Verfahren zur Gewinnung von Aluminium-SiBzium-Legierungen Seit Jahrzehnten werden Aluminium-Silizium-Le- gierungen, im folgenden AlSi-Legierungen bezeich net, durch Reduktion von oxydischen Rohstoffen, des Aluminiums und des Siliziums mit Hilfe von kohlen stoffhaltigen Reduktionsmitteln auf elektrothe#rm#i- schem Wegge erzeugt. Hierfür stehen in der Natur unerschöpfliche Rohstoffquellen zur Verfügung,<B>die</B> in vielen Lagerstätten weit verbreitet vorkommen. Am häufigsten werden die Rohstoffe in Form von Ka#olin, Ton und dergleichen angetroffen.
<B>C</B> Das heute angewandte Verfahren zur elektrother mischen Herstellung von, AlSi-Legierungen wird in Schachtöfen mit vertikalen Elektroden ausgeführt und ist empirisch entwickelt worden.. Immerhin ist es im Laufe der Jahre gelungen, den Gehalt der gewon nenen AlSi-Legierungen an Aluminium nach und nach zu erhöhen. Vor etwa<B>30</B> Jahren galt als oberste erreichbare Grenze ein Aluminiumgehalt von <B>65</B> 1/o. Später ist es 'gelungen, den Aluminiumgehalt bis auf 701/o zu steigern.
Es ist jedoch bisher nicht gelun- gen, einen höheren Aluminiumgehalt als 70 bis 72% (bezogen auf die Summe<B>Al +</B> Si) zu erzielen.. Die Versuche, eine aluminiumreichere Legierung zu er zeugen, ergaben. immer nur ein Produkt, das aus Alu miniumkarbid und AlSi-Legierung bestand.
C, Die vorlieaende Erfindung betrifft nun ein Ver fahren, und einen widerstandsbeheizten Ofen zur Ge winnung von Aluminium-Silizium-Legierungen durch elektrothermische Reduktion von oxydischen Roh stoffen des Aluminiums und Siliziums mit Hilfe von kohlenstoffhaltigen Reduktionsm#itteln in einem wi derstandsbeheizten Ofen. Sie gestattet die Erzeugung von praktisch kohlenstofffreien AlSi-Legierungen mit über 721/0 Aluminium.
Es wurde erkannt, dass die Herstellung von koh- lenstoff- bzw. karbidfreien AlSi-Le 'gierunggen durch unmittelbare Reduktion der Rohstoffe im Elektro ofen im wesentlichen ein thermisches Problem dar stellt, das in den allgemein hierfür benützten elektro thermischen öfen nicht gelöst werden kann. Da die Temperatur in den Elektroöfen derzeitiger Künstruk- tion hoch und schwankend ist, sind in diesen öfen unkontrollierbare Temperaturverhältnisse vorhanden.
Bei hohen und unkontrollierbaren Temperaturen kommt es nun bei Einwirkung von Kohlenstoff und kohlenstoffhalti,gen Gasen auf Tonerde und Kiesel- s#äure bzw. auf Aluminium und Silizium zur Entste hung der entsprechenden Karbide, sobald versucht wird, aluminiumreiche AlSi-Legierungen, <B>d.</B> h. solche Legierungen, die mehr als 651/o Aluminium enthal- ten#, zu erzeugen.
Die, Untersuchungen haben gezeigt, da!ss AlSi- ZD Legierungen mit 720,70 und mehr Aluminium gewon nen werden können, wenn folgende Bedingungen, gleichzeitig eingehalten werden:
<B>1.</B> Die Reduktion der Oxyde des Aluminiums und des Siliziums muss in einem engen Temperatur bereich erfolgen, in welchem die Geschwindigkeit der Reaktionen, die zur Bildung der AlSi-Legierung (auch Silikoaluminium genannt) führen, gross ist, bei dem bereits gebild'ete Karbide des Aluminiums und des Siliziums mit Tonerde und Kieselsäure unter Bil dung von Metall reagieren und bei welchem die Ver- dampfungsverluste an Aluminium und an Silizium noch gering sind.
Dieser Temperaturbereich erstreckt sich von<B>2050</B> bis 22000C. Bei Einhaltung einer oberen Temperaturgrenze von 220011 <B>C</B> sind die Verdampfungsverluste noch gering; oberhalb von <B><I>C</I> im</B> 22000<B>C</B> steigt die Verflüchtigung des Aluminiums und des Siliziums stark an.
