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Verfahren zur Herstellung von Aluminium-Silizium-Legierungen Die Herstellung
von Aluminium-Silizium-Legiesungen erfolgte bisher in der Weise, daß tonerde-und
kieselsäurehaltige Rohstoffe, wie z. B. Kaolin nebst einem Zusatz von Tonerde mit
denn Reduktionskohlenstoff, wie z. B. einem Gemisch von Holzkohle und Petrolkoks,
brikettiert und diese Briketts gemeinsam mit stückigem Quarz und gleichfalls stückiger
Holzkohle im elektrischen Lichtbogenofen reduziert wurden.
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Die Notwendigkeit, die Rohstoffe wenigstens vorwiegend in fein zerkleinerter
Form aufzugeben, ergab sich aus der überlegung, daß die Reduktion der oxydischen
Rohstoffe durch den Kohlenstoff vorwiegend in fester Phase erfolgt. Andererseits
jedoch können die gemahlenen Rohstoffe nicht in dieser Form der Reduktionsarbeit
unterworfen bzw. dem Elektroofen zugeführt werden, weil durch die während der Reduktion
im Ofen entwickelten Reaktionsgase die Hauptmenge der Einsatzstoffe durch Verstaubung
verlorengeht, außerdem aber eine solche Beschickung das Entweichen dieser Gase nach
außen behindern würde. Ferner muß auf eine gleichmäßige Beschickung des Ofens geachtet,
also ihre nennenswerte Anhäufung im Reduktionsraum vermieden werden. Quarz in Form
von Sand dem Ofen aufzugeben empfiehlt sich aber deswegen nicht, weil dieser sehr
bald mit der übrigen Beschickung zusammensintern und derngemäß zu Hohlraumbildungen
innerhalb derselben Anlaß geben würde. Brikettiert man den Sand jedoch mit den übrigen
Rohstoffen, so erfordern diese Briketts einen höheren Anteil an gemahlener Holzkohle.
Dabei ist aber zu beachten, daß es bekanntlich sehr erwünscht wäre, die Holzkohle
durch
ein möglichst aschearmes und dabei genügend reaktionsfähiges, die Wirtschaftlichkeit
des Verfahrens nicht beeinträchtigendes Reduktionsmittel zu ersetzen. Da die Bindung
der Briketts bekanntlich lediglich durch den infolge des Wasserzusatzes etwas plastischen
Kaolin erfolgt, ihre Festigkeit und Härte daher als an sich gering zu bezeichnen
sind, würde die erwähnte Maßnahme des Brikettierens von Sand mit den übrigen Rohstoffen
die Festigkeit der einen höheren Holzkohlenanteil aufweisenden Briketts infolge
der ihr mangelnden B:enetzbarkeit mit Wasser noch weiter erniedrigen. Aus diesem
Grund hat sich daher die eingangs geschilderte Art des Einsatzes der Rohstoffe in
den elektrischen Ofen als am vorteilhaftesten erwiesen.
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An die für die Herstellung von z. B. hochbeanspruchten Motorenteilen
dienenden Aluminium-Silizium-Legierungen werden aber bekanntlich hohe Anforderungen
bezüglich ihres Reinheitsgrades gestellt. So bewirkt z. B. schon ein verhältnismäßig
geringer Eisengehalt eine Erniedrigung der mechanischen Eigenschaften, und zwar
insbesondere der Dehnung dieser Legierungen, die bekanntlich nur zum Teil durch
einen Zusatz von Mangan wieder beseitigt werden kann. Auch im Interesse einer Einsparung
dieses Metalls ist es daher gelegen, die für den genannten Zweck zu verwendenden
Aluminium-Silizium-Legierungen möglichst eisenfrei herzustellen. Infolge der zur
Herstellung der Briketts erforderlichen Verwendung von Kaolin als Ausgangsstoff
für die Herstellung derartiger Legierungen werden aber den geforderten Reinheitsgrad
wesentlich übersteigende Eisen- und gegebenenfalls auch Titanmengen in die Legierung
eingebracht. Aus diesen Gründen ergibt sich daher die Notwendigkeit, an Stelle des
bisher verwendeten Kaolins reinere Ausgangsstoffe zur Herstellung der einen erhöhten
Reinheitsgrad aufweisenden Aluminium-Silizium-Legierung zu verwenden.
