FI69647B - Foerfarande foer framstaellning och behandling av ferrokrom - Google Patents

Description

1 69647

Ferrokromin tuotanto- ja käsittelymenetelmä Tämä keksintö kohdistuu ferrokromin tuotantoon ja käsittelyyn ja erityisesti, mutta ei yksinomaan, kromiittimalmin sulatukseen ferrokromin tuottamiseksi samoin kuin ferro-kromimalmijauheiden jatkokäsittelyyn tilaan, jossa ne ovat hyväksyttävämmässä ja puhtaammassa muodossa.

Sikäli kuin tämä keksintö kohdistuu ferrokromijauheiden sulatukseen, ainoa kysymykseen tuleva prosessi on ferrokromi jauheiden sulatus yhdessä kiinteän hiilipitoisen pel-kistysaineen kanssa entistä parempien saantojen saamiseksi samoin kuin jauheiden sulatus. Tämän keksinnön kohdalla ferrokromijauheiden yhdessä kiinteän hiilipitoisen pelkis-tysaineen kanssa tapahtuvan sulatuksen alueena voidaan pitää sulatusta mukaanlukien ferrokromijauheiden kuonaosien usein sisältämän pelkistämättömän kromiitin pelkistys.

Yleisiltä periaatteiltaan keksintö siis kohdistuu ensisijaisesti kromiittimalmien sulatukseen hiilipitoisen pelkistys-aineen läsnäollessa ferrokromin tuottamiseksi. Tällaisille kromiittimalmeille on voitu suorittaa jonkinlainen esikäsittely, kuten rikastus, esikuumennus, esihapetus, esipelkis-tys tai esiuutto. Ne voivat myös olla agglomeroituja, pelle-toituja tai briketoituja.

Useiden eri kromiittimalmityyppien sulatus, olkoonpa malmi kokkareista malmia, brikettejä tai hienoa malmijauhetta, tavanomaisessa uppokaarityyppisessä uunissa johtaa väistämättä potentiaalisesti pelkistettävien rauta- ja kromioksidien huomattaviin häviöihin kuonan mukana. Nämä häviöt muodostuvat suureksi osaksi pelkistämättömästä tai osaksi pelkistetystä kromispinellistä. Tämän seurauksena pidetään usein niinkin pieniä talteenottoja kuin 65-70 % hyväksyttävinä .

2 69647

Sulatus uopokaariuunissa tapahtuu syöttöainepanoksen alla, jota syötetään automaattisesti reaktiovyöhykkeeseen painovoiman vaikutuksen alaisena. Tämäntyyppinen syöttö estää sen nopeuden edes kohtuullisen säädön, jolla syöttöainetta syötetään reaktiovyöhykkeeseen elektrodien alapuolelle. Huolimatta pitkälle kehitetystä tietokonesäädöstä, jota voidaan käyttää tällaisiin uuneihin, ei tämän takia yleensä saavuteta tyydyttäviä talteenottoja absoluuttisessa mittakaavassa .

Jotta saavutettaisiin edes ne vaatimattomat talteenotot, joita nykyään pidetään hyväksyttävinä, on sopivien hiili-pitoisten pelkistysaineiden valinta tarpeen. Tällaiset pelkistysaineet ovat usein paljon kalliimpia kuin muut hiilipitoiset pelkistysaineet, kuten kivihiili, jonka pitäisi teknisesti olla riittävä tähän tarkoitukseen.

Uskotaan, että nykyisiä menetelmiä ja laitteita käytettäessä kuonan likviduslämpötilaa ei kovin usein täysin saavuteta, minkä takia kromiitti ei liukene eikä niin ollen pelkisty nopeasti päinvastoin kuin kromiitin suhteellisesti erittäin hidas kiintotilapelkistys. Tämän ilmiön voidaan sanoa johtuvan syöttöaineen säädön puuttumisesta uppokaariuunissa.

Tämän keksinnön tarkoituksena on niin ollen saada aikaan ferrokromin tuotanto- ja käsittelymenetelmä, jossa kromin kokonaistalteenotot ovat oleellisesti parantuneet ja jossa voidaan käyttää halvempia hiilipitoisia pelkistysaineita, vaikka näin ei välttämättä ole asianlaita.

