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Verfahren zur Herstellung von Metallen und Legierungen im elektrischen
Ofen Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung von Metallen und Legierungen
im elektrischen Ofen, bei denen das Reduktionsmittel zum mindesten zu einem wesentlichen
Teil aus kohlehaltigen- Reduktionsmitteln, wie Koks, Anthrazit, Holzkohle o. dgl.,
besteht und das reduzierte Metall bzw. die reduzierte Legierung in dem Ofen von
einer vorzugsweise während des Reduktionsvorgangs gebildeten Schlackenschicht bedeckt
wird. Die Erfindung betrifft weiter solche Verfahren, bei denen. die zur Durchführung
der Reduktion nötige Wärme durch eine oder mehrere innerhalb der Beschickung in
oder über der flüssigen Schlacke wirkende Elektroden zugeführt wird.
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Die Erfindung ist in der Hauptsache dadurch gekennzeichnet, daß die
Stromdichte auf den Quadratzentimeter Elektrodenquerschnitt während - der Reduktion
mit dein Kohlegut so geregelt wird, daß sie im Durchschnitt unter 2,5 Ampere und
vorzugsweise nur i .bis 2 Ampere beträgt und daß weiter in Verbindung damit die
elektrische Leitfähigkeit der Beschickung erheblich unter die Leitfähigkeit einer
entsprechenden Beschickung herabgesetzt wird, die in üblicher Weise aus Oxyd oder
oxydischem Erz in Mischung mit Reduktionskohle in Stücken oder gekörnter Form besteht.
Eine solche Herabsetzung der Leitfähigkeit der Beschikkung kann in einfacher Weise
durch innige Mischung des kohlehaltigen Reduktionsmittels in fein verteiltem Zustand
mit oxydhaltigem Gut, wie Oxyd, oxydischem Erz oder Schlacke bildenden Zusatzstoffen,
und Formung des Gemischs zu Briketten z. B. mit Hilfe der üblichen Bindemittel,
wie Pech o. dgl., erreicht werden.
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Dieses Brikettieren der Bestandteile der Beschickung ist an sich bereits
bekannt und bildet den Gegenstand vorliegender Erfindung nur in Verbindung mit der
Anwendung einer außergewöhnlich niedrigen Stromdichte.
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In älteren Verfahren, wo das kohlehaltige Reduktionsmittel, beispielsweise
Koks, in Stücken oder gekörnt-zugegeben wurde, entstand eine Kohleschicht von beträchtlicher
Dicke unterhalb der Elektroden., durch welche ausreduziertes Metall niedertropft
und dabei Kohlenstoff aufnimmt. Daher war es bei solchen Verfahren nur in gewissen
Ausnahmefällen möglich, Legierungen voll geringem Kohlenstoffgehalt herzustellen,
und es wurde als allgemeine Regel angesehen, daß die Bodenhitze in dem Ofen den
höchsten Wert annimmt, wenn eine hohe ,Stromdichte zur Verwendung kommt, beispielsweise
6 bis 8 Ampere auf den OOuadratzentimeter Elektnodenfläche. Bei Ver-Tahren, die
brikettiertes Gut verarbeiten,
wurde diese Regel bisher ebenfalls
als richtig angenommen und demgemäß eine hohe Stromdichte angewandt, um die hohe
Temperatur in dem unteren Teil des Ofens zu erhalten, die zur Gewinnung kohlearmen
Metalls erforderlich ist. Der Erfinder hat .dagegen durch Versuche nachgewiesen,
daß in vollkommenem Gegensatz zu dem, was vorauszusehen war, eine beträchtliche
Herabsetzung der Stromdichte die Wirkung ergab, daß :in dem unteren Teil des Ofens
eine höhere Temperatur erhalten werden konnte als beim Arbeiten mit hohen Stromdichte.
So wurden. in den meisten Fällen die besten Ergebnisse bei Anwendung einer Stromdichte
von i bis 2 Ampere auf den Quadratzentimeter Elektrodenquerschnitt erhalten, wobei
der Querschnitt, wie üblich, auf die ungebrauchte Elektrode berechnet wurde. Eine
geringere Stromdichte als i Ampere verursacht in der Regel ein. Sinken der Temperatur,
da bei diesem Punkt die Wärmeverluste durch. Leitung zu überwiegen beginnen. In
,gewissen Fällen können jedoch Stromdichten bis herab auf o,5 Ampere für den Quadratzentimeter
Elektrodenquerschnitt mit Vorteil angewandt werden. Es ist günstig, mit verhältnismäßig
hoher Spannung zu arbeiten, da hierdurch die Lichtbogenhildung kräftiger und die
Möglichkeit der Kohlenstoffbindung aus den Elektroden durch das reduzierte Metall
herabgesetzt -wird. Bei Verwendung einphasiger Ofen mit zwei oben angebrachten Elektroden
soll die Spannung zwischen den Elektroden während der Reduktion vorzugsweise nicht
unter i 5o Volt betragen, kann jedoch vorteilhaft beträchtlich höher gehalten werden.
