NO115372B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved kontinuerlig smeltning.

Denne oppfinnelse angår smelteprosesser spesielt smeltning i ovner hvor en chargeblanding innføres over et smeltet bad, og hovedformålet er å regulere mat-ningshastigheten av chargematerialet gjen-

nom ovnen og å holde smeltesonens temperatur over det smeltede bads, slik at man kan oppnå optimale smeltebetingel-

ser for vedkommende spesielle malm, samt tilfredsstillende kontinuerlig smeltning.

Oppfinnelsen er særlig egnet til bruk

i elektriske ovner, og beskrives nedenfor i denne forbindelse, men forskjellige trekk av oppfinnelsen kan like godt anvendes i med brensel fyrte smelteovner.

Vanlige fordringer til effektiv og øko-nomisk kontinuerlig elektrisk- smeltning har krevet at chargen som skal smeltes til-føres ovnen mere eller mindre kontinuer-

lig med jevn hastighet, at chargen synker forholdsvis fritt ned gjennom ovnen, og at energiforbruket og andre driftsbetingelser forblir rimelig konstante når ovnen har nådd termisk likevekt. Det smeltede metall, slaggen eller begge, bør være dekket av ikke smeltet chargeblanding som tjener som isolasjon og hindrer at damper av me-

tall eller metallforbindelser unnviker. Ved de arbeidsforhold som hittil ble anvendt for å oppfylle disse fordringer synker malmen ned gjennom ovnen omtrent like hurtig som den smeltes ved elektrodespissene.

Det skal her fremheves at uttrykket smeltesone i denne beskrivelse anvendes om det rom inne i ovnen hvor smeltningen av faste stoffer finner sted. Under effektiv drift med neddykket lysbue og med kullstoff som reduksjonsmiddel er smeltesonen avgrenset på bunnen av det smeltede bad

av metall eller av slagg på metall (herdes ildfaste foring ved begynnelsen av drif-

ten), på toppen av usmeltet chadgeblan-

ding, og på sidene av veggens ildfaste fo-

ring eller av smeltet chargeblanding eller produkter derav. Smelte- eller smeltesone-temperatur bestemmes i først rekke av smeltetemperaturen av malmen eller blandingen av malm og flussmiddel når den kommer inn i smeltesonen. Når det først er oppnådd likevekt i ovnen vil forsøk på å

heve smeltesonetemperaturen ved å øke energipåsetningen til ovnen ikke være til noen virkelig nytte, da hovedresultatet ba-

te blir at chagen synker hurtigere ned i smeltesonen og smelter der.

Mangelen på en egnet metode til temperaturregulering i smeltesonen har satt mange begrensninger for effektiviteten og anvendbarheten av kontinuerlige og i mage tilfelle også for diskontinuerlig elektriske smelteoperasjoner. Regulering av smeltesonetemperaturen ved å endre smeltetemperaturen av den blanding av slagg-

og metallgivende bestanddeler som innfø-

res i smeltesonen har vist seg uegnet for mange malmtyper. Eksempelvis resulterer bruk av denne metode ved selektiv reduk-

sjon av jernkromnikkelmalm, for fremstil-

ling av ferronikkel med lavt kullstoffinn-

hold og slagg med 40—50 pst. jerninnhold ved kontinuerlig elektrisk smeltning, uve-gerlig i at det fremkommer umulige arbeidsforhold under hvilke metall og slagg-ansamlinger bygger seg opp på ovnsher-

den inntil praktisk talt hele ovnen er fylt av stivnet materiale. Forsøker man å rette på dette ved øket tilførsel av elektrisk ener-

gi oppnår man bare å måtte tilføre char-

gen hurtigere for å holde et tørt, dekkende

topplag, og cargeringen må eventuelt av-brytes, for å smelte ut massen i ovnen.

Tidligere forsøk på fremstilling av silisium-aluminiumlegeringer ved karboter-misk reduksjon av aluminiumsilikat i elektrisk ovn under anvendelse av de vanlige midler for temperaturregulering har vært relativt lite heldige. Det synes nå, at slike prosesser har vært vanskelige å gjennom-føre fordi aluminiumoksyds reduksjonstemperatur ligger over 2000° C, mens alu-miniumsilikatråmaterialet smelter ved ca. 1800° C. Den nødvendige reduksjonstemperatur ble derfor oppnådd (bare under vanskelige og kostbare arbeidsbetingelser) periodisk når chargen krustet seg i en slik grad at chargematerialet ble hindret i å komme inn i smeltesonen. Det kunne derfor ikke oppnås tilfredsstillende betingel-ser for kontinuerlig drift.

Videre er det funnet, at grunnen til at manganosilikater hittil ikke er blitt ansett som metallurgisk brukbare manganmalm er at smeltepunktet av mangansilikat (MnSiOs), som er 1323° C, ligger langt under reduksjonstemperatur en for mangan-silikater og -oksyder, og det fantes ingen tilfredssillende metode til å oppnå sådan reduksjonstemperatur i ovnens smeltesone. Dette er også grunnen til at man i metallurgisk brukbare manganmalmer forlangte et lavt maksimalt kiselsyreinn-hold.

Mange andre smelteprosesser krever høye smeltetemperaturer. Dette gjelder f. eks. en effektiv reduksjon og utvinning av krom ved smeltning av kromitt til ferro-kromlegeringer, og en høy temperatur be-gunstiger oppnåelse av et høyt Cr:C-forhold i legeringer av krom og jern. I tidligere prosesser er det til kromittsmelte-chargen blitt tilsatt stoffer som hever smeltetemperaturen av chargeblandingen, og av den resulterende slagg, for å oppnå øket smeltetemperatur. Ved hjelp av den foreliggende oppfinnelse kan det oppnås høye smeltetemperaturer uten at smeltepunktet av slaggen og av metallproduk-tene heves.

