NO124939B

NO124939B -

Info

Publication number: NO124939B
Application number: NO17091767A
Authority: NO
Inventors: Jean-Claude Cousin
Original assignee: Cousin Jean Claude
Priority date: 1966-12-12
Filing date: 1967-12-11
Publication date: 1972-06-26

Description

Fremgangsmåte for fremstilling av en blanding av aluminium og aluminiumoksyd. Process for producing a mixture of aluminum and aluminum oxide.

Det er kjent at det ved redusering av It is known that by reducing

aluminiumoksyd ved hjelp av kull bare kan alumina using coal can only

oppnås en blanding av aluminium og aluminiumkarbid som ennu inneholder store a mixture of aluminum and aluminum carbide is obtained which still contains large

mengder aluminiumoksyd, ca. 20—50 pst. amounts of aluminum oxide, approx. 20-50 percent

Fordampingstapene er imidlertid betraktelige og slike fremgangsmåter egner seg der-for ikke for industriell utførelse. However, the evaporation losses are considerable and such methods are therefore not suitable for industrial use.

Foreliggende oppfinnelse angår en industriell fremgangsmåte for redusering av The present invention relates to an industrial method for reducing

aluminiumoksyd ved hjelp av kull i en alumina using coal in a

elektrisk lysbueovn for oppnåelse av aluminium og aluminiumkarbid som i varm electric arc furnace for obtaining aluminum and aluminum carbide as in hot

tilstand synes å utgjøre en slags legering condition seems to constitute a kind of alloy

med litet innhold av aluminiumoksyd. with a small content of aluminum oxide.

Redusering av aluminiumoksyd ved Reduction of aluminum oxide by

hjelp av kull, som begynner allerede ved with the help of coal, which starts already with wood

1700° C, er ikke fullstendig da viskositeten 1700° C, is not completely then the viscosity

for de smelter som oppnås, som er rike på for the melts that are obtained, that are rich in

karbid, øker sterkt med innholdet av A14C,,. carbide, increases strongly with the content of A14C,,.

For å oppnå fullstendig og tilstrekkelig To achieve complete and adequate

rask redusering av aluminiumoksyd, er det rapid reduction of alumina, it is

nødvendig å oppvarme smeltene som er necessary to heat the melts that are

rike på karbid til høy temperatur, f. eks. rich in carbide at high temperature, e.g.

2400—2500° C, som gir de beste resultater 2400—2500° C, which gives the best results

da det er ved denne temperatur det karbid som inneholdes i slike smelter blir as it is at this temperature that the carbide contained in such melts becomes

effektivt som reduseringsmiddel: effective as a reducing agent:

Ved denne temperatur spaltes imidlertid allerede karbidet At this temperature, however, the carbide is already split

og aluminiumet unnviker i form av gass, and the aluminum escapes in the form of gas,

slik at det bare blir kull tilbake, som opp - so that only coal remains, as up -

nås som store grafittkrystaller som danner et meget porøst lag. is reached as large graphite crystals that form a very porous layer.

Det har nu vist seg at det til tross for den sterke oppvarmning allikevel er mulig å fremstille karbid og metallisk aluminium i en slik ovn, da det i den nedre del av grafittlaget hersker en temperatur som er lavere enn i den øvre del, en temperatur hvor karbidet igjen er stabilt. På denne måten dannes det igjen karbid på dette sted i ovnen fra grafitten og gassformet aluminium. Det har likeledes vist seg at karbid som er dannet under slike forhold holder betraktelige mengder metallisk aluminium fanget. It has now been shown that, despite the strong heating, it is nevertheless possible to produce carbide and metallic aluminum in such a furnace, as a temperature prevails in the lower part of the graphite layer which is lower than in the upper part, a temperature where the carbide is again stable. In this way, carbide is formed again at this point in the furnace from the graphite and gaseous aluminium. It has also been shown that carbide formed under such conditions holds considerable amounts of metallic aluminum trapped.

Alo-O-dampene, som er et mellompro-dukt under reduseringen, og som trenger inn i grafittlaget, blir straks redusert. De som unnviker oppover sammen med en del av aluminiumdampene, kondenseres i om-rådene med lavere temperatur eller på charge-bestandelene, eller de spaltes The Alo-O vapors, which are an intermediate product during the reduction, and which penetrate into the graphite layer, are immediately reduced. Those escaping upwards together with a part of the aluminum vapors are condensed in the areas with lower temperature or on the charge components, or they are split

og går deretter inn i kretsløpet igjen. CO unnviker i den øvre del. and then re-enters the circuit. CO escapes in the upper part.

