DE572523C - Aluminothermisches Gemisch - Google Patents

Aluminothermisches Gemisch

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DE572523C
DE572523C DEH123451D DEH0123451D DE572523C DE 572523 C DE572523 C DE 572523C DE H123451 D DEH123451 D DE H123451D DE H0123451 D DEH0123451 D DE H0123451D DE 572523 C DE572523 C DE 572523C
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    • C22B5/00General methods of reducing to metals
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Description

  • Aluminothermisches Gemisch Die Erfindung bezieht sich auf ein aluminothermisches Gemisch, d. h. ein Gemisch, das aus einem körnigen Metalloxyd und einem als Reduktionsmittel dienenden Metall besteht, dessen Menge dein Sauerstoffgehalt -des Metalloxyds chemisch äquivalent ist. Von den bekannten Gemischen dieser Art unterscheidet sich das Gemisch gemäß der Erfindung dadurch, daß als Metalloxyd ein auf dem Verblaserost erhaltenes Sintererzeugnis verwendet wird. .
  • Mit dem Namen aluminothermisches Gemisch wird nicht zum Ausdruck gebracht, daß nur Aluminium als Reduktionsiniftel verwendet werden kann, es wird vielmehr betont, daß auch andere reduzierende Metalle Verwendung finden können.
  • Durch die Sinterung auf dem Verblaserost soll dem -lIetalloxyd eine poröse Struktur erteilt werden, wodurch eine vergrößerte Oberfläche und damit erhöhte Reaktionsfähigkeit erreicht werden soll. Außerdem wird durch die Sinterung die Oxydationsstufe des Metalloxyds erhöht, was wiederum die Energiemenge des Gemisches steigert. Und schließlich verhindert auch die Porösität des Metalloxyds die sonst eintretende Entinischung von Oxyd und reduzierendem Metall.
  • Es wird demnach erfindungsgemäß der Vorteil erreicht, daß die Reaktion sich mit großer Schnelligkeit über das ganze Gemisch bewegt, so daß die Zeit, während deren die Wärme erzeugt wird, auf das Geringste herabgesetzt wird. Die Wärmeverluste infolge Strahlung werden verringert, und die Wärme wird in dem Material aufgespeichert. Diese Wärme genügt, um das reduzierte Metall und unter bestimmten Bedingungen weitere zuzusetzende Metallmengen zu schmelzen.
  • Die Erfindung kann im besonderen unter Benutzung von eisenhaltigen Materialien, ferner zur Behandlung von Eisenerzen und Eisennebenprodukten verwendet werden.
  • Das aluminothermische Gemisch gemäß der Erfindung wird in der Weise hergestellt, daß man eine dünne Schicht eines eisenhaltigen Materials einem Sintern auf dem:Verblaserost unter solchen Bedingungen unterwirft, daß ein verhältnismäßig bröckeliger Sinterkuchen entsteht. Das Sinterverfahren beseitigt verschiedene Verunreinigungen und erhöht den Sauerstoffgehalt des Materials bis zu der gewünschten Höhe. Der Sinterkuchen wird dann gebrochen und mit zusätzlichen Mengen von metallischem Eisen und fein verteiltem Aluminium -in einer Menge gemischt, die dem Sauerstoffgehalt in dem Eisen chemisch äquivalent ist. Der gebrochene Sinter hat eine poröse Beschaffenheit, ei- ermöglicht infolge seiner großen Oberfläche eine schigelle Ausbreitung _ der reduzierenden Wirkung durch denselben. Die unregelmäßige Struktur des Sinters dient ferner dazu, die Aluminiumteilchen festzuhalten, was ihre Neigung; sich zu trennen, vermindert.
  • DieErfindung kann im besonderen auf Eisenoxyd angewendet werden, das nach-diesem Verfahren aus Eisenerzen, wie z.B. Haeinatit, Magnetit, oder aus Nebenprodukten, wie feinen Bohrspänen, Hammerschlag, Eisenoxyden oder ähnlichem Material, erhalten werden kann. Vorzugsweise wird ein hochwertiges Material, nämlich solches mit hohem Eisengehalt, gewählt, da man bei der Verwendung derartigen Materials weniger davon verbraucht als bei Verwendung geringwertigeren Materials.
