DE2111175A1 - Ferrophosphorlegierungszubereitungen - Google Patents
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Description
S MUh^HHHMBBlTRASSE 2O
• Manchen 80 · «««WrchwUMI
Anwaltsakte 20 644
Be/Reh
Be/Reh
Monsanto Company St. louia / Ö.S.A.
"Perrophoapliorlegierungs Zubereitungen"
Diese Erfindung betrifft Zubereitungen aus Ferrophosphor,
deren Verwendung in der Stahlindustrie zur Bildung von Phosphor enthaltenden Stählen vorgesehen ist. Ferrophosphor
ist ein Nebenprodukt der allgemein bekannten Elektro-
0-03-21-3027 -2-
109839/11SA
ofenverfahren zur Herstellung von elementarem Phosphor.
Abhängig von den Zusammensetzungen der Erzbeschickung zu dem Ofen, besteht ferrophosphor im allgemeinen aus 20 bis
30$ Phosphor, 55 bi3 80# Eisen und, in manchen Fällen, geringeren
Mengen an Chrom, Vanadium, Titan, Mangan und Nickel usw. Weiter enthält Ferrophosphor, besonders wenn er als
Nebenprodukt bei der Verarbeitung von Phosphorerzen aus dem Südosten der Vereinigten Staaten anfällt, oftmals Silicium
in Mengen bis zu 8$.
Die Zugabe von Ferrophosphor zu geschmolzenem Eisen, Stahl
und deren Legierungen ist ein geeignetes Mittel, Stahllegierungen den gewünschten Phoaphorgehalt einzuverleiben.
Weil jedoch Silicium oder Ferrosilicium in geschmolzenen
Metallen löslich ist und ihre Eigenschaften beeinträchtigt, ist es oftmals erwünscht, daß der für diese Zwecke verwendete
Ferrophosphor einen geringeren Siliciumgehalt als 1 Gew.#, vorzugsweise weniger als 0,5 Gew.$ oder noch weniger
hat. Demgemäß war es bei einer solchen Verwendung bisher notwendig, durch geringen Siliciumgehalt gekennzeichneten
Ferrophosphor nach Untersuchungen der Rohmaterialien, die man dem Phosphorofen zuführt, auszuwählen. Es
können auch Ferrophosphorzubereitungen mit hohem Silicium—
gehalt, zur Entfernung des Siliciuma oder zur Konvertierung des Siliciums, in unschädliches Siliciumdioxid (das in geschmolzenem
Metall unlöslioh ist) verarbeitet werden. Un- gunstigerweise waren jedoch solche Behandlungen tür Ent-
109839/1184 -3-
- 3 ferniing
dee Siliciums bisher unerwünscht teuer.
Es ist ein Gegenstand dieser Erfindung» eine Zubereitung
zu schaffen, die Ferrophosphor mit hohem Sllioiumgehalt
enthält und Stahlzubereitungen zugegeben werden kann, ohne daß deren Siliciumgehalt der Stahllegierung unnötig erhöht
wird.
Allgemein enthalten die Zubereitungen dieser Erfindung partikelförmigen
Ferrophosphor mit einer geringeren Größe ale 4-,76 mm (4 mesh Ü.S.) lichte Siebweite und mit einem Gehalt
an elementarem Silicium τοη wenigstens 1 Gew.56 gemischt
und in innig gemischt haftenden Kontakt mit einer Menge an festem Oxidationsmittel, die ausreichend ist,
einen größeren Anteil des Siliciums in Siliciumdioxid eu
überführen. In einer Auoführuagsform der Erfindung weieen
diese Zubereitungen eine geformte, integrale form auf, die
besonders für Verarbeitung in der metallurgischen Industrie geeignet ist.
Wie bereits ausgeführt, enthält die Zubereitung dieeer
Erfindung Silicium enthaltenden Perrophosphor» möglicherweise
als Ferrosilicium vorliegend und ein feitee Oxid**·
tionsmittel* Es wäre normalerweise zu erwarten, daß naöh
Zugabe einer solchen Zubereitung zu geschmolzenem Sisen,
Stuhl oder ihren Legierungen, das in der Zubereitung enthaltene Silicium, Eisen und Phosphor sich sofort in der
Schmelze Iö3t und so von dem ,Oxidationsmittel get rennt
109839/1 184 -4-
wird, bevor eine wesentliche Umwandlung von Silicium zu
Siliciumdioxid stattfindet.
Wenn jedoch die Zubereitungen dieser. Erfindung geschmolzenem Stahl oder Stahllegierungen zugegeben werden, wurde
unerwarteterweise festgestellt, daß der Siliciumgehalt der
Zubereitung im wesentlichen vollständig zu Siliciumdioxid oxidiert wird. Um dieses überraschende und vorteilhafte
Ergebnis zu erhalten, ist es wesentlich, daß die Zubereitung bestimmte kritische, nachfolgend erläuterte Eigenschaften
aufweist.