Tässä selityksessä termi "stökiömetrinen" on tarkoitettu tarkoittamaan pelkistysainemäärää, joka tarvitaan pelkistämään kaikki kromi- ja rautaoksidit metalli- tai karbidi-muotoon ja tuottamaan vaadittu piitaso tuotteessa (normaalisti 2-4 %). Hiilipitoisen pelkistysaineen stökiömetrinen määrä lasketaan siis pelkistysaineen kiinteän hiilen pitoisuudesta .

Il 3 69647

Myös termi siirtokaarilämpöplasma määritetään ainakin esillä olevia tarkoituksia varten sähköisesti kehitetyksi plasmaksi, jossa ionilämpötila on välillä 5000-60 000 K ja kylvyn sula aine muodostaa sähkövirtapiirin oleellisen osan.

Tämän keksinnön mukaisesti on saatu aikaan menetelmä ferrokromin tuottamiseksi ja käsittelemiseksi muodostamalla sulaa ferrokromia uunikylvyssä hiilipitoisen pelkistysaineen läsnäollessa. Keksinnön menetelmässä syöttäaineita, joihin kuuluu ainakin jonkin verran pelkistämättömiä ja osaksi pelkistettyjä kromi- ja rautaoksideja, hiilipitoista pel-kistysainetta ja kuonautusaineita, syötetään jokaista säädetyllä nopeudella reaktiovyöhykkeeseen kylvyssä, joka muodostuu ainakin nestemäisestä kuonasta ja sulasta metallista ja jossa reaktiovyöhykettä kuumennetaan siirtokaari-lämpöplasmalla, jolloin syöttöaineet kuonautusaineet mukaan lukien on valittu antamaan kuonan likviduslämpötila, joka ei ole merkittävästi korkeampi kuin metallin likviduslämpötila uunissa, jolloin reaktiovyöhykkeestä on pääasiassa poistettu ilma.

Keksinnön muiden tunnusmerkkien mukaisesti hiilipitoisen pelkistysaineen määrä on alle 150 %, edullisesti 120 % ja edullisimmin n. 105 % sen stökiömetrisestä määrästä, hapen _8 osapaine ylläpidetään reaktiovyöhykkeessä enintään 10 il- -12 makehässä ja edullisesti 10 ilmakehässä ainakin prosessin keston pääosan aikana, uuniin syötetyt syöttöaineet puhdistetaan inertillä kaasulla, kuten argonilla, ennen reaktiovyöhykkeeseen syöttöä, uunin sisäosa on vähäisessä ylipaineessa ilman poiston parantamiseksi, siirtokaarilämpöplasma kehitetään tasavirtalähteen avulla, ja siirtokaarilämpöplasma on presessiivinen plasmakaari elektrodin tai plasmageneraattorin ollessa asennettu mihin tahansa geomer-tiseen järjestykseen tai elimeen sulan kylvyn yläpuolella.

Keksinnön lisätunnusmerkkien mukaisesti syöttöaineet esi-sekoitetaan perusteellisesti, vaikka ne voidaan syöttää 4 69647 erikseen uuniin, syöttöaineet sisältävät kromi- ja rautaoksidien lähteenä kromiittia, joka voi olla tällaisten oksidien ainoa tai pääasiallinen lähde, ja syöttöaineita esikäsitellään valinnaisesti, kuten edellä mainittiin.

-12

Hapen osapaineen suhteen katsotaan, että paine 10 ilmakehää olisi toivottava kromispinellin edullisimman liukenemisen aikaansaamiseksi syöttöaineissa ja edullisimman tasapainon saavuttamiseksi prosessissa.

On havaittu, että hapen osapaine on suorassa suhteessa kromi-oksidin liukenemiseen kuonaan syötteen kromiittispinellistä. Juuri tämä liukeneminen johtaa esillä olevaa keksintöä käytettäessä saavutettuun nopeaan pelkistykseen. Vaikka siis kromiitin liukeneminen kuonaan ilmakehäolosuhteissa on oleellisesti nolla, se on n. 40 %, kun hapen osapaine on — 8 10 ilmakehää.

On edullista lisätä kuonautusaineita syöttöaineisiin määrinä, jotka on laskettu antamaan kuonan likviduslämpötila, joka on suunnilleen sama tai vaihtoehtoisesti hieman alempi kuin uunissa tuotettavan ferrokromiaineen likviduslämpötila. Likviduslämpötila voi olla korkeampi edellyttäen, että varmistetaan kuonan täysin nestemäisten olosuhteiden ylläpito. Samoin on havaittu, että sammuttamatonta kalkkia voidaan edullisesti käyttää sulatusaineena, jotta varmistetaan hyväksyttävän piipitoisuuden omaavan ferrokromin tuotanto ja samalla saavutetaan optimaalinen kromiitin pelkistys. Rikkiä puhdistuu myös kalkkia käytettäessä. Muita puhdistusaineita voitaisiin myös lisätä esimerkiksi puhdistamaan titaani-tai fosforisisältöjä. Tällaiset puhdistusaineet voitaisiin lisätä pääreaktion jälkeen.

