LU83361A1 - Verfahren zum erhoehen der ausbeuten im rahmen von metallothermischen prozessen - Google Patents

Description

- Verfahren zum Erhöhen der Ausbeuten im Rahmen von metallothermischen

Prozessen.

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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhöhen der Aus-5 beuten im Rahmen von metallothermischen Prozessen, bei denen Gemische aus Metallen, Metalloxyden und Reduktionsmitteln gezündet werden, wobei Metallschmelzen und Schlackenschmelzen entstehen.

Die metallothermischen Prozesse, wie insbesondere das alumino- sowie 10 das silico-thermische Verfahren zum Reduzieren von Metalloxyden zu Metallen, sind seit langem bekannt. So werden z.B. Chrommetall und Legierungen wie Ferrovanadium (FeV) und Ferroniobium (FeNb), alumino-thermisch und Ferromolybdän (FeMo) silicothermisch hergestellt. Ferro-wolfram (FeW) wird alumino-silicothermisch hergestellt.

15 ^ Der Ablauf solcher Verfahren vollzieht sich üblicherweise diskontinu ierlich und zwar wird ein fertig zubereitetes Gemisch aus Metalloxyd Reduktionsmittel (Al,Si) und evtl. Metall (Fe) in ein ortsfestes oder verfahrbares Reaktionsgefäss eingebracht und gezündet. Hierzu verwendet 20 man generell chemische oder elektrische Starter.

Ist die Zündung eingeleitet, so läuft die gewünschte Reaktion mit Vehemenz und hoher Geschwindigkeit ab: Eingriffe sind praktisch unmöglich, da das Reaktionsgefäss aus Sicherheitsgründen mit einer möglichst dicht 25 anliegenden Abzugshaube abgedeckt werden muss, um die heissen Abgase einer Gasreinigungsanlage zuführen zu können.

Nach 2-4 Minuten hat sich die Metallphase von der Schlackenphase getrennt und man lässt den Inhalt des Reaktionsgefässes abkühlen und er-30 starren. Frühestens nach Erkalten der Schlacke und des Metalls lässt

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- 2 - sich gemäss dem Stand der Technik die Ausbeute lediglich ermitteln, während Massnahmen zur Erhöhung derselben, wie bereits angedeutet, nicht möglich sind.

5 Die hier in Frage kommenden Metalloxyde sind teure Substanzen, die in den entsprechenden Erzen in zum Teil verschwindend geringen Konzentrationen vorliegen.

Das Ziel der Erfindung bestand demnach darin ein Verfahren vorzuschla-10 gen, das es erlaubt, die traditionnellen Metall-Ausbeuten in entscheidendem Mass zu verbessern. Dieses Ziel wird erreicht durch das erfin-dungsgemässe Verfahren, das vorsieht ein Gemisch aus Metalloxyden und Reduktionsmitteln sowie evtl. Eisen zuzünden, wobei eine Metallschmelze sowie eine Schlackenschmelze entstehen, und das dadurch gekennzeichnet 15 ist, dass man nach dem Abbrand die noch flüssige Schlacke zum Erhöhen ihrer elektrischen Leitfähigkeit mit einem geeigneten Mittel, vorzugsweise Flusspat versetzt, dass man die Schmelze elektrothermisch erhitzt und sie während einem empirisch ermittelten Zeitraum mit zusätzlichem Reduktionsmittel behandelt, bis nahezu das gesamte, noch in der Schla-20 cke befindliche Metalloxyd umgesetzt und das entstandene Metall in die Metallphase abgewandert ist.

Der Grundgedanke der zur Entwicklung des erfindungsgemässen Verfahrens geführt hat, geht davon aus, dass es nicht sinnvoll ist, zum Beeinflus-25 sen der Ausbeuten bei einem metallothermischen Prozess in die Prozessphase einzugreifen, während welcher die eigentliche Reaktion abläuft. Viel ergiebiger muss es sein, wenn man diese Reaktion ablaufen lässt und die entstandenen Produkte zu einem Zeitpunkt in welchem sie noch beeinflusst werden können, einer spezifischen Behandlung unterwirft.