Der in der Zubereitung enthaltene Ferrophosphor muß eine
geringere Größe als 4,76 mm vorzugsweise, geringer als 0,59 mm (30 mesh U.S.) oder sogar eine noch geringere Grösse
haben. Y/enn größere Partikel von Ferrophosphor verwendet werden, ist die Umwandlung des Siliciumgehalts des
Ferrophosphors zu Siliciumdioxid nach Zugabe der Zubereitung zu dem geschmolzenen Stahl oder der geschmolzenen
Stahllegierung gering, selbst wenn ein Überschuß an Oxidationsmittel verwendet wird. Der nach der Erfindung verwendete
Perrophosphor wird wenigstens 1 Gew«$ Silicium und im allgemeinen im wesentlichen größere Mengen bis zu
8$ enthalten, wobei jedoch angenommen wird, daß dies keine
theoretische obere Grenze hinsichtlich des Siliciumgehalts darstellt. Irgendein oxidierendes Mittel, daa
bei Raumwärme fest und bei der Temperatur des geschmolzenen Eisens, Stahl oder der geschmolzenen Legierung, der
10 9839/1184 -5- .
die Zubereitung dieser Erfindung zugegeben v/erden soll,
eine thermostabile Flüssigkeit ist und das ein ausreichendes Oxidationspotential aufweist, um bei der Schmelztemperatur
Silicium zu Siliciumdioxid zu oxidieren, kann zur Durchführung der Erfindung verwendet werden. Aus Zweckmäßigkeitsgründen
werden solche Oxidationsmittel nachfolgend als feste Oxidationsmittel bezeichnet. Die Verwendung
von Alkalimetall- oder Erdalkalimetallphosphaten wie Na2HPO4, Ra4P2O7, NaH2PO4, NaPO3, Oa5(PO4)2, CaHPO4,
Ca(H2P04)2, Ca2P2O7, Ca(P03)2, [Ca3(PO4^]3CaF2 oder Gemische
derselben als feste Oxidationsmittel wird besonders bevorzugt, weil diese Materialien eine zusätzliche Phosphorquelle
darstellen. Zu weiteren festen Oxidationsmitteln gehören beispielsweise Na2CO3, NaOH, Metalloxide
wie Fe0O-, Mn-O. und Cr0O-. Wenn erforderlich, können
2 3 3 4 c. j
Fluormittel wie CaF2 oder CaO verwendet werden. Die Auswahl
des jeweiligen Oxidationsmittels wird natürlich an solchen Erwägungen wie der Verfügbarkeit, den Kosten und
der Wirkung der Komponenten des Oxidationsmittels auf die jeweiligen Eisen- oder Stahllegierungen abgestimmt.
Die Menge des festen Oxidationsmittels, das'mit dem Ferrophosphor
zur Umwandlung der gewünschten Siliciummenge in Siliciumdioxid, wie oben erläutert, verbunden wird, ist
leicht durch Versuch zu bestimmen. Wenn der Ferrophosphor fein verteilt ist, (0,42 mm), (40 mesh), nähert sich
der tatsächliche Oxidationsmittelbedarf den stöchiometri-
-6-109839/1184
sehen Erfordernissen. Wenn der Ferrophoapnor gröber ist,
wird mehr Oxidationsmittel benötigt. Es wird daher die Verwendung von feinverteiltem Ferrophosphor- bevorzugt,
um die Notwendigkeit überflüssiger Oxidationsmittelüberschüsse zu vermeiden.
Es ist wesentlich, daß der Ferrophosphor und da3 feste Oxidationsmittel gründlich gemischt und so miteinander
verbunden werden, daß nach Zugabe zu einem geschmolzenen Metallbad, das Oxidationsmittel solange als Ganzes mit
dem errophosphor in integralem Kontakt bleibt, daß die Oxidation des ύ,&φΐη enthaltenen Siliciums bewirkt 7/ird.
Das integrale Inkontaktbringen kann geeigneterweise dadurch
erreicht werden, daß man den partikelförmigen Ferrophosphor
mit dem Oxidationsmittel mischt und das Gemisch so benetzt, daß das Oxidationsmittel an den Ferrophosphorpartikeln
haftet. Das verbundene Material wird dann getrocknet, wodurch das Oxidationsmittel in haftendem Kontakt
mit den Ferrophosphorpartikeln verbleibt. Beim Trocknen ist es erwünscht, solche Bedingungen zu verwenden,
daß ausreichend sowohl freies Wasser als auch irgendein Wasser durch Hydratisierung entfernt wird, um ein schnelles
Auseinanderfallen des mischverbundenen Materials nach
dessen Zugabe zu dem geschmolzenen Metall nicht stattfinden zu lassen. Es kann auoh eine integrale Bindung dadurch
erwirkt werden, daß man Gemische von Ferrophosphor und Oxidationsmittel nach herkömmlichen Verfahren tablet-
10 9 8 39/1184 -7"
tiert oder "brikettiert* Wenn gewünscht, kann das Gemisch
zum Erleichtern des Tablettierens oder Brikettierens benetzt
werden, wobei in diesem Falle eine nachfolgende Trocknungsstufe erforderlich ist. Die Umwandlung der Zubereitungen
dieser Erfindung in Tabletten, Briketts oder andere Formen ist besonders im Hinblick auf ihre Handha-.bung
erwüns cht.
