DE3303694A1 - Verfahren zur herstellung von aluminium-silizium-legierungen - Google Patents

Verfahren zur herstellung von aluminium-silizium-legierungen

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Description

ff » ♦ -
Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Siliziuffi-Legierungen aus Naturmineral und Kohlenstoff pulver .
Ein geringer Prozentsatz von Silizium wird oftmals Aluminium ; zugesetzt, um .deni Aluminium eine größere Härte zu vermitteln ,·<·*> i und dadurch seine Verwendbarkeit als Konstruktionsmateriai zu erhöhen. Silizium und Aluminium werden normalerweise getrennt hergestellt und dann gemischt, wenn das Aluminium geschmolzen wird, um anschließend zu verschiedenen Bauteilen vergossen zu : werden. ·
; Sine Aluminium-Silizium-Legierung wird oftmals hergestellt, welche dann beim Legieren von Aluminium rr.it Silizium verwendet- wird, wie beispielsweise Silumin, welches 12$ Silizium und im übrigen Aluminium enthält.
Hüttenaluminium wird im allgemeinen aus Bauxit hergestellt, wobei die Schmelzelektrolyse angewendet wird, was ein äußerst kostspieliges Verfahren ist. Silizium wird in Lichtbogenofen aus reichem Quartz und extrem reiner Kohle wie extrem reinem Koks hergestellt. Beide Verfahren erfordern beträchtliche Energiemengen und stellen hohe Anforderungen an die Ausgangs- ; stoffe. Es wäre daher äußerst interessant, eine Aluminium-Silizium-Legierung direkt aus den in großem Umfang zur Verfugung stehenden Aluminium-Silizium-Mineralien wie beispielsweise Zyanit und Andalusit gewinnen zu können. Der Energieverbrauch bei einem derartigen Verfahren kann beträchtlich : geringer sein. Versuche in dieser Richtung wurden auch bereits
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Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
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beispielsweise in der Sowjetunion durchgeführt, wo Versuche unternommen wurden, um Aluminium-Silizium-Legierungen aus verschiedenen Aluminium-Silizium-Mineralien karbοthermisch in einem Lichtbogenofen zu gewinnen. Hierbei werden Mineral und Kohlepulver vermischt und zu Briketts verformt. Nach der Wärmebehandlung werden die Briketts in einen Lichtbogenofen eingebracht.
Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Anforderungen an die Briketts extrem hoch sind, daß die Menge an Kohlenstoff sehr genau eingehalten werden muß und daß die Briketts fest genug sein müssen, um beim Einbringen in den Ofen und im Ofen nicht zu zerfallen.
Es ist äußerst wichtig, daß im Ofen eine korrekte Porosität und Leitfähigkeit herrseht. Außerdem sind die Investitionen für die Herstellung der Charge extrem hoch infolge der Einrichtungen zum Mahlen, Mischen, zur Brikettierung, zur Wärmebehandlung usw., während gleichzeitig die Elektrodenkosten : hoch sind.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren anzugeben, mittels welchem die Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen in einem einzigen Schritt und auch unter Verwendung von pulverisierten Rohstoffen möglich ist, wobei die vorgenannten Nachteile vermieden werden sollen.
Dies wird erfindungsgemäß bei dem eingangs erwähnten Verfahren dadurch erreicht, daß das Naturmineral in Pulverform zusammen mit einem Reduktionsmittel in Form eines Kohlenstoff-
Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
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trägers mit Hilfe eines Trägergases in ein in einem Plasmagenerator erzeugtes Plasmagas eingeblasen wird und dann in auf diese Weise erhitzern Zustande zusammen mit dem Reduktionsmittel und dem energiereichen Plasmagas in eine Reaktionskammer eingebracht wird, welche im wesentlichen allseits von festem Reduktionsmittel in grobstückiger Form umgeben ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Naturmineral aus einer Gruppe ausgewählt, welche aus Andalusit, Cyanit, Silimit, Nephelin, Quartz, Aluminiumoxid enthaltender Tonerde wie Bauxit und Mischungen von zwei oder mehr dieser Minerale besteht. Irgendwelche in den Mineralien enthaltene flüchtige Bestandteile werden verdampft und verlassen die Anlage mit dem Abgas, um herauskondensiert oder auf irgendwie andere geeignete Weise zurückgewonnen zu werden. Beispiele von flüchtigen Bestandteilen außer AIpO., und SiOp, welche im Mineral eingeschlossen sein können, sind Na^O und KpO. Ein Beispiel eines unterschiedliche Mengen flüchtiger Verbindungen enthaltenden Minerals ist Nephelin.
Das Mineral oder die Mineralien werden durch Reaktion mit dem eingeblasenen Kohlenstoff zum Schmelzen und zur Reduktion ' gebracht und es entsteht dabei eine flüssige Aluminium- '< Silizium-Legierung,
Die Auswahl von Silizium- und Aluminium-Rohstoffen wird dank der Verwendung von pulverigen Rohstoffen, wie dies erfindungs-' gemäß vorgeschlagen wird, erleichtert und die Kosten werden gesenkt. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren ist · auch gegenüber den elektrischen Eigenschaften des Rohmaterials1 unempfindlich, was die Wahl des Reduktionsmittels erleichtert.
Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