2. Das Reaktionsgernisch muss in möglichst kur zer Zeit auf den. für die Metallabscheidung günstigen Temperaturbereich erhitzt werden, damit der für die Karbidbildung günstige Temperaturbereich von<B>1600</B> bis 20000<B>C</B> so schnell durchlaufen wird, dass prak tisch keine Karbidbildung, stattfindet.
<B>3.</B> Die entstandene AlSi-Legrierung muss, mög lichst bald nach ihrer Bildung ununterbrochen aus dem heissen Reduktionsraum entfernt und auf ein-- Temperatur gebracht werden, bei der eine Au#fkoh- lung durch Einwirkung von Kohlenstoff und kohlen stoffhaltigen Gasen unter Bildung von Karbiden nicht mehr stattfinden kann. Man muss infolaedessen dafür sorgen, daiss die AlSi-Legierung möglichst rasch aus dem Reduktionsraum abfliesst.
Erfindungsgemäss, wird deshalb das Rohstoff- (remisch unmittelbar in einen auf<B>2050-</B> bis 2200-3 <B>C</B> <B>C</B> erhitzten Reduktionsraum g ,ebracht und darin erhitzt,
und die gebildete flüssige Aluminium-Silizium-Legie- rung wird nach Verlassen der Reduktionszone in einen Raum mit einer Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt der Legierung und<B>16000 C</B> abge- CD el führt.
Der widerstandsbeheizte Ofen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch ge kennzeichnet, dass unmittelbar unter dem gelochten Boden des Reduktionsraumes ein Zwischenraum an geordnet ist, der dazu dient, die flüssige Aluminium- Silizium-Legierung abzukühlen und den Boden des Reduktionsraumes von der sich sammelnden Alum!- nium-Silizium-Legierung zu trennen.
Die Reaktionsmischung wird vorzugsweise so zu- gegeben, Cr 01 däss eine überhitzung im Reduktionsraum verhindert wird. Mit anderen Worten, durch die Art und Weise der Zuaabe der Reaktionsmischung kann verhindert werden, dass die Temperatur im Reduk tionsraum auf eine Höhe steigt, bei welcher die Ver- damp,fungsverluste an Aluminium und an Silizium zu stark sind.
Das kann dadurch erreicht werden, dass die zuzugebende Reaktionsmischung eine Tem peratur hat, die genüg C gend Lief unter der obersten zu lässigen Grenze im Reduktionsraum liegt. Die Reak- C tionsmischuno, kann beispielsweise Raumtemperatur besitzen;<B>je</B> nach der Grösse und der Konstruktion des Ofens kann es sich als vorteilhaft erweisen, die Reaktionsmischung im vorgewärmten Zustand zuzu führen. Ausserdem kann die Reaktionsmischunc ent weder kontinuierlich oder in kurzen Zeitabständen dem Ofen zugeführt werden.
Zweckmässigerweise verlässt die gebildete flüssige AlSi-Legierung die heisse Zone des Reduktionsraumes, ununterbrochen, und rasch, ohne dass sie durch eine weniger heisse Schicht der Reaktionsmasse durch sickern oder fliessen muss, in welcher sich Aluminium karbid bilden kann.
Bei den bekannten elektrother mischen Verfahren zur Gewinnung von Silikoalumi- nium fliesst die -ebildete Legierung durch eine Schicht unreagierter Beschickung hindurch, in der die Gefahr der Aufkohlung, <B>d.</B> h. der Karbidbildung, besteht.
Die AISI-Legierung wird nun nach dem Verlas sen der Reduktionszone in einen Raum mit einer Temperatur zwischen dem Schmelzpunkt der Legie rung und 160011 <B>C</B> abgeführt. Bei dieser Temperatur kann eine Reaktion zwischen der AlSi-Legierun- mit Kohlenstoff unter Karbidbildung nicht mehr stattfin den. Der Kohlenstoff könnte entweder durch die Wandung des Sammelgefässes oder aber durch Teile des Reaktionsgemisches geliefert werden, die von der abfliessenden AlSi-Legierung aus dem Reduktions raum mitgerissen oder einfach aus dem Reduktions raum in den Sammelraum fallen.
