DE903271C

DE903271C - Process for the production of aluminum-silicon alloys

Info

Publication number: DE903271C
Application number: DEV3974D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Carl Reschke
Original assignee: Vereinigte Aluminium Werke AG
Current assignee: Vereinigte Aluminium Werke AG
Priority date: 1943-06-11
Filing date: 1943-06-11
Publication date: 1954-02-04

Description

Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen Die Herstellung von Aluminium-Silizium-Legiesungen erfolgte bisher in der Weise, daß tonerde-und kieselsäurehaltige Rohstoffe, wie z. B. Kaolin nebst einem Zusatz von Tonerde mit denn Reduktionskohlenstoff, wie z. B. einem Gemisch von Holzkohle und Petrolkoks, brikettiert und diese Briketts gemeinsam mit stückigem Quarz und gleichfalls stückiger Holzkohle im elektrischen Lichtbogenofen reduziert wurden.Process for the production of aluminum-silicon alloys The production of aluminum-silicon alloys has so far been carried out in such a way that alumina and Silicic acid-containing raw materials, such as B. kaolin along with an addition of clay because reducing carbon, such as. B. a mixture of charcoal and petroleum coke, briquetted and these briquettes together with lumpy quartz and also lumpy Charcoal in the electric arc furnace have been reduced.

Die Notwendigkeit, die Rohstoffe wenigstens vorwiegend in fein zerkleinerter Form aufzugeben, ergab sich aus der überlegung, daß die Reduktion der oxydischen Rohstoffe durch den Kohlenstoff vorwiegend in fester Phase erfolgt. Andererseits jedoch können die gemahlenen Rohstoffe nicht in dieser Form der Reduktionsarbeit unterworfen bzw. dem Elektroofen zugeführt werden, weil durch die während der Reduktion im Ofen entwickelten Reaktionsgase die Hauptmenge der Einsatzstoffe durch Verstaubung verlorengeht, außerdem aber eine solche Beschickung das Entweichen dieser Gase nach außen behindern würde. Ferner muß auf eine gleichmäßige Beschickung des Ofens geachtet, also ihre nennenswerte Anhäufung im Reduktionsraum vermieden werden. Quarz in Form von Sand dem Ofen aufzugeben empfiehlt sich aber deswegen nicht, weil dieser sehr bald mit der übrigen Beschickung zusammensintern und derngemäß zu Hohlraumbildungen innerhalb derselben Anlaß geben würde. Brikettiert man den Sand jedoch mit den übrigen Rohstoffen, so erfordern diese Briketts einen höheren Anteil an gemahlener Holzkohle. Dabei ist aber zu beachten, daß es bekanntlich sehr erwünscht wäre, die Holzkohle durch ein möglichst aschearmes und dabei genügend reaktionsfähiges, die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens nicht beeinträchtigendes Reduktionsmittel zu ersetzen. Da die Bindung der Briketts bekanntlich lediglich durch den infolge des Wasserzusatzes etwas plastischen Kaolin erfolgt, ihre Festigkeit und Härte daher als an sich gering zu bezeichnen sind, würde die erwähnte Maßnahme des Brikettierens von Sand mit den übrigen Rohstoffen die Festigkeit der einen höheren Holzkohlenanteil aufweisenden Briketts infolge der ihr mangelnden B:enetzbarkeit mit Wasser noch weiter erniedrigen. Aus diesem Grund hat sich daher die eingangs geschilderte Art des Einsatzes der Rohstoffe in den elektrischen Ofen als am vorteilhaftesten erwiesen.The need to use the raw materials at least predominantly in finely chopped To give up form resulted from the consideration that the reduction of the oxidic Raw materials through which carbon takes place predominantly in the solid phase. on the other hand however, the ground raw materials cannot do this kind of reduction work subjected to or fed to the electric furnace, because by the during the reduction In the furnace, reaction gases developed the majority of the input materials through dust formation is lost, but such a charge also allows these gases to escape outside would hinder. In addition, care must be taken to ensure that the furnace is loaded evenly, thus their significant accumulation in the reduction area can be avoided. Quartz in shape However, it is not advisable to put sand in the oven because it is very soon sintering together with the rest of the charge and thus forming cavities within the same reason would give. However, if you briquette the sand with the rest Raw materials, these briquettes require a higher proportion of ground charcoal. But it should be noted that it would be known to be very desirable to use the charcoal by an as ash-poor as possible and at the same time sufficiently reactive, the economy to replace the reducing agent which does not interfere with the process. Because the bond As is well known, the briquettes are only slightly plastic due to the addition of water Kaolin takes place, so its strength and hardness can be described as inherently low the mentioned measure of briquetting sand with the remaining raw materials would be the strength of the briquettes, which have a higher proportion of charcoal, as a result the lack of wettability with water even further. For this The reason for this is the type of raw material used in the electric furnace proved most beneficial.

