DE527144C - Process for the production of low-carbon metals or alloys by means of silicothermal reduction - Google Patents

Description

Verfahren zur Herstellung kohlenstoffarmer Metalle oder Legierungen durch silicothermische Reduktion Die Erfindung bezieht sich auf das an und für sich bekannte Verfahren, kohlenstoffarme Metalle und Legierungen durch Reduktion entsprechender Erze mittels siliciumreicher Legierung darzustellen.Process for making low carbon metals or alloys by Silicothermal Reduction The invention relates to that in and of itself known processes, low-carbon metals and alloys by reduction of the corresponding To represent ores by means of a silicon-rich alloy.

Als Beispiele von Metallen und Legierungen, die in genannter Weise dargestellt werden können, seien erwähnt Eisen, Mangan, Vanadium, Chrom, Nickel, Kobalt u. dgl. und kohlenstoffarme, zwei oder mehrere der genannten Metalle enthaltende Legierungen.As examples of metals and alloys that are used in the manner mentioned can be represented, iron, manganese, vanadium, chromium, nickel, Cobalt and the like and low-carbon containing two or more of the metals mentioned Alloys.

Es ist bekannt, eine siliciumreiche Legierung, welche durch Reduktion von Erz (z. B. gemäß der amerikanischen Patentschrift 891 898 und der britischen Patentschrift 8 22i/o5) oder von bei derartigen Prozessen fallender inetalloxydreicher Schlacke mit Kohlenstoff oder finit Silicium dargestellt worden ist, als Reduktionsmittel bei den silicothermischen Reduktionsprozessen anzuwenden.It is known to produce a silicon-rich alloy which has been produced by reducing ore (e.g. in accordance with American patent specification 891 898 and British patent specification 8 221 / o5) or of metal oxide-rich slag with carbon or finite silicon falling in such processes, to be used as a reducing agent in the silico-thermal reduction processes.

Es hat sich .indessen gezeigt, daß eine so dargestellte S.i-Legierung sich nicht mit Vorteil anwenden läßt, wenn man den silicothermischen Reduktionsprozeß in solcher Weise ausführen will, daß -man schmelzflüssiges Erz mit schmelzflüssiger Siliciumlegierung zusarnmenführt, hauptsächlich weil die Reaktion zwischen Erz und Silicium sich nicht selbsttätig fortsetzt.It has been shown, meanwhile, that an S.i alloy thus represented can not be used with advantage if you use the silicothermal reduction process in such a way that one wants to carry out molten ore with molten ore Silicon alloy brings together, mainly because the reaction between ore and Silicon does not continue on its own.

Das Verfahren nach der Erfindung besteht in der Hauptsache darin, <laß die schmelzflüssige Silicitnnlegierung in zwei Stufen hergestellt wird und nach ihrer Herstellung in noch schmelzflüssigem Zustande mit dem in schmelzflüssigem Zustande befindlichen Erz zusammengeführt wird.The method according to the invention consists mainly in <let the molten silicon alloy be produced in two stages and after their production in the still molten state with that in the molten state State ore is brought together.

Die zwei Stufen der Herstellung der Siliciumlegierung sind erstens das Reduzieren eines Erzes oder einer oxvdreichen Schlacke mit Kohlenstoff zu einer verhältnismäßig kohlenstoffreichen und siliciumarmen Legierung und zweitens das Zusammenschmelzen dieser Legierung mit -der zur Gewinnung von mindestens 15 Gewichtsprozent Silicium im Erzeugnis erforderlichen Menge Siliciumdioxyd nebst der für die, praktisch genommen, vollständige. Reduktion des Siliciumdioxyds erforderlichen Menge Kohlenstoff.The two stages in the production of the silicon alloy are firstly the reduction of an ore or an oxide-rich slag with carbon to a relatively carbon-rich and low-silicon alloy and secondly the melting together of this alloy with the amount of silicon dioxide required to obtain at least 15 percent by weight of silicon in the product, along with the amount for which, practically speaking, are complete. Reduction of the silicon dioxide required amount of carbon.