Die Wärme wird dem Reduktionsraum durch elektrische Widerstandsheizung zugeführt. Am zweck mässigsten, ist es, den Reduktionsraum seitlich mit einer leitenden Masse, z. B. aus Kohlegriess, zu um geben., durch die ein elektrischer Strom geführt wird. Es lassen sich aber auch Heizstäbe oder andere Heiz' leiter verwenden. Man sorgt also dafür, dass <B>d12</B> Wärme dem Redukti#onsraum seitlich zu-eführt wird. Es können, aber auch Heizstäbe durch, die Reak tionsmischung selbst im Reduktionsraum zusätzlich angeordnet werden.
Wesentlich ist eine genilgende Wärmezufuhr, damit der günstige Temperaturbereich eingehalten werden kann.
Die Zugabegeschwindigkeit der Reaktionsmischuno, <B>C C</B> kann so eingestellt sein, dass die dem Ofen, zuge führte Wärme sowohl für ein schnelles Aufheizen und zum Schmelzen der Reaktionsmischun- und die Reduktion, der Oxyde als auch für den Ausgleich der Verluste durch die abgeführten Reaktionspro dukte aufgebraucht. wird. Für die Einhaltung des günstigen Temperaturbereiches erweist es sich als vorteilhaft, die Reaktionsmischung so zuzuführen, dass der Reduktionsraum ständic, aefüllt ist.
Die physikalische Beschaffenheit des einzutragen den Reaktionsgemisches beeinflusst selbstverständlich den. Reaktionsverlauf. Üblicherweise wird das Re aktionsgemisch bei solchen Verfahren in Form von Briketts chargiert. Bei der Ausführung des erfin- dunorsgemässen Verfahrens wird ein besonders (yleich- mässi-er Reaktionsverlauf unter Einhaltuno, des Wärmegleichgewichtes dadurch erreicht, dass die Re aktionsmischung in Form von Krümeln ( Pellets ) von etwa<B>15</B> bis 20 mm Durchmesser zugeführt wird;
zur Bildunir der Krümel wird die Reaktionsmischuno, beispielsweise in an sich bekannter Weise nach Zu satz von 20 bis 250/9 Wass,c-r auf eine rotierende Scheibe gegeben oder in einer rotierenden Trommel behandelt. Es kann vorteilhaft sein, eini-e Prozente Schwefef in Foirm von Sulfiden, Sulfaten oder an deren Schwefelverbindungen der ReaktionsmIschung zuzugeben, um ein rascheres Schmelzen zu erreichen.
Bei der geeigneten Temperatur von beispielsweise etwa 21<B>000 C</B> ereibt sich sowohl ein schnelles Schmel zen als auch eine schnelle Reduktion. Beim laufen den Aufgeben weiterer Beschickung direkt auf die Oberfläche der ständig absinkenden, vorher aufgege- ., wirkt die neue Beschickung in benen Beschickung gewissem Masse etwas abkühlend auf die Schmelze ein, wodurch eine überhitzun <B>g</B> verhindert wird; da ein schmelzender Stoff nicht über seinen Schmelz punkt erhitzt werden kann, wird im Schmelzraum selbst eine ständig gleichbleibende Temperatur herr schen.
Der Reduktionsraum kann vorteilhafterweise senkrecht über dem Sammelgefäss angeordnet sein; bei einer solchen Anordnung kann die AJ.Si-Legie- rung am raschesten in das Sammelgefäss gelangen, z.B. durch freien Fa:
11. Wenn die Reduktionszone sich beispielsweise im untersten Teil eines Reduk- tionstieo,els befindet, der in genügendem Abstand über dem Sammelraum angeordnet ist, so dass die flüssige AlSi-Legierung nach Verlassen der Reduk tionszone sich im freien Fall genügend abkühlen kann, und durch diese Ano.rdnung das gesammelte Metall vom gelochten Tiegelboden. in genügendem Masse räumlich getrennt ist, sind Bedingungen ge schaffen, welche die Ausführung des erfindungs- ,gemässen Verfahrens gestatten.
Der Zweck eines Trennraumes unter dem Re duktionsraum ist die möglichst rasche Unterbrechung des Kontaktes der flüssigen AlSi-Legierung mit der reagierenden Beschickung. Es können aber in diesem Tren,nraum zum Beispiel durchlöcherte Zwischen böden, angeordnet sein, welche eine überrnässige <B>Ab-</B> strahlung von Wärme aus dem Reduktionsraum nach unten verhindern oder eine solche Abstrahlung ganz unterbinden.
