DE3323203A1

DE3323203A1 - Verfahren zur herstellung von strontiumhaltigen ferrossilicium- oder siliciumlegierungen

Info

Publication number: DE3323203A1
Application number: DE3323203A
Authority: DE
Inventors: Heinz Ing.(grad.) 8221 Tacherting Bruckmann
Original assignee: SKW Trostberg AG
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 1983-06-28
Filing date: 1983-06-28
Publication date: 1985-01-10
Also published as: NO842077L; IT8467604A1; SE8403430L; BR8403144A; GB2142656A; IT8467604A0; FR2548215A1; GB8416336D0; JPS6043418A; ES8601323A1; ES533775A0; US4581203A; GB2142656B; SE8403430D0; IT1178958B

Description

SKW Trostberg Aktiengesellschaft

8223 Trostberg,

■i- /

. Trostberg, den 06.06.1983

Unser Zeichen: PAT/Dr.Schm-ka SKW 438

Verfahren zur Herstellung von strontiumhaltigen Ferrosilicium- oder Siliciumlegierungen

Die vorliegende Lrfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von strontiumhaltigen Ferrosilicium- oder Siliciumlcgierungen mit einem niedrigen Aluminium- und Calciumgehalt v/ie sie beispielsweise in der DL"-PS 14 33 429 beschrieben sind. Solche Legierungen finden vor allem im Gießereibereich bei der Herstellung von Gußeisen mit Lamellen-, Kugel- oder Vermiculargraphit bzw. bei der Herstellung von siliciumhaltigen Aluminiumguß Anwendung, wobei sie sich aufgrund ihrer spezifischen Eigenschaften für besondere Impfprobleme eignen. Strontiumhaltige Ferrosiliciumlegierungen unterdrücken in wirkungsvoller Weise die Wcißeinstrahlungund verbessern auf diese Weise Struktur und Eigenschaften des Gußeisens. Da die Elemente Aluminium und Calcium υ. U. die. Fohlorbildung im Gußstück erhöhen, sollte der Aluminium- und Calciumgehalt in der Legierung möglichst klein sein.

Aus dor DEtPS 15 08 273 ist ein Verfahren zur Herstellung von Strontium enthaltendem Ferrosilicium mit einem niedrigen Calciumgehalt in einem Lichtbogenofen bekannt, welches aus zwei Stufen besteht. Zu?· nächst stellt man aus Quarzit, Coelestin mit einem Verhältnis von Strontium zu Calcium von mindestens 10 : 1 sowie einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel eine Vorlegierung mit 15 bis 55 % Strontium und 40 75 ',>. Silicium her und setzt dann diese dem geschmolzenen Ferrosilicium in einer solchen Menge zu, daß die entstandene Legierung einen Strontiumgehalt von wenigstens 0,5 % hat. Die Ausbeute bezüglich des Strontiums ist zwar gut, doch ist das zweistufige Verfahren technisch ziemlich aufwendig.und der Wärmeverlust beim Umfüllvorgang energetisch ungünstig.

Lb diese Nachteile zu umgehen, hat man gemäß der US-PS 40 17 310 versucht, solche strontiumhaltigen Legierungen in einem einstufigen Verfahren in der Weise herzustellen, daß man eine Strontiumvorbindung wie z. D. das Oxid, Carbonat oder Sulfat und Kohlenstoff in das geschmolzene Ferrosilicium oder Silicium einbringt. Um jedoch eine brauchbare Strontiumverwertung erzielen zu können, muß die Strontiumverbindung zusammen mit dem Kohlenstoff pelletisiert werden,.- was jedoch zusätzliche Betriebs- und Investitionskosten verursacht.

!."'or vorliegenden Crfindung lag daher die Aufgabe zu gründe/ ein Verfahren zur Herstellung von strontiumhaltigen Ferrosilicium- oder iiliwiunlegieruncen mit einem niedrigen Aluminium- und Calciumgehnlt zu entwickeln, welches die genannten Nachteile nicht aufweist unr! trotz eines geringen technischen .Aufwandes gute Strontiumausbeuten gewährleistet.

•jioso Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man die Strontiuniverbindung zusammen mit einem Erdalkalimetall oder einer erdalkaliinc-tallhaltigen Legierung oder Calciumcarbid als Reduktionsmittel in das geschmolzene Ferrosilicium oder Silicium einbringt, iis hat sich überraschenderweise gezeigt, daß bei Verwendung der erfindungsgemäßen Reduktionsmittel die Strontiumausbeute gut ist und dan auch bei Verwendung von Calciumcarbid' der Calciumgehalt in der Legierung relativ niedrig liegt.

