NO129801B - - Google Patents

Description

Ovnscharge til bruk i fremstillingen

av ferrosilisiumlegeringer.

Foreliggende oppfinnelse angår en ovnscharge som benyttes ved en elektrisk ovnsproduksjon av ferrosilisium som inneholder mellom 45% og 95% vektprosent silisium.

I henhold til US-patént nr. 3.218.153 omtales bruken

av silisiumdioksyd i to fraksjoner også for fremstilling av ferrosilisium. Partikkelstørrelsene for disse to fraksjoner er imidler-tid ikke så langt fra hverandre som det ble funnet nødvendig ifølge oppfinnelsen for å oppnå den ønskelige virkning.

De minste partikler i den grove fraksjon ifølge oppfinnelsen er således mer enn 5 ganger så stor som de største partikler i den fine fraksjon, mens i henhold til ovennevnte ameri-kanske patent kan de minste partikler i den grove fraksjon være i det vesentlige av samme størrelse som de søtrste partikler i den fine fraksjon.

Spesielt består ovnschargen til bruk ved foreliggende oppfinnelse av et i det vesentlige homogent agglomerat som består av et jernholdig stoff, en fin fraksjon og en grov fraksjon av partikkelformig silisiumoksyd, et karbonholdig reduksjonsmiddel og et fyllmiddel med eller uten et bindemiddel.

Ferrosilisium fremstilles ved å chargere metallisk jern, silisiumdioksyd og et karbonholdig reduksjonsmiddel til en elektrisk neddykket bueovn hvoretter varmen som dannes fra den neddykkede bue er tilstrekkelig til å bevirke reduksjon av de reduserbare additiver slik at det oppnås en jern-silisiumlegering. Forskjellige agglomerat ovnscharger som består av fint oppdelt silisiumdioksyd blandet med jernholdig metallisk stoff og et karbonreduksjonsmiddel er benyttet. Det eksakte karboninnhold som støkiometrisk er nød-vendig til reduksjon av alt tilstedeværende silisiumdioksyd i chargen er variert noe avhengig av den prosentive andel av silisium som var ønsket i sluttlegeringen.

Til tross for de mange mulige måter til fremstilling av ferrosilisiumcharger, f.eks. blanding av alle legeringsadditivene i egnede andeler til en agglomeratcharge, opprettholdelse av additivene i en løs blandet tilstand eller blanding av additivene bortsett fra silisiumdioksyd slik at det sistnevnte kan chargeres til ovnens separate fra agglomeratet, er den totale produksjon av silisiumjernlegeringer, spesielt slike med høyt silisiuminnhold, karakterisert av meget høyt energiforbruk, dårlig silisiumgjenvinning o^ uønsket røkutvikling. I tillegg inkluderer reduksjonen av silisiumdioksyd ved hjelp av karbon en mellomreaksjon hvorved silsium-dioksyd reduseres til gassformig silisium-monoksyd hvis disproposjone-ring i de koldere -deler av reaktoren er antatt å føre til semen-tering av chargematerialet forårsaket av avsettning av klebrig silisiumdioksyd. Dette resulterer i staking og vanskeligheter med tilmatning av blandingen til ovnen, noe som påvirker den totale produksjonsgevinst av den ønskede jernsilisiumlegering. For å minimalisere disse vanskeligheter er store mengder av et egnet fyllstoff slik som treflis, tilsatt til ovnschargen.

Oppfinnelsen vedrører altså ovnscharge for fremstilling av 45% til 95% ferrosilisium i en elektrisk ovn, bestående av en agglomerert blanding av et partikkelformig jernholdig materiale, silisiumdioksyd i form av en fin og en grov fraksjon, et partikkelformig karbonholdig reduksjonsmiddel, et fyllstoff med lav tetthet og et bindemiddel, idet ovnschargen er karakterisert ved at den agglomererte blanding er homogen og inneholder silsiumdioksydet i form' av en fin fraksjon med en partikkelstørrelse på mindre enn 0,3 mm og en grov fraksjon med en partikkelstørrelse på mellom 1,6

og 12,7 mm der vektforholdet mellom den fine fraksjon og den grove fraksjon er mellom 0,5:1 og 2:1.

Chargen fremstilles ved å blande et partikkelformig jernholdig materiale slik som jernoksyd, en fin fraksjon og en grov fraksjon a v silisiumdioksyd, partikkelformig karbonreduksjonsmiddel og et fyllstoff i egnede andeler slik at det fremkommer en jernsilisiumlegering som inneholder fra mellom omkring 45 til omkring 95 vektprosent silisium,ved å utføre reduksjonen av alle reduserbare additiver. Blandingen kan deretter agglomereres ved en hvilken som helst egnet teknikk, slik som ekstrudering ved bruk av et bindemiddel som kan tilsettes i en mengde lik eller mindre enn 10 vektprosent av chargene. Størrelsen på agglomeratet er varierbar og avhenger i en viss grad av størrelsen på ovnen som benyttes.. Helst bør det benyttes en dimensjon i chargen, dvs. lengde, bredde, diameter, tykkelse osv. som er omkring 12,7 mm eller mindre for å sikre så og si total reaksjon av karboninnholdet så snart som mulig i reaktoren.