» 30 Dieser Zeitpunkt ist im wesentlichen dann gegeben, wenn sowohl die

Metall- als auch die Oxydphase im flüssigen Zustand vorliegen. Die spe-k zifische Behandlung besteht erfindungsgemäss in einem Nachreduzieren der Schlackenschmelze unter Heizen und Umrühren.

35 So sieht das erfindungsgemässe Verfahren vor, dass man zum Erhitzen der Schmelze und zum gleichzeitigen Rühren der geschmolzenen Schlacke zumindest ein Elektrodenpaar in die Schlacke taucht und mit einem Zwei » - 3 - phasen-Strom von etwa 65 V/12500 A versorgt, wobei man vorzugsweise wassergekühlte Graphitelektroden verwendet.

Die einzelnen Verfahrensschritte werden anhand der Beschreibung der 5 Zeichnungen erläutert, in denen die Fig. 1,2 und 3^ schematische Darstellungen der einzelnen Prozess-Phasen zeigen.

Die Fig« 1 zeigt ein Reaktionsgefäss (0), das auf nicht dargestellten Schienen verfahrbar angeordnet ist. Das Gefäss wird mit einem Gemisch 10 (1) aus Metalloxyd wie z.B. Nb205, Eisen in der Form von Pulver oder feinen Schrotten sowie Aluminiumpulver gefüllt. Das Gemisch (1) kann ein Gewicht von mehr als 3t aufweisen.

Nach dem Verfahren des Reaktionsgefässes (0) unter eine heb- und senk-15 bare Schutz- und Absaughaube (20), wird wie in Fig. 2 dargestellt, das Gemisch (1) gezündet. Hierbei reagiert der Gefässinhalt heftig, die Haube (20) wird abgesenkt, nach 2-4 Minuten angehoben und das heisse Gefäss rasch zu der nächsten, in Fig. 3 dargestellten Prozesstrufe verfahren.

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Inzwischen ist die Reaktion abgeklungen, die Schlacken (2) und die Metallphase (3) liegen noch weitgehend in flüssiger Form vor. Die Schlacke (2) wird mit Calciumfluorid (CaF2) versetzt und dadurch ihre Leitfähigkeit erhöht. Dann werden in die Schlacken (2) ein oder mehrere 25 Elektrodenpaare (30) eingetaucht, die mit einem Leistungs-Transformator (31) verbunden sind. Letzterer liefert einen Zweiphasenstrom von etwa 65 V/12500A. Der nun folgende Prozess begreift ein kontinuierliches elektrothermisches Heizen der Schlacken sowie des Metallbades, nach dem u bekannten ES-Modus, wobei es innerhalb der Schlacken zu einer ausgepräg- 30 ten Bewegung kommt. In der Tat induzieren die von den Elektroden aus-- gehenden Magnetfelder in den leitfähigen Schlacken Ströme, die in Ana logie zur Rührtechnik, so wie sie in den Stranggiesskokillen üblich ist, wirken. Bei Versuchen die zum Zweck hatten, das Heizen mit Hilfe starker Gasbrenner als Alternative zum elektrischen Heizen zu erproben, 35 musste festgestellt werden, dass die Schlacken wärmeisolierend wirken. Jedenfalls konnten die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens notwendigen Wärmemengen nur unter hohem Aufwand erzielt werden, so - 4 - dass die Heizung über Elektroden sich als vorteilhafter erwies.

Zur praktischen Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens gehört selbstverständlich eine Prozesskontrolle. Erfindungsgemäss wird vorge-5 sehen, dass man im Verlauf des Nachreduzierens der Schlacken mit einem Reduktionsmittel Schlackenproben entnimmt und die Gehalte an nicht umgesetztem Reduktionsmittel sowie Metalloxyd ermittelt. In der Tat muss man das erfindungsgemässe Behandeln von Metalloxyden mit metallischem Aluminium oder Silizium sorgfältig durchführen, wobei insbesondere zu 10 beachten ist, dass einerseits immer genügend Reduktionsmittel zur Verfügung steht, um die Nachreduktion aufrechtzuerhalten. Gleichzeitig ist die Verwendung von Ueberschüssen zu vermeiden, da eine hohe Aufnahme von Aluminium oder Silizium in dem herzustellenden Metall bzw. der Ferrolegierung nicht erwünscht ist.