"oim erfindungsgemäßen Verführen wird das Ferrosilicium, welches einen ^iliciumgehalt von 30 - 90 % aufweist, oder das Silicium in den üblichen technischen Vorrichhrigen wie z. Ii. im Induktionsofen oder Niadorschncht- of"M du f r^oschniolzon . . ' ■■■''"

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i.'evorzugtc Zusammensetzungen ties f-'errosiliciums sind Ko5i 50 und FeSi 75 mit einem Siliciumanteil zwischen 40 und 65 % bzw. 65 und 80 %. Anschließend kann die Schmelze einer kurzen Sauerstoffbehandlunq unterworfen und die Schlacke entfernt werden. Nun wird das Gemisch aus Strontiumverbindung und Reduktionsmittel in die Schmelze eingebracht und das Reaktionsgemisch für die Dauer von 1-30 Minuten, insbesondere 5-15 iiinutcn, bei ,einer Temperatur νοη,-1300 15CX) C belassen. Auf diese Weise lassen sich Strontiumwerte von 0,1 20 % in der Legierung einstellen. Als- Strontiumverbindungen eignen sich prinzipiell alle reduzierbaren Derivate des Strontiums, doch werden bevorzugt sauerstoffhaltige Verbindungen wie z. B. das Oxid, Carbonat, Hydroxid oder Sulfat des Strontiums verwendet.

Als Reduktionsmittel eignen sich vor allem Metalle oder Legierungen der ilrdalkalimetalle. Als besonders vorteilhaft haben sich hierbei Calcium, Magnesium, Caiciumsiliciuni und Ferrosiliciummagnesiurn erwiesen.

uebcn diesen Lrdalkalimetallcn oder deren Legierungen ist auch Calciumcarbid, wie es als technisches Produkt, mit einem Gehalt von 70 30 )·„ CaC«, im Handel ist, für die Herstellung dor betreffenden Legierungen geeignet, obwohl es als Nebenbostandteil noch andere calciumhaltige Verbindungen wie z. B. Calciumoxid enthält.

\'as die Gewichtsyerhältnisse von Strontiumverbindung zu Reduktionsmittel angehen, so lassen sich die höchsten Ausbeuten, an Strontium erzielen, wenn man in etwa stöchiomctrische Mengen d.;r Reaktionspartner einsetzt. Überwiegt der Anteil der Strontiumverbindung, so

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■tr ' ..

fallen natürlich die Ausbeuten infolge des Unterschusses an Reduktionsmittel ab, während bei zu hohem Anteil der calciumhaltigen Reduktionsmittel der Calciumanteil in der Legierung den gewünschten Wert überschreitet.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, mit technisch relativ einfachen Mitteln und ohne allzu großen Energieaufwand strontiumhaltige Ferrosilicium- oder Silicijumlegierungen herzustellen, wobei das Verfahren wegen der guten Strontiumausbeuten bei gleichzeitig niedrigen Calciumgehalten in der Legierung besondere Vorteile aufweist.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie jedoch darauf zu beschränken.

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l;

BAD ORIGINAL

Beispiel 1:

10 kg einer Ferrosiliciumlegierung (FeSi 75) folgender Zusammensetzung

Si 79,2 %

Fe	16,6
Al	1,84
Ca	1,19
Ti	0,05
C	η. b.
Sr	^ 0,01

werden im Induktionsofen erschmolzen und einer fünfzehnminütigen Sauerstoffbehandlung unterworfen. Nach einer Abstehzeit von fünf Minuten wird abgeschlackt, wobei die Legierung folgende Analyse aufweist:

Si	76,5
Fe	21,7
Al	0,48
Ca	0,06
Ti	0,07
C	0,06
Sr

Anschließend wird ein Gemenge bestehend aus 565 g Strontiumcarbonat und 353 g technischem Calciumcarbid (73 %) in die Schmelze eingerührt. Nach einer Reaktionszeit von 15 Minuten wird die Legierung abgeschlackt und abgegossen, wobei folgende Endwerte in der Legierung erreicht werden:

Si 74,0 %

Fe 19,9 % Al . 0,56 %

Ca 1,2 %

Ti 0,06 %

C 0,48 %

Sr 2,4 %

Die Ausbeute an Strontium beträgt 72 %.

