DE3238174A1

DE3238174A1 - Verfahren zur raffination von ferrochrom

Info

Publication number: DE3238174A1
Application number: DE19823238174
Authority: DE
Inventors: Nicholas Adrian Randburg Transvaal Barcza; Thomas Robert Johannesburg Transvaal Curr
Original assignee: Middelburg Steel & Alloys Pty; Council for Mineral Technology
Current assignee: Middelburg Steel & Alloys Pty; Council for Mineral Technology
Priority date: 1981-10-19
Filing date: 1982-10-15
Publication date: 1983-04-28
Also published as: IT8223821A0; CA1199499A; FI823522L; NO156494C; NO823423L; BR8206065A; NO156494B; FI70258B; FI70258C; DE3238174C2; RO89015A; MX160059A; SE8205893D0; IN158808B; FR2514785B1; JPS58136745A; ATA383982A; IT8223821A1; ES516606A0; WO1983001462A1

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Raffination von Ferrochrom, insbesondere ein Verfahren zur Raffination von Ferrochrom mit hohem Kohlenstoffgehalt, bei dem ein Teil des Kohlenstoffs entfernt und außerdem der Siliciumgehalt reduziert werden soll.

In der Vergangenheit wurde die Raffination von Ferrochrom unter Zusatz von Metalloxiden zur Entfernung von Silicium und Kohlenstoff außer durch Gasinjektionsverfahren, wie d.ie Argon-Sauerstoff-Entkohlung, nur im festen Zustand unter beträchtlichem Vakuum im sogenannten Simplex-Verfahren erreicht.

•Mit dem nachfolgend verwendeten Ausdruck Feinerz ist ein zerkleinertes Material mit einer Korngröße von weniger als 6 mm einschließlich Teilchen mit einer Korngröße von weniger als 2 mm gemeint. In vielen Fällen werden solche Materialien, wie beispielsweise Ferrochrom, als unverkäuflich angesehen.

Das nachfolgend erwähnte übertragene thermische Lichtbogenplasma ("transferred arc thermal plasma") ist definiert als ein elektrisch erzeugtes Plasma, bei dem die Ionentemperatur im Bereich von 5000 bis 60 000 K liegt und das geschmolzene Bad einen wesentlichen Teil des elektrischen Stromkreises bildet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur verbesserten Raffination von Ferrochrom zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Raffination von Ferrochrom, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das' zu raffinierende Ferrochrom zusammen mit· einem geeigneten Metalloxid in Gegenwart eines übertragenen thermischen Lichtbogenplasmas erhitzt wird, wobei flüssige Schlacke und flüssiges Metall gebildet und in einer im wesentlichen kohlenstofffreien Umgebung raffiniert werden.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Er-

hitzen bei Atmosphärendruck oder einem niedrigeren Druck durchgeführt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere zur Verarbeitung von Ferrochrom mit hohem Kohlenstoffgehalt geeignet, das in Form von Feinerz vorliegt und dem vor dem Schmelzen vorzugsweise oxidische Feinerze beigemischt werden, die agglomeriert oder in Form von grobstückigem Erz vorliegen können und die in jedem Falle vorreduziert, voroxidiert oder in anderer Weise vorbehandelt worden sind. Diese Feinerze bestehen aus oder enthalten Chromit-Feinerze. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden den ■ Ausgangsmaterialien irgendwelche erforderlichen Flußmittel beigemischtj wie beispielsweise Quarz oder Kalk.

Mit der Formulierung "eine im wesentlichen kohlenstofffreie Umgebung"soll auch eine Ausführungsform des erfindungsgemä— ßen Verfahrens umfaßt werden, bei der eine abschmelzbare Kohlenstoffelektrode zur Herstellung des thermischen Plasmas angewandt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann als ein Mehrstufenverfahren ausgeführt werden, bei dem verschiedene Raffinationsgrade, abhängig von dem Verhältnis Metalloxid zu Metall, erzielt werden können. Es können auch fertige Legierungen oder Metalle zugesetzt werden, um auf diese Weise jede gewünschte Metallzusammensetzung herzustellen, wie z.B. Ausgangsmaterial» für die direkte Herstellung von nichtrostendem Stahl.

erfindungsgemäße Verfahren kann aber auch als ein einfaches kontinuierliches Verfahren ausgeführt werden. Eine weitere Alternative besteht darin, das Verfahren diskontinuierlich durchzuführen oder einen diskontinuierlichen Abstich der Schlacke und/oder Legierung vorzunehmen oder sogar Erz oder ein anderes Raffinationsmedium diskontinuierlich zuzusetzen. Auch ein Chargenbetrieb ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich und wird daher von vorliegender Erfindung umfaßt.