Der Trennraum kann auch durch ein Bett von Brocken oder Körnern aus einem die Wärme schlecht leitenden und mit der flüssigen AlSi-Legie- rung nichtreagierenden, Stoffe, z.B. mit Korund- brocken, teilweise angefüllt sein,. Solche Brocken oder Körner können auch auf gelochten Zwischen böden liegen.
Auch kann der Einbau von Schikanen zwischen Reduktions- und Sammelgefäss vorteilhaft sein.
Es kann an Stelle des vertikalen Aufbaues auch eine solche Anordnung, gewählt werden, bei welcher die AlSi-Legierung schräg in den Auffangbehälter fliesst. Bei einer solchen Anordnung wird man zweck- mässigerweise dafür sorgen, dass die Wandung, auf der entlang die AlSi-Legierung herunterfliesst, eine solche Zusammensetzung oder aber eine solche Temperatur hat, dass sie nicht unter Karbidbildung mit der AlSi-Legierung reagieren kann.
Es kann sich als günstig erweisen, im Trenn raum Kühlelemente anzuordnen, um die Abkühlung der durchlaufenden AlSi-Legierung zu beschleunigen.. Diese Elemente können beispielsweise aus Stäben aus inertem Material mit einer Einlage aus Kupfer bestehen, denen ausserhalb des Ofens die Wärme durch eine Kühlflüssigkeit entzogen wird.
Es kann auch vorteilhaft sein, das Sammelgefäss mit einer Einrichtung zu versehen, durch welche es entweder beheizt oder gekühlt werden kann, so dass es auf die für die Einhaltung des Wärmegleich- gewichtes notwendige Temperatur eingestellt werden kann.
Bei der Ausführung des erfindungsgemässen Ver fahrens kann selbstverständlich als Sammelgefäss auch eine Rinne oder eine Pfanne verstanden wer den, aus & r die AlSi-Legieruno, ununterbrochen in ein weiteres Gefäss oder gar in eine Giessvorrichtung, z. B. in eine Masselgiessmaschine, fliesst.
Damit das Rcaktionsgemisch in möglichst kur zer Zdt auf den günstigen Reduktionstemperatur- bereieh -ebracht und insbesondere der für die Kar- ,bidbildung günstiore Temperaturbereich von<B>1600</B> bis 20000<B>C</B> so schnell wie möglich durchlaufen wird, ist es zweckmässig, beim Anfahren den Reduktions raum schon vor dem Einbringen der Reaktions mischung auf eine Temperatur von<B>2050</B> bis 22000<B>C</B> zu, erhitzen.
Selbstverständlich lässt sich das erfindungsgemässe Verfahren auch dann anwenden, wenn eine Alumi- nium-Silizium-Legierung angestrebt ist, die weniger als<B>72 0/9</B> Al enthält, z.
B. bis hinunter auf<B>65</B> "/o, <B>Al</B> ,oder gar 6011/9. Obwohl es schon gelungen, ist, Siliko- aluminium mit über 60% oder sogar über 651/o Al in den üblichen Elektroöfen zu erhalten, ist das er findungsgemässe Verfahren für die Gewinnung der artiger AlSi-Leoiieru"ngen überlegen, weil sich der Re- duktionspro,zäss,
viel besser beherrschen lässt und das <B>7</B> Verfahren, daher auch energiemässig vorteilhafter ist. Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren ge wonnenen AlSi-Leaierungen können einen ziemlich hohen, Gehalt an Eisen (wie etwa im Ferrosilikoalu- minium), an Titan und an anderen Elementen auf weisen.
Die Fig. <B>1</B> und 2 (im senkrechten bzw. waag rechten Schnitt) dienen, zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens an einem kleineren Versuchs ofen von rund<B>80</B> kW Leistung. Der eiserne Ofen mantel<B>1</B> ist mit einer Schamotteauskleidung 2 vor sehen und mit Kohlegriess <B>3</B> gefüllt.
