DE408536C - Verfahren zur Behandlung von Erzen, die Vanadinpentoxyd enthalten, mit Kohlenstoff im elektrischen Ofen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Behandlung von Erzen, die Vanadinpentoxyd enthalten, mit Kohlenstoff im elektrischen Ofen. Die Erfindung bezieht sich auf die Darstellung von Vanadin aus Erzen, die Vanadinpentoxyd enthalten, durch Behandlung mit Kohlenstoff im elektrischen Ofen. Sie besteht darin, daß bei der Beschickung des Schmelzofens die Erze unmittelbar in die Zone der hohen Temperatur eingebracht und dadurch zu reinem Metall reduziert werden. Das Verfahren stellt einen erheblichen technischen Fortschritt dar, weil Vanadinp,entoxyderze nach den bisher gebräuchlichen Verfahren auf reines Vanadin überhaupt nicht verarbeitet werden konnten.
• Bei Durchführung des Verfahrens sind drei Faktoren von Wichtigkeit, die nachstehend nach dem Grad ihrer Bedeutung aufgeführt seien i. Eine kritische Spannung. Es ist in der kommerziellen Gewinnung solcher Legierungen von schwer schmelzbaren Metallen wichtig, wenn nicht ausschlaggebend, eine Spannung von i 5o Volt oder mehr zu verwenden in einem elektrischen Schmelzofen von kommerzieller Größe. Weiter ist -eine kritische Stromdichte von wenigstens 35 Amp. pro Quadratzoll (5i,/2 Amp. pro Quadratzentimeter) des Elektrodenquerschnitts @erforderlich, eine Dichte von 3o bis ungefähr 9o Amp. auf den Quadratzoll des Elektrodenquerschnitts (q.2/3 bis i¢ Amp. pro Quadratzentimeter) hat sich als befriedigend erwiesen. Diese Angaben beziehen sich auf Wechselstrom, der ja vorzugsweise verwendet wixd.
• Werden, wie fast allgemein gebräuchlich, mehrere Elektroden verwendet, so müssen diese m einem Abstand voneinander stehen. Betrachtet man als Einheit den Durchmesser einer Elektrode oder ihre Dicke in der Richtung auf die nächste Elektrode zu, so sollte der Abstand z%lischen zwei Elektroden ungefähr zwischen dem i- bis i1/2fachen dieser Einheit liegen, wobei das zur Regulierung der Lichtbogen dienende Bad den passenden Widerstand haben muß. Dieser wird auf die später zu beschreibende Weise erzielt.
• Förderung der Ladung zwischen den Elektroden. Fördert man die Ladung nach abwärts zwischen den Elektroden, wenn deren, wie üblich, mehrere vorhanden sind, so wird sie direkt in die Reaktionszone gebracht, und das reduzierte Metall und die Schlacke «-erden unter dem Einfluß ihrer Schwere und der durch die Wirkung des elektrischen Stromes hervorgerufenen ZVirbelungen aus dieser Zone herausgeführt.
• In allen Fällen sollten die von oben in das Bad gehängten Elektroden oberhalb der ZIetalloberfläche der reduzierten Legierung endigen, die unterhalb der Schlackenschicht sich befindet, wobei der Heizeffekt durch d.>n. Lichtbogen erzielt wird, der die Ladung und die Schlacke über der Metallschicht durchsetzt.
• In der Zeichnung ist schematisch in einem senkrechten Längsschnitt ein Schmelzofen dargestellt, durch den das Verfahren vorteilhaft ausgeführt werden kann.
• Der Ofen besteht aus einem Gehäuse a mit einer Auskleidung 3 aus Kohle. Diese Auskleidung kann aus amorpher oder graphierter Kohle oder aus beiden zusammen bestehen und ist so gestaltet, daß in der Mitte eine Art Wanne für das Bad verbleibt. L`ber dieser Auskleidung ist ein aus schwer schmelzbarer Masse, am besten aus Ziegeln, hergestellter Deckel .1 angebracht, der zweckmäßig mit Wasserkühlung versehen wird. Dieser Deckel: hat Löcher, die zweckmäßig mit ringförmigen Wasserkühlvorrichtungen 5 versehen sind und durch die die Elektroden 6 in das Bad hineinführen. Die Elektraden müssen an den Wasserkühlungsmänteln 5 dicht anliegen, wie es überhaupt gut ist, den Deckel luftdicht auszuführen. In der dargestellten Ausführungsform sind drei Elektraden vorgesehen, die mit den Leitungen 7 des Drehstromnetzes verbunden sind. Die Spannung des Drehstromes liegt über i 5o Volt, und die Stromdichte ist h.i)ch, wie oben schon bemerkt. Die Elektroden haben am besten einen kreisförmigen Querschnitt, können aber auch von anderer Gestalt sein.