Et annet problem ved smelteoperasjoner opptrer ved fremstilling av metaller og legeringer som har så høyt smeltepunkt i forhold til chargens nedsmeltningstempe-ratur at det er umulig å tappe metallet eller legeringen ut av ovnen, slik at ovnen må drives diskontinuerlig derved at man lar metallet og slaggproduktene få stivne i ovnen, hvoretter ovnen med innhold av-kjøles og produktene møysommelig graves eller brekkes ut av ovnen og for hånd sor-teres i brukbar legering mellom produkt og slagg som kastes. Ferrowolfram og ferromolybden med ca. 80 pst. Wo resp. Mo er Dypiske eksempler herpå. Smeltning av niob-tantal-jern-kullstof f legering av Geo-mine innslag er et annet eksempel hvor en tungtsmeltende legering fremstilles.

Foruten å regulere smeltetemperaturen ved å tilpasse chargens vektforhold av

malm, flussmidler og reduksjonsmiddel,

har man før søkt å regulere temperaturen ved passende fordeling av den samlede til-førte energi eller varme mellom smeltesonen og slaggen og metallsmelteproduktene.

Herved kan man bare senke smeltesonetemperaturen i forhold til det smeltede produkts temperatur, og dette bare når det dannes et slaggprodukt og reduksjonsope-rasjonens natur tillater at elektrodespis-sen dykkes noe ned i slaggen, med det re-sultat at opphetning skjer bare ved slaggens motstand. Ved å plasere elektrodene tett sammen kan man konsentrere energi-tilførselen i et lite parti av opphetnings-området, men dette betyr snarere at man bare nytter et lite parti av herdearealet til smeltningen enn noen markert hevning av smeltesonetemperaturen.

Det har tidligere vært foreslått ved

.smelteprosessen for fremstilling av metall og legeringer å tilsette chargeblandingen briketter fremstilt av oksydholdig materiale, som aluminiumoksyd, magnesium-oksyd, borsyre, kromoksyd eller sinkoksyd sammen med et kullstoffholdig materiale, som trekull, grafitt, antrasitt, kull, koks eller torv, idet alle brikettenes bestanddeler er finknuste og deres tetthet i forhold til den smeltede slaggs tetthet reguleres ved valg av det kullstoffholdige materiale og briketteringstrykket, hvilke briketter under smeltningen avgir kulloksyd som vir-ker som reduksjonsmiddel, mens temperaturen i ovnen bestemmer brikettenes reduksjonstemperatur. Men dette tidligere forslag tar ikke hensyn til det forhold at ovnstemperaturen avhenger av temperaturen og partikkelstørrelsen til utgangsmate-rialene (det oksydholdige råmateriale og det anvendte flussmiddel) i den reduk-sjonstilstand hvor råmaterialet måtte be-finne seg når det går inn i smelteovnens smeltesoner. Hver oksydpartikkel har sin bestemte reduksjonstemperatur, som er lavere eller høyere enn det oksydholdige rå-materiales, ovnsibeskikningens eller smelte-produktets smeltetemperatur. Ved det tidligere forslag vil ovnens maksimaltempera-tur eller mere spesielt smeltesonens temperatur være lavere enn ved bruk av ikke sammenpressede grove partikler i samme charge, fordi den intime kontakt mellom de

reagerende stoffer i brikettblandingen vil øke den hastighet, hvormed den disponible varmeenergi absorberes for reaksjon, så bare en mindre del av den tilførte varme vil. være disponibel for hevning av smelte-sonetemperatur over beskikningens temperatur. Videre vil det finknuste eller pul-veriserte kullstoffholdige materiale være uten de tomrom som gir materialer som torv eller treavfall deres voluminøse karak-ter og lave kullstoffinnhold pr. volumen-het. Ved brikettering sammenpresses reduksjonsmidlet så dettes volum pr. vekt-enhet fast kullstoff blir mindre.

Foreliggende oppfinnelse angår en kontinuerlig" smelteprosess, hvor chårgeblandingen,- som inneholder kullstoff som ho-vedreduksjonsmiddel, alltid dekker smeltesonen bg hovedhensikten med oppfinnelsen er å heve smeltesonens temperatur etter ønske over ovnsbeskikningens smeltetemperatur ved å fortynne beskikningen i chårgeblandingen med voluminøst kullstoffholdig materiale i tilstrekkelig grad til å minske den hasighet hvormed varmen absorberes ved reduksjons- og smeltereak-sjonene, så beskikningen går langsommere inn i smeltesonen og en større mengde av den tilførte varme blir disponibel for hevning av smeltesonens temperatur.

I henhold til oppfinnelsen er det skaf-fet en kontinuerlig smelteprosess for fremstilling av et metall, et metalloid eller en legering ved reduksjon av et råmateriale herfor med kullstoff,, hvilket råmateriale sammen med et hvilketsomhelst nødvendig flussmiddel danner ovnstaeskikningen og ved hvilken det opprettholdes et dekke bestående av en usmeltet blanding av beskikningen og det kullstoffholdige reduksjonsmiddel, som sammen danner charge blandingen, over hele eller en vesentlig del av smeltesonen, og smelteprosessen er kjennetegnet ved at hastigheten hvormed beskikningen går inn i smeltesonen min-skes for å heve smeltesonens temperatur ved at minst 32 pst. av det for reduksjonen støkiometrisk nødvendige kullstoff, men ikke over 100 pst. av det nødvendige kullstoff tilføres i form av et voluminøst kullstoffholdig materiale, som inneholder mindre fiksert kullstoff pr. m;! enn trekull. Det voluminøse kullstoffholdige materiale inneholder fortrinnsvis under 159 kg fiksert kullstoff pr. m3 og et særlig hen-siktsmessig materiale er en blanding av sagflis og grov flis som fåes ved oppdeling av treavfall fra sagbruk i en spesiell ma-skin. Dette materiale er i eksemplene kalt treflis. Andre egnede materialer er f. eks. alminnelig sagflis, vanlig treflis, kornkol-, ber, nøtteskall, fruktstener, torv og lignen-de, som kan anvendes enten hver for seg eller blandet med den ovenfor nevnte blanding, som voluminøst kullstoffholdig materiale. Om et bestemt voluminøst;?kullstoffholdig materiale kan brukes .ved en spesiell smelteoperasjon i henhold.'til oppfinnelsen vil avhenge av om man med dette materiale kan oppnå det ønskede for-tynningsvolum uten innføring av mere kullstoff i chårgeblandingen enn nødven-dig for den ønskede reaksjon.

