188931. lajstromszámú szabadalom • Eljárás ferroszilícium tartalmú hulladékanyagból ferroszilícium és ötvözetének előállítására, valamint ez utóbbihoz szolgáló berendezés
A találmány a ferroszilícium gyártása során képződő hulladékanyagokból, salakokból a ferroszilíciumnak és a ferroszilícium magnéziummal és/vagy ritkaföldfémekkel alkotott ötvözetének az előállítására, valamint ez utóbbi ötvözetek előállítására alkalmas berendezésre vonatkozik. A ferroszilícium gyártása ugyan elvileg salakmentes folyamat, azonban az ötvözet előállítása gyakorlatilag mindig salakképződéssel is jár. A salakképződés oka az, hogy a betétanyagok szennyezései a gyártási körülmények között teljesen nem redukálhatok. Ilyen szennyezők például az alumínium-oxid, kalcium-oxid, báriumoxid és magnézium-oxid, amelyek bizonyos mennyiségű szilícium-dioxiddal elsalakosodnak. Az így keletkezett salak nehezen olvadó és igen viszkózus anyag, amelynek az olvadási hőmérséklete 1773—1973 °K között, a viszkozitása pedig 10—50 Poise között van. A keletkezett salak mennyisége — a betétanyagok tisztaságától függően — az ötvözet súlyának a 2—5 %-át is eléri. A ferroszilícium csapolásakor a salak az ötvözettel együtt folyik ki a kemencéből és a megdermedes után erősen liozzásül az ötvözethez. Így a salak eltávolításakor az ötvözet egy része is veszendőbe megy. Továbbá a salak nagy viszkozitása és a ferroszilícium, valamint a salak fajsúlyának közel megegyező értéke miatt a salakban is van mindig ferroszilícium, ami szintén elvész. Ugyancsak ferroszilícium-veszteségek keletkeznek az ötvözet kikészítése során is. Jelenleg nagyolvasztókban vagy ércredukciós villamos kemencében állítják elő általában a különböző minőségű ferroszilícium ötvözeteket. így a nagyolvasztóban történő előállítás esetén általában 16 %-náI kisebb szilíciumtartalmú ötvözeteket gyártanak. A gyártásra jellemző, hogy 10-30 % szilícium-dioxid tartalmú vasércből vagy zsugorítmdnyból 1773-1973 °K közötti rcakcióhőmérsékleten a szilícium-dioxid redukciója szinte kizárólag direkt redukció szerint megy végbe, amikor is az ehhez szükséges hőmérséklet biztosítása csak jóminőségű kohókoksz felhasználásának a jelentős növelésével lehetséges, így 1 tonna 10-12 % Si tartalmú ferroszilíciumnak nagyolvasztóban történő előállításakor 1900 kg, míg 12—14 % Si tartalmú ötvözet előállításakor 2200 kg kokszra van szükség. Az ércredukciós villamos kemencében 10-98,5 % Si tartalmú ötvözeteket lehet előállítani. A 10-21 % Si tartalmú ferroszilícium ötvözeteket úgynevezett salakmentes eljárással gyártják ezekben a berendezésekben, amely gyártásra az jellemző, hogy 1 tonna ötvözet előállításakor 2000—2100 kWh villamos energia felhasználása mellett 200 kg koksz felhasználására is szükség van. A nagyolvasztóban és az elektromos kemencében történő gyártás munkahőmérsékletét a szilícium-dioxid direkt redukciójának a kezdő hőmérséklete határozza meg, ami vas jelenlétében 1770 °K. A reakció kellően gyors lejátszódásához a kezdő hőmérséklet felett 100-200 °K hőmérsékleten kell dolgozni, és így az ötvözet mindkét berendezésben erősen túlhevült állapotban van, ami magyarázatuk szolgál a mdukálószer és az energiahordozók felhasználásánál mutatkozó nagy fajlagos értékekre. Továbbá a villamos kemencében történő gyártásnál hátrányt jelent, hogy csak ötvözetlen acélforgács használható fel, mert az öntvényforgács alkalmazása