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 LegierungenInfo
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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-
3
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
30
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)
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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