weil Bauxit niedrigen oder an der Grenze liegenden Verhältnisses, z. B. mit höheren Anteilen Siliciumdioxid, beispielsweise von 5% oder mehr, verwendet werden kann.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur carbothermischen Herstellung einer Aluminium-Silicium-Legierung aus Aluminiumoxid und Siliciumdioxid enthaltenden Materialien unter carbotVermischer Reduktion dieser Materialien im Schachtofen in Gegenwart einer Kohlenstoffquelle, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) ein Gemisch, das Ausgangsmaterialien mit Siliciumdioxid und Aluminiumoxid im Gewichtsverhältnis 0,15 bis 1,1 und 15 bis 30% Kohlenstoff für die Reduktion enthält, auf 1500 bis 1600° C zur Bildung von Siliciumcarbid und Kohlenmonoxid erhitzt wird,

(b) dieses siliciumcarbidhaltige Gemisch auf 160Oi '⁵ bis 1900°C zur Bildung von Aluminiumoxycarbid und Kohlenmonoxid weiter erhitzt wird,

(c) dieses siliciumcarbid- und aluminiumoxycarbidhaltige Gemisch auf 1950 bis 2200° C zur Bildung der Aluminium-Silicium-Legierung höher erhitzt wird, wobei das in der Reduktionsstufe (a) gebildete Kohlenmonoxidgas aus seiner Ofenzone direkt abgeführt und das in der Stufe (b) gebildete Kohlenmonoxidgas entweder direkt aus seiner Ofenzone entfernt oder durch die Ofenzone der Reduktionsstufe (a) phnft Durchgang durch die Ofenzone der Stufe (c) abgeführt wird.