På vedføyete tegning er det skjema-tisk vist en elektrisk lysbueovn forsynt med en elektrode 1 og en ledende herd 2. The attached drawing schematically shows an electric arc furnace equipped with an electrode 1 and a conductive hearth 2.

3 er den blanding av aluminiumoksyd og 3 is the mixture of aluminum oxide and

kull som består av blandete agglomerater med forskjellig sammensetning eller av at-skilte bestanddeler, f. eks. aluminiumoksyd og koks. Koksen kan også erstattes med andre kullstoffholdige stoffer. Aluminium-oksydet kan være kunstig korund frem- coal consisting of mixed agglomerates of different composition or of separate components, e.g. alumina and coke. The coke can also be replaced with other carbon-containing substances. The aluminum oxide can be artificial corundum

stillet fra bauxit, handels-aluminiumoksyd eller andre slags aluminiumoksyd. prepared from bauxite, commercial alumina or other types of alumina.

Når ovnen er i drift er lysbuen 4 sta-bil på grunn av den ionisering som skyl-des tilstedeværelsen av aluminiumdamp. Rundt den nedre del av elektroden består det et tomt område 5 som begrenses av elektrodeveggene og en foring 6 som består av delvis omdannete stoffer. Det hele er omgitt av varmeisolasjon 10. 7 er det lag av grafittkrystaller som er dannet under buen 4 i tilfelle av overhetning. 8 er den Al4C:,-blanding som er oppnådd. 9 er dråper som er dannet ved kondensering av A120- og Al-damper. When the furnace is in operation, the arc 4 is stable due to the ionization due to the presence of aluminum vapor. Around the lower part of the electrode there is an empty area 5 which is limited by the electrode walls and a lining 6 which consists of partially converted substances. It is all surrounded by thermal insulation 10. 7 there are layers of graphite crystals that are formed under the arc 4 in case of overheating. 8 is the Al 4 C:, mixture obtained. 9 are droplets formed by condensation of A120 and Al vapors.

Grafittkrystall-laget 7 sikrer praktisk talt fullstendig fjerning av oksyderte for-bindelser i sluttproduktet og sålenge laget opprettholdes oppnås det en blanding A14C3 + Al hvis innhold av aluminiumoksyd kan være mindre enn 0,5 pst. The graphite crystal layer 7 ensures practically complete removal of oxidized compounds in the final product and as long as the layer is maintained, a mixture A14C3 + Al is obtained whose aluminum oxide content can be less than 0.5 percent.

Eksempel. Example.

I en enfaset lysbueovn på 100 kW med ledende herd av amorft kull ble det satt ned en elektrode med en diameter på 30 cm på et 3 cm tykt lag av koks og elektroden ble omgitt med en blanding av Al2Os og kull. Kokslaget som gjennom-flytes av strømmen virket som en motstand ved hvis hjelp ovnen ble oppvarmet i en time. Deretter ble ovnen oppvarmet med lysbuen ved 25 volt spenning og 4000 amp. Lysbuen var ca. 2 cm lang og strakte seg over hele elektrodetverrsnittet, da gassfasen var sterkt ledende på grunn av sitt høye innhold av metallisk aluminium. In a single-phase arc furnace of 100 kW with a conducting hearth of amorphous coal, an electrode with a diameter of 30 cm was placed on a 3 cm thick layer of coke and the electrode was surrounded with a mixture of Al2Os and coal. The coke that flows through the current acted as a resistance by means of which the oven was heated for an hour. The furnace was then heated with the electric arc at 25 volts and 4000 amps. The arc was approx. 2 cm long and extended over the entire electrode cross-section, as the gas phase was highly conductive due to its high content of metallic aluminium.

