NL8300405A - Werkwijze voor de bereiding van aluminium-siliciumlegeringen. - Google Patents

Description

>> *

•V

/ /

Werkwijze voor de bereiding van aluminium-siliciumlegeringen.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de bereiding van aluminium-siliciumlegeringen uit natuurlijke mineralen en koolstofpoeder.

Er wordt dikwijls een klein percentage silicium 5 toegevoegd aan aluminium om aan het aluminium een grotere hardheid te verlenen, waardoor dit beter bruikbaar wordt als konstruktie-materiaal, Silicium en aluminium worden normaliter afzonderlijk bereid en daarna gemengd als het aluminium wordt gesmolten om tot allerlei voorwerpen of onderdelen te worden gegoten.

10 Vaak wordt ook een aluminium-siliciumlegering bereid, bijvoorbeeld silumin, dat 12% silicium bevat en voor de rest uit aluminium bestaat, welke legering dan wordt gebruikt voor het legeren van aluminium met silicium.

In hoofdzaak wordt aluminium bereid uit bauxiet 15 onder toepassing van elektrolyse van een smelt, een bijzonder duur procédé. Silicium wordt bereid in elektrische hoogovens uitgaande van zuiver kwarts en uitzonderlijk zuivere kool en cokes. Voor beide werkwijzen zijn grote hoeveelheden energie nodig en ze stellen hoge eisen aan de uitgangsmaterialen. Er bestaat dan ook een grote behoef-20 te aan de mogelijkheid om een aluminium-siliciumlegering rechtstreeks uit de alom verkrijgbare aluminium-siliciummineralen, zoals cyaniet en andalusiet, te winnen. Het energieverbruik bij een dergelijke werkwijze zal aanzienlijk lager zijn.

Er zijn reeds onderzoekingen in deze richting 25 verricht in de Sovjet Unie, waarbij werd getracht om aluminium-siliciumlegeringen langs carbo-thermische weg in een d.ektrische hoogoven te winnen uit allerlei aluminium-siliciummineralen. In dat geval wordt het mineraal gemengd met koolstofpoeder en wordt het mengsel tot briketten gevormd. Na een warmtebehandeling worden de 30 briketten in een elektrische hoogoven gebracht.

Het bezwaar van deze werkwijze is, dat de eisen, die worden gesteld aan de briketten uitzonderlijk hoog zijn; de 8300405 ·*" 1 - 2 - hoeveelheid koolstof moet korrekt zijn en ze moeten voldoende sterk zijn zodat ze tijdens het vullen van de oven en terwijl ze zich in de oven bevinden, niet desintegreren.

Het is van het grootste belang dat in de oven 5 de juiste porositeit en geleidbaarheid heersen. Voorts zijn de investeringen voor de bereiding van de lading voor de oven uitzonderlijk hoog vanwege de apparatuur voor het malen, mengen, vormen tot briketten, warmtebehandeling, enz., terwijl tevens de elektrode-kosten hoog zijn.

10 Het doel van de uitvinding is nu om de boven genoemde bezwaren te ondervangen en te voorzien in een werkwijze waarmee de bereiding van aluminium-siliciumlegeringen mogelijk is in een enkele trap en waarbij het ook mogelijk is om poedervormige ruwe materialen te gebruiken.

15 Dit wordt met de in de aanhef genoemde werkwijze bereikt door middel van de uitvinding, volgens welke aluminium-siliciummineraal in poedervorm, tesamen met een reduktiemiddel in de vorm van een kool stof drager, met behulp van een dragergas wordt geïnjekteerd' in een plasmagas, dat wordt ontwikkeld in een plasma-20 generator, waarna het zo verhitte mineraal, tesamen met het reduktiemiddel en het energierijke plasmagas, in een reaktiekamer wordt geleid, die aan praktisch alle kanten is omgeven door vast reduktiemiddel in de vorm van grote brokken of blokken.

Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de uit-25 vinding wordt als natuurlijk mineraal gebruikt cyaniet, andalusiet, silimiet, nefelien, kwarts, aluminiumoxydebevattende klei, bijvoorbeeld bauxiet, of mengsels van twee of meer van deze mineralen. Eventuele vluchtige bestanddelen, die in de mineralen aanwezig zijn, worden verdampt en ontwijken met het afvalgas om buiten te worden 30 gekondenseerd of op een andere geschikte wijze te worden gewonnen. Voorbeelden van vluchtige komponenten, die naast AlgO^ en het mineraal aanwezig kunnen zijn, zijn Na20 en K^O. Een voorbeeld van een mineraal, dat variërende hoeveelheden vluchtige komponenten bevat, is nefelien.