Når fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen anvendes for fremstilling av en silisium-aluminiumlegering av aluminium-og kiselsyreholdige råmaterialer, f. eks. leire, inneholder chårgeblandingen fortrinnsvis ca. 100 vektdeler treflis som vo-luminøst kullstoffholdig materiale pr. 100 vektdeler råmateriale og i tillegg hertil en tilstrekkelig mengde petroleumskoks til å dekke resten av dette nødvendige kullstoff for reduksjonen, denne mengde treflis inneholder omtrent 32 pst. av den stø-kiometriske kullstoffmengde. Smeltesonens temperatur kan herved holdes fra ca. 200 til ca. 400° C over de i ovnschargen tilstedeværende ikke kullstoffholdige mate-rialers smeltepunkt og fortrinnsvis ved en temperatur av ca. 2000° C.

Ved fremstilling av silisium og kiselsyre ved hjelp av fremgangsmåten ifølge ODpfinnelsen inneholder chårgeblandingen fortrinnsvis ca. 250 vektdeler treflis som voluminøst kullstoffholdig materiale pr.

100 vektdeler kiselsyre oe; i tillegg hertil

tilstrekkelig petroleumskoks til å dekke resten av det for reduksjonen nødvendige kullstoff: denne mengde treflis inneholder

omtrent 69 pst. av den støkiometriske kullstoffmengde og svarer omtrent til 0,875 m<3 >treflis pr. 100 kg kiselsyre i chargen.

For fremstilling av en manganlegering av et råmateriale som inneholder manean-oksvd og kiselsyre i et så lavt Mn:Si-forhold som fra 1.25 til 1.00 tilføres hele den nødvendige mengde kullstoff i form av et voluminøst kullstoffholdi<g> materiale, "f.eks. treflis og chårgeblandin<g>en inneholder fortrinnsvis en tilstrekkelig mengde ba.sisk flussmiddel til å skaffe minst den nød-vendige støkiometriske mengde CaO r>lnss

MnO i chårgeblandingen for i form av me",

ta.silikat å forbinde seg med overskuddet av kiselsyre som ikke skal reduseres til^silisium oe danne aluminat med eventuelt tilstedeværende aluminiumoksvd i blandingen, hvorved den erholdte legering minst vil inneholde 77 rssit. av manganet rig ikke over 27 pst. av kiselsvren i chår<g>e-blandingen. Ved anvendelse av det volumi-

nøse kullstoffholdige materiale kan smeltesonens temperatur holdes minst ved en så høy temperatur som 1500° C.

Andre foretrukne bestanddeler i chårgeblandingen finnes angitt i de følgende eksempler.

De temperaturer som kan oppnås ved smelteprosessen i henhold til oppfinnelsen står i forhold til og er avhengig av ned-smeltningstemperaturen av blandingen av metall og slaggdannende bestanddeler som kommer inn i ovnens smeltesone. Den la-vest oppnåelige ideelle smeltetemperatur ville være smeltetemperaturen av en chargeblanding som bestod utelukkende av metall- og slaggdannende bestanddeler, eller av en chargeblanding i hvilken reduksjonsmidlet ikke øker volumet av en viss vektmengde av chargens metall- og slaggdannende bestanddeler. Blant de kullstoffholdige reduksjonsmidler som er opp-regnet nedenfor har den kalsinerte kjøn-røkbrikett det minste volum for en gitt vektmengde kullstoff, og anvendelse av denne ville gi den laveste smeltetemperatur som kan oppnås med en hvilken som helst av de oppregnede kullstoffholdige reduksjonsmidler. Et hvert av de andre, anvendt slik at de gir samme mengde fiksert kullstoff i chargen, vil gi en høyere smeltetemperatur, i proporsjon til det stør-re volum reduksjonsmiddel som ville behø-ves, fordi de nedsetter den hastighet hvormed chargeblandingens metall- og slaggdannende bestanddeler kommer inn i ovnens smeltesone. Jo større volum reduksjonsmiddel det behøves for å skaffe en viss vektmengde kullstoff i chargen jo høyere vil smeltetemperaturen være. Av de nedenfor oppregnede reduksjonsmidler vil treavfall ha sterkest virkning i denne henseende og gi den høyeste temperatur i smeltesonen. Det kreves f. eks. 5,7 resp. 13,3 resp. 21,4 volumenheter treavfall for å skaffe samme vektmengde fiksert kullstoff som 1 volum-enhet trekull resp. metallurgisk koks resp. kalsinerte kjønrøkbriketter.

For at anvendelsen av de voluminøse former av kullstoffreduksjonsmidlet skal være effektivt til hevning av smeltesonetemperaturen er det nødvendig at reduksjonsmidlets økede volum ikke skyldes at kullstoffet i reduksjonsmidlet er blitt for-tynnet med metall- eller slaggdannende bestanddeler. Det økede volum kan skyldes reduksjonsmidlets fysiske struktur, tilste-deværelse av flyktig stoff (iberegnet vann) som forlater ovnen i gassformet til-stand, og størrelsen, formen og størrelses-fordelingen av reduksjonsmidlets partikler.