  • Das Rohmaterial kann natürlich auf die gewünschte Größe, beispielsweise für den Durchgang durch 1/2 oder 1/4zöllige Siebina@chen, zunächst gebrochen «-erden. Eine geringe Brennstoffmenge, beispielsweise Kohlenstaub (fine coal), Kleinkoks, Sägespäne oder andere feste Brennstoffe, kann alsdann hinzugesetzt werden, falls das Material nicht selbst einen brennbaren Bestandteil enthält. Die Materialien werden gut miteinander gemischt und mit Wasser angefeuchtet. Die angefeuchtete Mischung wird dann auf einem Verblaserost gesintert. Die Temperatur wird vorzugsweise durch Regelung der Brennstoffmenge, des Gebläseluftvolumens, der Dicke des behandelten Bettes und andere Faktoren geregelt, um einen verhältnismäßig bröckeligen Sinterkuchen zu erhalten.
  • In dem Sinterprozeß wird die ursprüngliche Struktur des Rohmaterials, mag dies pulverförmig, körnig oder schuppenförmig sein, vollständig zerstört. Die Teilchen sind zeitweilig geschmolzen und werden in dein Augenblick des Schmelzens durch Luftströme in eine zellulare, dünnwandige Honigwabenstruktur geblasen, die voller mikroskopischer Poren und sichtbarer Zellen ist.
  • Die chemische Natur des Materials wird ebenfalls verändert; Feuchtigkeit, Ü1 und andere flüchtige Verunreinigungen werden durch die Hitze vollständig abgetrieben. Letztere, beispielsweise Schwefel, und organische Stoffe werden ausgebrannt, das Eisenoxyd 'selbst wird chemisch verändert. Es wird erheblich zu Ferriferrooxyd (Fes04) mit zeitweilig geringen Mengen von höherem Oxyd (Fe203) umgewandelt, das über die ganze Masse wesentlich gleichförmig verteilt ist. Falls das Rohmaterial aus feinen Eisenbohrspänen besteht, so werden diese erheblich zu Ferrit durch das Verfahren umgewandelt.
  • Falls aus irgendeinem Grunde eines der Ausgangsmaterialien nicht verändert wird, so kann es ausgesiebt und der folgenden Beschickung wieder zugesetzt werden. Das gesinterte Oxyd wird dann vorzugsweise gebrochen und, falls erforderlich, gesiebt. Brechapparate, die durch Stoß, beispielsweise Walzen- oder Backenbrecher, brechen, sind vorteilhafter als solche, die mittels einer Mahlwirkung zerkleinern, damit Körner beispielsweise als scharfe, winklige Bruchstücke anstatt als abgerundete Teilchen erhalten werden.
  • Der gebrochene Sinter ist von dem Rohoxyd völlig verschieden. Das Brechen zerstört die zellulare, poröse Struktur des Sinterkuchens nicht, noch verändert es seine chemische Beschaffenheit. Es wandelt indessen die gebrochenen Sinterkuchen von unregelmäßiger Größe in eine Masse von verhältnismäßig feinen, scharfen, eckigen, verbundenen Körnern, deren jedes selbst eine äußerst poröse, mikroskopisch zellulare Struktur hat. Infolge dieser Struktur ist es in überraschender Weise für die Reaktion mit einem reduzierenden Stoffe geeignet. Denn es bietet enorme Flächen für die Reaktion und ist ungehindert für den Eintritt der Wärme durchlässig. Die ineinanderfassende eckige Struktur der Körner sucht ferner die Körner des reduzierenden Stoffes fest an ihrem Platze zu halten, die mit den Körnern des Sinters geiuischt sind, und verhindert auch eine etwaige Neigung eines zur Trennung vom anderen, was sonst der Fall ist, wenn die das Gemisch enthaltende Packung, wie beispielsweise bei der Verschiffung, gerüttelt oder geschüttelt wird.