Das eingeblasene Reduktionsmittel kann beispielsweise Kohlenwasserstoff sein, wie Erdgas, Kohlepulver, Holzkohiepulver, Anthrazit, Petrolkoks, möglicherweise gereinigt, und Koksgruß.
Die für das Verfahren erforderliche Temperatur kann durch die Menge an pro Einheit Plasmagas zugeführter elektrischer Energie ohne Schwierigkeiten gesteuert werden, um optimale Bedingungen bei minimalem Stromverbrauch zu erreichen.
Zweckmäßigerweise wird das feste Reduktionsmittel, so wie es verbraucht wird, in grobstückiger Form kontinuierlich der Reaktionszone zugeführt.
Geeignete feste Reduktionsmittel in grobstückiger Form sind Koks, Holzkohle, Petrolkoks und/oder Ruß, und das im Verfahren verwendete Plasmagas kann zweckmäßigerweise aus Prozeßgas bestehen, welches aus der Reaktionszone zurückgeführt wurde.
Das feste Reduktionsmittel in grobstückiger Form kann ein in grobstückige Form umgewandeltes Pulver sein, wobei ein Beinder verwendet wird, der aus C und H und möglicherweise auch aus O zusammengesetzt ist, wie beispielsweise Sucrose.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist der Plasmagenerator ein induktiver Plasmagenerator, wodurch Verunreinigungen seitens der Elektroden auf einen absoluten Minimalwert reduziert werden.
Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
Das erfinäungsgemäß vorgeschlagene Verfahren läßt sich vorteilhaft für die Herstellung von Aiuminium-Silizium-Legierungen von hohen. Reinheitsgrad verwenden. In diesem Fall können- extrem reines AIpO.,., SiOp und Reduktionsmittel mit extrem geringen Mengen an Verunreinigungen als Rohmaterial verwendet werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger Beispiele erläutert. Die Reaktionen werden vorzugsweise in einem Reaktor durchgeführt, der einem Schachtofen ähnlich ist, welcher fortlaufend von oben her mit einem festen Reduktionsmittel durch eine Gicht beschickt wird, welche getrennte, abgedichtete Speisekanäle besitzt oder einen den Umfang des Schachtes umgebenden kreisringförmigen Beschickungskanal.
Das pulverisierte Mineral wird in den Boden des Reaktors durch Rohrleitungen mit Hilfe eines inerten Gases oder eines Reduktionsgases eingeblasen. Gleichzeitig kann Kohlenwasserstoff ebenso wie eventuell Sauerstoffgas vorzugsweise durch die gleichen Rohrleitungen eingeblasen werden.
Am Boden des mit Reduktionsmittel in grobstückiger Form gefüllten Schachtes befindet sich eine Reaktionskammer, weiche allseits durch das Reduktionsmittel in grobstückiger Forri; umgeben ist. Schmelzen und Reduktion von Al0O-, und SiO,.
ei j d.
erfolgen augenblicklich in dieser Reduktionszone.
Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
Das ausströmende Reaktorgas, welches aus einer Mischung von Kohlenmonoxid und Wasserstoff in hoher Konzentration besteht, kann erneut in Umlauf gebracht werden und als Trägergas für das Plasmagas verwendet werden. Überschüssiges Gas kann vorzugsweise zur Energieerzeugung verwendet werden.
Beispiel 1
Ein Versuch wurde im Maßstab 1:2 durchgeführt. Zyanit mit einer Korngröße von weniger als 2 mm wurde als Rohmaterial verwendet. Die "Reaktionskammer" bestand aus Koks., Kohlepulver wurde als Reduktionsmittel verwendet und gewaschenes Reduktionsgas, bestehend aus CO und Hp, wurde als Trägergas und Plasmagas verwendet.
Die zugeführte elektrische Leistung betrug 1000 kW. ; kg Zyanit/min wurden als Rohprodukt zu 1,2 kg Kohlepulver/min sowie 0,3 kg Koks/min als Reduktionsmittel zugeführt.
Bei dem Versuch wurde eine Gesamtmenge von etwa 500 kg AIui'ainium-Siliziurn-Legierung mit einem Al-Gehalt von 62^ hergestellt. Der durchschnittliche Stromverbrauch betrug etwa Il kWh/kg an erzeugter Aluminium-Silizium-Legierung.
Der Versuch wurde in kleinem Maß stäbe durchgeführt und der Wärmeverlust war daher beträchtlich. Durch Gasrückgewinnung kann der Stromverbrauch weiter herabgesetzt werden, und die WarmeVerluste dürften in einer größeren Anlage ebenfalls wesentlich geringer sein.
Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen Beispiel 2
Ein Versuch wurde im Maßstab 1:5 durchgeführt. Quartζsand und AlpOv mit einer Korngröße von weniger als 2 mm wurde als Rohmaterial verwendet. Die "Reaktionskammer" bestand aus Koks. Kohiepulver wurde als Reduktionsmittel verwendet und gewaschenes Reduktionsgas, bestehend aus CO und H2, wurde als Trägergas und Plasmagas verwendet.
Die zugeführte Stromleistung betrug 1000 kW. 2 kg AIpO^, und
I kg SiOp/min wurden als Rohmaterial eingebracht, sowie 1,2 kg Kohlepulver/min und 0,3 kg Koks/min als Reduktionsmittel. ,
Bei derr, Versuch wurde eine Gesamtmenge von etwa 500 kg Aluminium-Silizium-Legierung mit einem Al-Gehalt von 62% hergestellt. Der durchschnittliche Stromverbrauch betrug etwa
II kWh/kg an hergestellter Aluminlum-Silizium-Legierung.
Der Versuch wurde in kleinem Maßstabe durchgeführt, sodaß der V/arme verlust beträchtlich war. Bei einer Gasrückgewinnung kann der Stromverbrauch weiter herabgesetzt werden und die Wärmeverluste dürften in einer größeren Anlage ebenfalls wesentlich geringer sein.