Schematisch kann der chemische Vorgang beim vorliegenden Prozeß durch die folgenden Formeln wiedergegeben werden, in denen Me ein dreiwertiges Metall, dessen Atomgewicht niedriger als 159 ist, bezeichnet, z. B. dreiwertiges Mn, Cr, Fe usw. I. a) 3 Me203 + ii C = 2 1e3 C --E- 9 C O (Reduktions- (abgasereiches (Metalloxyd) + kohle) _ (Kohlenstoff') -@- Metall) b) 2 Me3C + 6 S'02 io C = 6 MeSi 12 CO (Kohlenstoff- + (Reduktions- _- (Reduktions- Metall aus, a) + (Sidioxyd) kohle) - legierung) + (Abgase) TI. 6 Met 03 -,' 6 Me Si --@- 8 Ca 0 = 12 Me + 6 Me 0 . 8 Ca 0 . 6 Si 02 (schmelz- 11letalloxrd, flüssige - (kohlenstofF- (metalloxydreiche Silicat- schmelz- fl t# _S,i g -(- Redukuons- legierung + (F lußmittel) - armes--Nletall) schlacke). , aus i b) In dem Prozeß Ia kann zweckmiißig anstatt des Metalloxyrles die Endschlacke des Prozesses II verwendet werden. Dadurch kann bewirkt werden, daß der ganze Metallinhalt der gesamten angewandten Me20;-\Tenge in kohlenstof£armer Form gewonnen wird.Schematically, the chemical process in the present process can be represented by the following formulas, in which Me denotes a trivalent metal whose atomic weight is less than 159, e.g. B. trivalent Mn, Cr, Fe, etc. I. a) 3 Me203 + ii C = 2 1e3 C --E- 9 CO (Reduction (high-emission (Metal oxide) + carbon) _ (carbon ') - @ - metal) b) 2 Me3C + 6 S'02 io C = 6 MeSi 12 CO (Carbon- + (reduction- _- (reduction- Metal from , a) + (Sidioxyd) carbon) alloy) + (exhaust gases) TI. 6 Met 03 -, '6 Me Si - @ - 8 Ca 0 = 12 Me + 6 Me 0. 8 Ca 0. 6 Si 02 (melting 11letalloxrd, liquid - (carbon- (metal oxide-rich silicate Melting fl t # _S, i g - (- Reducuons alloy + (flux) - poor - Nletall) slag). , from ib) In process Ia, the final slag from process II can expediently be used instead of the metal oxide. In this way it can be effected that the whole metal content of all the applied chemicals is obtained in a low-carbon form.

Selbstverständlich können auch andere Me-@ talle als die dreiwertigen nach dem vorliegenden Verfahren ausreduziert werden.Of course, metals other than the trivalent ones can also be used can be reduced according to the present method.

In den oben angeführten Formeln ist natürlich nur der Einfachheit halber reines Metalloxyd als Erz angeführt worden. Ein grundlegender Unterschied tritt nicht ein, falls die zu reduzierenden Metalloxvrie mit anderen Stoffen, wiebeispielsweiseÜgO,A1203,Ca0, Si01, gemischt sind.The above formulas are of course just for simplicity half pure metal oxide has been listed as ore. A fundamental difference does not occur if the metal oxide to be reduced is mixed with other substances, such as ÜgO, A1203, Ca0, Si01, are mixed.

In den Formeln wird nur ein einziges Metalloxyd angegeben. Selbstverständlich kann eine Mischung von mehreren Oxyden reduziert werden.Only a single metal oxide is given in the formulas. Of course a mixture of several oxides can be reduced.

Man braucht auch nicht dieselben Metalloxyde oder Erze in den Prozessen Ia bzw. 1I anwenden.You don't need the same metal oxides or ores in the processes Use Ia or 1I.

Das in der Hauptsache Wichtige und Charakteristische der Erfindung ist aber (wie oben angegeben), daß die Herstellung der Reduktionslegierung in zwei Stufen geschieht, und daß die so hergestellte Legierung, während sie noch nach ihrer Herstellung schmelzflüssig ist, mit dem schmelzflüssigen Erz zusammengebracht wird.What is mainly important and characteristic of the invention but is (as stated above) that the production of the reducing alloy in two Stages happens, and that the alloy so produced while still following their Manufacturing is molten, with which molten ore is associated.