Det nye ved ovnschargen ifølge oppfinnelsen er bruken

av et agglomerat som består av to former for silisiumdioksyd, en fin fraksjon og en grov fraksjon, blandet med et partikkelformig jernholdig materiale pluss et partikkelformig karbonreduksjonsmiddel. Massen av den fine fraksjon av silisiumdioksyd er antatt å reagere med det karbonholdige reduksjonsmiddel slik at det dannes silisium-karbid og karbonmonoksyd mens massen av den grovere fraksjon er antatt å reagere med silisiumkarbidet som er dannet slik at det fremstilles silisiummonoksyd som igjen reagerer videre med silisium-karbid for å frigjøre silisium til reaksjonen med det jernholdige stoff. Størrelsen på silisiumdioksydet i de to adskilte fraksjoner

gjør det mulig for de reaktive stoffer ved silisiumreaksjonen å være tilstede i reaksjonssonen i ovnen i en form som er egnet til effektiv fremstilling av silisium slik som beskrevet i norsk søknad nr. 4413/70. Økningen i utbyttet av silisium på grunn av agglomeratchargen som er fremstillet ifølge oppfinnelsen skyldes delvis den effektive reduksjon av den store tilbakeførte mengde gassformig silisiummonoksyd som er et resultat av en mere effektiv utnytting av silisiummonoksydet i dettes reaksjon med silisium-karbid for å danne silisium.

Det partikkelformige jernholdige stoff som jevnt er fordelt i hvert agglomerat gir et hjelpemiddel til homogen spred-ning av jernet i reaksjonssonen i ovnen. Dette bidrar til en om-givelse ideelt egnet til reaksjonen mellom jernet og silisium, noe som derved gir en jersnsilisiumlegering med et redusert energiforbruk og elektrodeforbruk pr. kilo legering.

Mengden jernholdig stoff i agglomeratchargen er varierbart og varierer av den prosentandel silisium som er ønsket i jern-silisiumlegeringen som skal fremstilles. Dette silsium kan variere mellom 45 og 95 vektprosent av legeringen. Det jernholdige stoff bør pulveriseres og blandes intimt med de andre blandings additiver slik at jernet ved chargering til ovnen vil bli homogent fordelt i denne. Den eksakte størrelse på det jernholdige stoff er noe vilkårlig, men bør helst være omkring 100 "tyler mesh" og finere.

Innholdet av fast karbon i chargen er også varierbart og avhenger på samme måte av den ønskede ferrosilisiumlegering. F.eks. kan innholdet av fast karbon i en charge variere mellom

et minimum på omkring 85% av den støkiometriske mengde som er nødvendig til reduksjon av alt silisiumdioksyd i henhold til reaksjonen Si02 + 2 C > Si + 2C0 til fremstilling av 95% ferrosilisium og et maksimum på omkring 120% av den nødvendige støk-iometriske mengde for reduksjonen av alt silisiumoksyd i henhold til den samme ligning for fremstilling av 45% ferrosilisium. Størrelsene på karbonreduksjonsmidlet er noe vilkårlig, men det bør være av en tilstrekkelig fin størrelse til å tillate en intim blanding med den fine silisiumdioksydfraksjon. En størrelse på omkring 100 "Tyler mesh" eller finere er å anbefale.. Kull, koks og lignende er egnede karbonholdige reduksjonsmidler.

Størrelsen på den grove fraksjon av det partikkelformige silisiumdioksyd kan variere mellom 1,5 8 mm og omkring 12,7 mm, mens den fine fraksjon bør være omkring 48 "Tyler mesh" eller finere, helst omkring 100 "Tyler mesh". Forholdet mellom den fine fraksjon og den grove fraksjon kan variere mellom omkring 1,2 og omkring 2.

Valget av fyllestoff med lav tetthet er vilkårlig, og kan avhenge av slike faktorer som oppnåelighet, omkostninger, kjemisk renhet, letthet ved bruk og karboninnhold. Et vesentlig krav er at fyllstoffet har en lav tetthet slik at den totale charge .. o 3 ved blanding med de andre additiver har en tetthet pa 960 kg/m ellér mindre, helst 800 kg/m 3 eller mindre.

Sammenblandingen av disse reaktive additiver i egnede andeler vil gi homogene agglomererte charger med lav tetthet som ved tilmatning til en elektrisk ovn vil gi en ferrosilisiumlegering ved hjelp av neddykket bueteknikk ved et sterkt redusert energiforbruk pr. kilolegering. I tillegg kan innsparing gjennomføres på grunn av reduksjon i elektrodeforbruket og på grunn av en reduksjon i mengden fyllstoff som vanligvis er nødvendig ved de kommersielle teknikker som nå benyttes til fremstilling av ferrosilisium. Eksempel 1.