Foruten å heve smeltesonens temperatur kan bruk av voluminøst reduksjonsmiddel også bringe andre fordeler. Blant disse er: at det fåes et utmerket tørt dekke av usmeltet charge som isolerer og begren-ser varmen til smeltesonen, samtidig som chårgeblandingen er tilstrekkelig åpen til at gassformede smelteprodukter lett kan unnvike gjennom chargen; at dette tørre dekke av usmeltet charge opphever eller i stor grad nedsetter tap av verdifulle smelteprodukter ved fordampning; at det oppnås bedre og billigere smeltedrift ved at man får en fritt nedsynkende chargeblanding som ikke baker til en overliggende kruste, kan mates automatisk inn i ovnen og synker nedover i denne uten å behøve å stakes ned eller på annen måte påvirkes manuelt; og at man kan smelte findelte malmer og konsentrater uten forutgående sintring eller agglomerering som det er nødvendig ved hittil anvendt elektrisk smeltning med tørt toppdekke.

I en smelteprosess i henhold til oppfinnelsen kan det anvendes to eller flere reduksjonsmidler i en spesiell smelteoperasjon for å oppnå en optimal kombina-sjon av smeltetemperatur, proporsjon totalt kullstoff i chargen, porøsitet i chargen og samlet pris for reduksjonsmidler.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendes det voluminøse reduksjonsmiddel i første rekke for å sinke den hastighet hvormed de metall- og slaggdannende chargebestanddeler kommer inn i smeltesonen, hvorved smeltetemperaturen heves, men fremgangsmåten er ikke begrenset til oppnåelse av dette bare ved valg av reduksjonsmiddel. Eksempelvis kan tettheten og den fysikalske form av selve de metall-og slaggdannende bestanddeler nyttes som ekstra middel til å regulere hurtigheten av nedsynkningen til smeltesonen. Et ek-stremt eksempel ville bestå i forutgående smeltning av blandingen av malm og flussmiddel og blåsning av luft eller annen gass inn i smeiten mens denne avkjøles og stiv-ner, slik at det dannes en pimpestenlik-nende masse, som senere kunne knuses til passende partikkelstørrelse for bruk i smelteovnen. Et annet middel til å senke chargens tetthet — foruten å bruke voluminøst reduksjonsmiddel — består i å regulere partikkelstørrelse og -fordeling i chårgeblandingen, benytte voluminøse flussmidler som pimpsten og ekspandert perlitt, anvende sintrede kuler i stedet for de tettere som fåes i roterovner, når forutgående agglomerering er ønskelig, samt tilsiktet fremstilling av sinterprodukter av liten tetthet til bruk som sinter-chargekompo-nenter, ved regulering av sintringsopera-sjonen.

Omvendt kan man, i slike tilfelle hvor smeltetemperaturen er høyere enn nød-vendig og medfører høyere omkostninger og/eller større driftsvanskéligheter, ned-sette smeltetemperaturen véd å anvende et reduksjonsmiddel av tettere form, og benytte andre midler til å øke chargeblandingens tetthet, hvis dette er mulig med hensyn til driften av smelteovnen.

Smelteprosessen i henhold til oppfinnelsen gjelder spesielt elektrisk smeltning,

men forskjellige trekk av den kan også benyttes ved smeltninger hvor det opphetes ved hjelp av brensel.

Omenn fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen særlig gjelder elektrisk smeltning med et tørt toppdekke av usmeltet charge over det smeltede bad, kari den også anvendes ved smeltning med åpen lysbue hvor hoe dekke av usmeltet chargeblanding holdes på et parti av badet, mens overflaten av badet i nærheten av elektrodene holdes forholdsvis fritt for ethvert, dekke.

Blant de mange prosesser i hvilke den foreliggende oppfinnelse kan anvendes'' er elektriske metoder til fremstilling av kal-siumkarbid, fremstilling av ferrolegeringer av forskjellige grader, som ferromangåh, ferrokrom, ferronikkel, ferrowolfram, ferromolybden, ferrotantalniob, ferrosilisium, ferrokromsilisium, forskjellige silisiumlege-ringer som siliko-mangan <p>g silikoalumi-nium, samt fremgangsmåter til selektiv smeltning av et enkelt metallprodukt.

Oppfinnelsen skal nedenfor bli forklart nærmere ved hjelp av en del eksempler.

Eksempel 1.

Silisium-aluminiumlegering av poro-fyllitt. Det ble fremstilt charger av pyrofyllitt og kullstoffholdig materiale i føl-gende mengdeforhold:

PYROFYLLITTCHARGER

Pyrofyllitten i chargen inneholt 19,6 pst. AI2O;;, 74,4 pst. S1O2, 1,00 pst. Fe203 og 0,61 pst. TiOi., hadde 43 pst. glødetåp og veiet ca. 1440 kg/cm<:!>. Det vil bemerkes at anvendelsen av treflis i chargen 1 for levering av en del av det nødvendige kullstoff nedsatte chargens volumvekt og øket chargens volum meget i forhold til charger i hvilke det bare anvendes petroleumskoks eller trekull.

Det ble forsøkt å utføre kontinuerlig smeltning med hver enkelt av de ovenfor angitte chargeblandinger. Dette ble gjort: en trefaseovn med 20 cm toppelektroder av grafitt, som hadde en; kapasitet ,av .500-1000 kw.<1> Ved anvendelse av chargene 2.og: 3 ble det snart dannet sammengroinger på ovnsherden, og elektrodene kunne ikke sen-kes riktig ned gjennom chargen. Det var tydelig at ovnen snart ikke kunne drives lenger med slike chargeblåndinger.

Deretter ble chargeblanding nr. 1 for-søkt i ovnen. I en periode på 95,5 timer med jevn drift ble det fremstilt 2960 kg. silisiumaluminiumlegering av en samlet chargemengde av 6350 kg pyrofyllitt, 11,5 kg kiselsyre, 1000 kg petroleumskoks og 12800 kg flis (treavfall) med et forbruk av 41530 kwt. og 320 kg grafittelektroder.