Med en slik ovn ble det fremstillet nesten 3 kg flytende Al-A14C3-legeringer pr. time. Høyden av badet øket følgelig med 1,5 cm/t. Stigningen av badet ble kon-statert ved hjelp av en viser på elektro-dekablen som beveget seg over en stav som var inndelt i cm. 3 kg legering svarer teo-retisk til 7 kg aluminiumoksyd-kull-blanding. Under de første fem timer var forbruket av blanding ca. 2,5 ganger større enn den teoretiske mengde. En stor del tjente således til å danne selvforingsskor-pen. With such a furnace, almost 3 kg of liquid Al-A14C3 alloys were produced per hour. The height of the bath was consequently increased by 1.5 cm/h. The elevation of the bath was ascertained with the help of a pointer on the electro-decable which moved over a rod which was divided into cm. 3 kg of alloy theoretically corresponds to 7 kg of aluminum oxide-coal mixture. During the first five hours, the consumption of mixture was approx. 2.5 times greater than the theoretical amount. A large part thus served to form the self-lining crust.

Da tykkelsen av skorpen ble 3—4 cm, avtok forbruket av blandingen A1203 -f C og nærmet seg tilslutt den teoretiske verdi. When the thickness of the crust became 3-4 cm, the consumption of the mixture A1203 -f C decreased and finally approached the theoretical value.

Forholdet mellom A1203 og C kan vari-eres innenfor visse grenser og på denne måten kan innholdet av fritt metall i sluttproduktet påvirkes. Med en blanding av 70 pst. A1203 og 30 pst. kull (koks) ble det oppnådd et produkt som inneholdt 64 pst. A14C3, 32 pst. Al, 2,3 pst. C Og 1,7 pst. A1203 +°A1N. The ratio between A1203 and C can be varied within certain limits and in this way the content of free metal in the final product can be affected. With a mixture of 70% A12O3 and 30% coal (coke), a product containing 64% A14C3, 32% Al, 2.3% C and 1.7% A12O3 +°A1N was obtained.

Utgangsmaterialene kan brukes i form av stykker eller kuler som er agglomerert med et bindemiddel på grunnlag av fin-malte stoffer. Tykkelsen av chargen bør være minst 30 cm for å hindre tap ved for-dampning. Hvis chargen ikke synker av seg selv, må det foretas staking med en grafittstav. For å beskytte chargen og elektroden mot forbrenning i luften kan, ende-lig, ovnen være forsynt med et lokk og elektroden kledd på det sted hvor gas-sene brenner. The starting materials can be used in the form of pieces or balls which are agglomerated with a binder on the basis of finely ground substances. The thickness of the charge should be at least 30 cm to prevent loss through evaporation. If the charge does not sink by itself, it must be poked with a graphite rod. In order to protect the charge and the electrode from burning in the air, the furnace can finally be provided with a lid and the electrode covered in the place where the gases burn.

På grunnlag av fortsatte prøver er fremgangsmåten utviklet slik at det unn-gås termisk spalting av en del av det aluminiumkarbid som er dannet, samtidig som det oppnås et meget lavt innhold av aluminiumoksyd. Det har således vist seg at dette siste trekk ikke nødvendigvis er bundet til tilstedeværelsen av et lag av grafittkrystaller under elektroden. On the basis of continued tests, the method has been developed so that thermal splitting of part of the aluminum carbide that is formed is avoided, while at the same time a very low content of aluminum oxide is achieved. It has thus been shown that this last feature is not necessarily linked to the presence of a layer of graphite crystals under the electrode.

A1203 og A14C3 kan bringes til å rea-gere under elektroden ved en så høy temperatur at de siste spor av aluminiumoksyd reduseres raskt, men uten at det blir noen spalting av A14C3. A1203 and A14C3 can be made to react under the electrode at such a high temperature that the last traces of aluminum oxide are reduced quickly, but without any splitting of A14C3.

For å oppnå dette resultat er det nød-vendig at det på hele omkretsen av elektroden er en blanding av aluminiumoksyd og kull med jevn sammensetning som jevnt og kontinuerlig kommer inn i lysbueom-rådet, slik at det oppnås og opprettholdes en likevekt mellom den effekt som frembringes av lysbuen og den som er nød-vendig for reaksjonen for derved å unngå lokale over-oppvarminger som ville frem-kalle dannelse av grafitt ved spalting av A14C,,. In order to achieve this result, it is necessary that on the entire circumference of the electrode there is a mixture of aluminum oxide and carbon with a uniform composition which evenly and continuously enters the arc area, so that an equilibrium is achieved and maintained between the effect which is produced by the arc and that which is necessary for the reaction to thereby avoid local overheating which would cause the formation of graphite by splitting A14C,,.