Zur weiteren Erläuterung äer Erfindung werden Versuche beschrieben, die in einem übertragenen, präzessierenden Lichtbogenplasma-Schmelzofen, hergestellt von der Tetronics Research and Development Company Limited und beschrieben, in

^⁵ den britischen Patentschriften Nr. 1390351, 1390352, 13-90353 und 1529526, durchgeführt wurden. Die Versuche wurden unter Anwendung einer präzessierenden Geschwindigkeit von 50 UpM und einer nicht abschmelzbaren Elektrode in der Plasmakanone ("plasma gun") ausgeführt. Bei diesen Versuchen wur-

²^ den 100 Teile Ferrochrom-Feinerz der nachstehend angegebenen Zusammensetzung mit 28,6 Teilen Winterveld-Erz der ebenfalls nachstehend angegebenen Zusammensetzung und 4,3 Teilen Quarz, dessen Zusammensetzung ebenfalls nachstehend angegeben ist, vermischt.

ORIGINAL

Zusammensetzung des "Metallfeinerzes" (Verhältnis Schlacke .-Metall = 0,129)

Metallkomponente = 88,6 %, bezogen Schlacke = 11,4 %, bezogen auf die • auf die Gesamtzusammensetzung. Gesamtzusammensetzung.

' ■ ■ ■ .

Zusammensetzung der Metallkomponente; Zusammensetzung der Schlacke:

Chrom	52,8 %	^Cr2°3	27,8 %
Eisen	36,2%	FeO	13,0 %
Silizium	3,0 %	CaO	2,2 %
Kohlenstoff	6,55 %	SiO₂	47,7%
		MgO	1,0 %
		Al₂O₃	7,4 %

Zusammensetzung des Winterveld-Chromits

Cr₂O₃	44,	6 %	FeO	23	,3 %	SiO₂	₂	,23 °A
CaO		20%	MgO	11	_$έ. /α	Al₂O₃	13	,7 %

Der Quarz besaß die Zusammensetzung 0,20 % FeO, 9Q,5 % • ' SiO„ und 0,06 % Al 0„.

.

Falls erforderlich, können Kalkstein oder Dolomit als Flußmittel eingesetzt werden, um Schwefel aus dem Metall zu entfernen» Ebenso kann zur Entfernung von'Phosphor Natriumcarbonat zugesetzt werden. Die Entfernung von Titan erfolgt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren automatisch, wodurch die Qualität des zu raffinierenden Metalls verbessert wird.

Die oben beschriebene Mischung der Ausgangsmaterialien wurde in den vorgeheizten Ofen mit einer Geschwindigkeit einge-35' speist, die so berechnet ist, daß das Metall und die

Schlacke auf einer konstanten vorgewählten Verfahrenstemperatur gehalten werden, d.h. daß das erforderliche Energiegleichgewicht beibehalten wird und Schlacke und Metall in einem geschmolzenen Zustand gehalten werden. Nach Zugabe sämtlichen Beschickungsmaterials erfolgte der Abstich von Schlacke und Metall.

Durch die Raffination wurde der Siliciumgehalt von 3 Gew.% auf 0,84 Gew.% und der Kohlenstoffgehalt von 6,55 Gew.% auf 4,10 Gew.% reduziert. Dieses Ergebnis zeigt, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens eine ausgezeichnete Raffination erreicht wird. Es ist auch möglich, niedrigere Silicium und Kohlenstoffwerte zu erhalten, wenn das Verhältnis von Chromiterz oder anderen geeigneten Metalloxiden zu Metallfeinerz erhöht wird.

Die in der Plasmakanone verwendete Elektrode kann sowohl eine nicht abschmelzbare als auch eine abschmelzbare Graphitelektrode sein. Die Verwendung eines inerten Gases über die Plasmakanone wurde auf die Mengen begrenzt, die für die Betriebsweise eines stabilen thermischen 'Plasmas erforderlich ist und die nicht spezifisch für irgendeinen metallurgischen Zweck ist. Es ist offensichtlich, daß natürlich auch größere Mengen an inertem Gas eingesetzt werden können, falls dies erwünscht ist.

Der Ofen war nicht mit Graphit- oder Kohlenstoffschichten ausgekleidet, die mit dem Metall oder mit der geschmolzenen Schlacke in Berührung kommen könnten. Auf diese Weise wurde der Kohlenstoffgehalt in diesem System auf einem möglichst niedrigen Wert gehalten und der festgestellte ausgezeichnete Raffinationsgrad erreicht.

BAD ORIGINAL

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Beispiel

Nachfolgende Ergebnisse wurden mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Raffination von Ferrochrom unter Verwendung einer abschmelzbaren Elektrode erhalten.