Ein größerer oder kleinerer Aluminiumgehalt in der Reduktionslegierung wirkt günstig auf den Verlauf .der Reduktion ein, weshalb es vorteilhaft ist, A1203 in -geeigneter Form in die Beschickung einzuführen, aus welcher die Reduktionslegierung dargestellt wird.A greater or lesser aluminum content in the reducing alloy has a beneficial effect on the course of the reduction, which is why it is advantageous to use A1203 to be introduced in a suitable form into the charge from which the reducing alloy is pictured.

Als Reduktionskohle kann selbstverständlich evtl. pulverförmiger Koks oder Anthrazit verwendet werden, ebenso Holzkohle oder Holzkohlengrus.Powdered coke can of course be used as the reducing coal or anthracite can be used, as well as charcoal or charcoal gravel.

Das beschriebene Verfahren wind vorteilhaft im elektrischen Ofen durchgeführt. Das vorliegende Verfahren bietet im Ver-<rleicli zu dein älteren .bekannten Verfahren, eine aus Erz oder metalloxydreicher Schlacke niit Kohle oder Silicium ausreduzierte LegierLing als Reduktionsmittel anzuwenden, folgende wesentliche Vorteile.The method described is advantageously carried out in an electric furnace. In comparison to your older, known method, the present method offers one of ore or metal oxide-rich slag reduced with coal or silicon Using Alloying as a reducing agent has the following significant advantages.

t. Der Siliciumgehalt der Reduktionslegierung ist leicht zu regulieren, leicht (wenn gewünscht), praktisch genommen, konstant zu halten und auf beliebige Höhe zu bringen.t. The silicon content of the reducing alloy is easy to regulate, easy (if desired), taken practically, to be kept constant and to any To bring altitude.

2. Der Kohlenstoffgehalt der Reduktionslegierung ist bei gleichem Siliciumgehalt wesentlich niedriger, als wenn er direkt aus Schlacke mit Kohlenstoff ausreduziert wäre.2. The carbon content of the reducing alloy is the same Silicon content is much lower than if it were made directly from slag with carbon would be reduced.

3. Die Herstellung der Reduktionslegierung pro Zeiteinheit kann, praktisch genommen, konstant gehalten werden.3. The production of the reducing alloy per unit of time can be practical taken, kept constant.

4. Die Darstellung der Reduktionslegierun.-ist nicht von nennenswerter Schlackenbildung begleitet; sie wird von selbst in überhitztem Zustande gewonnen, weshalb sie sich leicht in reinem Zustand und ohne in nennenswertem Umfang in feste Form überzugehen, mit dem schmelzflüssigen Erz zusaiunienfi'hren läßt.4. The representation of the reducing alloy is not worth mentioning Accompanied by slag formation; it is obtained by itself in an overheated condition, which is why they are easily found in the pure state and without being in any appreciable extent in solid Form to merge with the molten ore.

Da gewisse Erze, die nach dem beschriebenen Verfahren verarbeitet «erden sollen, besonders schwer schmelzbar sind, ist es klar, daß man bei der Überführung derartiger Erze in schmelzflüssige Form das Schmelzen durch Zuführung .bekannter Flußmittel, wie z. B. Flußspat, gebrannter Kalk, erleichtert.Because certain ores processed according to the method described «Are particularly difficult to melt, it is clear that during the transfer Such ores in molten form are melted by feeding .known Flux, such as B. fluorspar, quick lime, facilitated.

Im Vergleich zu Kahle ist Silicium ein kostspieliges Reduktionsmittel, weshalb das Erz, das man silicothermisch zu reduzieren wünscht, die -mit Silicium reduzierbaren 1Ietalloxyde in der niedrigst .möglichen Oxydationsstufe enthalten soll, beispielsweise in Form von Mn 0 anstatt Mn, 0, Fe 0 anstatt Fee 03 usw.Compared to kahle, silicon is an expensive reducing agent, which is why the ore that one wishes to reduce silicothermally should contain the silicon-reducible metal oxides in the lowest possible oxidation state, for example in the form of Mn 0 instead of Mn, 0, Fe 0 instead Fee 03 etc.

