184343. lajstromszámú szabadalom • Eljárás éghető anyag-tartalmú alumíniumszilikátok komplex FeSiAl ötvözetté való feldolgozására
1 ï 84 343 2 A találmány tárgya éghetőanyag-tartalmú aiumíniumszilikátoknak elektrotermikus úton FeSiAl ötvözetté való feldolgozásához hatásfokjavító termikus előkezelési eljárás. A műre nem valónak minősített szénvagyon kategóriában a legnagyobb súlyt az alacsony fűtőértékű magas hamutartalmú szenek képviselik, amelyek tüzeléstechnikai célokra gyenge minőségük miatt nem alkalmasak és emiatt a jelenlegi művelés során visszahagyásra kerülnek. A termelésbe történő bekapcsolásuk és felhasználásuk növelné a meglevő széntermelési rendszerek kapacitáskihasználását és ezáltal a széntermelés hatékonyságát. A gyenge minőségű szenek ötvözetgydrtási célra történő újszerű felhasználása azon a felismerésen alapszik, hogy a szén karbontartalmával a hamuban levő fémoxidok kiredukáihatók elektrotermikus úton. Ilyen eljárást ismertet pl. Eljutyin V. P., Pavlov V. A., Levin B. E.: Ferrolegierungen (1953. Berlin) c. közleménye, amikor is szilárd tüzelőanyagok égési maradékaiból állítottak elő FeSiAl-ot. Kísérleteik eredményeként 25— 30 % Al-ot és 30-40 % Si-ot tartalmazd ötvözetet kaptak 19—30 kWh/kg villamosenergia ráfordítással. Gyenge minőségű szenek közvetlen elektrotermikus feldolgozására vonatkozik a 164.987. sz. magyar szabadalmi leírás. Az eljárás lényege, hogy egy adott ötvözetösszetétel előállítása céljából 10—30 % fix-karbont, 40— 60 % hamut, 15—30 % illőt tartalmazó szénkísérő kőzetet és adott esetben bizonyos korrekciós anyagokat elektrotermikus úton közvetlenül komplex ötvözetté redukálják. Az eljárás előnye, hogy felismerte a szóban forgó szénkísérő kőzet (gyenge minőségű szén) azon kedvező tulajdonságát, hogy a redukálószert és a redukálandó oxidokat finom elosztásban tartalmazza és emiatt a lejátszódó kémiai folyamatok sebessége megfelelően gyors. A szénhamuban levő különböző fémoxidokat elektrotermikus úton kireduklálva olyan értékes komplex ötvözet állítható elő, amely kedvezően befolyásolja az acélok mechanikai tulajdonságait, A fenti találmány szerinti eljárás hátránya, hogy a szénkísérő kőzetek ill, gyenge minőségű szenek fizikai és kémiai tulajdonságai a karbon és a fémoxidok finom, homogén elosztásán kívül nem kedvezőek az elektrotermikus ötvözetgyártáshoz és éppen ezért nem tekinthetők „önjáró” anyagoknak. A jelen találmányi bejelentés azon a felismerésen alapszik, hogy egy megfelelő termikus előkészítési művelet segítségével, a gyenge minőségű szenek, szénkísérő kőzetek, — amelyeket általánosan éghetőanyagtartalmú alumíniumszilikátoknak nevezhetünk - fizikai (szilárdság,elektromos ellenállás) és; kémiai (Fix karbon, fémoxidok aránya) tulajdonságai az elektrotermikus ötvözetgyártás szempontjából kedvezőbbé alakíthatók és ezáltal gazdaságosabban dolgozhatók fel elektrotermikus úton komplex ötvözetekké. Az éghetőanyag-tartalmú alumíniumszilikátok elektrotermikus redukciója során megfelelő femkihozatalok csak a redukálandó oxidok és a redukálószer megfelelő aránya esetén érhető el. Ennek magyarázata a fő . komponens a Si02 redukció mechanizmusában rejlik. Az elektrotermikus FeSiAl gyártásnál a Si-veszteség ugyanis elsősorban a gázfázisú SiO képződéssel függ össze és nyilvánvalóan minél több a füstgázok mennyisége, annál kevésbé lehet a gázfázisú SiO-t a kemencében levő elegyoszlop felső