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Auf Grund dieser Erwägungen würde es daher an sich naheliegend erscheinen,
die Kaolin und einen Zusatz von Tonerde sowie Holzkohle enthaltenden Preßlinge ausschließlich
aus Tonerde und Holzkohle bzw. Petrolkoks herzustellen und diese Briketts nebst
dem stückigen Quarz zur Herstellung reinster Aluminiumlegierungen heranzuziehen.
Einer solchen Maßnahme stellen sich aber insofern Schwierigkeiten entgegen, weil
sich solche Briketts aus den eingangs erörterten Gründen mangels eines geeigneten
Bindemittels nicht herstellen lassen. überraschenderweise konnte aber durch eingehende
Versuche festgestellt werden, daß sich eine Mischung von Tonerde, Quarzsand und
den in bekannter Weise gewonnenen hochschmelzenden Anteilen des durch Extraktion
mittels geeigneter Lösungsmittel bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck gewonnenen
Braunkohlenextraktes in einer Zusammensetzung-, wie sie für die Gewinnung .einer
Aluminium-Silizium-Legierung erforderlich ist, ausgezeichnet brikettieren läßt.
Vorteilhaft ist es, der zu brikettierenden Mischung Wasser zuzusetzen.
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Die Briketts, die an und für sich schon eine bedeutend höhere Festigkeit
und Härte aufweisen als die bisher üblichen kaolinhaltigen, können jedoch in diesen
Eigenschaften wesentlich verbessert werden, wenn sie in bekannter Weise einer Verschwelung
.oder Verkokung unterworfen werden. Je nach der hierbei angewandten Temperatur erhält
man einen mehr oder minder reaktionsfähigen Koks. Durch diese Behandlung bei erhöhter
Temperatur werden die flüchtigen Kohlenstoffverbindungen aus den Preßlingen ausgetrieben
und auf diese Weise steinharte Briketts gewonnen, in denen die oxydischen Aluminium-
und Siliziumverbindungen in trockener und feinverteilter Form in das Koksgerüst
eingebettet sind. Ihr Eisengehalt beträgt z. B. nur einen Bruchteil desjenigen .der
bisher üblichen kaolinhaltigen Preßlinge.
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Wie sich durch im praktischen Betrieb vorgenommene Versuche gezeigt
hat, erweisen sich dies Briketts im Lichtbogenofen als besonders reaktionsfähig,
was auf die durch das erfindungsgemäße Verfahren erzielte Einlagerung der Oxyde
in den Koks zurückzuführen ist. Durch diese zusätzliche, nach einem der bekanntenVerfahren
durchzuführende Schwelung bzw. Verkokung der Briketts gelingt es also, hochreine
Rohstoffe und besonders aschearme Reduktionsmittel in nicht nur eine hohe Festigkeit
aufweisende, sondern auch hochreäktionsfähige Preßlinge zu überführen, aus denen
in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Quarzes Aluminium-Silizium-Legierungen
hergestellt werden können, die höchsten Anforderungen an Reinheit gewachsen sind.
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Sollte es der gewünschte Reinheitsgrad gestatten, so kann der mittels
der hochschmelzenden Anteile des Braunköhlendruckextraktes zu brikettierenden Tonerde
auch Kaolin unter Berücksichtigung seiner Zusammensetzung in entsprechender Menge
zugesetzt werden.
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Für den Fall, daß die zur Herstellung der Briketts verwendeten hochschmelzenden
Anteile des Braunkohlendruckextraktes noch reich an flüchtigen Bestandteilen sein
sollten und daher die Mischung obiger Zusammensetzung beim Schwelen zum Erweichen
neigen sollte, kann die Formhaltigkeit der Briketts durch eine Ermäßigung ihres
Extraktgehaltes gewährleistet werden, wenn an Stelle dessen der Mischung eine äquivalente
Menge gemahlenen Extraktkokses und/oder eines anderen aschearmen kohlenstoffhaltigen
Reduktionsmittels, wie z. B. Holzkohle, zugesetzt wird.
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Beispielsweise wird zur Herstellung einer Aluminium-Silizium-Legierung
mit 38 bis 390,`o Silizium eine Mischung aus 25 Gewichtsteilen reinem Quarzsand,
35 Gewichtsteilen Tonerde, 3o Gewichtsteilen hochschmelzender Anteile des Braunkohlendruckextraktes
und io Gewichtsteilen Petrolkoks brikettiert und diese Briketts im elektrischen
Ofen eingesetzt.