DE3409311C1 - Verfahren zur carbothermischen Herstellung einer Ferroborlegierung oder einer Ferroborsiliciumlegierung und Anwendung des Verfahrens auf die Herstellung spezieller Legierungen - Google Patents

Verfahren zur carbothermischen Herstellung einer Ferroborlegierung oder einer Ferroborsiliciumlegierung und Anwendung des Verfahrens auf die Herstellung spezieller Legierungen

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Hans-Joachim Dr. 8502 Zirndorf Retelsdorf
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Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf ein Verfahren zur carbothermischen Herstellung einer Ferroborlegierung und einer Ferroborsiliciumlegierung unter Reduktion von oxidischen Borrohstoffen in einem Elektroniederschachtofen mit Ofenraum, mit in den Ofenraum höhenverstellbar einführbaren Elektroden und Ofensohle, wobei nahe über der Ofensohle eine Reduktionszone gebildet wird, in die die Elektroden eintauchen, wobei in den Ofenraum ein Möller aus feinkörnigen Borrohstoffen, feinkörnigem Eisenoxid und/oder feinkörnigem Siliciumoxid sowie Kohlenstoffträgern eingebracht wird, der über der Reduktionszone eine gasdurchlässige Möllerschicht bildet, und wobei an der Ofensohle eine Ferrobor- oder Ferroborsiliciumlegierung gesammelt und abgezogen wird. Feinkörnig meint im Rahmen der Erfindung mehr oder weniger pulverförmig, Körnung bis 5 mm. Die Höheneinstellung der
ίο Elektroden erfolgt nach Maßgabe der Leistungsaufnahme unter Berücksichtigung der Leitfähigkeit des Möllers, wobei im allgemeinen mit einer automatischen Regelung gearbeitet wird. Im folgenden meinen alle Prozentangaben Gewichtsprozente.
Ferrobor wird heute zumeist aluminothermisch hergestellt (Durrer, Volkert, »Metallurgie der Ferrolegierungen«, 1972, S. 689,690). Dabei werden die oxidischen Rohstoffe und Eisenoxid mit Aluminium reduziert und geschmolzen. Man erhält ein aluminiumhaltiges Ferrobor von z.B. 5 bis 16% Bor, bis zu 4% Aluminium, maximal 1% Silicium, maximal 0,10% Kohlenstoff, Rest Eisen und übliche Beimengungen oder ein Ferrobor mit z. B. 18 bis 20% Bor, bis zu 2% Aluminium, maximal 2% Silicium, maximal 0,1% Kohlenstoff, Rest Eisen und übliehe Beimengungen. Für die Herstellung metallischer Gläser ist ein Aluminiumgehalt äußerst schädlich, da das Aluminium leicht oxidiert und diese Oxide die Mechanik der Zusammenhänge bei der Erzeugung von metallischen Gläsern beeinträchtigen. Ähnlich liegen die Verhältnisse bei der Herstellung von Ferroborsilicium.
Auch durch carbothermische Reduktion von oxidischen Borrohstoffen kann eine Ferroborlegierung bzw. eine Ferroborsiliciumlegierung hergestellt werden, und zwar aluminiumarm. Bei dem bekannten gattungsgemäßen Verfahren (Durrer, Volkert, »Metallurgie der Ferrolegierungen«, 1972, S. 689) wird mit einem Möller gearbeitet, dessen Kohlenstoffträger ebenfalls feinkörnig ist und z. B. aus gemahlener Kohle oder gemahlenem Koks besteht. Da die Möllerschicht gasdurchlässig sein muß, wird ihre Schichtdicke unter 500 mm gehalten. Sie bleibt im Verfahren nicht trocken. Zwar kommt man auf diese Weise zu einer Ferroborlegierung oder auch zu einer Ferroborsiliciumlegierung, die von störenden Aluminiumgehalten praktisch frei ist und beispielsweise nur noch einen Aluminiumgehalt von 0,07% aufweist. Der Borgehalt liegt jedoch sehr niedrig. Die Ausbeute ist unbefriedigend. Bei der Herstellung einer Ferroborlegierung im Rahmen der bekannten Maßnahmen liegt der Borgehalt z. B. bei 10%. Bei der Herstellung einer Ferroborsiliciumlegierung liegt der Borgehalt z. B. bei 3%, der Siliciumgehalt ebenfalls etwa bei 3%. An diesen Ergebnissen ändert sich nichts, wenn man im. Rahmen der bekannten Maßnahmen aus der Möllermischung zunächst grobstückige Pellets herstellt und im Ofenraum eiiie größere Schichtdicke des pelletisierten Möllers aufrechterhält.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren so zu führen, daß die aluminiumarme Ferroborlegierung bzw. Ferroborsiliciumlegierung einen beachtlich höheren Borgehalt aufweist, und zwar mit beachtlich erhöhter Ausbeute und beträchtlich geringerem Energieverbrauch. Der Erfindung liegt fernerhin die Aufgabe zugrunde, das Verfahren zur Herstellung einer besonderen Ferroborlegierung bzw. Ferroborsiliciumlegierung anzuwenden.
Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß der Möller mit einem Kohlenstoffträger in einer Menge von 35 bis 65% bezogen auf die Kohlenstoffträgermen-
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ge insgesamt, aus stückigem Holz mit einer Stückgröße und einer Herdfläche von 0,785 m2, Schachthöhe von 5 bis 250 mm eingebracht wird, und daß die Möller- 800 mm, wurde ein Möller bestehend aus schicht in einer Schichtdicke von mindestens 500 mm
aufrechterhalten wird, in der Holz trocken zu Holzkohle 100 kg Borsäure H3BO3, techn. 57,1 % B2O3
verkokt. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfin- 5 93,5 kg Eisenoxid (Fe3O3) mit 69,9% Fe
dung wird die Möllerschicht in einer Schichtdicke von 51,5 kg Holzkohlegrieß, 1—3 mm, mit 73,36% Cnx
800 bis 1200 mm, vorzugsweise von etwa 1000 mm, bei 50 kg Holzspäne
einer Ofenleistung von 500 kVA bis 1500 kVA aufrechterhalten. — Es kann mit einem Möller gearbeitet wer- kontinuierlich chargiert. Während einer 40stündigen den, dessen Kohlenstoffträger im übrigen aus Holzkoh- 10 Betriebsperiode wurden alle 3—4 Stunden insgesamt legrieß, Körnung kleiner als 3 mm, besteht. Es kann aber 1358 kg Ferrobor mit durchschnittlich 19,6% B abgestoauch mit einem Möller gearbeitet werden, der z. T. aus chen (11 Abstiche). Der Gesamtstromverbrauch in dieagglomerierten Möllerbestandteilen aufgebaut ist. ser Periode betrug 9463 kWh (bei Belastung von
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß zur Lö- 220-26OkW) entsprechend 6970 kWh/t Ferrobor sung der zugrunde liegenden Aufgabe eine besondere 15 (19,6% B) oder bezogen auf Bor 35,5 kWh/kg B. Er liegt Verfahrensführung erforderlich ist: Das Eisenoxid muß damit wesentlich niedriger als beim Stand der Technik, schon bei niedrigen Temperaturen (theoretisch ab ca. Die Borausbeute lag bei ca. 95%. 720°) durch CO und C reduziert werden, was bei dem erfindungsgemäßen Verfahren im oberen Bereich der Möllerschicht stattfindet, deren Dicke so groß ist, daß man auch von einer Möllersäule sprechen könnte. Hier entsteht also in einer höher gelegenen, trockenen Reduktionszone metallisches Eisen nach
Fe2O3+3 CO = 2 FeO+3 CO2 FeO+C = Fe+CO.
In der Reduktionszone für die oxidischen Borrohstoffe reduziert danach das Boroxid mit C nach
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B2O3+3C = 2B+3CO,
eine Reaktion, die theoretisch bei etwa 16000C beginnt Da bereits feinverteiltes metallisches Eisen mit der Möllersäule in diese Reduktionszone gelangt, wird die Reduktion durch die Ferrobor-Bildung nach
B2O3 + 3C+2Fe = 2FeB+3CO
erleichtert. Die Reaktion verläuft vollständiger, der Energieverbrauch wird geringer. Die Erfindung beruht fernerhin auf der Erkenntnis, daß zur Erzeugung eines hohen Borgehaltes das im Verfahren flüchtig werdende Boroxid aufgefangen und in den Prozeß wieder eingeführt werden muß. Das geschieht im Rahmen der Erfindung autogen. Erfindungsgemäß arbeitet der Möller insoweit als Filter und Kondensator. Er kann diese Funktion erfüllen, weil das Holz zu Holzkohle verkokt, wobei möglicherweise im unteren Teil die zur Verflüssigung neigende Borsäure von den Poren der Holzkohle aufgenommen wird, wodurch ein Verkleben des Möllers verhindert wird. Auf diese Weise können im Rahmen der Erfindung der Elektroniederschachtofen trocken gefahren und das Holz trocken in Holzkohle überführt werden.