35 Het mineraal of de mineralen worden gesmolten en 83 0 0 40 5 Ή"1"............................... "|[gi||ll|:'i; - 3 - gereduceerd door reaktie met de ingespoten koolstof, waardoor vloeitere aluminium-siliciumlegering wordt gevormd.

De keuze van de ruwe silicium-aluminiumuitgangs-materialen wordt vergemakkelijkt en minder duur gemaakt dank zij het 5 gebruik van poedervormige uitgangsmaterialen, zoals volgens de uitvinding wordt voorgesteld. De werkwijze volgens de uitvinding is voorts ongevoelig voor de elektrische eigenschappen van het uitgangsmateriaal, wat de keuze van het reduktiemiddel vergemakkelijkt.

Het ingespoten reduktiemiddel kan een koolvater-10 stofinateriaal zijn, bijvoorbeeld aardgas of koolstofpoeder, houts-koolpoeder, anthraciet, petroleumcokes, eventueel gezuiverd, of poedercokes.

De temperatuur, die nodig is voor de werkwijze kan gemakkelijk worden beheerst en geregeld door middel van de hoe-15 veelheid elektrische energie, die wordt toegevoerd per eenheid plasmagas, ten einde optimale omstandigheden te bereiken bij een minimaal elektriciteitsverbruik.

Volgens een geschikte uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt het vaste reduktiemiddel in de vorm van grote 20 brokken of blokken kontinu aan de reaktiezone toegevoerd naarmate het wordt verbruikt.

Geschikte vaste reduktiemiddelen in de vorm van grote brokken of blokken zijn cokes, houtskool, petroleumcokes en/of roet en het bij de werkwijze gebruikte plasmagas kan geschikt 25 bestaan uit procesgas, dat uit de reaktiezone wordt gerecirculeerd.

Het vaste reduktiemiddel in de vorm van grote brokken of blokken kan bestaan uit een poeder, dat tot brokken of blokken is gevormd door middel van een bindmiddel bestaande uit C en H en eventueel ook 0, zoals saccharose.

30 Volgens een andere uitvoeringsvorm van de uit vinding is de piasmagenerator een induktieve nlasmagenerator en worden zo verontreinigingen, afkomstig van de elektroden, tot een absoluut minimum verlaagd.

De werkwijze volgens de uitvinding kan met 35 voordeel worden gebruikt voor de bereiding van aluminium-silicium- 8300405 ft -Inlegeringen met een hoge zuiverheid. In dat geval kunnen uitzonderlijk zuivere AlgO^ en SiOg en reduktiemiddel met uitzonderlijk kleine hoeveelheden verontreinigingen als uitgangsmaterialen worden gebruikt.

De uitvinding wordt hierna nader beschreven aan 5 de hand van enkele voorbeelden. De reakties worden bij voorkeur uitgevoerd in een reaktor, die overeenkomst vertoont met een schacht-oven en die kontinu van bovenaf wordt gevuld met een vast reduktiemiddel via de ovenmond, die afzonderlijke, afgesloten toevoerkana-len heeft of een ringvormig toevoerkanaal langs de omtrek van de 10 schacht.

Het poedervormige mineraal wordt in het ondergedeelte van de reaktor geblazen via tuyeres met behulp van een inert of reducerend gas. Tegelijkertijd kan koolwaterstofmateriaal worden ingeblazen, evenals eventueel zuurstofgas, bij voorkeur via 15 dezelfde tuyeres.

Aan het ondereinde van de schacht gevuld met reduktiemiddel in de vorm van grote brokken of blokken bevindt zich een reaktiekamer, die aan alle zijden is omgeven doordat reduktie-' middel in de vorm van grote brokken of blokken. Het smelten en re- 20 duceren van AlgO^ en SiOg vinden ogenblikkelijk plaats in deze re-duktiezone.

Het ontwijkende reaktorgas, dat bestaat uit het mengsel van koolmonoxyde en waterstof in hoge concentratie, kan worden gerecirculeerd en worden gebruikt als dragergas voor het 25 plasmagas. De overmaat gas kan met voordeel worden gebruikt voor het opwekken van energie.