  • Die geeignetste Größe, auf die der Sinter gebrochen werden muß, hängt bis zu einem gewissen Grade von der Art seiner weiteren Verwendung ab. Für viele Zwecke hat es sich als vorteilhaft erwiesen, ihn maximal auf eine etwas größere Größe zu brechen, als die Größe der niit ihm zu mischenden Aluminium- oder anderen Metallkörner beträgt.
  • Der gebrochene Sinter wird dann mit einem fein zerteilten reduzierenden Stoff, wie beispielsweise metallisches Aluminium, in einem Verhältnis gemischt, das dem Säuerstoffgehalt des Eisenoxyds chemisch äquivalent ist. Das Gemisch wird dann durch eine geeignete Vorrichtung entzündet. Das metallische Aluminium wirkt als reduzierender Stoff, uni das Eisen in den Metallzustand unter Entwicklung einer intensiven Wärme zu reduzieren, die das metallische Eisen zu schmelzen und ein Bad aus überhitztem Metall zu bilden vermag. Das Aluminiumöxyd schwimmt dann als Schlacke auf dem Bade. Das geschmolzene Eisen kann alsdann zum Schweißen von eisernen Gegenständen und für andere Zwecke in bekannter Weise verwendet werden.
  • Wird eine das erforderliche Maß überschreitende Wärme entwickelt, als zur Aufrechterhaltung des Metalls in geschmolzenem Zustande nötig ist, so kann die Menge durch Zugabe weiterer Mengen an metallischem Eisen vergrößert werden. Diese absorbieren die Wärme und treten in geschmolzenem Zustande in das Bad ein. Für ein spezifisches Beispiel wurde Eisenoxyd in Form von Walzwerkshaillnierschlag mit 5 °/o feiner Anthrazitkohle gemischt und zu eineng bröckeligen Sinterkucllen gesintert. Der Kuchen wurde für den Durchgang durch 1/$zöllige Siebmaschen gebrochen. Das gebrochene Material wurde mit der chemisch äquivalenten Menge von körnigem Aluminium gemischt, das für den Durchgang durch ein 14-Maschen-Sieb gesiebt-war. Die Mischung ergab ein ausgezeichnetes aluminotherniisches Produkt. Es verbrannte vollständig, reagierte mit ungewöhnlicher Geschwindigkeit, entwickelte eine überraschend starke Hitze und erzeugte hochwertiges Eisen.
  • Eine andere Menge des Sinters wurde gebrochen und für den Durchgang - durch 3l@ zöllige Siebmaschen gesintert, so daß er auf einem 1/ezölligen Maschensieb liegenblieb. Er wurde mit i 4maschigem, " körnigem Aluminium gemischt. .
  • Die Mischung reagierte schnell finit einer starken Wärmeentwicklung und erzeugte ein ausgezeichnetes Metall, obwohl die Reaktion schwieriger in Gang zu setzen war. Auch bemerkte man; daß die Aluminiumkörner durch Rüttelil dazu neigten, sich von den groben Sinterkörnern zu trennen.
  • Eine andere Sintermenge wurde auf ein 3o-Maschen-Sieb gesiebt und mit dem 4omaschigen körnigen Aluminium gesiebt. Diese Mischung zündete sofort und ergab ein ausgezeichnetes Metall, aber die Reaktionsgeschwindigkeit und die Temperatur waren in diesem Falle geringer als bei den obigen Beispielen, wenn auch die gleichen wie bei den jetzt handelsüblichen aluminothermischeil Mischungen.
  • Vorzugsweise soll das verwendete Aluininium körnig anstatt feinflockig sein. Die beste Korngröße hängt von den besonderen gewünschten Resultaten und von der Größe der mit ihnen zu mischenden Sinterkörner ab. Wie oben angeführt, hat sich ein Sieben durch ein i4-Maschen-Sieb als befriedigend herausgestellt. Als Menge wird die mit dein Sauerstoffgehalt in den Sinterkörnern chemisch äquivalente gemäß der bekannten aluminothermischen Reaktion benutzt.