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Der Grund dafür, daß ein besseres Ergebnis erzielt wird, wenn mit
brikettiertem Gut bei niedrigerer Stromdichte gearbeitet wird, scheint zu sein,
daß die geschmolzene Schlacke bei hoher Stromdichte leicht in einen heftig wirbelnden
oder kochenden: Zustand übergeht und sich aufbläht, wodurch die Elektroden gehoben
und damit ein Heißhalten der Sohle erschwert wird. Bei Verwendung einer niedrigeren
Stromdichte gemäß vorliegender Erfindung geht jedoch die Reduktion ruhiger vor sich,
und die Elektroden halten sich tiefer in dem Ofen, wodurch dessen Sohle heiß erhalten
wird.
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Bei Anwendung der Erfindung ist es nicht nötig, das gesamte Beschickungsgut
in brikettiertem Zustand zu haben. Die elektrische Leitfähigkeit der Beschickung
sinkt tatsächlich schon beträchtlich, wenn nur ein Teil des kohlehaltigen Reduktionsmittels
brikettiert wird:. Daher wird es in .den meisten Fällen genügen, 30 bis 6o111,
des kohlehaltigen Reduktionsmittels in Form vorn Briketten zuzusetzen, die auch
oxydhaltiges Gut enthalten, und den Rest in Stücken oder Kornform als Koks, Anthrazit,
Holzkohle o. dgl. zuzusetzen. Werden z. B. 5o°/, des KohlegLites brikettiert, so
sinkt der Prozentgehalt an Kohle in Stiikkenform von etwa 6o bis 70 Raumprozenten
bis auf nur 25 bis 3o Raumprozente der Beschickung. Die Ausbreitung des elektrischen
Stromes durch die Beschickung wird selbstverständlich noch stärker abnehmen. Erfindungsgemäß
ist .es nicht notwendig, den Briketten mehr Oxydgut zuzusetzen, als zur Erhaltung
der gewünschten Herabsetzung der Leitfähigkeit erforderlich ist. Jedoch ist in manchen
Fällen, wo das Oxyd oder oxydische Erz ganz oder teilweise als Bestandteil der Brikette
verwendet wird, auch ein überschuß von Oxyd im Verhältnis zu der Menge von Reduktionsmitteln
in den Briketten zulässig.
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Für den Schmelzvorgang können elektrische Reduktionsöfen ähnlicher
Bauart wie die bei der Herstellung von Ferros.ilicium und Carbid benutzten verwendet
werden. Die Ofensohle soll aus feuerfestem, nicht kohlehaltigem Gut, beispielsweise
Magnesit, bestehen, das vorzugsweise in dem Ofen zum Sintern oder Schmelzen gebracht
wird. Die Beschickung wird vorzugsweise in unterbrochenem Arbeitsgang niedergeschmolzen,
in dein jeder Einsatz entweder auf einmal bald nach dein Abstich. oder nach und
nach zugegeben wird. Nach dem Schmelzen der Beschickung wird sie einer starken Überhitzung
zur Raffinierung des Metalls bzw. der Legierung unterworfen. Während dieser Raffinierungs-
oder Überhitzungsperiode kann eine andere Stromdichte oder Spannung zur Verwendung
kommen als während des Reduktionsvorganges, beispielsweise eine geringere Spannung
und höhere Stromdichte. Zur Erleichterung des Raffinierens ist es ,beispielsweise
bei Herstellung von. Eisenlegierungen mit einem oder mehreren der Metalle Chrom,
Mangan, Wolfram, V anadin vorteilhaft, die Menge der kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel
so zu bemessen, daß eine Schlacke mit hohem Prozentgehalt an Oxyden eines oder mehrerer
der genannten Metalle erhalten wird. Je höher der Prozentgehalt de Schlacke an diesen
Oxyden ist, um so leichter kann ein niederer Kohlenstoffgehalt der Legierung erreicht
werden. Bei Herstellung sehr kohlearmer Erzeugnisse ist es daher, vorausgesetzt,
daß nicht zu viel Schlacke gebildet wird, vorteilhaft, wenn der Prozentgehalt an
solchen Oxyden in der Schlacke 35°o übersteigt; sehr gute Ergebnisse sind mit 4.o
bis 6o°/, zu erhalten-. Beim Arbeiten mit einem hohen Prozentgehalt solcher Oxyde
in der .Schlacke ist es sehr günstig, vor dem Abstich durch Zugabe eines metallischen
Mittels eine weitere Menge Oxyd aus der Schlacke zu reduzieren.
In
den Ausdrücken .Metall. Legierung und metallisches Mittel ist in obiger Beschreibung
Silicium und seine Legierungen: einbegriffen.