Aus diesem Anlaß .ist es zweckmäßig und wirtschaftlich vorteilhaft, bei der Überführung des Erzes in .den schinelzflüssi.gen Zustand demselben eine solche Menge von Kohle zuzuführen, welche geeignet ist, den größeren oder kleineren Teil -der mit Silicium reduzierbaren Oxyde des Erzes auf den niedrigst möglichen Oxydationsgrad überzuführen. Offenbar darf ,die zugeführte Kohlenstoffmenge in der Regel nicht so groß sein, daß dieselbe auch ausreicht, um aus dem Erz einen nennenswerten Anteil von Metall auszureduzieren, denn in diesem Falle besteht die Gefahr, daß das gegebenenfalls ausreduzierte Metall kohlenstoffreich wird und auch unter Umständen das auf silicothermischem Wege ausreduzierte Erzeugnis an Kohlenstoff anreichert.For this reason it is expedient and economically advantageous to in the transfer of the ore to the liquid state, the same one such amount of coal to supply which is suitable for the larger one or smaller part of the silicon reducible oxides of the ore to the lowest possible degree of oxidation. Apparently, the amount of carbon supplied is allowed as a rule not so large that it is sufficient to make one out of the ore Reduce a significant proportion of metal, because in this case there is the There is a risk that the metal, which may have been reduced, becomes rich in carbon and also possibly the product of carbon which has been reduced by a silico-thermal process enriches.

Zur weiteren Verdeutlichung des vorstehend Angeführten sei schließlich als Beispiel ,die Darstellung von kohtenstoffarinem Ferromangan nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben: In einem geeigneten elektrischen Ofen oder in einem Hochofen wird handelsübliches Manganerz mit gebranntem Kalk oder Koks zu einem gewälinlichen kohlenstoffreichen Ferromangan geschmolzen.Finally, to further clarify what has been said above as an example, the preparation of carboniferous ferromanganese according to one embodiment of the present invention: In a suitable electric furnace or In a blast furnace, commercial manganese ore is added to quick lime or coke a common carbon-rich ferromanganese melted.

In einem anderen elektrischen Ofen, beispielsweise in einem elektrischen Ofen von dein Typ, .der zur Darstellung von Siliciunieisen angewendet wird, wird in bekannter Weise folgende Beschickung geschmolzen: 2 Gewichtsteile des in dein erstgenannten Ofen hergestellten kohlenstoffreiclien Ferromangans, 2 Gewichtsteile Quarz und ungefähr i Gewichtsteil Koksklein. Der Anteil an Koksklein kann nicht ohne direkten Versuch in jedem einzelnen Fall - genau angegeben werden. Diese Beschickung gibt ein Siliciummanganeisen mit etwa 2S Gewichtsprozenten Silicium, 6o Gewichtsprozenten Mangan und o,5 Gewichtsprozenten Kohlenstoff; der Rest ist Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen.Is applied to another electric furnace, for example in an electric furnace of your type, .the for displaying Siliciunieisen, g is melted following Beschickun in a known manner: 2 parts by weight of i prepared in your former furnace kohlenstoffreiclien ferromanganese, 2 parts by weight of quartz and approximately Part by weight of coke. The proportion of coke particles cannot be precisely stated in each individual case without a direct experiment. This charge gives a silicon manganese iron with about 2½ weight percent silicon, 60 weight percent manganese and 0.5 weight percent carbon; the rest is iron and inevitable impurities.

Gleichzeitig mit dem Schmelzen der Siliciummanganeisenbeschickung wird in einem anderen elektrischen Ofen von passender Bauart, beispielsweise einem elektrischen Ofen, dessen Einfütterung keinen Kohlenstoff enthält, eine abgewogene Menge Manganerz eingeschmolzen, welcher eine gewisse kleinere Menge Koksklein und gegebenenfalls eine geeignete Menge gebrannter Kalk beigemischt ist. Die Größe des für jeden einzelnen Fall angemessenen Zusatzes von Koksklein zum Manganerz inuß durch Versuche festgestellt wenden.Simultaneously with the melting of the silicon manganese iron charge is in another electric furnace of a suitable design, for example one electric furnace, the feed of which does not contain carbon, a weighed Amount of manganese ore melted down, which contained a certain smaller amount of coke and if necessary, a suitable amount of quicklime is added. The size of the appropriate addition of coke coke to the manganese ore in each individual case turn determined by experiments.