Keksinnön toisena etuna on, että hiilen ja piin puhdistuksessa, silloin kun tämä tapahtuu, puhdistetaan myös titaania edullisille tasoille.

li 5 69647

Yleensä keksinnön menetelmää sovelletaan kromiittimalmin sulatukseen, joka voidaan haluttaessa sekoittaa mihin tahansa ferrokromimetallijauhemäärään tällaisen jauheen uudelleen kierrättämiseksi. On huomattava, että kuumennuksen seurauksena siirtokaarilämpöplasmassa ferrokromijauheen suuri sähkönjohtokyky ei vaikuta haitallisesti prosessiin, kuten olisi asianlaita uppokaariuunissa. Itse asiassa syöttöänne voisi olla perusaineena ferrokromimetallijauhetta yhdessä sen mukana seuraavan tavallisen kuonan kanssa, joka sisältää pelkistämätöntä tai osaksi pelkistettyä kro-miittimalmia yhdessä kiinteän hiilipitoisen pelkistys-aineen kanssa. Molemmissa näissä tapauksissa tuotetaan ferro-kromimetallia ja prosessissa saavutetaan ainakin tietyn kromiittimäärän tai osaksi pelkistyneen kromiittimäärän pelkistys.

Kiinteää hiilipitoista pelkistysainetta sisältyy syöttöai-neisiin, jotka voivat olla esisekoitettuja. Vaikka tällainen hiilipitoinen pelkistysaine voi itse asiassa olla koksia tai puuhiiltä, on havaittu, että suhteellisen heikkoar-voista kivihiiltä voidaan edullisesti käyttää esillä olevassa keksinnössä. Tällaisen hiilen käyttö on edullista, ei ainoastaan sen takia, että se on halvempaa kuin muut mainitut hiilipitoiset pelkistysaineet, vaan lisäksi sen takia, että uunia voidaan käyttää suuremmalla teholla, joka johtaa suurempaan tuotantoon. Esimerkkinä mainittakoon, että eräässä tietyssä uunissa, jossa käytettiin 100 % puuhiiltä pelkistysaineena, oli vain 400 kW:n teho mahdollinen, kun taas 100 % heikkoarvoista kivihiiltä käytettäessä saavutettiin 600 kW:n käyttöteho.

On selvää, että syöttöaineet on lisättävä valituissa suhteissa sekoittamalla tai sekoittamatta etukäteen syöttöai-neita ja nopeudella, joka on säädetty oleellisen yhtä suureksi kuin nopeus, jolla kromiitin liukeneminen nestemäisessä kuonassa ja pelkistys tapahtuvat reaktiovyöhykkeessä. Syöttöaineiden lisäyksen säätö siirtokaariplasmauunia 6 69647 käytettäessä on eräs suuri etu verrattuna uppokaariuunei-hin, joissa panos syöttää itseään sitä mukaa kuin sitä kuluu ja reaktiovyöhykkeessä tapahtuvat reaktiot eivät itse asiassa koskaan tapahdu loppuun asti. Hiilipitoisesta pelkistysaineesta on vielä mainittava, että yleensä käytetään hiilen ylimäärää, koska jonkin verran hiiltä epäilemättä kuluu reaktioissa pienten happimäärien kanssa, jotka tietysti vuotavat uunin sisäosaan. Tämä ylimäärä perustuu hiilimäärään, joka tarvitaan tuottamaan poistokaasua, joka koostuu pääasiassa hiilimonoksidista.

Muut käytetyt kuonautusaineet voivat olla tavallista tyyppiä, nimittäin esimerkiksi kvartsiittia, dolomiittia, kalkkikiveä ja serpentiiniä.

Jotta keksintöä voitaisiin paremmin ymmärtää, seuraavassa käsitellään erilaisia tähän asti suoritettuja kokeita ja niiden tuloksia.