Ved anvendelse av treavfall for leve-

ring av .minst 50: pst. av kullstoffet i smelte-chargen .." ble;, smeltetemperaturen . hevet tilstrekkelig til at råmaterialet, som hadde en smeltetemperatur av ca. 1800° C og en reduksjonstemperatur over 2000° C ble med hell smeltet under dannelse av silisiumaluminiumlegering med nesten 100 pst. utbytte såvel av silisium som aluminium, i en jevnt glatt forløpende kontinuerlig ope-rasjon, hvor et tykt, tørt dekklag av usmeltet charge ble opprettholdt over den smeltede legering.

Eksempel 2.

Fremstilling av silisium av. kiselsyre. Det ble fremstilt charger som følger:.

c

KISELSYRECHARGER

Kiselsyren i chargen veiet 1488 kg/m<3>. Volumet av charge nr. 4 var langt større, enn volumet av charge nr. 5, og 6, på grunn av volumet av treflisen som ble anvendt i den førstnevnte charge. Volumet av denne charge og anvendelsen av flis (trevafall) for å skaffe minst 69 pst. av den støkio-metriske mengde av kullstoffet i chargen var tilstrekkelig til at chargen med hell kunne anvendes til kontinuerlig fremstilling av silisium i en elektrisk ovn.

Eksempel 3.

Fremstilling av silisium-aluminium av leire.' Det ble av kalsinert leire og kullstoffholdig materiale fremstilt følgende:

LEIREOHARGER

Den kalsinerte leire inneholdt ca. 42,7 pst. AhO», 46,9 pst. Si02, 1,63 pst. Fe20s, 0,05 pst. T1O2, 6,2 pst. glødetap og veiet 688 kg/cm<a>. Som det sees hadde charge nr. 7 større volum og mindre volumvekt enn de charger i hvilke det ble anvendt trekull og petroleumskoks.

Cahrge nr. 7 ble smeltet i en trefaseovn med 20 cm toppelektroder av grafitt og en kapasitet av 500—1000 kw. Med denne charge ble det kontinuerlig fremstilt silisiumaluminiumlegering, men det var eventuelt nødvendig å minske den totale mengde av kullstoff i chargen. Charge nr. 8 med trekull ga meget lite legering. Da nedsettelse av chargevolumet medførte umulige driftsforhold ble forsøk med yt-terligere volumnedsettelse som i charge nr.

9 ikke forsøkt.

Eksempel 4.

Fremstiling av silikomangan av rhodonitt.

Den anvendte rhodonittmalm inneholdt 26,5 pst. Mn (34,2 pst. MnO), 1,48 pst. Fe (2,12 pst. Fe203), 45,3 pst. Si02, 2,1 pst. AI2O.1, 1,6 pst. MgO, 4,1 pst. CaO, 0,07 pst. S og 0,05 pst. P. Forskjellen mellom suiri-men av disse prosenttall, 89,5 pst. og 100 pst. kan tilskrives at en del MnO, MgO og CaO er tilstede som karbonat og nærværet av Cl noe høyere enn manganoksyd og og-så mindre mengder ikke bestemte bestanddeler.

Den anvendte rhodonittmalm inneholdt 26,5 pst. Mn, 1,48 pst. Fe, 45,3 pst. Si02 og Mn:Si-forholdet i den var 1,25:1. Mangansilikatmineraler av denne type er hittil blitt ansett å være uanvendelige for mangansmeltning. Det har før vært krevet av metallurgisk brukbare manganmalmer at de skulle inneholde minst 48 pst. Mn og ikke over 8 pst. Si02, dvs. et Mn:Si-forhold av ca. 10:1. Dette har medført at det tidligere gikk tapt mangan i slaggen, i form av MnSiOa. Smelteoperasjoner i henhold til den foreliggende oppfinnelse viser, at vanskeligheten har bestått i å oppnå tilstrekkelig høy smeltetemperatur til å bryte den kjemiske binding og redusere ut Mn og Si. Mangansilikat smelter ved en temperatur av 1323° C, mens en temperatur av ca. 1550° C kreves for å få tilfredsstillende reduksjon. Chargematerialer ble fremstilt som følger.

RHODONITTCHARGER

Chargene 10, 11 og 12 ble med hell smeltet kontinuerlig i en trefase, toppelek-trodeovn hvor 7,5 cm grafittelektroder var plasert i hjørnene av en likesidet trekant, og som hadde et kullforet ovnslegeme av ca. 77,5 cm diameter innenfor foringen. Som det sees har chargen som inneholder treflis stort volum sammenliknet med den som inneholder metallurgisk koks. Det sees også at kraftforbruket avtar med avta-gende chargevolum i chargene 10—12, hvilket angir lavere smeltetemperatur ved mindre volum.

Det ble foretatt en kontinuerlig 3-da-gers smelteoperasjon med charger av innhold som chargene 10, 11 og 12. Den mid-lere tappetemperatur, målt med optisk py-rometer uten korresjon, var 1556° C. Det ble ialt smeltet 5000 kg rhodonittmalm, som ga 1440 kg silikomangan og 3160 kg slagg. Den gjennomsnittlige analyse av legeringen var 71,7 pst. Mn, 5,10 pst. Fe og 19,8 pst. Si. Dette svarte til 93,3 pst. av det mangan og 89,7 pst. av det silisium som var blitt chargert i ovnen. Det samlede utbytte av Mn fra chargen i legeringen var 77,3 pst. og av Si var det 26,5 pst. Kraftforbruket var i gjennomsnitt 2245 kwt. pr. tonn malm, eller 7855 kwt. pr. tonn siliko-mangan.

Eksempel 5.