Zwei parallele Wandungen 4 aus Magnesits.teinen begrenzenden In nenraum beidseitig der Stromzuführungsnippel <B>5</B> aus Graphit und der wassergekühlten Stahlelektroden<B>6.</B> Im Ofen ist ein zylindriseher Tiegel<B>7</B> aus Graphit in einer solchen Höhe angeordnet, dass sein, unterer Teil, der als Reduktionsraum dient, sich auf glei cher Höhe wie die Stromzuführungsnippel <B>5</B> befin det. Der Tiegel<B>7</B> ist von einem Zylinder<B>8</B> aus Elek- trodenkohle umgeben, der dazu dient, die Wärme gleichmässig auf den Reduktionsraum zu übertragen.
Unter dem Reduktionstiegel<B>7</B> ist ein Durchlauf- gefäss <B>9</B> angeordnet, das ebenfalls aus Graphit be steht und einen gelochten Boden hat. Unter dem Durchlaufgefäss befindet sich das aus Tongraphit be stehende Auffanggefäss<B>10,</B> dessen unterer Teil un ten aus dem Ofen herausragt und zum Schutz vor allzu weit gehender Abkühlung von einem Mantel<B>11</B> <B>C</B><I>t2</I> aus Schamottepulver umgeben ist. Auf dem Reduk tionstiegel<B>7</B> ist,eine dicke Deck-platte 12 aus Elektro- denkohie mit zentraler öffnung für das Beschicken gelegt.
Wie ersichtlich, ist die reagierende Beschickung im Tiegel<B>7,</B> der durch Widerstandsheizung auf einer Temperatur von<B>2050</B> bis 220011 <B>C</B> gehalten wird, von der sich im Auffanggefäss<B>10</B> sammelnden AISI- Legierung räumlich getrennt. Die im Tiegel gebildete AISI-Legierungo; fliesst-, bevor sie sich aufkohlen kann, durch einen Lochboden, aus dem Reaktionsraum über das Durchlaufgefäss, <B>9</B> in das teilweise ausserhalb des Ofens befindliche Sammelgefäss<B>10</B> ab.
Die Tempera tur des Sammelgefässes beträgt nur etwa 90011 <B><I>C,</I></B> also etwa<B>1150</B> bis 130011 <B>C</B> weniger als chiejenige der Reduktionszone, so dass die flüssige AlSi-Legierung im Sammelgefäss gar keinen Kohlenstoff aufnimmt.
Die Fig. <B>3</B> und 4 zeigen im senkrechten bzw. im waagrechten Schnitt ein weiteres Beispiel eines klei nen Versuchsofens. Die Anordnung ist die gMöhe wie im Versuchsofen nach den Fig. <B>1</B> und 2. Die bei den, Wände aus Magnesitsteinen sind hier nicht vor handen; an ihrer Stelle sind die Stromanschlüsse für eine zusätzliche Heizung durch die Graphitheizstäbe <B>13</B> eingebaut.
In Öfen, der abgebildeten Art konnte unter an#- deren eine AlSi-Legierung mit 76,011/o, <B>Al</B> und 23,111/9 Si erhalten werden; der Rest bestand aus.
den üblichen, im elektrothermischen Silikoaluminium vorkommenden Verunreinigungen (Eisen, Titan usw.). Diese AlSi-Legierung wurde gewonnen aus einer Rohstoffmischung folgender Zusammensetzung: 27,4%. Rohkaolin 23,80/9 gebrannter Kaolin 23,60/9 Tonerde 2,1% Quarz 23,1% Holzkohle Die Mischung wurde zu Körnern von<B>15</B> bis 20 mm Durchmesser gekrümelt, die ohne Beschädi gung einen Fall von<B>1,5</B> bis 2 m aushielten.
Vor der Einführun- der Reaktionsmischunu <B><I>c</I></B> el wurde der Reduktionstiegel<B>7</B> auf eine Temperatur von 2100 bis 22001><B>C</B> erhitzt und auch während des ununterbrochenen Zuführens von Reaktionsmasse auf dieser Temperatur gehalten.
Process for obtaining aluminum-SiBzium alloys For decades, aluminum-silicon alloys, hereinafter referred to as AlSi alloys, have been made by reducing oxidic raw materials, aluminum and silicon with the help of carbon-containing reducing agents to electrothermal # rm # i- Schem Wegge generated. Inexhaustible sources of raw materials are available in nature for this, <B> which </B> occur widely in many deposits. The raw materials are most often found in the form of cola, clay and the like.
