DE688783C

DE688783C - Elektrode zur Herstellung kohlenstoff- und siliciumarmer Metalle und Legierungen

Info

Publication number: DE688783C
Application number: DE1937W0101805
Authority: DE
Inventors: Klas Jonas Henrik Engdahl; Ossian Henrik Jonson; Frans Gustaf Samuelson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1936-09-09
Filing date: 1937-08-28
Publication date: 1940-03-02

Description

Elektrode zur Herstellung kohlenstoff- und siliciumarmer Metalle und Legierungen Gegenstand der Erfindung ist eine Elektrode zur Herstellung kohlenstoff- und siliciumarmer Metalle und Legierungen sowie ein Verfahren zur Herstellung derartiger Elektroden.
Die Erzeugung kohlenstoff- und siliciumarmer Metalle und Legierungen, wie z. B. Chrom, Mangan, Wolfram, Vanadium, Molybdän und ihre Legierungen mit Eisen, erfolgt durch Reduktion entsprechender Erze oder Oxyde im elektrischen Ofen mit Hilfe von Silicium oder Siliciumlegierungen, wie Siliciumeisen, Siliciumaluminium oder Siliciumcalcium, als Reduktionsmittel.
Durch Benutzung von Silicium oder Siliciumlegierung mit geringen Mengen Kohlenstoffgehalt kann die Einführung größerer Mengen von Kohlenstoff in den Prozeß durch die Rohstoffe vermieden werden. Bei den üblichen Verfahren muß aber mit einem großen Überschuß an Silicium gearbeitet werden gegenüber dem zu reduzierenden Erz oder Oxyd, wobei ein großer Teil des wertvollen Legierungsmetalls von der Schlacke aufgenommen wird, verlorengeht oder nur durch einen besonderen Reduktionsprozeß zurückgewonnen werden kann. Das Arbeiten mit großen Überschüssen an Silicium ist notwendig, um bei der üblichen Arbeitsweise eine Aufkohlung des Metalls oder der Legierung durch die Elektroden zu vermeiden.
Um die Aufkohlung zu vermeiden, ist früher schon der Vorschlag gemacht worden, die Elektroden aus einer Mischung des Erzes und des Reduktionsmittels zu verformen und diese Elektroden im elektrischen Ofen zu verschmelzen. Solche Elektroden sind indessen wenig vorteilhaft. Sie sind schlecht leitend, müssen daher mit h-letalleinlagen oder Metallhüllen mit großem Querschnitt versehen werden. Trotzdem ist (las Verschmelzen erschwert und die Reduktion unvollständig. Bei Benutzung von Silicium oder Siliciumlegierung als Reduktionsnüttel legiert sich (las aus dem Erz ausreduzierte Metall mit großen Mengen des Siliciums, das dann nicht ohne einen kostspieligen Raffinationsprozeß und gegebenenfalls Umschmelzen entfernt werden kann.
Die den Gegenstand der Erfindung bildende Elektrode für die Herstellung kohlenstoff-und siliciumarmer Metalle und Legierungen beseitigt alle bisher bestehenden Schwierigkeiten. Die neue Elektrode besitzt vorzÜgliche elektrische, Leitfähigkeit, ist kohlefrei, enthält keinen oder nicht ins Gewicht fallenden Siliciumüberschuß und gestattet die unmittelbare Herstellung kohlenstoff- und siliciumarmer Metalle und Metallegierungen, ohne daß es eines Raffinierens oder Umschmelzens bedarf.
Die neuartige Elektrode besteht aus einer gesinterten nichtmetallischen Grundmasse und weist, in dieser gleichförmig verteilt, Teilchen aus siliciumhaltigem Metall oder Metallegierung auf bei solchem Gehalt an Metall oder Legierung, daß der Körper eine gute elektrische Leitfähigkeit besitzt. Dazu ist zu erwähnen, daß diese gute elektrische Leitfähigkeit schon bei verhältnismäßig geringem Gehalt an siliciumhaltigem Metall bzw. Metallegierung erreicht wird, vorausgesetzt, daß das Metall bzw. die Legierung in feiner Form und gleichförmig verteilt vorliegt.
Die neuartigen Elektroden können beispielsweise in folgender Weise hergestellt werden.