An die für die Herstellung von z. B. hochbeanspruchten Motorenteilen dienenden Aluminium-Silizium-Legierungen werden aber bekanntlich hohe Anforderungen bezüglich ihres Reinheitsgrades gestellt. So bewirkt z. B. schon ein verhältnismäßig geringer Eisengehalt eine Erniedrigung der mechanischen Eigenschaften, und zwar insbesondere der Dehnung dieser Legierungen, die bekanntlich nur zum Teil durch einen Zusatz von Mangan wieder beseitigt werden kann. Auch im Interesse einer Einsparung dieses Metalls ist es daher gelegen, die für den genannten Zweck zu verwendenden Aluminium-Silizium-Legierungen möglichst eisenfrei herzustellen. Infolge der zur Herstellung der Briketts erforderlichen Verwendung von Kaolin als Ausgangsstoff für die Herstellung derartiger Legierungen werden aber den geforderten Reinheitsgrad wesentlich übersteigende Eisen- und gegebenenfalls auch Titanmengen in die Legierung eingebracht. Aus diesen Gründen ergibt sich daher die Notwendigkeit, an Stelle des bisher verwendeten Kaolins reinere Ausgangsstoffe zur Herstellung der einen erhöhten Reinheitsgrad aufweisenden Aluminium-Silizium-Legierung zu verwenden.At the for the production of z. B. highly stressed engine parts Serving aluminum-silicon alloys are known to have high requirements regarding their degree of purity. So z. B. already a relative one low iron content a decrease in mechanical properties, namely in particular the elongation of these alloys, which is known to be only partially due to an addition of manganese can be eliminated again. Also in the interest of saving of this metal it is therefore convenient to use the for the stated purpose Manufacture aluminum-silicon alloys as iron-free as possible. As a result of the Production of the briquettes required the use of kaolin as a raw material however, the required degree of purity is required for the production of such alloys significantly excessive amounts of iron and possibly also titanium in the alloy brought in. For these reasons there is therefore the need to replace the Kaolins previously used purer raw materials for the production of the increased one Use aluminum-silicon alloy with a degree of purity.

Auf Grund dieser Erwägungen würde es daher an sich naheliegend erscheinen, die Kaolin und einen Zusatz von Tonerde sowie Holzkohle enthaltenden Preßlinge ausschließlich aus Tonerde und Holzkohle bzw. Petrolkoks herzustellen und diese Briketts nebst dem stückigen Quarz zur Herstellung reinster Aluminiumlegierungen heranzuziehen. Einer solchen Maßnahme stellen sich aber insofern Schwierigkeiten entgegen, weil sich solche Briketts aus den eingangs erörterten Gründen mangels eines geeigneten Bindemittels nicht herstellen lassen. überraschenderweise konnte aber durch eingehende Versuche festgestellt werden, daß sich eine Mischung von Tonerde, Quarzsand und den in bekannter Weise gewonnenen hochschmelzenden Anteilen des durch Extraktion mittels geeigneter Lösungsmittel bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck gewonnenen Braunkohlenextraktes in einer Zusammensetzung-, wie sie für die Gewinnung .einer Aluminium-Silizium-Legierung erforderlich ist, ausgezeichnet brikettieren läßt. Vorteilhaft ist es, der zu brikettierenden Mischung Wasser zuzusetzen.On the basis of these considerations, it would therefore seem obvious in itself, the compacts containing kaolin and an addition of clay and charcoal exclusively from clay and charcoal or petroleum coke and these briquettes together to use the chunky quartz for the production of the purest aluminum alloys. However, difficulties arise against such a measure because Such briquettes for the reasons discussed at the beginning in the absence of a suitable one Do not allow the binder to be produced. Surprisingly, however, through in-depth Experiments are found to be a mixture of clay, quartz sand and the high-melting fractions of the obtained in a known manner by extraction obtained by means of suitable solvents at elevated temperature and pressure Lignite extract in a composition - as it is for the extraction of a Aluminum-silicon alloy is required, can be briquetted excellently. It is advantageous to add water to the mixture to be briquetted.

Die Briketts, die an und für sich schon eine bedeutend höhere Festigkeit und Härte aufweisen als die bisher üblichen kaolinhaltigen, können jedoch in diesen Eigenschaften wesentlich verbessert werden, wenn sie in bekannter Weise einer Verschwelung .oder Verkokung unterworfen werden. Je nach der hierbei angewandten Temperatur erhält man einen mehr oder minder reaktionsfähigen Koks. Durch diese Behandlung bei erhöhter Temperatur werden die flüchtigen Kohlenstoffverbindungen aus den Preßlingen ausgetrieben und auf diese Weise steinharte Briketts gewonnen, in denen die oxydischen Aluminium- und Siliziumverbindungen in trockener und feinverteilter Form in das Koksgerüst eingebettet sind. Ihr Eisengehalt beträgt z. B. nur einen Bruchteil desjenigen .der bisher üblichen kaolinhaltigen Preßlinge.The briquettes, which in and of themselves have a significantly higher strength and have hardness than the kaolin-containing hitherto customary, but can be in this Properties are significantly improved if they are charred in a known manner . or subject to coking. Depending on the temperature used here one more or less reactive coke. Through this treatment at increased The volatile carbon compounds are driven out of the compacts at high temperature and in this way obtained rock-hard briquettes in which the oxidic aluminum and silicon compounds in dry and finely divided form into the coke skeleton are embedded. Their iron content is z. B. only a fraction of that .der previously common kaolin-containing pellets.