Esimerkki 1 - Kulumaton katodi

Kokeiden suoritukseen käytetty uuni oli 1400 kVA:n uuni, jota valmistaa Tetronics Research and Development Company Limited pääasiassa GB-patenttien 1390351/2/3 ja 1529526 mukaan. Lisätietoja uunista voidaan saada yllä mainituista patenteista ja Tetronics Research and Development Company Limitedin esitekirjallisuudesta. Riittäköön, kun todetaan, että uuni oli laajennettua presessiivistä plasmakaarityyp-piä, jossa oli ylempi ja keskellä sijaitseva plasmapistoo-li, joka oli kulumatonta elektrodityyppiä, joka presessoi muuttuvilla nopeuksilla, mutta näiden kokeiden tarkoituksia varten nopeudella 50 kierr/min. Plasmapistooli oli tasavirtatyyppiä, ja anodinen kosketus kylvyssä omaksuu renkaan muodon.

Eräässä koesarjassa, joka suoritettiin säätämättä hapen tuloa järjestelmään, käytettiin kieräruuvityyppistä syöttölaitetta, mutta myöhemmissä kokeissa, joissa happi oleellisesti poistettiin uunista, kuten keksintö edellyttää, 69647 saavutettiin aura- ja pöytätyyppinen syöttö joustavissa, argonkaasulla puhdistetuissa putkissa. Jälkimmäisessä koesarjassa uunia käytettiin vähäisellä ylipaineella hapen poistamiseksi edelleen ja n. 25 Pa:n painetta käytettiin. Tällainen ylipaine saavutettiin rajoittamalla poistokaasujen virtausta sopivassa määrin.

Koetyöhön käytetyt raaka-aineet olivat Winterveld-kromiitti, Springbok n:o 5 juonnekivi ja Rand Carbide-puuhiili koko-alueella miinus 2 mm samoin kuin suurempikokoinen Springbok n:o 5 juonnekivi (miinus 12 mm plus 6 mm). Sulatusaineina käytettiin kvartsia, erittäin puhdasta poltettua kalkkia ja kalkkikiveä. Huolehdittiin siitä, että kokeissa käytettiin vain kuivia aineita yhtenäisten syöttöolosuhteiden ylläpitämiseksi kaiken aikaa.

Runsashiilisillä ferrokromimetallijauheilla suoritettu sula-tuskoetyö suoritettiin jauheilla, jotka oli saatu eteläafrikkalaiselta uunin käyttäjältä ja joissa kuonan ja metallin suhde oli 0,129, kuten taulukoissa 1 ja 2 on esitetty .

Raaka-aineiden todelliset koostumukset on esitetty taulukossa 1.

8 69647

Taulukko 1

Syöttöaineiden kemiallinen analyysi SYÖTTÖAINE_______ — massa-% C^O-j FeO SiC^ CaO MgO Α^2°3 KROMIMALMI:

Winterveld- kromiitti 44,6 23,3 2,23 0,20 11,2 13,7 RUNSASHIILINEN FERROKROMI: "Meta11i jauhe"

Metalli* - - - -

Kuona 27,0 13,0 47,7 2,2 1,0 7,40 SULATUSAINEET:

Kvartsi - 0,20 99,5 - - 0,06

Kalkki - 0,04 0,05 95,0 0,20

Kalkkikivi - 0,46 2,07 55,0 0,53 0,54

HIILIPITOISET

PELKISTYS- AINEET: Kiinteä hiili Haihtuvat aineet SiOj Ä12°3 S p

Hienokokoi-nen kivihiili 54,3 33,4 7,5 2,5 0,63 0,004

Suurempikokoinen kivihiili 51,4 36,7 8,50 5,40 0,64 0,005

Hienokokoinen puuhiili_79,0_4,11 11,10_3,0_0,39 0,021 * Metallin osuus metallijauheesta "Metallijauhe" Cr 52,8, Fe 36,2, Si 3,0, C 6,55

Huom.: 1. Rikin ja fosforin määrät "metallijauheessa" olivat 0,026 % ja vastaavasti 0,014 %.

2. Kuonan ja metallin suhde metallijauheessa oli 0,129.

Ei-raaka-aineiden kokojaukauma on esitetty taulukossa 2 .