Chromerz und Siliciumeisen werden je für sich zu einer Pulvermasse mittels hierzu geeigneter Maschinen zerkleinert und danach innig miteinander gemischt. Das Erz soll dabei möglichst in geringem Ü'berschuß über die auf das Reduktionsmittel theoretisch berechnete Menge vorliegen. Die Mischung wird einem Vorwärmer i aufgegeben, in dem sie unter Rühren möglichst gleichförmig auf eine unterhalb der Reaktionstemperatur liegende Temperatur erhitzt wird, z. B. auf etwa 100o° C. Der Vorwärmer, zweckmäßig aus feuerfestem Metall, kann durch Gas, Ölfeuerung oller auch elektrisch, z. B. durch Induktion, erhitzt werden.
Die vorgewärmte Rohstoffmischung wird dann mit geregelter Geschwindigkeit in ein senkrechtes Sinterungsrohr 2 aus dünnem Eisenblech eingespeist, das eine Hülle für die zu sinternde Masse und die fertige Elektrode bildet. Das Rohr wird am oberen Ende durch Sektionen zugebaut, je nachdem die fertige Elektrode in der unten beschriebenen Weise verschmolzen wird. Ein Stück unterhalb des oberen Endes passiert das Sinterrohr (furch eine Heizvorrichtung, die beispielsweise aus einem Gehäuse 3 bestehen kann, das das Rohr ringförmig umschließt und mit Öl- oder Gasfeuerung oller mit einer elektrischen Induktionsspule für Hochfrequenzstrom versehen ist. Mittels der Beheizung kann der im Bereiche der Heizvorrichtung befindliche Teil des Rohres auf die erforderliche Temperatur, z. B. 1200 bis 1250c' C, erhitzt werden, um eine Reaktion der Rohstoffe und deren Sinterung herbeizuführen, indem der zugeführte Rohstoff sich hier auf die schon gesinterte Masse legt und durch die Berührung mit ihr und durch die äußereWärmezufuhr auf Reaktionstemperatur gebracht wird. Bei der Reaktion wird das Chromerz unter Bildung von siliciumhaltigem Chromeisen und einer hauptsächlich aus Silicaten bestehenden Schlacke "mit derartiger Viscosität reduziert, (laß das Zusammenfließen des ausreduzierten Metalls verhindert wird. Dieses behält die Form von feinen, in der gesinterten Masse gleichförmig verteilten Teilchen, welche Metallteilchen bewirken, daß der Sinter eine gute elektrische Leitfähigkeit erhält. Beim Sintern sinkt die Rohstoffmasse auf etwa die Hälfte ihres ursprünglichen Volumens zusammen, wodurch sich ihr Raumgewicht von etwa 1,ß auf etwa q. erhöht. Die Reaktion verläuft exothermisch, und die entwickelte Wärme bewirkt eine nicht unbedeutende Temperatursteigerung in der blasse. Es ist von Bedeutung, daß diese Temperatursteigerung nicht so weit geht, daß die Schlacke leichtflüssig wird oder schmilzt, weil dann die ausreduzierten Metallteilchen zu größeren Tropfen zusammenfließen würden. Dadurch würde die elektrische Leitfähigkeit des Sinters im wesentlichen verlorengehen und der Sinterkörper als Elektrode unbrauchbar werden.
Eine Regelung der bei der Reaktion erreichten Höchsttemperatur kann durch Regelung der Vorwärmung und der äußeren Wärmezufuhr zu der Sinterungszone bewirkt werden. Nachdem der Prozeß angelassen ist, kann unter Umständen die äußere Wärmezufuhr zu der Sinterungszone vermindert oder sogar unterbrochen werden. Eine Regelung der Temperatur kann auch durch Änderung der Zusammensetzung der Beschickung bewirkt werden. Eine Vergrößerung der Erzmenge oder ein Zusatz schlackenbildender Stoffe wirkt auf die in der Sinterungszone erreichte Höchsttemperatur herabsetzend, während eine Steigerung durch Ersatz eines Teils des Siliciumeisens durch ein reaktiotisfälligse Reduktionsmittel, z. B. Siliciumaluniinium oder Siliciumcalciuni, bewirkt werden kann.
Unterhalb der Reaktionszone verliert die Elektrode Wärme durch Strahlung, so daß die gesinterte Masse vollständig erstarrt und eine hohe mechanische Festigkeit erhält.
Das Verfahren der Erfindung sei beispielsweise durch folgende zahlenmäßige Angaben noch weiter erläutert.