Durch ein durch Versuche ermitteltes Abpassen .der Belastung der letzten beiden Ofen im Verhältnis zueinander kann man bewirken, daß die pro Zeiteinheit in schmelzflüssigen Zustand gebrachte Erzmenge gerade groß genug ist, um mit dem in dem erstgenannten Ofen während derselben Zeitperiode hergestellten Siliciummanganeisen in gewünschtem Grade reduziert werden zu können.By adjusting the load of the last one determined by tests two ovens in relation to each other can cause the per unit of time The amount of ore brought into a molten state is just enough to withstand the silicon manganese iron produced in the former furnace during the same period of time to be able to be reduced to the desired degree.

Wenn in dem dazu angewendeten Ofen eine angemessene Menge Manganerz in den schmelzflüssigen Zustand übergeführt worden ist, wird die Energiezufuhr zudem Ofen unterbrochen und in das so erhaltene Manganerzbad direkt aus dem Siliciummanganofen der in diesem befindliche Teil schmelzflüssiren Siliciuineisens eingebracht. Eine äußerst lebhafte Reaktion tritt in dem Erzofen ein, und unier den angegebenen Verhältnissen bildet sich darin teils ein Ferromangan, das weniger als o,5 Gewichtsprozente C enthält, teils eine manganreiclieSilikatsclilacke. Nachdem .die Reaktion aufgehört hat, wird der Ofen in bekannter Weise entleert und ist darauf zur Aufnahme von neuem Man-anerz bereit.If there is an adequate amount of manganese ore in the furnace used for this purpose has been converted into the molten state, the energy supply is also Interrupted furnace and into the manganese ore bath obtained in this way directly from the silicon manganese furnace the part of molten silicon iron located in this is introduced. One an extremely vigorous reaction occurs in the ore furnace, and under the conditions indicated Sometimes a ferromanganese is formed therein, which contains less than 0.5 percent by weight of C. partly contains a manganese-rich silicate lacquer. After .the reaction stopped the oven is emptied in the known manner and is ready to be taken up again Man-anerz ready.

Die obenerwähnte als Nebenprodukt gewonnene manganreiclie Schlacke kann alsdann ganz oder teilweise als Rohstoff zur Darstellung von Ferromangan angewendet werden, passend für Siliciunimangandarstellung in obenbescliricbener Weise.The above-mentioned by-product rich in manganese slag can then be used in whole or in part as a raw material for the production of ferromanganese suitable for silicon manganese representation in the manner described above.

Zu beachten ist, claß die erste Stufe der Herstellung von silicüin-ireicher Legierung von den übrigen Stufen des Verfahrens hinsichtlich Zeit und Raun unabliän.gig ist, so claß dieser Teil des Prozesses ganz unabhängig von den anderen betrieben werden kann, während die beiden übrigen Stufen parallel vorgenommen werden müssen.It should be noted that this is the first stage in the production of silicon-rich Alloy from the remaining stages of the process in terms of time and roughness is, then this part of the process is carried out completely independently of the others can be done, while the other two stages must be carried out in parallel.

Claims (1)

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung kohlenstoffarmer Metalle oder Legierungen durch silicothermische Reduktion, wobei in einer ersten Stufe eine schnielzflüssigeSiliciummetallegierung erzeugt wird, die in einer zweiten Stufe durch Behandlung mit schmelzflüssigen Erzen von ihrem Siliciumgehalt wieder befreit wird, .dadurch gekennzeichnet, daß die siliciumreiche Metallegierung dadurch gewonnen wird, daß zunächst durch Reduktion von Erzen oder oxydreichen Silikatschlacken mit Kohle eine verhältnismäßig kohlenstoffreiche und siliciumarme Legierung hergestellt wird, die dann mit ,der zur Erzeugung von mindestens 15 °/o Silicium erforderlichen Menge an Kieselsäure und Kohle zusammengeschmolzen und an Silicium angereichert wird, während gleichzeitig der Kohlenstoffgehalt verringert wird. . .PATENT CLAIM: Process for the production of low-carbon metals or alloys by silicothermal reduction, in a first stage a Sniffy silicon metal alloy is produced, which in a second stage freed from their silicon content by treatment with molten ores Is,. characterized in that the silicon-rich metal alloy obtained thereby is that initially by reducing ores or oxide-rich silicate slags with Coal is a relatively high-carbon and low-silicon alloy which is then necessary for the production of at least 15% silicon Amount of silica and coal melted together and enriched in silicon while at the same time reducing the carbon content. . .