11 9 69647

Taulukko 2

Syöttöäineiden hiukkaskokojakauma

Winterveld-kromiitti Hienojakoinen kivihiili

Seula- Seulakokoa pienempi Seula- Seulakokoa pienempi koko mm massa-% koko mm massa-% 1,70 99,55 2,00 99,8 1,18 95,29 1,68 96,3 0,850 83,83 1,00 64,7 0,600 64,66 0,85 55,9 0,425 46,03 0,71 48,1 0,300 30,25 0,60 40,1 0,212 19,71 0,50 34,2 0,150 13,00 0,42 27,2 0,106 8,28

Hienokokoinen puuhiili Kvartsi

Seula- Seulakokoa pienempi Seula- Seulakokoa pienempi koko mm massa-% koko mm massa-% 0,71 86,60 0,710 99,93 0,600 1,00 0,500 97,93 0,430 0,80 0,250 56,63

Kalkki: 97 % meni 0,075 mm:n seulan läpi.

Kalkkikivi: lajiteltu menemään 6 mm:n seulan läpi ja jäämään 0,5 mm:n seulalle.

Seulakoko Seulakokoa pienempi mm massa-%

Suurempikokoinen kivihiili: 6,68 51,7 4,70 15,0 3,33 4,9 1,65 1,0 0,83 0,3

Metallijauhe 6,68 99,8 2,36 86,7 0,83 60,7 0,42 43,7 0,21 27,0 0,10 12,4 0,07 8,4

Mainituissa kokeissa käytetyt syöttökoostumukset on esitetty taulukossa 3.

69647 10

Taulukko 3 Syöttökoostumukset

Ohje- Koostumus (massa-% malmi/metallijauheesta) nimitys _____________

Metalli- Winter- Kvart- Kalk- Kivi- Kivi- Puu- jauhe veld- si ki hiili hiili hiili malmi -2rrcn -12mn -2mm M2 100,0 - 5,0

Sl/3 - 100,0 18,0 - 30,0

Sl/5 - 100,0 19,0 - 35,0

Sl/7 - 100,0 19,0 - 50,0

Sl/8 - 100,0 19,0 - - 50,0 S2/1 - 100,0 25,0 - 30,0 S3/1 - 100,0 20,0 5,0 10,0 - 20,0 S3/2 - 100,0 20,0 5,0 - 40,0

Huom: M - metallijauheen ohje S - sulatusohje (SI = standardiohje) (S2 = lisäkvartsi) (S3 = kalkkilisäys) "Standardiohje" valittiin antamaan kuona, jolla oli sopivat metallurgiset ominaisuudet, nimittäin likviduslämpötila 1600-1650°C ja viskositeetti 3-8 poisea. Kuonan koostumukseksi oletettiin aluksi 12 % , 6 % FeO, 35 % Si02, 0,35 % CaO, 19,3 % MgO ja 27,4 % A^O-j, ja varaus tehtiin 10-15 %:n ylimäärähiilelle tältä pohjalta. Kuitenkin saavutettiin huomattavasti alempia arvoja Cr2°3:lle ja FeO:lie, ja ylimäärähiili riitti täyttämään nämä vaatimukset.

Kokeet suoritettiin plasmauunissa, joka oli esikuumennettu tavanomaisella hiilikaarella, ennenkuin plasmapistooli kohdistettiin plasmaan. Raaka-aine syötettiin uuniin nopeudella, joka oli laskettu vastaamaan nopeutta, jolla tarvittavat reaktiot tapahtuivat. Prosessin lämpötilaa valvottiin jatkuvasti, jotta varmistettiin, että energiatasapainokritee-rit, nimittäin syötön nopeus ja tehon taso täytettiin.

11 6964 7

Sulan ferrokromimetallin lämpötila oli kaikissa tapauksissa n. 1600°C samoin kuin kuonan lämpötila.

Kuonan ja sulan metallin laskun jälkeen saadut tulokset on esitetty happea poistamatta suoritettujen kokeiden kohdalla taulukossa 4, kun taas esillä olevan keksinnön mukaisesti suoritettujen kokeiden (joissa siis happi on poistettu) tulokset on esitetty taulukossa 5.