Gegenstand der Erfindung ist auch die Anwendung des beschriebenen Verfahrens auf die Erzeugung einer besonderen Ferroborlegierung bzw. einer besonderen Ferroborsiliciumlegierung für die Herstellung metallischer Gläser, wie es Gegenstand der Ansprüche 3 bis 6 ist. Diese Legierungen sind an sich bekannt (Metall, Bd. 36, 1982, S. 841 bis 853; Techn. Mitt Krupp, Forsch.-Ber., Bd. 39,1981, S. 1 bis 12).
Ausführungsbeispiel
In einem Dreiphasen-Elektroniederschachtofen mit kW Leistung (ausgekleidet mit Kohlestampfmasse)
- Leerseite -

Claims (6)

34 311 Patentansprüche:
1. Verfahren zur carbothermischen Herstellung einer Ferroborlegierung und einer Ferroborsiliciumlegierung unter Reduktion von oxidischen Borrohstoffen in einem Elektroniederschachtofen mit Ofenraum, mit in den Ofenraum höhenverstellbar einführbaren Elektroden und Ofensohle, wobei nahe über der Ofensohle eine Reduktionszone gebildet wird, in die die Elektroden eintauchen, wobei in den Ofenraum ein Möller aus feinkörnigen Borrohstoffen, feinkörnigem Eisenoxid und/oder feinkörnigem Siliciumoxid sowie Kohlenstoffträgern eingebracht wird, der über der Reduktionszone eine gasdurchlässige Möllerschicht bildet, und wobei an der Ofensohle eine Ferrobor- oder Ferroborsiliciumlegierung gesammelt und abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Möller mit einem Kohlenstoffträger in einer Menge von 35 bis 65%, bezogen auf die Kohlenstoffträgermenge insgesamt, aus stückigem Holz mit einer Stückgröße von 5 bis 250 mm eingebracht wird, und daß die Möllerschicht in einer Schichtdicke von mindestens 500 mm aufrechterhalten wird, in der Holz trocken zu Holzkohle verkokt
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Möllerschicht in einer Schichtdicke von 800 bis 1200 mm, vorzugsweise von etwa 1000 mm, bei einer Ofenleistung von 500 kVA bis 1500 kVA aufrechterhalten wird.
3. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2 auf die Erzeugung einer Ferroborlegierung für die Herstellung metallischer Gläser, mit der Maßgabe, daß sie einen Aluminiumgehalt von unter 0,2 Gew.-% sowie einen Borgehalt von 15 bis 25 Gew.-% aufweist, Rest Eisen und insgesamt nicht mehr als 0,2 Gew.-% Beimengungen aus Elementen der Gruppe II des periodischen Systems oder Legierungen davon.
4. Anwendung nach Anspruch 3 mit der weiteren Maßgabe, daß der Borgehalt etwa 19 Gew.-% ausmacht.
5. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2 auf die Erzeugung einer Ferroborsiliciumlegierung für die Herstellung metallischer Gläser, mit der Maßgabe, daß sie einen Aluminiumgehalt von unter 0,2 Gew.-% sowie einen Borgehalt von 3 bis 15 Gew.-%, einen Siliciumgehalt von 40 bis 10 Gew.-°/o aufweist, Rest Eisen und insgesamt nicht mehr als 0,2 Gew.-°/o Beimengungen aus Elementen der Gruppe II des periodischen Systems oder Legierungen davon.
6. Anwendung nach Anspruch 5 mit der weiteren Maßgabe, daß der Borgehalt etwa 10 Gew.-%, der Siliciumgehalt etwa 24 Gew.-°/o ausmacht
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