• Zwischen den Elektroden und ebenfalls durch Löcher im Deckel ,1 hindurchragend, sind Förderröhren 8 angebracht, durch die unter dem Einfluß der Schwere; zweckmäßig gleichförmig, di; Ladung in den Raum zwischen den Einzelelektroden eingeworfen wird. Die Elektroden können entweder nebeneinanderstehen, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel, oder auf den Punkten eines Dreiecks, dann am besten eines gleichseitigen Dreiecks. Im letzteren Fall kommt man mit einer einzigen Förderröhre ungefähr im Mittelpunkt des Dreiecks aus, die dann in den. Raum zwischen den drei Elektroden hineinführt. In der Zeichnung ist schematisch die Schichtung der verschiedenen Stoffe in dem regelmäßigen Darstellungsvorgang eingezeichnet, ebenso die Temperaturzone. A bezeichnet die untere Schicht von geschmolzener Legierung, die mittels einer Abstichöffnung 9 von Zeit zu Zeit abgelassen wird. Die äußeren Teile A' dieser Schicht sind mehr oder werigcr erstarrt, wie auch auf der Zeichnung angedeutet. über dieser geschmolzenen Metallschicht befindet sich die Schicht B aus Schlacke, zusammen mit der neu eingeführten Ladung zwischen den Elektroden. Diese Schlackenzone hat eine nach einwärts gewölbte Oberfläche, die in der Zeichnung etwas übertrieben dargestellt ist. Die Ein-Wölbung entsteht unter der Wirbelwirkung des geschmolzenen Bades oder der oberen Teile dieses, die vom elektrischen Strom hervorgebracht wird, und es ist von Bedeutung, daß die neu eingeführte Ladung des Ofens in den mittleren Teil dieser Wirbelbewegung gelangt. Die punktierten Linien X-X deuten die Zone an, in der unter den gegebenen Bedingungen die höchsten Temperaturen entstehe n, und innerhalb dieser Zone tritt die! Reduktionswirkung ein. Umgeben ist diese Temperaturzone von der äußeren Schlackenschicht B'.
• Bei der Darstellung einer Vanadinlegierung besteht die Ladung aus einer Mischung pulverisiarter Vanadinerze oder vanadin: haltiger Stoffe und' Vanadinoxyd oder -sulfid, Eisen, zweckmäßig in der Form von Eisenhammerschlag oder Eisenerz, und Flußmitteln, wie Bruchglas, Kalkstein, Flußspat und Koks. Das Bruchglas oder die sonstigen Flußmittel haben zwei wichtige Funktionen: erstens die Vergrößerung des elektrischen Widerstandes und zweitens die Beeinflussung der Geschwindigkeit der Wirbelbewegung durch Vergrößerung der Zähigkeit der Schlacke, wodurch die Reinigungswirkung (washing-effect) der Belegung vermindert wird. Der Eisenhammerschlag vergrößert ebenfalls den elektrischen Widerstand und wirkt daher auf eine Regelung der Länge und der Lokalisation des Lichtbogens hin., bildet auch w=eiter, wenn er reduziert wird, die herzustellende Legierung des Ferrovanadins. Das so erzeugte Ferrovanadinprodukt enthält ungefähr 3o bis 40 Prozent Vanadin, und solche Legierungen sind nach der Erfindung auch mit 50 Prozent @'anadingehalt hergestellt worden.
• Als Beispiel unter den beschriebenen Bedingungen sei bemerkt, daß i bis 5 Prozent Bruchglas und ? Prozent Eisenhammerschlag für niedriggradige Erze, bis 15 Prozent für hochgradige Erze verwendet worden sind, wobei auch Koks hinzugefügt wurde. Wenn die Gangart des Erzes oder des vanadinhaltigen Materials Flußmittel oder Bestandteile enthält, die ähnlich wie Bruchglas sind, so braucht letzteres nicht hinzugefügt zu werden. Die angegebenen Mengenbestandteile hängen zu einem erheblichen Grade ab von der chemischen Zusammensetzung,des Erzes oder vanadinhaltigen Materials.