Taulukko 4 A SYÖTTÖMASSAT, kg

Ohje Malmi Kvartsi Kalkki Kivihiili Puuhiili

Sl/5 58,5 11,1 - 20,5 SI/5 220,8 42,0 - 77,3

Sl/5 77,9 14,8 - 27,3

Sl/5 243,5 46,3 - 85,2

Sl/5 230,5 43,8 - 80,7

Sl/5 246,8 46,9 - 86,4

Sl/5 227,3 43,2 - 79,6 S1/5&) S3/2 ) 234,6 43,5 1,2 81,1

Sl/5 58,5 11,1 - 20,5 S3/2 ( 112,8 17,8 2,2 38,9 &

Sl/5 ( 165,9 26,2 3,3 57,2 ( 254,7 46,3 1,3 88,8

Sl/5 97,4 18,5 - 34,1 12 6964 7

Taulukko 4 B

Kuonan koostumus (massa-%)

Ohje Cr2°3 Fe0 Si°2 CaO MgO Al2°3

Sl/5 14,4 1,9 35,5 0,6 22,3 24,8

Sl/5 19,5 3,1 33,5 0,5 19,8 23,8

Sl/5 21,1 2,3 33,2 0,4 19,8 23,9

Sl/5 22,2 1,7 33,2 0,5 19,2 24,0

Sl/5 21,4 2,7 32,7 0,5 18,7 24,2

Sl/5 22,2 2,7 33,4 0,4 18,2 24,1

Sl/5 23,3 3,6 32,8 0,4 18,2 22,7 S1/5&) S3/2 ) 21,0 1,9 34,0 0,7 18,7 24,4

Sl/5 20,1 1,4 34,0 0,7 18,9 25,2 S3/2& ( 26,5 6,7 21,7 1,1 17,7 21,9

Sl/5 ( 18,1 2,4 35,1 2,4 18,3 24,3 ( 22,6 4,2 29,9 1,7 18,0 24,4

Sl/5 23,0 2,5 31,3 1,5 18,3 25,0 13 69647

Taulukko 4 C

Todellinen metallin koostumus (massa-%)

Ohje

n : o_Cr_Fe_Si_C_S

Sl/5 51,7 41,0 0,3 5,7 0,10

Sl/5 *51,9 41,3 0,5 5,5

Sl/5 52,1 41,5 0,6 5,3 0,10

Sl/5 48,7 44,9 0,4 5,4 0,08

Sl/5 51,7 42,8 0,4 5,2 0,10

Sl/5 52,3 40,8 0,5 5,2 0,08

Sl/5 51,7 41,6 0,4 5,5 0,08 S1/5&) S3/2 ) 52,0 40,0 0,5 5,2 0,06

Sl/5 52,1 41,4 0,6 5,0 0,09 S3/2& ( 51,5 42,3 0,3 5,0 0,09

Sl/5 ( 49,3 44,4 0,3 5,3 0,10 ( 51,5 42,5 0,2 5,2 0,11

Sl/5 51,1 43,6 0,1 4,8 0,08

Taulukko 5 A Syöttömassat, kg

Ohje n :o_Malmi Kvartsi Kalkki Kivihiili_Puuhiili S1/7&) S1/3 ) 392,0 71,0 - 14,0 110,0 S2/1 417,0 104,0 - - 126,0 S2/1 416,0 104,0 - - 126,0

Sl/7+8 372,0 70,0 - 178,0 S3/2 109,0 22,0 5,0 44,0 * 535,0 113,0 17,0 118,0 73,0 S3/2 350,0 70,0 17,0 140,0 69647 14

Taulukko 5 B

Kuonan koostumus (massa-%)

Ohje n:o Cr2°3 Fe0 Si02 Ca0 Mg° Al2°3

Sl/74)

Sl/3 ) 9,8 3,1 36,5 0,7 21,0 28,9 S2/1 4,1 2,0 35,2 0,9 23,1 34,4 S2/1 4,9 1,7 34,7 1,0 24,0 33,9 SI/7+8 3,9 1,1 31,7 0,9 27,8 33,7 S3/2 2,9 0,7 31,6 3,0 28,5 32,6 * 6,3 2,1 34,1 3,8 29,6 22,2 S3/2 3,2 0,9 35,0 5,4 26,1 27,1

Taulukko 5 C

Metallin koostumus (massa-%)

Todellinen Todellinen lask. lask.