hidegebb zónájában kondenzáltatni, „megfogni”. Karbonhiány esetén az elegyben levő Si02 feleslegbe kerül és elsalakui. A karbonfeleslegnek ugyanolyan kedvezőtlen — a fajlagos elektromos energiaszükséglet növelő, a fémkihozatait csökkentő - hatása van, mint a karbonhiánynak, mert ekkor a karbidképződés okoz zavart. A SiC ugyanis mind a fémben, mind pedig az oxidfázisban szuszpendálódik és megnöveli az olvadék viszkozitását, aminek az a következménye, hogy a salakot nehéz a kemencéből eltávolítani. A karbonfeleslegnek további kedvezőtlen hatása az, hogy megnöveli a kemencében levő anyag elektromos vezetőképességét az alacsony hőmérsékletű zónákban: az elektródák felfelé törekednek. Az elektródák bemerülési mélységének csökkenésével viszont csökken a kemence alsó zónájában uralkodó hőmérséklet, ezáltal a SiC okozta csapolási nehézségeket az alacsony hőmérséklet tovább növeli. A magasan járó elektródák pedig túlhevítik az elegy felső zónáját, ami megnöveli a SiO elgőzölgéséből származó veszteségeket. A Si-veszteséget okozó SiO, illetve SiC-képződés karbonhiány, illetve karbonfeiesleg eredménye. Az elektrotermikus kemence munkapontját úgy kell beállítani, hogy ezek a veszteségek minimálisak legyenek. Ez — eltekintve most a kemence elektromos paramétereitől — az optimális karbon (összes fémoxid arány beállítását teszi szükségessé, amelyre az éghetőanyagtartalmú alumíniumszilikátok közvetlen feldolgozása esetén csak korrekciós anyagok koksz vagy fémoxidok felhasználásával van lehetőség, ami megnöveli a gyártás önköltséget. Az éghetőanyag-tartalmú alumíniumszilikátok közvetlen elektrotermikus feldolgozásával együttjáró további hátrányos jelenség az, hogy a kiindulási anyag átlagosan 8-15 % nedvességet és 15-25 % illőt tartalmaz. Ezen ballasztanyagok eltávozása a kemencéből elektromos energiát fogyasztó folyamat: a fajlagos energiaszükséglet 10—30 %-kal növekszik. A nedvesség- és illótartalom eltávozása ezenkívül lényegesen növeli a füstgázok mennyiségét, ami a korábban már említett SiO veszteség csökkentését akadályozza. Emellett a füstgázok nagy mennyisége miatt az ilyen anyagok feldolgozására a korszerű, a kisebb hőveszteségge! üzemelő fedett elektrokemencék nem alkalmasak. Az éghetőanyag-tartalmú alumíniumszilikátok közvetlen elektrotermikus feldolgozásával együttjáró egyik legfőbb hátrány a kiindulási anyag jó elektromos vezetőképességével függ össze. Ismeretes ugyanis, hogy az elektrotermikus kemencékben a redukciós folyamatok hőigényét az elektródák és a kemencefenék között húzott ívfény és a kemencében levő anyag ohmikus ellenállása következtében képződő hő biztosítja. Ez utóbbi a gazdaságos gyártás miatt rendkívül fontos, ezért a kemencébe kerülő anyag elektromos vezetőképességének minél kisebbnek kell lennie. E célból a hagyományos FeSi és FeSiAl gyártásnál az elegy vezetőképességét rontó adalékot (általában faforgácsot) használnak. Az éghetőanyag-tartalmú alumíniumszilikátok elektromos tulajdonságaik alapján az elektromos félvezetők közé tartoznak: a hőmérséklet növekedésével elektromos vezetőképességük nő. Látható tehát, hogy az eredeti állapotban a kemencébe jutó kis ellenállású anyag a kemencében lefelé haladva még kisebb ellenállású lesz, kedvezőtlenül befolyásolva ezáltal a kemence elektromos viszonyait. A salakmentes elektrotermikus eljárásoknál a jó 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 30 65 2
