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Verfahren zur Herstellung von praktisch silicium- und aluminiumfreiem
Eisen durch silicothermische Reaktion Man kann bekanntlich durch Abbrennen eines
Gemisches von echten Superoxyden, z. B. Bariumsuperoxyd und Siliciumpulver aus technischem
oder reinem Silicium, gegebenenfalls unter Zusatz von Natriumsuperoxyd, in das Gemisch
eingebettete Metallspäne oder auch nichtmetallische Körper bei sehr hoher Temperätur
schmelzen, wobei sich das Metall usw. unter einer Schicht von geschmolzenem. Bariumsilicat
sammelt. Dieses Verfahren ist zwar brauchbar, aber mit Nachteilen verknüpft, z.
B. schmilzt die Schlacke schwer; man kann sie durch Zusatz von Flußmitteln leichter
flüssig machen, jedoch ist dies mit einer Vermehrung des zu schmelzenden Materials
verbunden. Schwerer wiegt der Nachteil, daß die Ausbeute an erschmolzenem Metall
schlecht ist; aus 1,4kg beigemengten Stahlspänen lassen sich nach den vorliegenden
Angaben nur i kg erschmolzenes Eisen @erhalten, wobei also eine verhältnismäßig
große Menge Reaktionsgemisch verbraucht wird.
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Es wurde nun gefunden, daß man wesentlich sicherer und, worauf @es
in erster Linie ankommt, mit viel besseren, fast theoretischen, Ausbeuten an geschmolzenem
Metall arbeitet, wenn man statt des Siliciums seine eisenhaltigen Legierungen mit
Aluminium oder anderen Leichtmetallen verwendet, wie sie sich durch Reduktion, z.
B. von Ton, im elektrischen Ofen billig erzeugen lassen. Vorzugsweise kommen diejenigen
Si-Al-Fe-Legierungen zur Verwendung, die als technisches Aluminiumsilicid handelsüblich
und spröde, also leicht pulverisierbar sind. Sie lassen sich dann bequem mit den
Superoxyden und den zu schmelzenden Metallteilen vermengen.
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Beim Abbrennen bildet sich ein Gemisch von Bariümsilicat und Bariumaluminat,
welches leichter schmilzt als Bariumsilicat allein und die zu schmelzenden Teile
unter der eisenhaltigen Schlacke leichter zusammenfließen läßt. Der. Eisengehalt
der Schlacke entstammt dem Eisengehalt der verbrennenden Legierung.
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Beispiel 12o g Bariumsuperoxyd, 85 %ig, 12,1 g Aluminiumsilicid folgender
Zusammensetzung: 47, 10/0 Silicium, 29,16% Aluminium, 22,71 Eisen und 3o
g S-M-Stahldrehspäne im Gewicht .von je o,5 bis 2 g wurden gut miteinander gemengt
und locker in einen feuerfesten Tiegel gebettet. Die Zündung geschah mit einem brennenden
Magnesiumband. Das Gemisch brannte innerhalb 3 bis 4 Sekunden ruhig ab, es wurden
nur Spuren aus dem Tiegel geworfen. Nach dem Erkalten fand sich das Eisen am Boden
des Tiegels als blasenfreier, kugelförmiger Regulus vor. Die Trennung von der brüchigen
und schwarzen Schlacke war leicht, das erzielte Eisen. vollkommen schmiedbar. Der
Regulus wog 28,5 g, es wurden also ungefähr 95% ausgebracht,
was
vor - allem in Anbetracht der kleinen; Metallmenge als ein sehr gutes Ergebnis,
zu bezeichnen ist. Beim Einschmelzen größerer Mengen ließ sich noch eine beträchtliche
Ersparnis an den eingeführten Materialien erzielen.