<B> C </B> The process used today for the electrothermal production of AlSi alloys is carried out in shaft furnaces with vertical electrodes and has been developed empirically. After all, over the years it has been possible to reduce the amount of AlSi -Alloys to gradually increase in aluminum. About <B> 30 </B> years ago the highest achievable limit was an aluminum content of <B> 65 </B> 1 / o. Later it was possible to increase the aluminum content up to 701 / o.
However, it has not yet been possible to achieve an aluminum content higher than 70 to 72% (based on the sum <B> Al + </B> Si). Attempts to produce an alloy richer in aluminum have shown. only ever one product made of aluminum carbide and AlSi alloy.
C, The present invention now relates to a process, and a resistance-heated furnace for the extraction of aluminum-silicon alloys by electrothermal reduction of oxidic raw materials of aluminum and silicon with the help of carbon-containing reducing agents in a resistance-heated furnace. It allows the production of practically carbon-free AlSi alloys with over 721/0 aluminum.
It was recognized that the production of carbon-free or carbide-free AlSi alloys by direct reduction of the raw materials in the electric furnace essentially represents a thermal problem that cannot be solved in the generally used electric thermal furnaces. Since the temperature in the electric furnaces of current art is high and fluctuating, the temperature conditions in these furnaces are uncontrollable.
At high and uncontrollable temperatures, the action of carbon and carbon-containing gases on alumina and silica or on aluminum and silicon results in the formation of the corresponding carbides as soon as an attempt is made to use aluminum-rich AlSi alloys, <B> d. </B> h. to produce alloys that contain more than 651 / o aluminum.
The tests have shown that AlSi-ZD alloys with 720.70 and more aluminum can be obtained if the following conditions are met at the same time:
<B> 1. </B> The reduction of the oxides of aluminum and silicon must take place in a narrow temperature range in which the speed of the reactions that lead to the formation of the AlSi alloy (also called silicon aluminum) is high, in which already formed carbides of aluminum and silicon react with alumina and silica to form metal and in which the evaporation losses of aluminum and silicon are still small.
This temperature range extends from <B> 2050 </B> to 22000C. If an upper temperature limit of 220011 <B> C </B> is observed, the evaporation losses are still low; Above <B> <I> C </I> in </B> 22000 <B> C </B> the volatilization of aluminum and silicon increases sharply.
2. The reaction mixture must be on the in the shortest possible time. The temperature range favorable for metal deposition is heated so that the temperature range of <B> 1600 </B> to 20000 <B> C </B> which is favorable for carbide formation is passed through so quickly that virtually no carbide formation takes place.
<B> 3. </B> The resulting AlSi-integration must, as soon as possible after its formation, be removed continuously from the hot reduction chamber and brought to a temperature at which carbonization by the action of carbon and Carbon-containing gases can no longer take place with the formation of carbides. It is therefore necessary to ensure that the AlSi alloy flows out of the reduction chamber as quickly as possible.
According to the invention, the raw material is therefore brought directly into a reduction chamber heated to <B> 2050 </B> to 2200-3 <B> C </B> <B> C </B> and heated therein ,
and the liquid aluminum-silicon alloy formed is discharged after leaving the reduction zone into a space with a temperature between the melting point of the alloy and 16,000 ° C.
The resistance-heated furnace for carrying out the method according to the invention is characterized in that an intermediate space is arranged immediately below the perforated floor of the reduction chamber, which is used to cool the liquid aluminum-silicon alloy and to remove the collecting aluminum from the floor of the reduction chamber! - Separate nium-silicon alloy.
The reaction mixture is preferably added in such a way that Cr 01 is prevented from overheating in the reduction chamber. In other words, the way in which the reaction mixture is added can prevent the temperature in the reduction chamber from rising to a level at which the evaporation losses of aluminum and silicon are too great.
This can be achieved in that the reaction mixture to be added has a temperature which is sufficiently below the uppermost permissible limit in the reduction chamber. The reaction mixture can, for example, have room temperature; depending on the size and construction of the furnace, it can prove to be advantageous to feed the reaction mixture in the preheated state. In addition, the reaction mixture can be fed to the furnace either continuously or at short intervals.
The liquid AlSi alloy that is formed expediently leaves the hot zone of the reduction space, continuously and quickly, without having to seep or flow through a less hot layer of the reaction mass in which aluminum carbide can form.