Fremstilling av manganlegeringer av rhodonitt som inneholder 23,1 pst. Mn (29,8 pst. MnO), 2,06 pst. Fe (2,95 pst. Fe2Os), 41,2 pst. SiG-2, 6,4 pst. CaO, 9,2 pst. MgO og 5,6 pst. AhOi. Forskjellen mellom totalinn-hdldet 92,2 pst. og 100 pst. kan tilskrives at en del MnO, CaO og MgO er tilstede som karbonater foruten ikke bestemte bestanddeler. I dette forsøk ble mengdeforholdet av kalksten og totalt kullstoff i chargen holdt konstant, mens mengden av som treflis tilført kullstoff ble variert fra 100 pst. til 40 pst. Med minsket forholdsvis mengde av treflis falt tappetemperaturen fra ca. 1600° C til 1450" C, manganutbyttet sank og kraftforbruket pr. tonn silikomangan steg frå 7100 til 10080 kwt. Det totale manganutbytte var langt mindre enn i eks. 4, på grunn åv. den forholdsvis mindre mengde treflis som ble anvendt til levering av det totale kullstoffbehov til den mindreverdige malm. Chargen hvor alt kullstoff ble le-vert av treflis hadde et volum av bare 0,35 m<:i> pr. 100 kg rhodonitt pluss kalksten, til sammenlikning med 0,53 m<3> i eks.

4 charge 12.

Det begynte med 100 pst. kullstoff i form av treflis, og dette mengdeforhold ble suksessivt senket til 80, 60 resp. 40 pst. mens resten av kullstoffet ble tilført som kull fra Coos Bay. Data for de fire drifts-perioder er angitt i følgende tabell:

Tallene viser en utvetydig tendens til lavere smeltetemperatur, større gjennom-gangshastighet, mindre manganutbytte og større kraftforbruk pr. tonn produsert metall ettersom det anvendes forholdsvis mindre treflis i chargen. Det faktum at forholdet Mn:Si i metallet holdt seg tem-méiig konstant, mens Fe-inholdet øket, ved avtakende Mn-utbytte, viser viktigheten av å ha høy smeltetemperatur ved reduksjon av Mn Si03. Det samlede utbytte av mangan som silikomangan av den smeltede malm var bare 52,3 pst., mens 95,5 pst. av manganet i malmen ble gjenfunnet i metallet pluss i slaggproduktene. Dette viser igjen viktigheten av den forholdsvise mengde av treflis og dermed av chargens volumvekt. På grunn av det.lavere Mn-innhold i denne malm var den for reduksjon nød-vendige mengde kullstoff, som treflis bare 104 kg pr. 100 kg malm, til sammenlikning med 146 kg i eksempel 1 hvor det anvendtes mere høyverdig malm.

Eksempel 6.

Selektiv reduksjon av Riddle nikkelmalm. Forsøket ble gjort for å bestemme virkningen av det reduserende kullstoffs form på -selektiv reduserende smeltning av Riddle Fe-Ni-Cr-malm for fremstilling av ferronikkel. Denne malm fra Riddle-leiene i Oregon har et forholdsvis lavt jerninnhold, av størrelsesorden 10 pst. Nikkelet er til stede som nikkelsilikatgarnieritt og gangartens hovedbestanddeler er kiselsyre og magnesia. Malmer av garnierittypen inneholder opp til flere pst. nikkel og mindre mengder krom. De kan ikke kon-sentreres ved vanlige oppberedningsmeto-der. Tidligere forsøk antydet at anvendelse av sagflis medførte øket smeltetemperatur. Ved å anvende treflis som form for treavfall var det mulig å arbeide under gode smelteforhold med tørr chargetopp praktisk talt uten støvtap, mens sagflis ga dår-ligere tørr-toppforhold, og større støvtap. Den nedenstående oppstilling viser virkningen av mengdeforholdet av treflis i charger som inneholder like stor total-mengde kullstoff. Forsøksperioden hvor en del av treflisen var erstattet med koks fulgte etter den periode hvor det bare anvendtes treflis; hvis ovnen ikke hadde nådd fullstendig likevekt ville derfor tenden-sen ha gått mot høyere temperatur i den siste perioden.

RIDDLE NIKKELMALM

Riddle nikkelmaim ( forts.)

Både den lavere tappetemperatur og det mindre kraftforbruk i den periode da det anvendtes en forholdsvis mindre mengde treflis i chargen viser tydelig at økning av den forholdsvise mengde treflis i en charge av et bestemt kullstoffinnhold markert hever smeltetemperaturen og — som ventet — kraftforbruket, samt nedsetter smeltehas-tigheten. Ved smeltning av denne malm vil anvendelse av bare treflis som reduksjonsmiddel, på samme måte som i eksempel 1 medføre en høyere smeltetemperatur enn nødvendig, og dermed et unødvendig stort energiforbruk. Ved riktig tilpassing av reduksjonsmiddelmengdén, slik som i den charge som ble brukt i periode 2, er det mulig å komme til en optimal smeltetemperatur, i forbindelse med minst mulig energiforbruk i forhold til utbyttet av nikkel, samtidig som man oppnår de fordeler som fås når treflis (hog) brukes til å skaffe en vesentlig mengde av det nødvendige reduksj onsmateriale.

Eksempel 7.

Selektiv reduksjon av Cle Elum nikkelholdig jernmalm. Til dette forsøk ble det benyttet malm fra Cle-Elum-forekomsten i Washington. Denne malm er i hovedsaken eh jernmalm som inneholder 36—50 pst. Fe, 0,7—1,3 pst. Ni og 1,4—2,3 pst. Cr. Malm-prøven som ble smeltet ved nedenstående forsøk inneholdt 36,5 pst. Fe (52,2 pst. Fe20.s), 0,86 pst. Ni (1,09 pst. NiO), 1,42 pst. Cr (2,08 pst. Cr20.s), 0,15 pst. Co (0,21 pst. C02O3), 0,63 pst. Mn (1,00 pst. Mn02), 0,03 pst. S, 0,02 pst. P, 14,9 pst. Al2Oa, 13,4 pst. SiC>2, 3,5 pst. MgO og 3,6 pst. CaO.

