DE1039752B

DE1039752B - Verringerung der Gehalte an Aluminium und Calcium in Silizium oder Silizium enthaltenden Legierungen

Info

Publication number: DE1039752B
Application number: DEE9023A
Authority: DE
Inventors: Joseph Harrison Brennan
Original assignee: Electric Furnace Products Co Ltd
Current assignee: Linde Canada Inc
Priority date: 1954-05-24
Filing date: 1954-05-24
Publication date: 1958-09-25

Description

Verringerung der Gehalte an Aluminium und Calcium in Silizium oder Silizium enthaltenden Legierungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verringerung des Gehaltes von Siliziummetallen oder metallisches Silizium enthaltenden Legierungen an Aluminium und Calcium.
-;ach den modernen Verfahren werden Siliziummetall oder Siliziumlegierungen, z. B. Ferrosilizi.um, üblicherweise in einem elektrischen Ofen durch Reduktion von Siliziumoxyd mit kohlenstoffhaltigen reduzierenden Mitteln hergestellt. Das Endprodukt enthält üblicherweise beträchtliche Mengen an Aluminium oder Calcium oder beiden Metallen. Ferrosilizium z. B. enthält in. der Qualität des 50%igen Ferrosiliziums üblicherweise 1,0% oder mehr Aluminium und etwa 0,1% Calcium. Da sowohl Ton als auch Kalk üblicherweise in den Ausgangsmaterialien vorhanden sind und diese oxydischen Verunreinigungen mit dem Siliziumoxyd zusammen reduziert werden, so ist üblicherweise etwas Tonerde und Kalk bzw. Aluminium und Calcium im Endprodukt vorhanden. Tonerde z. B. ist ein üblicher Bestandteil des Quarzes, des Quarzits und anderer weniger kostspieliger Siliziumausgangsmaterialien; ferner sind sowohl Tonerde als auch Kalk in nicht unerheblichen Mengen in den kohlenstoffhaltigen Reduktionsmitteln enthalten, wie Kohle oder Koks. `Fenn auch oxydische Raffinationsverfahren zu der Entfernung einer wesentlichen Menge des Aluminiums und Calciums führen, so bringen doch diese Verfahren einen recht großen Verlust an Silizium mit sich, so daß solche Verfahren wirtschaftlich uninteressant sind.
Durch das Verfahren gemäß der Erfindung wird Siliziummetall bzw. werden Siliziumlegierungen erzeugt, die zwischen 15 und 99,5% Silizium enthalten, in denen Aluminium in Mengen von weniger als 0,05 Gewichtsprozent und Calcium in Mengen von weniger als 0.01 Gewichtsprozent vorliegen.
Das verbesserte Verfahren zur Verringerung der Menge an Aluminium und Calcium in Siliziummeta.ll oder Silizium enthaltenden Legierungen gemäß der Erfindung besteht in der Bildung eines geschmolzenen Bades des Siliziummetalls oder einer Silizium enthaltenden Legierung und Durchleiten von gasförmigem Chlor durch das Bad unter Bildung und Verdampfung der Chloride nies Aluminiums und Calciums.
Siliziummetall und Siliziumlegierungen, aus denen Aluminium und Calcium im wesentlichen entfernt wurde, sind insbesondere von Wert und geeignet für die Verwendung bei der Herstellung von Siliziumstählen, z. B. Transformatorstählen, und für die Herstellung von Aluminium-Siliziurn-Legierungen, wenn Alterung bzw. Härtung infolge geringer Mengen von Calcium unerwünscht ist.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann durchgeführt werden durch Abstechen von geschmolzenen unraffiniertem Siliziummetall bzw. einer Legierung aus einem Ofen in eine Pfanne, einen Tiegel oder einen anderen Behälter und Einführen von gasförmigem Chlor in das geschmolzene Metall. Gasförmiges Chlor kann in das geschmolzene Metall eingeführt werden mittels eines Rohres aus feuerfestem Material oder durch Blasen vom Boden her oder auf irgendeine andere geeignete Weise. Die Temperatur des geschmolzenen Metalls ist unter den üblichen Abstichbedingungen hinreichend hoch, um die Verdampfung wesentlich des gesamten Aluminiums und Calciums als Chloride aus dem Bad sicherzustellen. Etwa nicht verdampftes Aluminiumchlorid und Calciumchlorid sammelt sich im allgemeinen in der Schlacke an. Am Schluß der Behandlung liegt das raffinierte Siliziummetall oder die Legierung im geschmolzenen Zustand vor und kann in geeignete Formen bzw. Kokillen zwecks Erstarren abgefüllt werden.
Die Menge des angewandten Chlors, die Geschwindigkeit der Chlorzuführung zu dem geschmolzenen Metall und die Dauer der Chlorierungsbehandlung hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie der Menge an Aluminium und Calcium in dem geschmolzenen Bade und der Form der Pfanne bzw. des Tiegels bzw. des Behandlungsbehälters. Der Druck des zugefügten Chlors ist nicht von Bedeutung. Es ist lediglich notwendig, daß der Druck genügend hoch ist, um das Gewicht der Säule von geschmolzenem Metall oberhalb des Einführungspunktes zu überwinden und eine begrenzte Rührwirkung ohne übergroße Turbulenz herbeizuführen. Bei tieferen Temperaturen, als sie gemäß dem Verfahren der Erfindung verwendet werden, wird Silizium verhältnismäßig leicht Chloriert, jedoch ist bei den Ofenabsticbtemperaturen die Wirkung des Chlors selektiv. und es werden Aluminiumchlorid und Calciumchloride gebildet und verflüchtigt, wobei nur ein verhältnismäßig geringer Verlust an Silizium eintritt. Während der Raffinierungsbehandlung geht etwas Chlor aus dem Bad heraus. bis das Aluminium und Calcium fast vollständig chloriert und entfernt sind; bei der Verringerung des Gehaltes an diesen Stoffen wird die -Menge des das Bad verlassenden Chlors größer.
Bei Einwirkung von Chlor auf Silizium oder Ferrosilizium kann Siliziumtetrachlorid (wie bekannt) entstehen. Wird dagegen eine Schmelze mit Chlor behandelt, in der Silizium in geschmolzenem Zustand vorliegt und die Aluminium und Calcium als Verunreinigungen enthält, so tritt wohl eine Reaktion zwischen Chlor einerseits und Aluminium und Calcium andererseits und ein Verdampfen von Aluminiumchlorid und Calciutnclllorid ein, jedoch enthalten diese Dämpfe kein Siliziumtetrachlorid, da offenbar Chlor mit Silizium im geschmolzenen Zustand nicht reagiert.
Eine Reihe von Beispielen zeigen die Wirkung des Verfahrens der Erfindung.

