Wie werden Ferrolegierungen hergestellt?

Ferrolegierungen

Ferrolegierungen sind Vorlegierungen, die Eisen und ein oder mehrere Nichteisenmetalle als Legierungselemente enthalten. Ferrolegierungen werden im Allgemeinen in zwei Kategorien unterteilt: Massenferrolegierungen (in großen Mengen in Elektrolichtbogenöfen hergestellt) und Spezialferrolegierungen (in kleineren Mengen hergestellt, aber von zunehmender Bedeutung). Massenferrolegierungen werden ausschließlich in der Stahlerzeugung und in Stahlgießereien verwendet, während die Einsatzmöglichkeiten spezieller Ferrolegierungen vielfältiger sind. Im Allgemeinen werden etwa 90 % der Ferrolegierungen in der Stahlindustrie verwendet.
Wie oben erwähnt, können Ferrolegierungen in zwei Hauptkategorien unterteilt werden: Massenlegierungen (Ferrochrom, Ferrosilicium, Ferromangan, Siliziummangan und Ferronickel) und Sonderlegierungen (Ferrovanadium, Ferromolybdän, Eisenwolfram, Ferrotitan, Ferrobor undFerroniobium).

Herstellung von Ferrolegierungen

Es gibt zwei Hauptmethoden zur Herstellung von Ferrolegierungen: Die eine ist die Verwendung von Kohlenstoff in Kombination mit geeigneten Schmelzprozessen und die andere ist die metallotherme Reduktion mit anderen Metallen. Das erstere Verfahren ist in der Regel mit Batch-Verfahren verbunden, während das letztere hauptsächlich zur Herstellung spezieller hochwertiger Legierungen verwendet wird, die normalerweise einen geringeren Kohlenstoffgehalt aufweisen.

Unterpulververfahren

Das Unterpulververfahren ist ein Reduktionsschmelzverfahren. Die Reaktanten bestehen aus Metallerzen (Eisenoxid, Siliziumoxid, Manganoxid, Chromoxid usw.). und ein Reduktionsmittel, eine Kohlenstoffquelle, üblicherweise in Form von Koks, Holzkohle, hoch- und schwerflüchtigen Kohlen oder Sägemehl. Als Flussmittel kann auch Kalkstein zugesetzt werden. Die Rohstoffe werden zerkleinert, sortiert und teilweise getrocknet, bevor sie zum Wiegen und Mischen in eine Mischkammer gefördert werden.

Förderbänder, Eimer, Absetzkipper oder Wagen transportieren das verarbeitete Material zu einem Trichter über dem Ofen. Die Mischung wird dann je nach Bedarf kontinuierlich oder intermittierend durch die Schwerkraft durch eine Zuführrutsche gefördert. Bei den hohen Temperaturen der Reaktionszone reagiert die Kohlenstoffquelle mit den Metalloxiden unter Bildung von Kohlenmonoxid und reduziert das Erz zu unedlen Metallen

Das Schmelzen in einem Elektrolichtbogenofen erfolgt durch die Umwandlung elektrischer Energie in Wärme. Ein an die Elektroden angelegter Wechselstrom bewirkt, dass ein elektrischer Strom durch die Ladung zwischen den Elektrodenspitzen fließt. Dadurch entsteht eine Reaktionszone mit Temperaturen von bis zu 2000 °C (3632 °F). Während der Wechselstrom zwischen den Elektrodenspitzen fließt, ändert die Spitze jeder Elektrode kontinuierlich die Polarität. Um eine gleichmäßige elektrische Belastung aufrechtzuerhalten, wird die Elektrodentiefe automatisch und kontinuierlich auf mechanische oder hydraulische Weise variiert.

Exotherme (metallotherme) Prozesse

Exotherme Prozesse werden üblicherweise zur Herstellung hochwertiger Legierungen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt eingesetzt. Die in diesem Prozess verwendete geschmolzene Zwischenlegierung kann direkt aus einem Unterpulverofen oder einer anderen Art von Heizvorrichtung stammen. Silizium oder Aluminium verbinden sich mit Sauerstoff in der geschmolzenen Legierung, was zu einem starken Temperaturanstieg und einer intensiven Umwälzung des Schmelzbades führt.

Ferrochrom (FeCr) und Ferromangan (FeMn) mit niedrigem und mittlerem Kohlenstoffgehalt werden durch Siliziumreduktion hergestellt. Durch Aluminiumreduktion wird metallisches Chrom erzeugt,Ferrotitan, Ferrovanadiumund Ferroniob.FerromolybdänUndEisenwolframwerden durch einen gemischten Wärmebehandlungsprozess aus Aluminium und Silizium hergestellt. Obwohl Aluminium teurer ist als Kohlenstoff oder Silizium, ist das Produkt reiner. Ferrochrom mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (LC) wird normalerweise durch Schmelzen von Chromerz und Kalk in einem Ofen hergestellt.

Anschließend wird eine bestimmte Menge des geschmolzenen Ferrosiliciums in eine Stahlpfanne gegeben. Anschließend wird eine bekannte Menge Ferrosilicium mittlerer Qualität in die Pfanne gegeben. Die Reaktion ist extrem exotherm und setzt Chrom aus seinem Erz frei, wodurch LC-Ferrochrom und Calciumsilikatschlacke entstehen. Diese Schlacke, die noch rückgewinnbares Chromoxid enthält, reagiert in einer zweiten Pfanne mit dem geschmolzenen Ferrochrom mit hohem Kohlenstoffgehalt, um Ferrochrom mittlerer Qualität zu erzeugen. Exotherme Prozesse werden normalerweise in offenen Behältern durchgeführt und können während des Reduktionsprozesses für kurze Zeit Emissionen erzeugen, die denen von Unterpulverlichtbogenprozessen ähneln.