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Beispiel 2:

10 kg FeSi 75 werden wie in Beispiel 1 im Induktionsofen erschmolzen. Noch der Sauerstoffbehandlung und dem Abschlacken wird ein Gemenge aus 400 g .Strontiumcarbonat und 71,5 g feiner Magnesiumspäne in die flüssige Legierung eingebracht. Danach läßt man die Schmelze ca. 15 Minuten stehen, ehe man die Legierung erneut abschlackt und vergießt. Nach dieser Behandlung weist die Legierung folgende Analyse auf:

Si 76,5 % ■ ;-.

Fe 21,0 % ·

Al 0,52 %

■ Ca 0,09 %

Ti 0,06 %

C 0,11 %

Mg . 0,2 % ■ ·

Sr 0,7 % ■

Die Ausbeute.an Strontium beträgt 29,5 %.
Beispiel 3:

Es werden wie in Beispiel 1 10 kg FeSi 75 im Induktionsofen geschmolzen, einer 15-minütigen Sauerstoffbehandlung unterworfen, abgeschlackt und anschließend mit einem Gemenge aus 400 g Strontiumcarbonat und 34 g Calciumsilicium mit einer Teilchengröße kleiner als 0,1 mm versetzt. Nach einer Reaktionszeit von 15 Minuten wird die Legierung abgeschlackt und abgegossen, wobei die Endlegierung folgende Analysenwerte aufweist: . .

Si	76,9
Fe	19,1
Al	0,89
Ca	0,38
Ti	• 0,06
Sr	1,0.

Die Ausbeute bezogen·auf das Strontium beträgt 42,1 %. ' ■ COPY

40-

Λ ■ ·■ ■ .·

Beispiel 4: . -

10 kg FeSi 75 werden entsprechend Beispiel 1 im Induktionsofen erschmolzen und 15 Minuten lang Sauerstoff in die Schmelze eingeblasen. Nach einer Abstehzeit von 5 Minuten wird die Schlacke entfernt und ein Gemenge bestehend aus 400 g Strontiumcarbonat und 1300 g feinkörnigem FeSiMg 5 folgender Zusammensetzung in die Schmelze eingerührt:

Fe 40,5 %

Si 47,1 ^ ·. . ■

■Al 1,41 %

Mg 5,5 % ■

■ Ca . 2,9 % SE 0,8 %

(SE = Seltene Erden) Nach einer Behandlungszeit von fünfzehn Minuten wird die Schlacke abgezogen und die Legierung vergossen, wobei sie folgende Analyse aufweist:

Fe	25,0
Si	73,0
Al	0,35
Ca	0,09
Ti	. 0,06
C	0,22
Mg	0,2
Sr	0,4

Dies entspricht einer Strontiumausbeute von 16,8 %.

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η -

Beispiel 5:

S kg Siliciummetall folgender Zusammensetzung

Si 99 %

Ca 0,01 %

Al 0,18 %

Fe 0,5 %

C n. b. %

Sr ^ 0,01 %

werden im Induktionsofen erschmolzen. Anschließend wird die Schlacke entfernt und 5 kg eines Gemenges aus 93 Gew.-% Strontiumcarbonat und Gew.-/ο technischem Calciumcarbid in die Schmelze eingetragen. Nach einer Reaktionszeit von 10 Minuten wird erneut abgeschlackt, wobei die Analyse der Legierung folgende Werte aufweist:

Si 85,4 %

Fe 0,9 %

Al < 0,1 %

Ca 0,32 %

Ti 0,02 %

C 0,06 %

Sr 12,3 %

I'ie Strontiumausbeute beträgt 48,4 %.

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Claims

Patentansprüche:

1.) Verfahren zur Herstellung von strontiumhaltigen Ferrosilicium- oder Siliciumlegierungon mit niedrigem Aluminium- und CaI-ciumgehalt, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Strontiumverbindung zusammen mit einem Erdalkalimetall oder einer erdalkalimetallhaltigen Legierung oder Calciumcarbid als Reduktions-

I mittel in das geschmolzene Ferrosilicium oder Silicium einbringt.'

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Strontiumverbindung das Sulfat, Carbonat, Oxid oder Hydroxid des Strontiums einsetzt.

3.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Reduktionsmittel Calcium, Magnesium, Calciumsilicium oder Ferrosiliciummagnesium verwendet.

4.) Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man stöchiometrische Mengen an Reduktionsmittel bezogen auf die Strontiumverbindung verwendet.

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