In the known electrothermal processes for the production of silicon aluminum, the alloy formed flows through a layer of unreacted charge, in which there is a risk of carburization, <B> d. </B> h. the formation of carbides.
After leaving the reduction zone, the AISI alloy is now discharged into a room with a temperature between the melting point of the alloy and 160011 <B> C </B>. At this temperature, a reaction between the AlSi alloy and carbon with the formation of carbide can no longer take place. The carbon could either be supplied through the wall of the collecting vessel or through parts of the reaction mixture that were carried away by the AlSi alloy flowing out of the reduction space or simply fall from the reduction space into the collecting space.
The heat is fed to the reduction chamber by means of electrical resistance heating. Most conveniently, it is the side of the reduction chamber with a conductive mass, for. B. from coal grits, to give., Through which an electric current is passed. However, heating rods or other heating conductors can also be used. So you make sure that <B> d12 </B> heat is fed to the reduction room from the side. It can, but also by heating rods, the reac tion mixture itself in the reduction chamber are additionally arranged.
Sufficient heat supply is essential so that the favorable temperature range can be maintained.
The rate at which the reaction mixture is added, <B> CC </B>, can be set so that the heat supplied to the furnace is necessary both for rapid heating and for melting the reaction mixture and for reducing the oxides and for compensating for the losses used up by the discharged reaction products. becomes. In order to maintain the favorable temperature range, it has been found to be advantageous to feed the reaction mixture in such a way that the reduction chamber is constantly filled.
The physical nature of the reaction mixture to be introduced naturally influences the. Reaction course. Usually, the reaction mixture is charged in the form of briquettes in such processes. When the method according to the invention is carried out, a particularly (uniform course of the reaction while observing the thermal equilibrium) is achieved in that the reaction mixture is in the form of crumbs (pellets) of about 15 to 20 mm Diameter is fed;
To form the crumbs, the reaction mixture is added to a rotating disk or treated in a rotating drum, for example in a manner known per se after adding 20 to 250/9 water, c-r. It can be advantageous to add a percentage of sulfur in the form of sulfides, sulfates or their sulfur compounds to the reaction mixture in order to achieve faster melting.
At the appropriate temperature of, for example, about 21,000 C, both rapid melting and rapid reduction occur. When the feeding of further feed runs directly onto the surface of the continuously sinking, previously charged, the new feed in the lower feed has a somewhat cooling effect on the melt, which prevents overheating; Since a melting substance cannot be heated above its melting point, a constantly constant temperature will rule in the melting chamber itself.
The reduction chamber can advantageously be arranged vertically above the collecting vessel; With such an arrangement, the AJ.Si alloy can get into the collecting vessel the quickest, e.g. by free Fa:
11. If the reduction zone is, for example, in the lowest part of a reduction tank, which is arranged at a sufficient distance above the collecting space so that the liquid AlSi alloy can cool down sufficiently in free fall after leaving the reduction zone, and through this arrangement the collected metal from the perforated crucible bottom. is spatially separated to a sufficient extent, conditions are created which allow the implementation of the method according to the invention.
The purpose of a separation space under the reduction space is to interrupt the contact of the liquid AlSi alloy with the reacting charge as quickly as possible. However, perforated intermediate floors, for example, can be arranged in this door, which prevent excessive radiation of heat from the reduction space downwards or completely prevent such radiation.
The separating space can also be formed by a bed of lumps or grains made of a material that does not conduct heat well and does not react with the liquid AlSi alloy, e.g. partially filled with corundum chunks. Such lumps or grains can also lie on perforated intermediate floors.
The installation of baffles between the reduction and collection vessel can also be advantageous.
Instead of the vertical structure, an arrangement can also be selected in which the AlSi alloy flows diagonally into the collecting container. With such an arrangement, it is expedient to ensure that the wall along which the AlSi alloy flows down has a composition or a temperature such that it cannot react with the AlSi alloy to form carbide.
It can be advantageous to arrange cooling elements in the separating space to accelerate the cooling of the AlSi alloy passing through. These elements can consist, for example, of rods made of inert material with an insert made of copper, which outside of the furnace heat the heat from a cooling liquid is withdrawn.
It can also be advantageous to provide the collecting vessel with a device by means of which it can either be heated or cooled, so that it can be set to the temperature necessary to maintain the thermal equilibrium.