Ohje

n:o Cr Cr Fe Fe Si C S

S1/7&)

Sl/3 ) 44,5 56 46,3 35 1,7 5,0 0,09 S2/1 50,3 53 34,1 31 7,8 5,6 0,02 S2/1 50,4 53 33,7 32 8,3 5,6 0,07

Sl/7+8 53,1 55 35,7 34 3,7 5,7 0,04 S3/2 53,3 56 36,1 34 3,6 5,4 0,04 * 54,6 56 36,0 34 1,1 6,8 S3/2 45,9 57 44,8 34 1,3 5,4 0,08 * Neljä ohjetta yhdistettynä S3/2, S2/1, Sl/8, S3/1 Lask. = laskettu

Metallin laskettu koostumus määrättiin itse asiassa kuonan mitatun koostumuksen tuloksena sen seurauksena, että uunissa oli aina kokeita suoritettaessa ei-edustavaa metallia, tavallisesti rautaa. Todellinen metallin analyysi heijastaa sen tähden joskus suurempia rauta- ja pienempiä kromipi-toisuuksia kuin mitä muuten olisi ollut asianlaita. Sekä 15 696 4 7 teoreettiset että todelliset arvot on siis esitetty taulukossa 5. Suurempien kalkki- tai kalkkikivimäärien käyttö voisi helposti pienentää metallin rikkipitoisuutta.

Kuonakoostumuksien tarkastelusta havaitaan, että silloin, kun ilmaa ja niin ollen happea ei poistettu, 14-27 % kuonasta koostui kromioksidista poislaskun jälkeen. Sen sijaan enintään 9,8 % ja useimmissa tapauksissa alle 5 % kuonasta koostui kromioksidista esillä olevan keksinnön mukaisen käsittelyn jälkeen, vaikka molemmat käsittelyt tapahtuivat plasmakaariuunissa. Kuonan tutkimus osoitti, että oleellinen määrä liukenemattomasta kromioksidista esiintyi liukenemattomana kromispinellinä syötteestä silloin, kun ilmaa ei poistettu. Hapen poisto on sen tähden kriittinen keksinnön kannalta, ja valitsemalla syöttö oikein keksintöä voidaan käyttää tuottamaan ferrokromimetallia, jolloin häviöt kuonaan ovat hyvin pienet. Tätä osoittaa se seikka, että niinkin alhainen pelkistämätön kromioksidipi- toisuus kuin 2,9 % kuonasta saatiin ajosta, jossa lasket- -9 tiin, että hapen osapainetta n. 10 ilmakehää oli ylläpidetty ainakin prosessin loppuvaiheisiin asti.

On selvää, että uunin kunkin ajon tarkat olosuhteet on valittava vaatimusten mukaan, joten huomattavaa kokeilu- ja tutkimustyötä on suoritettava optimaalisten olosuhteiden määräämiseksi tämän keksinnön puitteissa.

Pelkästään keksinnön käytön valaisemiseksi metallijauheiden yhteydessä suoritettiin täsmälleen analogisia kokeita samassa uunissa käyttäen taulukoissa 1 ja 2 esitettyä metal lijauhekoostuimista. Uuniin syötettiin seosta, jota on taulukossa 3 merkitty merkillä M2.

Vaikka 27 % kromioksidia sisältävä kuona seurasi metalli-jauheen mukana, tämä kromioksidi oli osaksi pelkistynyt kromimetalliksi, joka muodosti ferrokromin osan siinä määrin, että jäljellä oleva kromioksidipitoisuus oli vain 5 %.

16 69647

Sen tähden saavutettiin merkittävä metallijauheen kromii-tissa läsnä olevan kromimetallin talteenotto metallijauheen sulatuksen lisäksi, jolloin muodostui ferrokromimetallia, joka voitiin sen jälkeen rikkoa paakuiksi tarpeen mukaan.

Esimerkki 2 - Kuluva grafiittikatodi

Sarja samanlaisia kokeita kuin yllä on kuvattu suoritettiin 100 kVa tasavirtalämpöplasmauunissa, joka oli oleellisesti tavanomaista avokaarirakennetta lukuunottamatta anodista kosketusta sulan kylvyn kanssa tulisijaan upotettujen ruostumattomien terässauvojen välityksellä. Yksi ainoa keskellä sijaitseva, ontto grafiittielektrodi, joka oli varustettu aksiaalisella asetusmekanismilla, muodosti katodin. Huolehdittiin siitä, että katodi ei ollut suorassa kosketuksessa sulaan kylpyyn paitsi lyhyen aikaa plasmakaaren sytyttämisaksi ja että ilma oli oleellisesti poistettu uunista. Tätä uunia valvottiin ja säädettiin samalla tavoin kuin esimerkin 1 uunia, niin että plasmapistoolityyppi oli pääasiallinen kokeellinen ero. Käytetyt raaka-aineet olivat samat kuin taulukoissa 1 ja 2 esitetyt, kun taas käytetty syöttöseos samoin kuin näistä kokeista saatujen kuonien koostumukset on esitetty alla olevassa taulukossa 6. Näiden kuonien pienet jäämäkromioksidipitoisuudet ovat samanlaiset kuin esimerkissä 1 saadut ja osoittavat tämän keksinnön laajaa soveltuvuutta erilaisiin siirtokaarilämpö-plasmauunirakenteisiin.

