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Verfahren zur Behandlung von Erzen, die Vanadinpentoxyd enthalten,
mit Kohlenstoff im elektrischen Ofen. Die Erfindung bezieht sich auf die Darstellung
von Vanadin aus Erzen, die Vanadinpentoxyd enthalten, durch Behandlung mit Kohlenstoff
im elektrischen Ofen. Sie besteht darin, daß bei der Beschickung des Schmelzofens
die Erze unmittelbar in die Zone der hohen Temperatur eingebracht und dadurch zu
reinem Metall reduziert werden. Das Verfahren stellt einen erheblichen technischen
Fortschritt dar, weil Vanadinp,entoxyderze nach den bisher gebräuchlichen Verfahren
auf reines Vanadin überhaupt nicht verarbeitet werden konnten.
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Bei Durchführung des Verfahrens sind drei Faktoren von Wichtigkeit,
die nachstehend nach dem Grad ihrer Bedeutung aufgeführt seien i. Eine kritische
Spannung. Es ist in der kommerziellen Gewinnung solcher Legierungen von schwer schmelzbaren
Metallen wichtig, wenn nicht ausschlaggebend, eine Spannung von i 5o Volt oder mehr
zu verwenden in einem elektrischen Schmelzofen von kommerzieller Größe. Weiter ist
-eine kritische Stromdichte von wenigstens 35 Amp. pro Quadratzoll (5i,/2 Amp. pro
Quadratzentimeter) des Elektrodenquerschnitts @erforderlich, eine Dichte von 3o
bis ungefähr 9o Amp. auf den Quadratzoll des Elektrodenquerschnitts (q.2/3 bis i¢
Amp. pro Quadratzentimeter) hat sich als befriedigend erwiesen. Diese Angaben beziehen
sich auf Wechselstrom, der ja vorzugsweise verwendet wixd.
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Werden, wie fast allgemein gebräuchlich, mehrere Elektroden verwendet,
so müssen diese m einem Abstand voneinander stehen. Betrachtet man als Einheit den
Durchmesser einer Elektrode oder ihre Dicke in der Richtung auf die nächste Elektrode
zu, so sollte der Abstand z%lischen zwei Elektroden ungefähr zwischen dem i- bis
i1/2fachen dieser Einheit liegen, wobei das zur Regulierung der Lichtbogen dienende
Bad den passenden Widerstand haben muß. Dieser wird auf die später zu beschreibende
Weise erzielt.
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Förderung der Ladung zwischen den
Elektroden. Fördert
man die Ladung nach abwärts zwischen den Elektroden, wenn deren, wie üblich, mehrere
vorhanden sind, so wird sie direkt in die Reaktionszone gebracht, und das reduzierte
Metall und die Schlacke «-erden unter dem Einfluß ihrer Schwere und der durch die
Wirkung des elektrischen Stromes hervorgerufenen ZVirbelungen aus dieser Zone herausgeführt.
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In allen Fällen sollten die von oben in das Bad gehängten Elektroden
oberhalb der ZIetalloberfläche der reduzierten Legierung endigen, die unterhalb
der Schlackenschicht sich befindet, wobei der Heizeffekt durch d.>n. Lichtbogen
erzielt wird, der die Ladung und die Schlacke über der Metallschicht durchsetzt.
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In der Zeichnung ist schematisch in einem senkrechten Längsschnitt
ein Schmelzofen dargestellt, durch den das Verfahren vorteilhaft ausgeführt werden
kann.
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Der Ofen besteht aus einem Gehäuse a mit einer Auskleidung 3 aus Kohle.
Diese Auskleidung kann aus amorpher oder graphierter Kohle oder aus beiden zusammen
bestehen und ist so gestaltet, daß in der Mitte eine Art Wanne für das Bad verbleibt.
L`ber dieser Auskleidung ist ein aus schwer schmelzbarer Masse, am besten aus Ziegeln,
hergestellter Deckel .1 angebracht, der zweckmäßig mit Wasserkühlung versehen wird.