When carrying out the process according to the invention, a gutter or pan can of course also be understood as a collecting vessel, from & r the AlSi alloy, continuously into another vessel or even into a pouring device, e.g. B. in a ingot casting machine, flows.
So that the reaction mixture is brought to the favorable reduction temperature range in the shortest possible time and, in particular, the temperature range of <B> 1600 </B> to 20000 <B> C </B> as quickly as possible for carbide formation is run through, it is useful when starting up to heat the reduction chamber to a temperature of 2050 to 22000 C before the reaction mixture is introduced.
Of course, the method according to the invention can also be used when an aluminum-silicon alloy is sought which contains less than 720/9 Al, e.g.
B. down to <B> 65 </B> "/ o, <B> Al </B>, or even 6011/9. Although we have already succeeded, silicon aluminum with over 60% or even over 651 / o Obtaining Al in the usual electric furnaces is superior to the process according to the invention for the extraction of the AlSi Leoiieru "ngen, because the reduction pro, zäss,
can be mastered much better and the <B> 7 </B> process is therefore also more advantageous in terms of energy. The AlSi alloys obtained by the process according to the invention can have a fairly high content of iron (such as in ferrosilicoaluminum), titanium and other elements.
Figs. 1 and 2 (in the vertical and horizontal right-hand section) serve to illustrate the inventive concept on a smaller experimental furnace with an output of around 80 kW. The iron stove shell <B> 1 </B> is provided with a fireclay lining 2 and filled with coal semolina <B> 3 </B>.
Two parallel walls 4 made of magnesite. A delimiting interior space on both sides of the power supply nipple <B> 5 </B> made of graphite and the water-cooled steel electrodes <B> 6. </B> A cylindrical crucible <B> 7 </ B is in the furnace > made of graphite at such a height that its lower part, which serves as a reduction space, is at the same height as the power supply nipple <B> 5 </B>. The crucible <B> 7 </B> is surrounded by a cylinder <B> 8 </B> made of electrode carbon, which serves to transfer the heat evenly to the reduction chamber.
A flow-through vessel <B> 9 </B>, which is also made of graphite and has a perforated bottom, is arranged under the reduction crucible <B> 7 </B>. The collecting vessel <B> 10 </B> made of clay graphite is located under the flow-through vessel, the lower part of which protrudes from the furnace below and by a jacket <B> 11 </B> <B to protect against excessive cooling > C </B> <I> t2 </I> is surrounded by fireclay powder. On the reduction crucible <B> 7 </B> there is a thick cover plate 12 made of electrochemical material with a central opening for loading.
As can be seen, the reacting charge is in the crucible <B> 7 </B>, which is kept at a temperature of <B> 2050 </B> to 220011 <B> C </B> by resistance heating, from which in the Collecting vessel <B> 10 </B> spatially separated from the collecting AISI alloy. The AISI alloy formed in the crucible; flows - before it can carburize, through a perforated base, from the reaction space via the flow-through vessel, <B> 9 </B> into the collecting vessel <B> 10 </B> which is partially located outside the furnace.
The temperature of the collecting vessel is only about 90 011 <B><I>C,</I> </B> i.e. about <B> 1150 </B> to 130011 <B> C </B> less than that of the reduction zone so that the liquid AlSi alloy does not take up any carbon in the collecting vessel.
FIGS. 3 and 4 show a further example of a small experimental furnace in vertical and horizontal sections. The arrangement is the same as in the test furnace according to FIGS. 1 and 2. The walls made of magnesite bricks are not present here; the power connections for additional heating by the graphite heating rods <B> 13 </B> are installed in their place.
In furnaces of the type shown, an AlSi alloy with 76.011 / o, <B> Al </B> and 23.111 / 9 Si could be obtained among others; the rest consisted of.
the usual impurities found in electrothermal silicon aluminum (iron, titanium, etc.). This AlSi alloy was obtained from a raw material mixture of the following composition: 27.4%. Raw kaolin 23.80 / 9 Burnt kaolin 23.60 / 9 Alumina 2.1% quartz 23.1% charcoal The mixture was crumbled into grains of <B> 15 </B> to 20 mm in diameter, which fell without damage withstood from <B> 1.5 </B> to 2 m.
Prior to the introduction of the reaction mixture, the reduction crucible was heated to a temperature of 2100 to 22001 ° C and also maintained at this temperature during the uninterrupted supply of reaction mass.