Det blir følgelig valgt en charge som synker av seg selv under elektroden etterhvert som den reduseres. Det er oppnådd gode resultater med en blanding av trekull og korundkuler, men det er klart at det kan anvendes andre charge-arter, f. eks. agglomerater, briketter, stykkfor-mete stoffer, forutsatt at chargen synker av seg selv etterhvert som den reduseres. Consequently, a charge is chosen that sinks under the electrode as it decreases. Good results have been achieved with a mixture of charcoal and corundum balls, but it is clear that other types of charge can be used, e.g. agglomerates, briquettes, lumpy substances, provided that the charge decreases by itself as it is reduced.

På den annen side har det vist seg at det under reduksjonen til enkelte tider frembringes en viss ustabilitet for lysbuen, kortslutninger eller delvis mot-standsøking i ovnen. On the other hand, it has been shown that during the reduction a certain instability of the arc, short circuits or partial resistance increase in the furnace is sometimes produced.

Disse ulemper kan overvinnes, og dette utgjør et viktig trekk ved oppfinnelsen, ved at det til ovnen ikke bare settes den vanlige blanding av aluminiumoksyd og kull, men av og til bare kull og av og til bare aluminiumoksyd inntil forstyrrelsen er forsvunnet. These disadvantages can be overcome, and this constitutes an important feature of the invention, by adding to the furnace not only the usual mixture of aluminum oxide and coal, but occasionally only coal and occasionally only aluminum oxide until the disturbance has disappeared.

Når lysbuen er ustabil samtidig som When the arc is unstable at the same time as

frigjøringen av CO avtar, er det hensikts-messig å tilsette kull inntil det er oppnådd the release of CO decreases, it is appropriate to add coal until it is achieved

en passende stabilitet for måleapparatene a suitable stability for the measuring devices

og en normal utvikling av kulloksyd, Når, and a normal development of carbon monoxide, When,

omvendt, ovnen arbeider med motstand og conversely, the furnace works with resistance and

strømstyrken stiger, og utviklingen av current strength rises, and the development of

kulloksyd stanser nesten helt, må det til-settes aluminiumoksyd for å gjenopprette carbon monoxide stops almost completely, aluminum oxide must be added to restore it

god reduserings-drift. good reduction operation.

De forstyrrelser som opptrer under The disturbances that occur during

driften av ovnen blir således til stadighet the operation of the oven thus becomes permanent

undertrykket ved tilsetning av aluminiumoksyd eller kull. suppressed by the addition of aluminum oxide or charcoal.

Det oppnås på denne måten en blanding av aluminium og aluminiumkarbid A mixture of aluminum and aluminum carbide is obtained in this way

som inneholder meget lite aluminiumoksyd, med et bedre utbytte og et lavere ef-fektforbruk. which contains very little aluminum oxide, with a better yield and a lower power consumption.

Når ovnen tilføres en charge som inneholder 165,3 deler korund i form av hule When the furnace is fed a charge containing 165.3 parts corundum in the form of a hollow

kuler og 70,8 deler trekull er det oppnådd balls and 70.8 parts of charcoal have been obtained

en blanding av aluminiumkarbid og aluminium som inneholder 65,8 pst. A14C3, a mixture of aluminum carbide and aluminum containing 65.8% A14C3,

30,4 pst. Al, 2,9 pst. A1203 + A1N, 0,17 pst. C 30.4% Al, 2.9% A1203 + A1N, 0.17% C

og 0,03 pst. Fe. and 0.03 percent Fe.

Claims

1. Process for producing a mixture of aluminum and aluminum carbide with an A1203 content of less

than approx. 3 percent by weight in the reaction between aluminum oxide and carbon in an electric arc furnace, characterized in that the reaction is carried out in a temperature range, preferably of the order of approx. 2400 to approx. 2500° C, so that aluminum carbide is produced according to the known reaction

and the aluminum carbide that is thereby formed reacts with aluminum oxide according to the equation.

2. Method as stated in claim 1, characterized in that the temperature in the mixture of aluminum oxide and aluminum carbide that is formed is such that no significant thermal decomposition of aluminum carbide takes place.