• Unter den angegebenen Bedingungen beträgt der Abstand zwischen den Elektroden ungefähr das il/Jache des Elektrodendurchmessers. Der Abstand von den äußeren Elektroden bis zu dem inneren Umfang des Bades beträgt das Doppelte dieser Einheit und kann bis zum Dreifachen hetragen, der Gesamtdurchmesser des Bades beträgt ungefähr das c91;jache, der Strom muß eine; Spannung von über i 5o Volt und eine Dichte zwischen 35 und 5oAmp. auf den Quadratzoll (also von etwa 51 :@ Amp. bis 73/1 Amp. auf den Quadratzentimeter) des Elektrodenquerschnitts haben. Die Schlacke kann durch eine Abstichöffnung io abgelassen werden. Wenn die Operation vor sich geht, so gelangt die zwischen den Elektroden zugeführte neue Ladung in die beste Reduktionszone und wird durch die Wirbelbewegung nach abwärts gezogen. Die unteren Enden der Elektrode liegen in der Schlackenschicht oberhalb der Metallschicht, und die Reduktion tritt unter den angegebenen Bedingungen schnell und wirksam ein. Es hat sich ergeben, daß die Vanadinreduktion eine sehr hohe Temperatur erford°rt, eine schnelle Reaktion und eine schnelle Entfernung aus der Reaktionszone verlangt. Die Reaktion wird im hohen Grade lokalisiert durch einen Effekt, der dem eines Blasrohres ähnlich ist. Die Zeichnung ist entworfen nach einem Maßstab, der günstigen relativen Querschnitten unter den gegebenen Bedingungen der Spannung und Dichte, dem Charakter der Mischung, der Anordnung der Elektrode, der Verwendung des Drehstroms usw. entspricht.
• Die erzeugte Legierung enthält - ungefähr 4o Prozent und mehr Vanadin, der Rückstand besteht aus Eisen mit gewissen Metallen oder Metalloiden, wie Silizium, Mangan und ähnlichem.
• Die durch die Erfindung herbeigeführten Vorteile leuchten dem Sachverständigen ohne weiteres ein, da es bisher nicht möglich gewesen ist, Vanadinlegierungen ohne die Verwendung von metallischen Reduktionsagenzien darzustellen. Die Reduktion mittels Kohle ist sehr erwünscht, und sie ist durch die Erfindung erreicht.
• Die wichtigsten Vorteile der Erfindung können, wenn auch in geringerem Grade, mit Hilfe einer einzigen Elektrode oder mit oberen und unteren Elektroden erreicht werden mit Einphasen- oder Mehrphasenstrom. Wenn eine einzige Elektrode verwendet wird, so muß der Strom eine unter i 5o' liegende Spannung und eine Stromstärke oberhalb der unteren Grenze von 35 Amp. auf den Quadratzoll (oder etwa 5',!;; Amp. auf den Quadratzentimeter) des Elektrodenquerschnitts haben. In diesem Fall muß man die neue Ladung so sehr als möglich dem unteren Ende der Elektrode zuführen.
• Das vanadinhaltige Material kann variieren, ebenso die Form des zugeführten Kohlenstoffes. Die Flußmittel werden so ausgewählt, daß ein zur Regulierung des Lichtbogens geeigneter elektrischer Widerstand in der Schlackenschicht sich .ergibt. Ebenso kann auch Zahl und Anordnung der Elektroden geändert sowie andere Abänderungen getroffen werden, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Claims (1)

1. PATENT-ANSPRÜCI3E: i. Verfahren zur Behandlung von Erzen, die Vanadinpentoxyd enthalten, mit Kohlenstoff im elektrischen. Ofen, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Beschickung des Schmelzofens die Erze unmittelbar in die Zone der hohen Temperatur eingebracht und dadurch zu reinem Metall reduziert werden. z. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall in einem elektrischen Schmelzofen bei einer Spannung von mehr als i 5o Volt reduziert wird. 3. Verfahren nach Anspruch i und z, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stromstärke von wenigstens 35 Amp. auf den Quadratzoll (6,451 qcm), also etwa 51,'. Amp. auf den Quadratzentimeter, des Elektrodenquerschnitts angewendet wird. 4. Verfahren zur Reduzierung von Vanadinpentoxyd nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schmelzofen mit .elektrischem Strom von wenigstens 150 Volt bei hoher Stromdichte gespeist wird und dieser durch Elektroden zugeleitet wird, die einen Abstand im Betrage der i- bis il,'.,faclien Elektrodendicke voneinander haben.