Die metallische Fraktion, die 89,7 Gew.% der Gesamtzusammensetzung ausmachte, besaß aufgrund der durchgeführten Analyse die folgende Zusammensetzung:

Chrom 51,2 %

Eisen 39,0 %

Silicium 2,69%

Kohlenstoff 5,7 %

Die Schlacke besaß aufgrund der Analyse folgende Zusammensetzung:

^Cr2°3	13,0 %
FeO	3,87%
CaO	1,05%
SiO₂	55 _j 3 %
MgO	1,21%
^A12°3	18,3 %

Die Analyse des Chromite ergab eine ähnliche Zusammensetzung wie die, die für das vorstehend genannte Winterveld-Chromit gefunden wurde, das für die Versuche mit der nicht abschmelzbaren Elektrode eingesetzt wurde.

Der als Flußmittel eingesetzte Kalkstein besaß die folgende Zusammensetzung (in Gew,.%):

FeO : 0„46 SiO₃ ; 2,07 CaO : 55,0 MgO : 0,53 Al₂O₃: 0_f54

Der Versuch wurde, so durchgeführt, daß 100 Teile des Ferrochrom-Feinerzes mit 28,6 Teilen des Winterveld-Erzes und 11,5 Teilen Kalkstein gemischt wurden. Diese Mischung wurde wiederum in einen vorgeheizten Ofen mit einer Geschwindigkeit eingespeist, die so berechnet wurde, daß sichergestellt war, daß das Metall und die Schlacke auf einer konstanten gewählten Verfahrenstemperatur gehalten wurden, so daß das erforderliche Energiegleichgewicht beibehalten wurde.

"Ό In diesem Versuch wurde im Hilfe der Raffination der Siliciumgehalt von 2,69 Gew.% auf 0,65 Gew.% und der Kohlenstoffgehalt von 5,7 Gew.% auf 5,2 Gew.,% reduziert.

Der in diesem Versuch verwendete Ofen war ähnlich" konstruiert "*^ wie der in dem oben beschriebenen ersten Versuch eingesetzte Ofen, d.h. er besaß eine Auskleidung aus feuerfestem Oxidmaterialo

Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung wird ein einfaches,- je- ^^u doch sehr wirksames Verfahren zur Raffination von Ferrochrom vorgeschlagen, bei dem Chromiterz oder gegebenenfalls ein anderes geeignetes Oxiderz eingesetzt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich unter anderem auch dadurch aus, daß durch den Raffinationsprozeß nicht nur der Gehalt an Kohlenstoff und Silicium reduziert wird, sondern daß,; gleichzeitig automatisch auch der Titangehalt des zu raffi- ?■ nierenden Metalls herabgesetzt wird. Letzteres kann für be- '-stimmte Anwendungen des raffinierten Metalls von großem Vorteil sein .
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sy/do

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Raffination von Ferrochrom, dadurch gekennzeichnet daß das zu raffinierende F-errochrom zusammen mit einem geeigneten Metalloxid in Gegenwart eines übertragenen thermischen Lichtbogenplasmas erhitzt wird, wobei 'flüssige Schlacke und flüssiges Metall gebildet und in einer im wesentlichen kohlenstofffreien Umgebung raffiniert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erhitzen bei Atmosphärendruck oder einem niedrigeren Druck durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferrochrom in Form von pulverförmigem Erz . ■ (Feinerz) eingesetzt wird..

4« Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Feinerz mit einer Korngröße von weniger als etwa 2 mm Durchmesser eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß das Ferrochnom-Ausgangsmate- ', rial vor dem Beschicken gemischt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet j, daß das Metalloxid in Form von oxidischem Feinerz, gegebenenfalls agglomeriert und/oder in Form von grobstückigem Oxiderz, in den Ofen eingespeist wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß vorreduzierte, voroxidierte oder in anderer Weise vorbehandelte oxidische Feinerze oder grobstückige Oxiderze eingesetzt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß oxidische Feinerze oder grobstückiges Oxiderz mit einem Gehalt an Chromit eingesetzt werden.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ferrochrom und dem Oxid die erforderliche Menge an Flußmitteln beigemischt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß quarzhaltige Flußmittel eingesetzt werden.

11= Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß Flußmittel mit einem Gehalt an Kalkstein und/ oder Dolomit eingesetzt werden.

12» Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Flußmittel mit einem Gehalt an Natriumcarbonat eingesetzt werden« . .

13« Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Mischung aus Ferrochrom und Metalloxid zu einer geschmolzenen Masse aus Metall und gegebenenfalls Schlacke zugefügt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Mischung aus Ferroehrom und Metalloxid zu der geschmolzenen Masse mit einer Geschwindigkeit zugefügt wird, die so gesteuert wird, daß eine vorbestimmte Temperatur und der geschmolzene Zustand der Metallmasse aufrechterhalten werden.

15, Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das thermische Plasma unter Verwendung einer nicht abschmelzbaren Elektrode erzeugt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das thermische Plasma unter Verwendung einer abschmelzbaren Elektrode erzeugt wird.