Rohstoffmischung

ioo kg gepulvertes Chromerz der Zusammen-

setzung

Cr. 03 . . . . . . . . . . . . . . . . 52.5 %1

Fe O . . . . . . . . . . . . . . . . . 13,20/0,

Si0= ................. 5350101

1I- O . . . . . . . . . . . . . . . . . 15,5%,

Al= 03 . . . . . . . . . . . . . . . 11,2'/0,

Glühverlust ....:....... 1,6ojo;

aoo kg Siliciumeisen der Zusammensetzung:

Si .................... 95 °/°.

Fe . . . . . . . . . . , . . . . . 3,10/"-

Al . ................. .. i 0 10,

C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,21/,.

Vorwärmung auf iooo° C, Erhitzung im Elektrodenrohr auf 125o° C, auf der Außenseite des Rohres gemessen, durch Ölfeuerung.

Versintertes Erzeugnis: dichte hellgrüne Grundmasse aus chromhaltiger Silicatschlacke mit gleichförmig verteilten Metallteilchen, auf der Oberfläche eines Sinterstiickes nach Schleifen und Polieren gut zu erkennen.
Kontrolle der verlaufenden Reaktion durch Säurebehandlung ergab für das ungesinterte Pulver o,io°/o Cr, durch Salzsäure gelöst, für die gesinterte Masse 25,6°1° Cr mit einem Si-Gehalt von 14 bis i50/0. Oxyde konnten aus dem Sinter nicht herausgelöst werden.
Zusammensetzung des im Sinter vorhandenen siliciumreichen Chromeisens: 14,8°%Si; 6o °/° Cr, o,25 °/° C.
Die Herstellung des Sinterkörpers kann auch statt in senkrechten Rohren in waagerecht liegenden oder in anderen V orrichtungen erfolgen.
Die vorsteliend..genauer beschriebene Elektrode ist naturgemäß zur Herstellung von Chromlegierungen bestimmt. Zur Erzeugung voll Eisenlegierungen mit Vanadium, Mangan oder Molybdän werden in grundsätzlich gleicher Weise Elektroden erzeugt unter Ersatz des Chromerzes durch die Rohstoffe, die die vorgenannten Metalle als Oxyde enthalten.
Das Verfahren der Erfindung zur Herstellung; der Elektroden kann unmittelbar mit der Erzeugung der kohlenstof- und siliciuiiiarmen Metalle und Legierungen verbunden werden, und zwar in der Weise, daß in dem gleichen Maße die zu benutzende Elektrode neu gebildet wird, in dem sie an ihrem unteren Ende bei der Durchführung des Schmelzprozesses verbraucht wird. Die Vorrichtung zur Herstellung der Elektrode ist dabei genau die gleiche, wie sie oben konkret beschrieben ist. Das untere Ende der Elektrode ragt z. B. in einen elektrischen Ofen -1 hinein, der ein Schlackenbad 5 enthält. Oberhalb des Ofens wird die Elektrode voll Klemmbacken 6 getragen, die auch Stromzufuhrleitungen 7 an der Elektrode festgeklemmt halten und mit einer geeigneten Vorschubvorrichtung versehen sind. Dadurch wird die Elektrode abwärts bewegt, je nachdem das obere Ende der Elektrode in der Sinterungszone aus den zugeführten Rohstoffen neu gebildet und das untere Ende in dem Ofen .4 verschmolzen wird.
Auf Grund der hohen elektrischen Leitfähigkeit der Elektrode findet die Verschmelzung äußerst gleichförmig statt, so daß das untere Elektrodenende eitle praktisch ebene Endfläche in Berührung mit dem Schlackenbade des Ofens aufweist. . Bei der Verschmelzung wird die Reaktion zwischen dem Erz und dein Reduktionsmittel auf Grund der hohen Temperatur zu Ende geführt, und gleichzeitig findet eine Raffination des ausreduzierten Metalls statt, das sich unterhalb des Schlackenbades als ein Bad aus geschmolzenem Chromeisen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und niedrigem Siliciumgehalt sammelt.
Zur Erläuterung sei noch mitgeteilt, daß mit der oben durch ihre Zusammensetzung gekennzeichneten Elektrode gemäß der Erfindung ein Chromeisen gewonnen wurde, das i,j9°/° Si, 64o/0 Cr und 0,1q1°/, C enthielt. Die Raffinationsschlacke hatte etwa folgende Zusammensetzung: 58,5°/° Si02, 9,6°/° Cr=03, 13,5 °/o Al., 03 und 18,6 °/° Mg O.

Claims

PATrNTANSrRücTlr i. Elektrode zur Herstellung kohlenstoff- und siliciumarmer Metalle und Metallegierungen, bestehend aus einer gesinterten nichtmetallischen Grundmasse und in dieser gleichförmig fein verteilten Teilchen aus siliciumhaltigem Metall oder Metallegierung bei solchem Gehalt an Metall öder Legierung, daß der Körper eine gute elektrische Leitfähigkeit besitzt.
2. Verfahren zur Herstellung von Elektroden nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß ein pulvriges Gemisch von Metalloxyd oder Oxyderz und Silicium oder Siliciumlegierungen auf eine Temperatur erhitzt wird, hei der Reduktion des vorhandenen Oxvdes durch das Silicium bzw. die Siliciumlegierung erfolgt, die Reaktionsmasse jedoch lediglich zur Sintertnig, unter Vermeidung des Schmelzens. kommt und das ausreduzierte Metall in Form feiner Teilchen in der im wesentlichen aus Silicaten bestehenden Schlackenmasse gleichförmig fein verteilt bleibt.
3. Verfahren nach Anspruch :2, dadurch gekennzeichnet, daß das pulvrige Gemisch der Reaktionsstoffe, vorzugsweise nach entsprechender Vorwärmung, einer durch äußere Wärmezufuhr erhitzten Reaktionszone allmählich zugeführt wird, in der das Gemisch teils durch die äußere Wärmezufuhr, teils durch das in dieser vorhandene heiße gesinterte Gut auf Reaktionstemperatur gebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das pule rige Gemisch der Reaktionsstoffe allmählich in eine Form eingespeist wird, die aus einem senkrechten Blechrohr besteht und in dieser zu einem Sinterkörper zusammengesintert wird, wobei gegebenenfalls der gebildete Sinterkörper unmittelbar nach seiner Herstellung als Elektrode verwendet werden kann.