Dieser Deckel: hat Löcher, die zweckmäßig mit ringförmigen Wasserkühlvorrichtungen
5 versehen sind und durch die die Elektroden 6 in das Bad hineinführen. Die Elektraden
müssen an den Wasserkühlungsmänteln 5 dicht anliegen, wie es überhaupt gut ist,
den Deckel luftdicht auszuführen. In der dargestellten Ausführungsform sind drei
Elektraden vorgesehen, die mit den Leitungen 7 des Drehstromnetzes verbunden sind.
Die Spannung des Drehstromes liegt über i 5o Volt, und die Stromdichte ist h.i)ch,
wie oben schon bemerkt. Die Elektroden haben am besten einen kreisförmigen Querschnitt,
können aber auch von anderer Gestalt sein.
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Zwischen den Elektroden und ebenfalls durch Löcher im Deckel ,1 hindurchragend,
sind Förderröhren 8 angebracht, durch die unter dem Einfluß der Schwere; zweckmäßig
gleichförmig, di; Ladung in den Raum zwischen den Einzelelektroden eingeworfen wird.
Die Elektroden können entweder nebeneinanderstehen, wie im dargestellten Ausführungsbeispiel,
oder auf den Punkten eines Dreiecks, dann am besten eines gleichseitigen Dreiecks.
Im letzteren Fall kommt man mit einer einzigen Förderröhre ungefähr im Mittelpunkt
des Dreiecks aus, die dann in den. Raum zwischen den drei Elektroden hineinführt.
In der Zeichnung ist schematisch die Schichtung der verschiedenen Stoffe in dem
regelmäßigen Darstellungsvorgang eingezeichnet, ebenso die Temperaturzone. A bezeichnet
die untere Schicht von geschmolzener Legierung, die mittels einer Abstichöffnung
9 von Zeit zu Zeit abgelassen wird. Die äußeren Teile A' dieser Schicht sind mehr
oder werigcr erstarrt, wie auch auf der Zeichnung angedeutet. über dieser geschmolzenen
Metallschicht befindet sich die Schicht B aus Schlacke, zusammen mit der neu eingeführten
Ladung zwischen den Elektroden. Diese Schlackenzone hat eine nach einwärts gewölbte
Oberfläche, die in der Zeichnung etwas übertrieben dargestellt ist. Die Ein-Wölbung
entsteht unter der Wirbelwirkung des geschmolzenen Bades oder der oberen Teile dieses,
die vom elektrischen Strom hervorgebracht wird, und es ist von Bedeutung, daß die
neu eingeführte Ladung des Ofens in den mittleren Teil dieser Wirbelbewegung gelangt.
Die punktierten Linien X-X deuten die Zone an, in der unter den gegebenen Bedingungen
die höchsten Temperaturen entstehe n, und innerhalb dieser Zone tritt die! Reduktionswirkung
ein. Umgeben ist diese Temperaturzone von der äußeren Schlackenschicht B'.
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Bei der Darstellung einer Vanadinlegierung besteht die Ladung aus
einer Mischung pulverisiarter Vanadinerze oder vanadin: haltiger Stoffe und' Vanadinoxyd
oder -sulfid, Eisen, zweckmäßig in der Form von Eisenhammerschlag oder Eisenerz,
und Flußmitteln, wie Bruchglas, Kalkstein, Flußspat und Koks. Das Bruchglas oder
die sonstigen Flußmittel haben zwei wichtige Funktionen: erstens die Vergrößerung
des elektrischen Widerstandes und zweitens die Beeinflussung der Geschwindigkeit
der Wirbelbewegung durch Vergrößerung der Zähigkeit der Schlacke, wodurch die Reinigungswirkung
(washing-effect) der Belegung vermindert wird. Der Eisenhammerschlag vergrößert
ebenfalls den elektrischen Widerstand und wirkt daher auf eine Regelung der Länge
und der Lokalisation des Lichtbogens hin., bildet auch w=eiter, wenn er reduziert
wird, die herzustellende Legierung des Ferrovanadins. Das so erzeugte Ferrovanadinprodukt
enthält ungefähr 3o bis 40 Prozent Vanadin, und solche Legierungen sind nach der
Erfindung auch mit 50 Prozent @'anadingehalt hergestellt worden.
