Wiadomo, ze redukcja tlenku glinu weglem pozwala na otrzymanie jedynie mieszaniny alu¬ minium i weglika glinu, zawierajacej jeszcze znaczna ilosc tlenku glinu, a mianowicie od oko¬ lo 20 do .50%. Jednak straty wskutek ulatniania sie sa bardzo powazne, tak ze proces nie nadaje sie do produkcji w skali przemyslowej.Wynalazek dotyczy przemyslowego procesu redukcji tlenku glinu weglem w elektrycznym piecu lukowym w celu otrzymania aluminium i weglika glinu, w czasie którego tworzy sie rodzaj stopu, posiadajacego mala zawartosc tlen¬ ku glinu.Redukcja tlenku glinu weglem, zaczynajaca sie juz przy 1700°C, nie jest calkowita, ponie¬ waz lepkosc w ten sposób wytworzonych wegli¬ kowych stopów, silnie wzrasta wraz z zawartos¬ cia AI4C3. W celu calkowitej i stosunkowo szyb¬ kiej redukcji tlenku glinu, potrzebne jest na¬ grzanie stopów weglika do bardzo wysokiej tem¬ peratury, na przyklad 2400°-^2500°C. Dopiero w tej temperaturze weglik glinu, zawarty w ta¬ kich stopach, staje sie skutecznym czynnikiem redukcyjnym i redukcja przebiega wedlug na¬ stepujacej reakcji: A1203 + AI4 C3 -+ 6A1 + 3 CO jak równiez rozpada sie wedlug reakcji: AI4C3 -+ 3 C + 4 Al natomiast samo aluminium wywiazuje sie w po¬ staci gazowej i w ten sposób weglik pozostaje w postaci grubych krysztalów grafitu tworzac bardzo porowata warstwe.Stwierdzono wedlug wynalazku, ze pomimo przegrzania mozna jednak wytworzyc weglik glinu i aluminium metaliczny w piecu tego ty¬ pu, poniewaz temperatura na dnie warstwy gra¬ fitu byla nizsza, niz przy wierzchu warstwy, wobec czego w tej nizszej temperaturze weglik glinu nie ulega wtórnej reakcji. W taki sposób, w tej czesci pieca weglik glinu znów tworzy sie z grafitu i z gazowego aluminium. Równiez za-uwazono, ze wytworzony w tych warunkach weglik glinu wiaze znaczne ilosci gazowego alu¬ minium. I *; Bedace posrednim produktem redukcji pary AI2O, które przenikaja w warstwe grafitu, zo¬ staja natychmiast zredukowane." Pary A120, ulatniajace sie dp góry razem z czescia par alu¬ minium, skraplaja sie w strefach nizszej tempe¬ ratury lub nad skladnikami wsadu, gdzie rozpa¬ daja sie wedlug nastepujacej reakcji: 3 A120 T _ A1203 + 4 Al i nastepnie wchodza na nowo w proces cyklicz¬ ny. Tlenek wegla ulatuje natomiast u góry z pieca.Na rysunku uwidoczniono schematycznie lu¬ kowy piec elektryczny, zaopatrzony w elektro¬ de li przewodzace dno 2. Wokól elektrody 1 znajduje sie mieszanina 3 tlenku glinu i wegla, mogaca skladac sie z brylek o róznym skladzie lub z poszczególnych skladników, na przyklad z tlenku glinu i koksu. Mozliwe jest równiez za¬ stapienie koksu przez inne materialy wegliste.Tlenek glinu moze byc np. sztucznym korunT dem.Gdy piec znajduje sie w swym normalnym stanie dzialania, wtedy luk 4 jest ustabilizowa¬ ny wskutek jonizowania, wzbudzonego przez istniejace pary aluminium; dokola dolnej czesci elektrody istnieje pusta strefa 5, ograniczona przez sciany elektrody i samorzutnie tworzaca sie uszczelniajaca warstwe 6, skladajaca sie z czesciowo rozlozonych substancji. Calosc jest otoczona przez material 10, który izoluje od strat ciepla. Pod elektroda 1 i lukiem 4 znajduje sie warstwa 7 krystalów grafitu. Wyprodukowa¬ ne aluminium 8 i weglik glinu AI4C3 znajduja sie pod warstwa 7. Krople 9 pochodza ze skra¬ plania sie par A120 i Al.Warstwa 7 krystalów grafitu zapewnia prawie calkowite usuniecie zwiazków tlenu z koncowe¬ go produktu i dopóki ta warstwa jest zachowa¬ na, dopóty w warstwie 8 wytwarzana jest mie¬ szanina AL4C3 + Al, w której zawartosc tlen¬ ku glinowego moze byc mniejsza niz 0,5°/o.Przyklad. W jednofazowym piecu luko¬ wym o mocy 100 KW z przewodzacym dnem, wykonanym z wegla, elekroda o srednicy 30 cm zostaje opuszczona w dól na warstwe koksu grubosci 3 cm i otoczona mieszanina AI2O3 i we¬ gla. Warstwa koksu, przez która przechodzi prad, zachowuje sie jak opornik, za pomoca któ¬ rego przez okres godziny nastepuje rozgrzewa¬ nie pieca. Nastepnie, nagrzewanie lukiem elek¬ trycznym odbywa sie pradem o napieciu 25 V i natezeniu 4000 A. Luk ma okolo 2 cm dlugos¬ ci i rozprasza sie po calym poprzecznym prze¬ kroju elektrody, poniewaz przewodnosc gazowej fazy jest duza wskutek jej wysokiej zawartosci metalicznego alumirium.W takim piecu -zostaje wytworzone 3 kg cie¬ klego stopu AI/AI4C3 na godzine. Wysokosc ka¬ pieli powieksza sie w ten sposób o 1,5 cm na godzine. Podnoszenie sie kapieli jest sprawdza¬ ne za pomoca wskazówki, umieszczonej na ka¬ blu elektrody i poruszajacej sie przed podzialka, % wyskalowana w centymetrach.Teoretycznie 3 kg stopu odpowiada 7 kilogra¬ mom mieszaniny tlenku glinu z weglem. Pod¬ czas pierwszych pieciu godzin zuzycie miesza¬ niny jest 2,5 razy wieksze od ilosci teoretycz¬ nej, gdyz wieksza czesc mieszaniny zostaje na wytwarzanie.samoczynnie uszczelniajacych sko¬ rup.