Die Zubereitungen dieser Erfindung und ihre Verwendung werden weiter durch die nachfolgenden Beispiele erläutert,
in denen alle Teile und Prozentsätze auf das Gewicht bezogen s ind.
Eine geformte, gebundene Zubereitung wird wie folgt hergestellt:
ungefähr 108 Teile Ca(H3PO,)2·H3O mit einer geringeren
Größe als 0,84 mm (20 mesh U.S.) wurden mit ungefähr 1570 Teilen Ferrophosphor (Analyse ungefähr 22,5$ P* ungefähr
3,4$ Si, Größe geringer als 0,049 wo) gemischt.
Diese Anteile entsprechen dem theoretischen Bedarf zur Umwandlung von Si zu SiOp. Ungefähr 80 Teile Wasser werden
allmählioh unter Mischen zugegeben. Das benetzte Gemisch wird bei einem Druck von ungefähr 352 ata in zylindrische
Tabletten mit einem Durchmesser von ungefähr 2,5 cm und ungefähr 1,9 cm länge gepreßt. Diese Tabletten werden
bei 1500C 3 Stunden getrocknet und haben jede ein Trockengewicht
von ungefähr 42 g,
109839/1184 ~8-
211 M 75
Die Tabletten werden geschmolzenem Stahl zugegeben, der
-1
dann zur Bestimmung der Phosphor- und Siliciumerhöhung
analysiert wurde*
Das Verhaltnie **«* un-
gefähr 67,2 im Vergleich zu einem in den Tabletten vorhandenen
Phosphorsiliciumverhältnis in dem Ferrophos'phor
von ungefähr 6,6. Es iet daher zu ersehen, daß ein wesent-
^ licher Teil des Siliciums zu Siliciumdioxid umgewandelt
wurde und daß die Tabletten so angesehen werden können, ale ob sie einen sehr gering wirksamen Siliciumgehalt
aufweisen (die umwandlung des Phosphatsalzes zu elementarem Schwefel dient weiterhin dazu, zusätzlichen Phosphor
für den Stahl freizugeben).
Das Verfahren von Beispiel 1 wird wiederholt, auegenommen
daß άύτ verwendete lerrophosphor kleiner als 0,84 mm,
™ aber größer als 0,147 mm (100 mesh U.S.) ist.
Das Verhältnis *«
schmelze beträgt ungefähr 16,5·
Das Verfahren von Beispiel 2 wird wiederholt, ausgenommen
daß das 2,5fache der Menge Ca(HgPO.)g.HgO gegenüber
der zur umwandlung von Si zu SiOp erforderlichen Menge
verwendet wurde.
τ» tr ν··-·+ j Erhöhung des Phosphorgehalts . -. „ σ+. , Ί
Das Verhältnis ln der Stahl
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-. 9 schmelze beträgt ungefähr 260O0
Briketts wurden in der Weise hergestellt, daß man ein
Gemisch von 100 Teilen Ferrophosphor mit einer geringeren Größe als 0,147 mm und 13 Teilen Oa(H2PO,>2·H20 (geringere Größe als 0,84 mm), benetzt mit 10 Teilen Wasser, verformte und 8 Stunden bei 1500G trocknete. Die Briketts besitzen eine ausgezeiohnete physikalische festigkeit und weisen einen wirksamen geringen Siliciumgehalt auf, wenn sie dem geschmolzenen Stahl zugegeben werden.
Gemisch von 100 Teilen Ferrophosphor mit einer geringeren Größe als 0,147 mm und 13 Teilen Oa(H2PO,>2·H20 (geringere Größe als 0,84 mm), benetzt mit 10 Teilen Wasser, verformte und 8 Stunden bei 1500G trocknete. Die Briketts besitzen eine ausgezeiohnete physikalische festigkeit und weisen einen wirksamen geringen Siliciumgehalt auf, wenn sie dem geschmolzenen Stahl zugegeben werden.
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Claims (4)
1. Perropiiosphorlegierungazubereitung daduroti gekennzeichnet,
daß aie partikelförmigen Ferrophoaphor einer
geringeren Größe ala 4,76 mm (4 mexh Ü.S.) mit einem
elementaren Siliciumgehalt von wenigstens 1,0 Gew.#, vermischt
mit einer solchen Menge an festem Oxidationsmittel,
um wenigstens den größeren Teil des Silioiums in Siliciumdioxid zu überführen, enthält.
2. Zubereitung gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Ferrophosphor eine geringere Größe als 0,59 mm
(30 mesh U.S.) hat, wobei der elementare Siliciumgehalt bis zu 8 Gew.$ beträgt und die Zubereitung eine solche
Menge Oxidationsmittel enthält, daß sie ausreichend ist,
im wesentlichen das gesamte Silicium in Siliciumdioxid
zu überführen.
3. Zubereitung gemäß Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmittel ein Phosphatsalz i3t.
4. Zubereitung gemäß Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß das Phosphatsalz Ca(H2PO,),, ist.
109839/1184
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