En agglomerert ovnscharge ble fremstilt ved sammen-blanding av følgende stoffer: (1) 58,0 vektdeler "Tilden" jernmalm (inneholdende 37,31% Fe og 44,40% Si02), malt til i det vesentlige 100 "Tyler mesh" og finere, (2) 84,0 vektdeler av en fin fraksjon silisiumdioksyd oppmalt til hovedsakelig 200 "Tyler mesh" og finere, (3) 84,0 vektdeler av en grovere fraksjon silisiumdioksyd på omkring 6,35 mm ganger 3,17 mm, (4) 93 vektdeler "East Gulf" kull (inneholdende 79,7% fast karbon, 15,0% flyktige stoffer og 4,5% aske), malt til hovedsakelig 200 "Tyler mesh" og finere,

(5) 15,0 vektdeler tørr halm på omkring 25,4 mm,

(6) 87,0 vektdeler av en bindemiddeloppløsning bestående av 6% lignin faststoffer og 94% vann.

Disse stoffer gir et karboninnhold på 98,0% av det teoretiske karbonbehov, for reduksjon ifølge den følgende ligning: Si02 + 2C > Si + 2C0.

De ovenfor nevnte stoffer ble forblandet og matet til en ekstruder av augertypen med en diameter på 15,24 cm slik at det fremkom kvadratiske ekstrudater på 15,8 mm med varierende lengder på opptil 15,24 cm. Etter tørking til et fuktighetsinnhold på omkring 5% ble det funnet at agglomeratchargen hadde en massetetthet pa o mellom 560 og 640 kg/m 3.

Agglomeratchargen ble deretter matet til en 40 kW enkelt-faset elektrisk ovn som besto av en godt isolert grafittdigel med en diameter på 25,4 cm og en dybde på 25,4 cm. Kraften til ovnen ble levert gjennom to vertikalt anbragte grafittelektroder med en diameter på 3 8,1 mm, nedpakket i chargen for å frembringe * en neddykket bue reaksjonssone.

Additivene i chargen ble deretter underkastet reduksjon i den elektriske ovn med neddykket bue, og ga en jernsilisium-. legering som inneholdt omkring 75% silisium. Kraftforbruket' pr. kg silisium, elektrodeforbruket pr. netto tonn legering som ble fremstilt og prosentandelen silisium som ble gjenvunnet fra denne charge er vist i tabell 2 under blanding G.

For sammenligningens skyld ble 75% ferrosilisium fremstilt ved bruk av den identiske ovn og fremgangsmåte som er angitt ovenfor, bortsett fra at en vanlig løs blanding og flere fremstilte agglomererte blandinger ble benyttet istedet for den agglomererte charge som er fremstilt ifølge oppfinnelsen. Tabell 1 viser sammen-setningen av disse blandinger, betegnet A til F.

Blanding A betyr en vanlig løs blandet charge.

Blanding B er lik chargen som er fremstilt ifølge oppfinnelsen, bortsett fra at det kun er benyttet en størrelse silis iumdioksyd.

Blanding C inneholdt intet fyllstoff eller grovt silisiumdioksyd og ble laget ved pelletisering i stedet for ekstrudering. Dette ga pellets som hadde en mindre størrelse og som var tettere enn ekstrudatene i blanding G.

Blanding D ble fremstilt ifølge oppfinnelsen ved bruk av sagmugg som fyllstoff.

Blanding E ble fremstilt ifølge oppfinnelsen ved bruk av knuste maiskolber som fyllstoff.

Blanding F ble fremstilt med en grov silisiumdioksydfraksjon som ble matet til ovnen separat fra den agglomererte charge, men til samme tid.

Blanding G ble fremstilt slik som beskrevet ovenfor.

Tabell 2 viser det elektriske energiforbruk pr. kg silisium, prosentandelen silisium som ble gjenvunnet og elektrode-forbrukshastigheten pr. netto tonn for fremstilling av 75% ferrosilisiumlegering for hver av blandingene A til G. Disse data representerer gjennomsnittsverdier for alle ovnstappinger som etterfulgte en begynnende oppstartingsperiode for hver blanding. Slik det fremgår av resultatene som er anført i tabell 2, maksi-maliserer chargene som er fremstilt ifølge oppfinnelsen gjen-vinningen av silisium mens både energibehovet til og elektrodeforbruket ved hver netto tonn legering som ble fremstilt er minimali-sert. En annen vesentlig fordel som ble oppnådd ved chargene som er fremstilt ifølge oppfinnelsen var at de resulterte i en bedre total ovnsdrift.

Claims (1)

1. Ovnscharge for fremstilling av 45% til 95% ferrosilisium i en elektrisk ovn, bestående av en agglomerert blanding av et partikkelformig jernholdig materiale, silisiumdioksyd i form av en fin og en grov fraksjon, et partikkelformig karbonholdig reduksjonsmiddel, et fyllstoff med lav tetthet og et bindemiddel, karakterisert ved at den agglomererte blanding er homogen og inneholder silisiumdioksydet i form av en fin fraksjon med en partikkelstørrelse på mindre enn 0,3 mm og en grov fraksjon med en partikkelstørrelse på mellom 1,6 og 12,7 mm der vektforholdet mellom den fine fraksjon og den grove fraksjon er mellom 0,5:1 og 2:1.