Kontinuerlig smeltning av denne malm har hittil ikke vært mulig fordi den lave smeltetemperatur av de 40—50 pst.'s jern-slagger hindret at det kunne oppnås tilstrekkelig høy smeltetemperatur til å hindre at ovnen ble fylt med stivnet slagg og metall. Tappetemperaturen var omkring

1350° C i de operasjoner hvor bituminøse kull eller trekullbnketter ble anvendt for å levere reduksj onsmidiet.

Forsøkene ble utført for å finne hvor-vidt prinsippet for den foreliggende oppfinnelse vine gi slik kontroll av smeltetemperaturen at det kunne oppnås selektiv reduksjon av denne meget jernholdige malm i en med kullstoff foret ovn, samtidig som temperaturen ble holdt høy nok til a muliggjøre kontinuerlig drift, uten den før iakc tatte ubegrensede oppbygging av stivnet metall og slagg i ovnen, selektiv reduksjon med produKsjon av en 40—50 pst.'s jernslagg krevet at kullherden og -veggene var helt dekket av stivnet slagg eller metall, mens kontinuerlig drift krevet en temperatur som var høy nok til at de smeltede produkter kunne tappes. Denne ovnstype krevet derfor drift innenfor meget snevre temperaturområder.

Det ble fremstilt en del chargeblandinger i hvilke mengden av reduksjonsmiddel varierte fra bare 24 kg kull til bare 96 kg treflis pr. 300 kg malm. Fire kg treflis svarte til 1 kg kull, hva fiksert kullstoff angår. Smeltebetingelsene varierte fra nesten fullstendig fylling av ovnen med stivnet metall og slagg, når bare kull ble anvendt, til helt fri kullforing når det ble brukt bare treflis. De beste resultater ble oppnådd med en charge som inneholdt 12 kg kull og 48 kg treflis pr. 300 kg malm, hvor 50 pst. av totalkullstoffet i chargen er tilstede i form av treflis, hvilket svarer til ca. 0,026 ms/100 kg maim. Resultatene viste med sikkerhet at anvendelse av en riktig mengde av treflis eller voluminøst kullstoffholdig reduksjonsmiddel i chargen skaffer selektiv reduserende smeltning av ferronikkel fra nikkelholdig jernmalm.

Eksempel 8.

Fremstilling av ferrokrom av findelte kromkonsentrater. Høy smeltetemperatur er viktig ved ferrokromfremstilling, og i enkelte tilfelle sier den nødvendige tempe-råtur å være oppnådd ved at det tilsettes stoffer som øker slaggens smeltetempera-

tur. Ferrolegeringsfabrikanter fliker ikke findelt kromitt og mengden^av findelt

malm er begrenset i de forskrifter som er blitt gitt. De nedenfor beskrevne forsøk ble utført med findelt kromitt og kiselsyre-

flussmiddel var knust til minus ca. 6,2 mm.

SMELTNING AV KROMITT-KONSENTRATER

Hver enkelt av chargene ble smeltet

kontinuerlig. Alle forsøk gikk utmerket,<1>

med tørr topp, uten driftsvanskeligheter og uten noe synlig fordampningstap av me-

tall. Forsøkene viser, at passende høy smel-

tetemperatur oppnås med en forholdsvis lavtsmeltende slagg når treflis anvendes som eneste eller som hovedreduksjonsmid-

del, og samtidig oppnår man den store for-

del at det fåes en særdeles lettflytende slagg som letter fullstendig adskillelse av metall og slaggprodukter. Muligheten for at findelte chargematerialer kan smeltes uten noen forbehandling -beror på at det anvendes treflis eller en annen ekvivalent form for kullstoff i voluminøs form som re-

duksjonsmiddel, i den hovedhensikt å skaf-

fee høy smeltetemperatur. Fremgangsmå-

ten i henhold til oppfinnelsen muliggjør direkte elektrisk smeltning av mange fin-

delte malmer og konsentrater som før har krevet nodulisering eller sintring før de kunne smeltes elektrisk. Således kan de findelte jernmalmer fra Columbia County,

Oregon, der som regel kalles Scappose-

leiene, smeltes på tilfredsstillende måte ved kontinuerlig drift i elektrisk ovn uten forutgående nodulisering eller sintring hvis man anvender treflis eller en ekvivalent voluminøs form av kullstoffholdig materi-

ale for å skaffe en del av kullstoffreduk-

sj onsmidiet.

Oppfinnelsen kan anvendes ved konti-

nuerlig smeltning av malm til slike høyt-

smeltende legeringer som 60—80 pst. s f er-

rowolfram og ferromolybden, til kontinuer-

lig smeltning av ferrotantal-niob av tinn-

slagg, som f. eks. Geomines-slagg og til mange andre smelteprosesser, som enten

brukes nå eller før bare kunne benyttes i begrenset grad på grunn av driftsvanske-

ligheter.

De foranstående eksempler viser bl. a.

som fordeler ved oppfinnelsen at man blir i stand til å behandle" hittil ubrukbare rå-

materialer for utredusering og utvinning av metaller og legeringer som er nyttige industrielt, og dette med omkostninger som kan sammenlignes med eller er mindre enn de som opptrer ved fremstilling av de sam-

me metaller eller legeringer ved hjelp av hittil benyttede fremgangsmåter og hittil som brukbare ansette råmaterialer.

Claims (14)

1. Kontinuerlig smelteprosess for fremstiling av metaller, metalloider eller legeringer ved reduksjon av råmaterialet med kullstoff, hvilket råmateriale sammen med eventuelt nødvendig flussmiddel dan-

ner ovnsbeskikningen og hvor det opprettholdes et dekke av usmeltet blanding av beskikningen og reduksj onsmidiet, som sammen danner chårgeblandingen, over hele eller praktisk talt hele smeltesonen,karakterisert ved at man minsker den hastighet, hvormed beskikningen går inn i smeltesonen og derved øker smeltesonens temperatur ved å tilføre fra 32 pst. av det for reduksjon av råmaterialet støkiome-trisk nødvendige kullstoff til 100 pst. av alt tilsatt kullstoff, i form av et volumi-nøst kullstoffholdig materiale, som inneholder mindre fiksert kullstoff pr. kubikk-enhet enn trekull.