Voorbeeld 1

Er werd een proef uitgevoerd op halve schaal.

Cyaniet met een korrelgrootte van minder dan 2mm werd als uitgangs-30 produkt gebruikt. De "reaktiekamer" bestond uit cokes. Koolstof-poeder werd gebruikt als reduktiemiddel en gewassen reduktiegas, bestaande uit CO en Hg werd gebruikt als dragergas en plasmagas.

Het aansluitvermogen was 1000 kW. Als uitgangsmateriaal werden 3 kg cyaniet/ min. ingevoerd en 1,2 kg koolstof-35 poeder/min. en 0,3 kg cokes/min. werden als reduktiemiddel ingevoerd.

8 3 0 0 40 5 _j - 5 -

* J-_V

•Ί

Er werd bij deze proef in totaal 500 kg alumini-um-siliciumlegering met een Al-gehalte van 62% bereid. Het gemiddelde elektriciteitsverbruik bedroeg 11 kWh/kg aluminium-siliciumlege-ring die was bereid.

5 De proef werd op kleine schaal uitgevoerd en het warmteverlies was daarom aanzienlijk. Wanneer gas wordt teruggewonnen kan het elektriciteitsverbruik verder worden verlaagd en de warmteverliezen zullen ook aanzienlijk worden verminderd in een grotere installatie.

10 Voorbeeld 2 * Er werd een proef uitgevoerd op halve schaal.

Kwartszand en AlgO^ met een korrelgrootte van minder dan 2 mm werden als uitgangsmaterialen gebruikt. De "reaktiekamer" bestond uit cokes. Koolstofpoeder werd als reduktiemiddel gebruikt en gewassen 15 reduktiegas, bestaande uit CO en H2 werd als dragergas en plasmagas gebruikt.

Het aangesloten elektrische vermogen was 1000 kW. Er werden 2 kg Al^O^ en 1 kg SiO^/min. als uitgangsmaterialen ingevoerd en 1,2 kg koolstof poeder/min. en 0,3 kg cokes/min. werden 20 als reduktiemiddel ingevoerd.

Er werden bij deze proef in totaal 500 kg alu-minium-siliciumlegering bereid met een Al-gehalte van 62%. Het gemiddelde elektriciteitsverbruik bedroeg 11 kWh/kg bereide aluminium-siliciumlegering.

25 Deze proef werd op een kleine schaal uitgevoerd en het warmteverlies was dus aanzienlijk. Wanneer gas wordt teruggewonnen kan het elektriciteitsverbruik verder worden verlaagd en de warmteverliezen zullen ook aanzienlijk worden verminderd in een grotere installatie.

| 8300405

Claims (4)

1. Werkwijze voor de bereiding van aluminium-siliciumlegeringen uit natuurlijke mineralen, die aluminiumoxyde en siliciumoxyde bevatten en uit koolstof poeder, met het kenmerk, dat 5 het natuurlijke mineraal in poedervorm, tesamen met een reduktie-middel in de vorm van een koolstofdrager, met behulp van een drager-gas in een plasmagas wordt geïnjekteerd dat wordt opgewekt in een piasmagenerator, en dat het zo verhitte mineraal vervolgens tesamen met het reduktiemiddel en het energierijke plasmagas, in een reak-10 tiekamer wordt ingevoerd, die praktisch aan alle zijden is omgeven door vast reduktiemiddel in de vorm van grote brokken of blokken.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het ken-merfc, dat het natuurlijke mineraal bestaat uit andalusiet, cyaniet, silimiet, nefelien, kwarts, aluminiumoxydebevattende klei, bijvoor- 15 beeld bauxiet, of uit een mengsel van twee of meer van deze mineralen.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat als koolstofdrager een koolwaterstofmateriaal wordt ingevoerd, bijvoorbeeld aardgas, of koolstofpoeder, houtskoolpoeder, 20 nathraciet, petroleumcokes, eventueel gezuiverde petroleumcokes, of poedercokes. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat cokes, houtskool, petroleumcokes en/of roet worden gebruikt als reduktiemiddel in de vorm van grote brokken 25 of blokken.

5. Werkwijze volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat uit de reaktiezonde gerecirculeerd procesgas bij de werkwijze wordt gebruikt als dragergas voor het plasmagas. 8300405 i