esetén — annak nagy foszfortartalma miatt — foszforhidrogén keletkezik, ami az ötvözet bomlását idézi elő, illetve robbanásveszélyt is okoz. A 10—21 %Si tartalmú ötvözetek acélforgács alkalmazásával történő gyártásakor pedig a keletkező ötvözet karbontartalma ritkán haladja meg a 0,4 %-ot, ami hátrányos felhasználhatóságot jelent a vasöntvenyek előállításakor. A ferroszilícium-gyártás fenti problémáival kapcsolatosan a technika állását például Durrer-Volkert : Metallurgie der Ferrolegierungen. Berlin. 1972. könyvének 550—553. oldalai és M. A. Rissz: Proizvódsztvo ferroszplavov. M: Metallurg. 1975. könyvének 47—79. oldalai ismertetik. A technika állása szerint az ismeretes, hogy a csapolás és az ötvözet kikészítése során keletkező veszteségek csökkentése érdekében a ferroszilícium tartalmú hulladékanyagokat időnként visszajáratják az ércredukciós kemencébe. Azonban a ferroszilícium-veszteségeknek az ilyen módon való csökkentése az alábbi jelentős hátrányokkal jár: — Az ércredukciós kemence hőmérséklete igen nagy a Si02 + 2 C = Si + 2 CO bruttó folyamattal jellemezhető reakció gyors lefolytatása érdekében cs így a folyékony ötvözet erősen túlhcvül, amit jól mutat az 1800-2100 °K csapolási hőmérséklet is. így azután a kemencébe visszaadagolt ferroszilíciumgyártási hulladékanyagok megömlesztése indokolatlanul nagy hőmérsékleten történik, ami villamos energiafelhasználási többletet és a szilícium párolgása miatt bekövetkező jelentős hő-, szilícium- és energiaveszteséget eredményez. — A kemencébe adagolt fémtartalmú salakok oxidvegyületei a kemence körülményei között nem redukálhatok. sőt — a szilícium-dioxidot oldva — a mennyiségük megnő. A salak mennyiségének a megnövekedése pedig rongálja a kemence falazatát, a reakciózónát csökkenti, ami a termelékenységet hátrányosan befolyásolja, ugyanakkor jelentősen meg is növeli a villamos energiafelhasználást. Ez utóbbi a salak szilícium-karbid tartalmával magyarázható, ugyanis a kemencébe visszaadagolt szilícium-karbid a 2813 °K-os olvadáspontja és - a szilícium-dioxid 2,65-ös fajsúlyánál jóval nagyobb — 3,2-es fajsúlya miatt a kemence alján gyűlik fel és csak nehezen távolítható cl onnan. A szilícium-karbid felgyülemlése pedig az elektródák ún. magas járását eredményezi, ami a SiO elgőzölgéséből származó szilíciumveszteségek nagymértékű megnövekedését okozza. A fentiek alapján megállapítható, hogy a ferroszilícium gyártása során képződő hulladckanyagoknak, salakoknak a gyártásba való időnkénti visszajáratása igen hátrányos következményekkel jár, tehát ezeknek a megfelelő hasznosítása jelenleg még nincs kellőképpen megoldva, és ezekből a hulladékanyagokból alkalmas minőségű ferroszilíciuinot előállítani képes eljárás nem ismeretes. Célul tűztük ki tehát, hogy olyan eljárást és ennek megvalósítására olyan berendezést alakítsunk ki, amely revén lehetővé válik a ferroszilícium tartalmú hulladékanyagoknak, salakoknak hasznos ötvözetekké való komplex, gazdaságos, környezetvédő és környezetkímélő feldolgozása. A találmányunk szerinti eljárás lényege az, hogy a ferroszilíciumot tartalmazó hulladékanyagokat alacsony hőmérsékleten - célszerűen 1800 °K alatt — és az exoterm reakciók hőhatását kihasználva bázikus salakképző anyagokkal elektrotermikusán kezeljük és/vagy 10-45% Si tartalmú ferroszilíciumot vagy ennek a további fel5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