Il 69647 17

Taulukko 6

Winter- veld- Kalkki- malmi Kvartsi kivi Kivihiili (-2mm)

Syöttö- seos/pa- nos (kg) 29,4 5,9 2,9 11,8

FeO SiC^ Ca0 MgO A^2°3

Kuonan koostu mus (mas- sa-%) (A) 1,85 1,00 32,7 9,80 31,7 22,4 (B) 0,97 0,13 38,9 9,64 25,0 20,3

On selvää, että yllä selitettyjä menetelmiä voidaan muunnella monin tavoin poikkeamatta tämän keksinnön puitteista. Erityisesti on mahdollista, että ferrokromimetallijauhetta voidaan hyvin sekoittaa kromiittimalmin eräänlaisessa uudelleenkierrätysvaiheessa, jolloin ferrokromimetallijauhetta ei tarvitse sulattaa erillisessä vaiheessa. Kuten yllä mainittiin, kuhunkin tilanteeseen sovellettavat tarkat rajoitukset vaihtelevat ja erilaiset muuttujat pätevät niin ollen erilaisiin olosuhteisiin.

Havaitaan, että keksintö tarjoaa erittäin käyttökelpoisen ferrokromimetallin tuotanto- ja käsittelymenetelmän, joka mahdollistaa kromiittimalmien kromisisällön yli 95 %:n talteenotot, mikä ei tähän mennessä ole ollut mahdollista.

Claims (14)

18 69647

1. Menetelmä ferrokromin tuottamiseksi tai käsittelemiseksi muodostamalla sulaa ferrokromia uunikylvyssä kiinteän hiilipitöisen pelkistysaineen läsnäollessa, tunnettu siitä, että syöttöaineet, joihin kuuluu ainakin jonkin verran pelkistä-mättömiä tai osaksi pelkistettyjä kromi- ja rautaoksideja, hiilipitoista pelkistysainetta ja kuonautusaineita, syötetään kukin säädetyllä nopeudella reaktiovyöhykkeeseen kylvyssä, joka muodostuu ainakin nestemäisestä kuonasta ja sulasta metallista ja jossa reaktiovyöhykettä kuumennetaan siirtokaarilämpöplasman avulla, jolloin syöttöaineet sisältävät kuonautusaineita, jotka on valittu antamaan kuonan likviduslämpötila, joka ei ole merkittävästi korkeampi kuin metallin likviduslämpötila uunissa, jolloin ilma on oleellisesti poistettu reaktiovyöhykkeestä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että hapen osapaine reaktiovyöhykkeessä on enin-—8 tään 10 ilmakehää ainakin prosessin keston pääosan aikana.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että hapen osapaine reaktiovyöhykkeessä on -12 suuruusluokaltaan 10 ilmakehää.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että uuniin syötetyt syöttöaineet puhdistetaan inertillä kaasulla ennen niiden syöttöä reaktiovyöhykkeeseen .

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että uunia käytetään siten, että sen sisäosa on vähäisessä ylipaineessa ilmanpoiston parantamiseksi.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siirtokaarilämpöplasma kehitetään tasavirtatehonlähteen avulla.

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, 11 69647 19 tunnettu siitä, että syöttöaineet esisekoitetaan perusteellisesti.

8. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syöttöaineisiin kuuluu ainakin oleellinen määrä kromiittimalmia.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että syöttöaineet valitaan siten, että saadaan aikaan kromiittimalmin sulatus.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syöttöaineisiin kuuluu ferro-kromimetallijauhetta.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syöttöaineisiin kuuluu ainakin kiinteän hiilipitoisen pelkistysaineen osana hienoksijaettua kivihiiltä .

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että oleellisesti koko kiinteä hiilipitoinen pelkistys-aine on kivihiiltä.

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kiinteä hiilipitoinen pelkisty saine on läsnä tarvittavan stökiömetrisen määrän ylimääränä ja valittu varmistamaan, että poistokaasujen happi on oleellisesti hiilimonoksidin muodossa.

14. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että syöttöaineet lisätään nopeudella, joka säädetään pitämään metallin ja kuonan lämpötila ja sula tila valitussa arvossa. 20 69647