Claims (2)

Andrejewski, Honke & Partner Patentanwälte Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-lng. Manfred Honke Diplom-Physiker Dr. Karl Gerhard Masch Anwaltsakte: 59 c-71/E-th 4300 Essen 1, Theaterplatz 3, Postf. 100254 2Ü. Januar 19bj5 Patentanmeldung SKP Steel Engineering AB P. 0. Box 202 S-&I3 00 HOFORS, Schweden Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen. Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen aus Aluminiumoxid und Siliziumoxid enthaltendem Naturmineral und Kohlepulverj dadurch gekennzeichnet, daß das Naturmineral in Pulverform zusammen mit einem Reduktionsmittel in Form eines Kohlenstoffträgers mit Hilfe eines Trägergases in ein in einem Plasmagenerator erzeugtes Piasmagas eingeblasen wird und dann in auf diese Weise erhitztem Zustande
Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen
zusammen rait dem Reduktionsmittel und dem energiereichen Plasmagas in eine Reaktionskammer eingebracht wird, welche im wesentlichen allseits von festem Reduktionsmittel in grobstückiger Form umgeben ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Naturmineral aus einer Gruppe ausgewählt wird, welche aus Andalusitj Cyanit, Silimit, Nephelin, Quartz, Aluminiumoxid enthaltender Tonerde wie Bauxit und Mischungen von zwei oder mehr dieser Minerale besteht.
>· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kohlenstoff träger Kohlenviasserstoff wie Erdgas, Kohlepulver, Holzkohlepulver, Anthrazit, Petrolkoks evtl. in gereinigter Form und Koksgrus eingeblasen wird.
h. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Reduktionsmittel in grobstückiger Form Koks, Holzkohle, Petrolkoks und/oder Ruß verwendet werden.
5· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Trägergas für das Plasmagas im Verfahrensprozeß aus der Reaktionszone zurückgeführtes Prozeßgas verwendet wird.
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