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Schon bei diesen kleinen Mengen Schmelzgemisch werden also bemerkenswert
gute Ausbeuten erzielt, und schon dabei liefert die Schmelzung, wie gesagt, einen
schönen, gut zusammengeschmolzenen Metallregulus, während bei so kleinen Mengen
und Anwendung von Silicium allein ein brauchbares Ergebnis, wie durch Versuche festgestellt
wurde, überhaupt nicht zu erzielen ist. Ferner zeigte sich bemerkenswerterweise,
daß im Gegensatz zum Arbeiten mit Silicium allein der erzeugte Regulus trotz des
Siliciumgehalts der verbrennenden Legierung praktisch dieselbe Zusammensetzung hat
wie die Späne, aus denen er erschmolzen ist, während dagegen, wie durch Analysen.
festgestellt wurde, beim Arbeiten mit Silicium allein gar nicht unbeträchtliche
Mengen desselben in das erschmolzene Eisen gehen. Dies ist ein wesentlicher Vorzug
des neuen Verfahrens, und man ist damit im Gegensatz zu den bekannten Verfahren
nunmehr sicher, diejenige Zusammensetzung des erschmolzenen Eisens zu erhalten,
welche der aus dem Einsatz errechneten entspricht.
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In allen Fällen braucht man das Aluminiumsilicid nicht sehr fein mahlen;
dennoch verlaufen die Reaktionen ähnlich wie bei der Aluminothermie mit großer Geschwindigkeit;
dies ist überraschend, denn der Eisengehalt des Silicoaluminiums ließ eine Verzögerung
der Reaktion befürchten.
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Außerdem ist bemerkenswert, daß Aluminium aus der Si-Fe-AI-Legierung
nicht in das erschmolzene Eisen geht. Die Geschwindigkeit der Verbrennung der gepulverten
Legierung mit dem Superoxyd ist nämlich offenbar so groß, und zwar viel größer als
bei Sili-.cium allein, daß sie vollendet ist, ehe das zu schmelzende Eisen eine
Temperatur @erreicht hat, bei der @es Aluminium oder Siäcium aufnehmen kann; die
Aluminothermie gestattet dagegen nicht, eine Eisenschmelze herzustellen, die gleichzeitig
frei von Eisenoxydul und Aluminium ist.
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Man kann auch die Schmelzreaktion unter Zusatz von Flußmitteln verlaufen
lassen. In besonderen Fällen ist es erwünscht, durch Zusatz von aluminothermischen
Mischungen in an sich bekannter Weise die Intensität der Reaktion zu steigern, wobei
man so verfahren kann, daß man Nester mit der aluminothermischen Mischung im Reaktionsgemenge
verteilt.
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Man hat schon vorgeschlagen, an Stelle von Aluminium in der Aluminothermie
seine Legierungen mit Silicium und ebenso andere Siliciumlegierungen, z. B. Siliciumcalcium,
zu verwenden. Dabei wirken diese Legierungen jedoch wie Aluminium als Reduktionsmittel
von Oxyden usw. Das neue Verfahren bedient sich dagegen ausschließlich derjenigen
Reaktion, welche beim Verbrennen von eisenhaltigen Siliciumlegierungen mit Superoxyden,
insbesondere Bariumsuperoxyd, eintreten und wobei die Metallteile geschmolzen werden,
die schon von Anfang an im Reaktionsgemenge vorhanden sind.
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Man hat ferner schon Silicium, seine Gemenge und Legierungen mit Calcium
teilweise als Ersatz für Aluminium in der AIuminothermie verwendet, und auch schon
abbrennende Superoxydgemische zur Erhöhung der Temperatur und als. Initialzünder
bei aluminothermischen Reaktionen benutzt; Jedoch haben erst die Erfinder festgestellt,
daß der Ersatz des Siliciums in der Silicothermie, die sich ausschließlich der Reaktionswärme
von abbrennenden Bariumsuperoxyd-Siliciurn-Gemischen zum Schmelzen von beigemengten
Metallen bedient, durch eisenhaltige Aluminium-Silicium-Legierungen Beine so .wesentliche
Erhöhung der Ausbeute an erschmolzenem Metall veranlaßt, wie dies vorher geschildert
wurde, ohne daß die Zusammensetzung des zu schmelzenden Metalls sich dabei praktisch
ändert.
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Das neue Verfahren kann überall da Anwendung finden, wo man bisher
die Aluminothermie allein verwandte. Bei den billigen Ausgangskörpern ist das Verfahren.
sehr wirtschaftlich. Es stellt eine erhebliche Verbesserung gegenüber dem der alten
Silicothermie dar.