Die Tabelle 1 zeigt die Anfangsgehalte und Endgehalte an Aluminium und Calcium hei einer Reihe von 2268 kg Chargen von 65% Ferrosiliziumverbindung.

Tabelle 1

Chlorierungs- kg Chlor Vor der Chlorierung Nach der Chlorierung

Beispiel zeit pro 907 kg

Minuten Metall o/o Al °/o Ca olo Al

1 34 19.867 0,48 0,11 0.015

2 28 14,061 0,48 0,11 0.015

0

3 39 19,141 0,34 0,17 0.007 /o Ca im

4 41 20.275 0,34 1 0,U 7 0.010 Bereich von

5 43 20,775 0,34 0,17 0,010 II0°003

6 41 12,701 0,34 0,17 0.016 his 0.001

7 42 16,329 0,34 0,17 0.013

Die Tabelle 2 zeigt durchschnittlich Gehalte an Aluminium und Calcium vor und nach der Behandlung einer Reihe von Chargen von 907.190 bis 1360,800 kg von Siliziummetall.

Tabelle 2

Vor der Chlorierung Nach der Chlorierung

°/o Al °/o Ca °/o A1 °/o Ca

0,65 0,07 ( 0,046 0,00

im Durchschnitt

Bei den übrigen Beispielen war die Pfanne bzw. der Tiegel bis zu etwa 50% des Fassungsvermögens durch das Metallbad gefüllt. Gasförmiges Chlor wurde durch ein Graphitrohr (5,08 cm Durchmesser, 1,27 cm Bohrung), das senkrecht in das Bad bis zu etwa 5,08 cm Entfernung von dem aus feuerfestem Material bestehenden Boden der Pfanne eintauchte, eingeführt.

Claims

PATENT ANSIIRVCHE: 1. Verfahren zur Verringerung der Gehalte an Aluminium und Calcium in Siliziummetall oder Silizium enthaltenden Legierungen, gekennzeichnet durch Herstellen eines geschmolzenen Bades des Siliziummetalls oder der Silizium enthaltenden Legierung und Durchleiten von gasförmigem Chlor durch das Bad unter Bildung und Verdampfung der Chloride von Aluminium und Calcium.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ferrosiliziumlegierung mit einem Gehalt von 65 Gewichtsprozent Silizium mit 12,701 bis 20,775 kg Chlor pro 907 kg Metall behandelt wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlung durchgeführt wird, bis der Gehalt der behandelten Legierung an Aluminium weniger als 0.05% und an Calcium weniger als 0.01°/o beträgt. In Betracht gezogene Druckschriften K. A. Hofmann und U. R. Hofmann. »Anorganische Chemie«, 1945, S. 345.