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Ueberschüsse an Aluminium bzw. Silizium garantieren zwar bei der Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens hervorragende Ausbeuten, doch geschieht dies auf Kosten der Qualität des Endproduktes, wenn dieses weder hoch Al- noch Si-haltig sein soll.

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Jedenfalls ist es erfordert, den Zeitpunkt der Schlackenproben-Entnahme sowie die Mengen der bereits erfolgten Zugaben festzuhalten und auf diesem Wege Erfahrungswerte zu sammeln, die es gestatten, das Verfahren * ohne analytische Kontrolle durchzuführen und die Zugabe an Reduktions- 25 mittel rein zeitmässig zu regeln.

Die durch das erfindungsgemässe Verfahren erzielbaren Vorteile lassen sich wie folgt zusammenfassen : ± 30 Betrachtet man bspw. die Herstellung von Ferroniob (FeNb) ausgehend von

Nb205, Eisen und Aluminium, so sind gemäss dem Stand der Technik in den Schlacken rund 6% Nb vorhanden. Das erfindungsgemässe Verfahren gestattet es, den Gehalt an Nb in den Schlacken praktisch auf Null zu reduzieren, wobei man allerdings eine relativ hohe Al-Konzentration im End-35 produkt in Kauf nehmen müsste. Sieht man jedoch von einer drastischen Nachreduktion ab, so lassen sich die Nb-Gehalte in den Schlacken auf 1,5-2% Nb verringern, ohne dass es zu qualitätskritischen Aufnahmen an - 5 -

Al im Endprodukt kommt. Somit können dank den erfindungsgemässen Verfahren Nb-Ausbeuten oberhalb 98% erreicht werden. Die Nachreduktion gemäss der Erfindung dauert im vorliegenden Fall nur 20-35 Minuten.

5 Nicht unerheblich ist schliesslich die Tatsache, dass das erfindungs-gemässe Verfahren es gestattet, diese hohen Ausbeuten zu erreichen, ohne von dem traditionellen und unter bequemen Bedingungen durchführbaren "top-firing" abzuweichen, bei dem das Ausgangsgemisch von oben her gezündet wird.

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Claims (3)

1. Verfahren zum Erhöhen der Ausbeuten im Rahmen von metallothermischen Prozessen zum Herstellen von Metallensowie Ferrolegierungen, das 5 vorsieht ein Gemisch aus Metalloxyden, Reduktionsmitteln und evtl. Eisen zu zünden, wobei eine Metallschmelze sowie eine Schlackenschmelze entstehen, dadurch gekennzeichnet, dass man nach dem Abbrand die noch flüssige Schlacke zum Erhöhen ihrer elektrischen Leitfähigkeit mit einem geeigneten Mittel, vorzugsweise Flusspat 4 10 versetzt, dass man die Schmelze elektrothermisch erhitzt und sie während einem empirisch ermittelten Zeitraum mit zusätzlichem Reduktionsmittel behandelt, bis nahezu das gesamte, noch in der Schlacke befindliche Metalloxyd umgesetzt und das entstandene Metall in die Metallphase abgewandert ist. 15

2. Verfahren nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man zum Erhitzen der Schmelze und zum gleichzeitigen Rühren der geschmolzenen Schlacke zumindest ein Elektrodenpaar in die Schlacke taucht und mit einem Zweiphasen-Strom von etwa 65 V/12500 A versorgt. ' 20

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass man wassergekühlte Elektroden vorzugsweise aus Graphit verwendet. 1 Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass man 25 zum Verhindern einer übermässigen Aufnahme von nicht umgesetztem Reduktionsmittel in die Metallphase, im Verlauf des Behandelns der Schlackenschmelze mit einem Reduktionsmittel Schlackenproben entnimmt, den Zeitpunkt der Entnahme festhält und auf Grund der in den Proben ermittelten Gehalte an nicht umgesetztem Reduktionsmittel * 30 sov/ie Metalloxyd, die Zugabe weiterer bestimmter Mengen an Reduk tionsmittel vornimmt bzw. abbricht.