•Gdy skorupy uszczelniajace dochodza do 3 -j- 4 cm grubosci, wtedy zuzycie mieszaniny A1203 + C zmiejsza sie zblizajac sie do teore¬ tycznej wielkosci.Stosunek Al203/0 zmienia sie w pewnych gra¬ nicach, co pozwala oddzialywac na zawartosc wolnego metalu w koncowym produkcie.Z mieszaniny 70% tlenku glinu i 30°/o wegla otrzymuje sie produkt, który zawiera: AI4C3 64 °/o Al 32 Vo C 2,3% A1203 + A1N 1,7% Surowe materialy moga byc uzyte w postaci bryl lub kul, wytworzonych przez aglomerowa¬ nie drobno pokruszonych produktów za pomoca srodka wiazacego. Wsad musi miec co najmniej. 30 cm grubosci, aby uniknac strat przez ulatnia¬ nie. Gdy wsad nie opada samoczynnie, wtedy musi byc podsuwany za pomoca grafitowego po- pychacza. Wreszcie, w celu ochronienia wsadu i elektrody od spalania sie na powietrzu, w miej^ scach gdzie spalaja sie gazy piec jest zaopatrzo¬ ny w pokrywe, a elektroda w plaszcz ochron¬ ny.Czesto jednak uzyte mieszaniny tlenku glinu i wegla wzdymaja sie w góre i nalezy wówczas spowodowac jej opadniecie pod elektrode.Po dalszych próbach i ulepszeniach procesu uniknieto cieplnego rozkladu czesci weglika gli¬ nu, wytwarzanego przy jednoczesnym otrzymy¬ waniu bardzo malej zawartosci tlenku glinu. ~ W ten sposób ustalono, ze ta ostatnia cecha nie jest bezwzglednie polaczona z obecnoscia war¬ stwy krysztalów grafitu pod elektroda. — 2 —Mozna spowodowac reakcje A1203 i AI4C3 pod elektroda przy temperaturze dostatecznie wyso¬ kiej do zapewnienia szybkiej redukcji ostatnich czesci tlenku glinu, lecz bez osiagania punktu rozpadu AI4C3. , W celu osiagniecia tego wyniku potrzebne jest regularne i ciagle doprowadzanie mieszaniny tlenku glinu i wegla z calego obwodu elektro¬ dy do strefy luku w taki sposób, by osiagnac i zachowac równowage pomiedzy energia, wy¬ tworzona przez luk, i energia, potrzebna do re¬ akcji, unikajac przez to miejscowych przegrzan, pobudzajacych do tworzenia sie grafitu na sku¬ tek rozpadu A^Cs^ Nalezy dobrac taki wsad, który sam opada tak szybko, jak postepuje reakcja. Dobre wyni¬ ki zostaly otrzymane z mieszanina wegla drzew¬ nego i korundu w postaci kuleczek wydrazo¬ nych. Sposób ten nie ogranicza innych mozliwos¬ ci i moze byc uzyty kazdy inny rodzaj wsadu,- na przyklad w postaci bryl, brykietów, mate¬ rialu w grudkach, ale pod warunkiem, ze wsad opada z ta sama szybkoscia z jaka postepuje redukcja.Ponadto zostalo stwierdzone, ze podczas re¬ dukcji niekiedy pojawia sie pewna niestalosc luku, powstala na skutek zwarc lub wielkich oporów.Tym ujemnym zjawiskom mozna zapobiec przez dodawanie do pieca, zamiast zwyklej mie¬ szaniny tlenków glinu i wegla, w okreslonym czasie tylko samego wegla, a w innym czasie tlenków glinu, dopóki zaklócenie nie zniknie.Gdy luk jest niestabilny i wytwarzanie tlen¬ ku wegla w tym czasie zmniejsza sie, nalezy dokladac wegla do czasu, az zostana osiagniete ustabilizowane warunki pracy, uwidocznione na przyrzadach pomiarowych, i normalna ewolu¬ cja tlenku wegla. Na odwrót, gdy piec dziala jako piec oporowy a natezenie pradu wzrasta, ewolucja zas tlenku wegla prawie calkowicie za¬ trzymala sie, wtedy nalezy dodac tlenku glinu w celu przywrócenia dobrego przebiegu re¬ dukcji.W ten sposób zaklócenia, mogace zajsc pod¬ czas dzialania pieca, sa wciaz usuwane przez dodawanie badz tlenku glinu, badz tez wegla.Na tej drodze zostaje osiagnieta mieszanina aluminium i weglika glinu, posiadajaca bardzo mala zawartosc tlenku glinu, przy lepszej wy¬ dajnosci i mniejszym zuzyciu mocy.W przypadku zaladowania pieca wsadem, za¬ wierajacym 165,3 czesci korundu w postaci ku¬ leczek wydrazonych i 70,8 czesci wegla drzew¬ nego, otrzymano mieszanine weglika glinu i alu¬ minium o nastepujacym skladzie: AI4C3 65,8 % Al 30,4 °/o Al2 03 + A1N 2,9 % C 0,17 Fe 0,03% Inne skladniki 0,70% PL