  • Die Reaktionsgeschwindigkeit ist bei der aluminothermischen Mischung gemäß der Erfindung im Vergleich zu den bisher bekanilten erheblich größer, der Wärmeverlust infolge Strahlung, die Absorption in dein Schmelztiegel ist so erheblich geringer, daß ein überraschend größerer Wärmeüberschuß entwickelt wird. Daher kann eine weit größere Menge metallischen Eisens, beispielsweise Stanzabfälle, der niederzuschnielzenden Mischung zugesetzt werden, die die aus dein aluniinotherinischen Eisen erzechte Wärmemenge erhöhen. Es ist 25 bis 5o o(o mehr metallisches Eisen zugesetzt worden, ohne Gefahr zu laufen, daß die Reaktion einfriert, gegenüber einigen der jetzt in Verwendung befindlichen aluminothermischen Mischungen.
  • ach deal oben beschriebenen Verfahren können verschiedene Rohmaterialien billig in Eisenoxyd übergeführt werden, das mit dein Aluminium schnell zu reagieren und überhitztes geschmolzenes Metall zu erzeugen vermag. Der Sinterprozeß verwandelt das Metall nicht nur in die offene zellulare Struktur, die für eine spätere Reaktion geeignet ist, sondern er erhöht auch den Sauerstoffgehalt von sauerstoffarmen Eisenmaterialien auf einen verhältnismäßig hohen Wert. Dies ist ein wesentliches Merkmal, da die Reaktionswärme allein aus dem mit dem Eisen verbundenen Sauerstoff erhalten "wird. Das Aluminium hat eine starke reduzierende Wirkung und entzieht dein Eisenoxyd diesen Sauerstoff unter Bildung metallischen Eisens und Aluminiumoxyds.
  • Das erhaltene Produkt ist von außerordentlicher Gleichförmigkeit, da die -verschiedenen Rohmaterialien durch den Sinterprozeß vollständig in einen gleichförmigen Sinterkuchen umgewandelt werden. Das Verfahren kann daher mit billigeren Rohmaterialien durchgeführt werden als in anderen Fällen, in denen die chemische und physikalische Struktur nicht in einem so bemerkenswerten Grade verändert wurde.
  • Die Erfindung ist oben in ihrer Anwendung auf eisenhaltige Materialien beschrieben worden. Es liegt aber auf der Hand, daß sie in gleicher Weise auch für andere Metalle, z. B. Chrom, Vanadium und ähnliche, verwendbar ist, deren Oxyde durch Aluminium, Calcium und andere hochreduzierende Metalle reduzierbar sind.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE-i. Aluininothermisches Gemisch, bestehend aus einem körnigen Metalloxyd und einem als Reduktionsmittel dienenden Metall, dessen Menge dein Sauerstoffgehalt des Metalloxyds . chemisch äquivalent ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Metalloxyd ein auf dein Verblaserost erhaltenes Sintererzeugnis verwendet wird.
  2. 2. Aluminothermisches Gemisch nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß es aus gesintertem, gebrochenem, gesiebtem Eisenoxyd und Aluminium besteht.
DEH123451D 1928-09-29 1929-09-24 Aluminothermisches Gemisch Expired DE572523C (de)

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US572523XA 1928-09-29 1928-09-29

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DEH123451D Expired DE572523C (de) 1928-09-29 1929-09-24 Aluminothermisches Gemisch

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DE (1) DE572523C (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0583670A1 (de) * 1992-08-14 1994-02-23 Elektro-Thermit GmbH Metallothermisches Reaktionsgemisch
US5753006A (en) * 1995-12-22 1998-05-19 Elektro-Thermit Gmbh Method for the aluminothermal production of molten steel

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0583670A1 (de) * 1992-08-14 1994-02-23 Elektro-Thermit GmbH Metallothermisches Reaktionsgemisch
US5753006A (en) * 1995-12-22 1998-05-19 Elektro-Thermit Gmbh Method for the aluminothermal production of molten steel

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