2. Kontinuerlig smelteprosess ifølge påstand 1, for fremstilling av ferronikkel fra lavprosentlig nikkelholdig råmateriale som inneholder minst 10 pst. jern ved selektiv reduksjon av nikkelet og bare en ønsket del av jernet, karakterisert ved at det tilføres minst 0,025 mM voluminøst kullstoffholdig materiale pr. 100 kg ovnsbeskik-ningsmateriale, og at den samlede mengde av voluminøst kullstoffholdig materiale ikke inneholder mere kullstoff enn det som kreves for den selektive reduksjon av nikkelet og av den ønskede del av jernet som inneholdes i råmaterialet.

3. Kontinuerlig smelteprosess ifølge påstand 1, for fremstilling av manganlegering av råmateriale som inneholder oksyder av mangan og silisium i et så lavt forhold Mn:Si som 1,25 til 1,00, karakterisert ved at chårgeblandingen inneholder en mengde basisk flussmiddel som er tilstrekkelig til å skaffe minst den støkiometriske mengde CaO pluss MgO i chårgeblandingen som er nødvendig for å bindes som meta-silikat med eventuelt kiselsyre i blandingen over den mengde som det ønskes å redusere til silisium og til å forbinde seg som aluminat med eventuelt aluminiumoksyd i blandinger, hvorved den erholdte legering inneholder minst 77 pst. av det Mn og ikke over 27 pst. av det Si som fantes i chårgeblandingen.

4. Kontinuerlig smelteprosess ifølge påstand 1, karakterisert ved at minst 0,35 m<3> av det voluminøse kullstoffholdige materiale tilsettes pr. 100 kg ovnsbeskiknings-materiale.

5. Kontinuerlig smelteprosess ifølge en hvilken som helst av de foranstående påstander, karakterisert ved at det volumi-nøse kullstoffholdige materiale inneholder mindre enn 159 kg bundet kullstoff pr. m<3>.

6. Kontinuerlig smelteprosess ifølge en hvilken som helst av de foranstående påstander, karakterisert ved at det volumi-nøse kullstoffholdige materiale er treflis.

7. Kontinuerlig smelteprosess ifølge påstand 1, for fremstilling av silisium-aluminiumlegering fra råmateriale, som inneholder kalsinert leire, karakterisert ved at det voluminøse kullstoffholdige materiale er treflis, og at chårgeblandingen inneholder ca. 100 vektdeler treflis pr. 100 vektdeler kalsinert leire, og dessuten tilstrekkelig petrolkoks til å levere resten av den nødvendige mengde reduksjonskullstoff.

8. Kontinuerlig smelteprosess ifølge påstand 1, for fremstilling av silisium, alu-minimumlegering av pyrofyllitt, karakterisert ved at det voluminøse kullstoffholdige materiale er treflis og at chårgeblandingen inneholder ca. 200 vektdeler treflis pr. 100 vektdeler pyrofyllitt og dessuten nok petrolkoks til å levere resten av den nødven-dige mengde reduksjonskullstoff.

9. Kontinuerlig smelteprosess ifølge påstand 1, for fremstilling av silisium fra råmateriale som inneholder kiselsyre, karakterisert ved at det voluminøse kullstoffholdige materiale er treflis og at chårgeblandingen inneholder ca. 250 vektdeler treflis pr. 100 vektdeler kiselsyre og dessuten nok petrolkoks til å levere resten av den nødvendige mengde reduksjonskullstoff.

10. Kontinuerlig smelteprosess ifølge påstand 1, for fremstilling av silikomangan fra råmateriale som inneholder rhodonittmalm, karakterisert ved at det voluminøse kullstoffholdige materiale er treflis og at chårgeblandingen inneholder ca. 146 vektdeler treflis og ca. 46 vektdeler kalksten som flussmiddel pr. 100 vektdeler rhodonittmalm, og at den nevnte mengde treflis leverer alt det nødvendige reduksjonskullstoff.

11. Kontinuerlig smelteprosess ifølge påstand 1, for fremstilling av ferrokrom av råmateriale som inneholder findelt kro-mittkonsentrat, karakterisert ved at det voluminøse kullstoffholdige materiale er treflis og at chårgeblandingen inneholder ca. 120 vektdeler treflis og ca. 20 vektdeler kiselsyreflussmiddel pr. 100 vektdeler kro-mittkonsentrat, og at den nevnte mengde treflis leverer alt det nødvendige reaksjons-kullstoff.

12. Kontinuerlig smelteprosess ifølge påstand 1, for fremstilling av ferronikkel av råmateriale som bare inneholder noen få ps.t nikkel og ca. 10 pst. Fe, karakterisert ved at det voluminøse kullstoffholdige materiale er treflis og at chargen inneholder ca. 8 vektdeler treflis pr. 100 vektdeler av malmen og dessuten tilstrekkelig Coos Bay-trekull til å levere resten av det nød-vendige reduksjonskullstoff.

13. Kontinuerlig smelteprosess ifølge påstand 1, for fremstilling av ferronikkel fra råmateriale bestående av nikkelholdig jernmalm som inneholder 36—50 pst. Fe, 0,7—1,3 pst. Ni og 1,4—2,3 pst. Cr, karakterisert ved at det voluminøse kullstoffholdige materiale er treflis og at chårgeblandingen inneholder ca. 16 vektdeler treflis pr. 100 vektdeler av den nevnte malm, og dessuten nok kull til å levere resten av den nødvendige mengde reduksjonskullstoff.

14. Kontinuerlig smelteprosess ifølge en hvilken som helst av de foranstående påstander, karakterisert ved at smeltingen utføres i en elektrisk ovn.