Wie sich durch im praktischen Betrieb vorgenommene Versuche gezeigt hat, erweisen sich dies Briketts im Lichtbogenofen als besonders reaktionsfähig, was auf die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielte Einlagerung der Oxyde in den Koks zurückzuführen ist. Durch diese zusätzliche, nach einem der bekanntenVerfahren durchzuführende Schwelung bzw. Verkokung der Briketts gelingt es also, hochreine Rohstoffe und besonders aschearme Reduktionsmittel in nicht nur eine hohe Festigkeit aufweisende, sondern auch hochreäktionsfähige Preßlinge zu überführen, aus denen in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Quarzes Aluminium-Silizium-Legierungen hergestellt werden können, die höchsten Anforderungen an Reinheit gewachsen sind.As shown by tests carried out in practical operation these briquettes prove to be particularly reactive in the electric arc furnace, what on the achieved by the inventive method incorporation of the oxides is due in the coke. By this additional, according to one of the known methods Smoldering or coking of the briquettes to be carried out thus succeeds in producing high-purity Raw materials and particularly low-ash reducing agents in not only high strength having to transfer, but also highly reactive compacts from which Depending on the composition of the quartz, aluminum-silicon alloys can be produced that meet the highest purity requirements.

Sollte es der gewünschte Reinheitsgrad gestatten, so kann der mittels der hochschmelzenden Anteile des Braunköhlendruckextraktes zu brikettierenden Tonerde auch Kaolin unter Berücksichtigung seiner Zusammensetzung in entsprechender Menge zugesetzt werden.Should the desired degree of purity permit, the means can be used the high-melting fractions of the brown coal pressure extract to be briquetted clay also kaolin in the appropriate amount, taking into account its composition can be added.

Für den Fall, daß die zur Herstellung der Briketts verwendeten hochschmelzenden Anteile des Braunkohlendruckextraktes noch reich an flüchtigen Bestandteilen sein sollten und daher die Mischung obiger Zusammensetzung beim Schwelen zum Erweichen neigen sollte, kann die Formhaltigkeit der Briketts durch eine Ermäßigung ihres Extraktgehaltes gewährleistet werden, wenn an Stelle dessen der Mischung eine äquivalente Menge gemahlenen Extraktkokses und/oder eines anderen aschearmen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels, wie z. B. Holzkohle, zugesetzt wird.In the event that the high-melting point used to produce the briquettes Portions of the lignite extract may still be rich in volatile components should and therefore the mixture of the above composition when smoldering to soften Should tend, the shape retention of the briquettes by reducing theirs Extract content can be guaranteed if instead of the mixture an equivalent Amount of ground extract coke and / or other low-ash carbonaceous Reducing agent, such as. B. charcoal is added.

Beispielsweise wird zur Herstellung einer Aluminium-Silizium-Legierung mit 38 bis 390,`o Silizium eine Mischung aus 25 Gewichtsteilen reinem Quarzsand, 35 Gewichtsteilen Tonerde, 3o Gewichtsteilen hochschmelzender Anteile des Braunkohlendruckextraktes und io Gewichtsteilen Petrolkoks brikettiert und diese Briketts im elektrischen Ofen eingesetzt.For example, it is used to produce an aluminum-silicon alloy with 38 to 390, `o silicon a mixture of 25 parts by weight of pure quartz sand, 35 parts by weight of clay, 3o parts by weight of high-melting fractions of the lignite pressure extract and 10 parts by weight of petroleum coke and these briquettes in the electric Furnace inserted.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for the production of aluminum-silicon alloys by reducing the oxidic ones briquetted with carbonaceous reducing agents Raw materials in the electric furnace, characterized by the use of briquettes the end Alumina, quartz sand and high-melting fractions of the obtained in a known manner Lignite extract.

2. The method according to claim r, characterized in that that briquettes are used in which part of the clay is replaced by kaolin is.

3. The method according to claims r or 2, characterized in that briquettes be used, in which some of the high-melting parts of the brown coal pressure extract.es by extract coke and / or another low-ash carbonaceous reducing agent, such as B. charcoal is replaced. q .. method according to one of the preceding claims, characterized in that the briquettes are subjected to carbonization or coking will.