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Als Beispiel unter den beschriebenen Bedingungen sei bemerkt, daß
i bis 5 Prozent Bruchglas und ? Prozent Eisenhammerschlag für niedriggradige Erze,
bis 15 Prozent für hochgradige Erze verwendet worden sind, wobei auch Koks hinzugefügt
wurde.
Wenn die Gangart des Erzes oder des vanadinhaltigen Materials
Flußmittel oder Bestandteile enthält, die ähnlich wie Bruchglas sind, so braucht
letzteres nicht hinzugefügt zu werden. Die angegebenen Mengenbestandteile hängen
zu einem erheblichen Grade ab von der chemischen Zusammensetzung,des Erzes oder
vanadinhaltigen Materials.
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Unter den angegebenen Bedingungen beträgt der Abstand zwischen den
Elektroden ungefähr das il/Jache des Elektrodendurchmessers. Der Abstand von den
äußeren Elektroden bis zu dem inneren Umfang des Bades beträgt das Doppelte dieser
Einheit und kann bis zum Dreifachen hetragen, der Gesamtdurchmesser des Bades beträgt
ungefähr das c91;jache, der Strom muß eine; Spannung von über i 5o Volt und eine
Dichte zwischen 35 und 5oAmp. auf den Quadratzoll (also von etwa 51 :@ Amp. bis
73/1 Amp. auf den Quadratzentimeter) des Elektrodenquerschnitts haben. Die Schlacke
kann durch eine Abstichöffnung io abgelassen werden. Wenn die Operation vor sich
geht, so gelangt die zwischen den Elektroden zugeführte neue Ladung in die beste
Reduktionszone und wird durch die Wirbelbewegung nach abwärts gezogen. Die unteren
Enden der Elektrode liegen in der Schlackenschicht oberhalb der Metallschicht, und
die Reduktion tritt unter den angegebenen Bedingungen schnell und wirksam ein. Es
hat sich ergeben, daß die Vanadinreduktion eine sehr hohe Temperatur erford°rt,
eine schnelle Reaktion und eine schnelle Entfernung aus der Reaktionszone verlangt.
Die Reaktion wird im hohen Grade lokalisiert durch einen Effekt, der dem eines Blasrohres
ähnlich ist. Die Zeichnung ist entworfen nach einem Maßstab, der günstigen relativen
Querschnitten unter den gegebenen Bedingungen der Spannung und Dichte, dem Charakter
der Mischung, der Anordnung der Elektrode, der Verwendung des Drehstroms usw. entspricht.
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Die erzeugte Legierung enthält - ungefähr 4o Prozent und mehr Vanadin,
der Rückstand besteht aus Eisen mit gewissen Metallen oder Metalloiden, wie Silizium,
Mangan und ähnlichem.
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Die durch die Erfindung herbeigeführten Vorteile leuchten dem Sachverständigen
ohne weiteres ein, da es bisher nicht möglich gewesen ist, Vanadinlegierungen ohne
die Verwendung von metallischen Reduktionsagenzien darzustellen. Die Reduktion mittels
Kohle ist sehr erwünscht, und sie ist durch die Erfindung erreicht.
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Die wichtigsten Vorteile der Erfindung können, wenn auch in geringerem
Grade, mit Hilfe einer einzigen Elektrode oder mit oberen und unteren Elektroden
erreicht werden mit Einphasen- oder Mehrphasenstrom. Wenn eine einzige Elektrode
verwendet wird, so muß der Strom eine unter i 5o' liegende Spannung und eine Stromstärke
oberhalb der unteren Grenze von 35 Amp. auf den Quadratzoll (oder etwa 5',!;; Amp.
auf den Quadratzentimeter) des Elektrodenquerschnitts haben. In diesem Fall muß
man die neue Ladung so sehr als möglich dem unteren Ende der Elektrode zuführen.
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Das vanadinhaltige Material kann variieren, ebenso die Form des zugeführten
Kohlenstoffes. Die Flußmittel werden so ausgewählt, daß ein zur Regulierung des
Lichtbogens geeigneter elektrischer Widerstand in der Schlackenschicht sich .ergibt.
Ebenso kann auch Zahl und Anordnung der Elektroden geändert sowie andere Abänderungen
getroffen werden, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.