die Ferro-Silizium-Aluminium-Legierung (FeSiAl).
Traditionell wird bei der Stahlherstellung die Schmelze durch den kombinierten Einsatz von Sekundäraluminium und Ferrosilizium desoxidiert. Die neu entwickelte Ferro-Silizium-Aluminium-Legierung vereint die metallurgischen Eigenschaften von Aluminium sowie Ferro-Silizium und kann daher als Substitutionsprodukt für die Desoxidation eingesetzt werden.
Der metallurgische Nutzen der neuen Legierung wurde bereits bei mehreren renommierten Werken getestet und alle uns zugänglichen Testergebnisse haben bewiesen, dass der Einsatz von Standard-Ferrosilizium vollständig substituiert werden kann und der Einsatz von Aluminium durch den Einsatz dieser Legierung erheblich reduziert werden kann.
Die von kasachischen Wissenschaftlern entwickelte Technologie der Ferrosilizium-Aluminium-Verhüttung aus aschereicher Kohle und aschereichem Haldenkohlenstoffgestein hat hohe technische und ökonomische Kennzahlen, wobei die Verwendung von teurem Koks völlig ausgeschlossen ist. Die Technologie ist durch internationale Patente geschützt.
Die Ferro-Silizium-Aluminium-Legierung (FeSiAl) stellt eine komplexe Silizium-Aluminium-Legierung dar. Eine Besonderheit der Technologie der karbothermischen Herstellung von FeSiAl ist die Fähigkeit, eine Legierung mit einem Siliziumgehalt von 40-70% und Aluminium von 10-25% zu schmelzen.
Die FeSiAl-Sorten FeSi45Al10, FeSi45Al15, FeSi45Al20 und FeSi55Al15 ersetzen erfolgreich das traditionelle Ferrosilizium FeSi65 und FeSi75 sowie das Sekundäraluminium der Sorten AB80 und AB85 bei der Verarbeitung von minderwertigen und niedrig legierten Stählen. Während Ferrosilizium keine besonderen schädlichen Verunreinigungen außer Phosphor enthält, dessen Gehalt begrenzt ist, enthält das Sekundäraluminium der Sorten AB80-85 erhebliche Mengen an Buntmetallverunreinigungen (Zink, Blei, Kupfer usw.), die die Qualität des Stahls und der feuerfesten Auskleidung von Elektrolichtbogenöfen und Pfannen erheblich beeinträchtigen.
Zahlreiche industrielle Tests von FeSiAl in der Stahlverarbeitung zeigten eine signifikante Verbesserung der Qualität bei gleichzeitiger Senkung der Kosten der Stahlproduktion durch die Erhöhung der vorteilhaften Nutzung von Silizium und Aluminium, im Gegensatz zum traditionellen Schema der separaten Desoxidation von Stahl mit Ferrosilizium und Aluminium. Die Erhöhung der vorteilhaften Nutzung von Aluminium in der Zusammensetzung von FeSiAl wird durch das Vorhandensein von intermetallischen Phasen von Silizium und Eisen, sowie Eisen und Aluminium erklärt.
Bei der Wechselwirkung mit der Stahlschmelze wird das Aluminium in der Zusammensetzung des FeSiAl vor der Oxidation durch Silizium abgeschirmt, das zuerst mit Eisenoxid (FeO) zu interagieren beginnt, und erst danach interagiert der gelöste Sauerstoff mit dem Aluminium. Ein solcher Mechanismus der Stahldesoxidation bei der Verwendung von FeSiAl ermöglicht es, die nützliche Verwendung von Aluminium zu erhöhen und den Aluminiumrausch deutlich zu reduzieren. Die entstehenden Oxid-Desoxidationsprodukte im Stahlvolumen haben eine komplexe Zusammensetzung ([Fe, Mn] O - SiO2, Al2O3), was zu ihrem niedrigen Schmelzpunkt und einer leichteren und vollständigen Entfernung aus dem Stahlvolumen beiträgt.
Im Gegensatz zur traditionellen Desoxidationsmethode wurde eine Reduzierung der Menge der restlichen nichtmetallischen Einschlüsse um das 1,5-2-fache erreicht. Gleichzeitig zeichnen sich die restlichen nichtmetallischen Einschlüsse durch eine feine Dispersion und eine gleichmäßige Verteilung im gesamten Stahl mit einer günstigen Morphologie aus.
- thyssenkrupp AG (Deutschland)
- POSCO (Südkorea)
- Çolakoğlu Metalurji A. Ș. (Türkei)
- JFE Steel Corp. (Japan)
- KobeSteelLtd. (Japan)
- "Arcelor Mittal Temirtau" JSC (Republik Kasachstan)
- "KazChrome" JSC (Republik Kasachstan)
- Omutninsk Metallurgical Plant JSC (Russische Föderation)
- Magnitogorsk Eisen- und Stahlwerk JSC (Russische Föderation)
Nach erfolgreicher Erprobung der Legierung in den metallurgischen Betrieben in den GUS-Ländern und im Ausland wurden Vereinbarungen über regelmäßige Lieferungen von Produkten nach der Wiederaufnahme der FeSiAl-Produktion an die Betriebe getroffen: ArcelorMittal Temirtau (Kasachstan), NLMK, ММК und ОМК (alle - Russland), POSCO Group (Südkorea), China Baowu Steel Group (früher Baosteel Group Corporation, China). Darüber hinaus wurde ein Abnahmevertrag mit thyssenkrupp Materials Trading (Deutschland) und ein Vertriebsvertrag mit der HANWA Group (Japan) abgeschlossen.
Aufgrund der Testergebnisse und Marketingrecherchen äußerte sich der Konzern thyssenkrupp AG (29. Platz in der Welt, Tabelle 2.14) zu Ferro-Silizium-Aluminium: "Wir bestätigen hiermit, dass wir die Rechte zur Vermarktung einer innovativen Legierung aus Ferro-Silizium-Aluminium haben, die unserer Meinung nach ein Schlüsselereignis in der Entwicklung der Metallurgie darstellt".
Eine weitere wichtige Anwendung von FeSiAl ist die Verwendung als Reduktionsmittel bei der Herstellung von veredelten Sorten von Ferrochrom und Ferromangan sowie bei der Herstellung einer Reihe von anderen Legierungen und Vorlegierungen anstelle von Ferrosiliziumchrom und Ferrosiliziummangan mit dem Zusatz von Kalk, der zur Zerstreuung der endgültigen Schlacken in feines Pulver während der Abkühlung beiträgt. Die Verwendung von FeSiAl reduziert die Zugabe von Kalk um 35-40%, den Energieverbrauch um 20%, das Schlackenverhältnis von 3,0-4,0 auf 1,8-2,5 und eliminiert die Kristallisation von Zwei-Calcium-Silikat und damit die Neigung zur Schlackenbildung.
Die Verwendung von FeSiAl beim Schmelzen von veredelten Ferrochromsorten im Ferrolegierungswerk Aktobe hat gezeigt, dass es möglich ist, die Produktionskosten von Ferrochrom um 300-350 USD zu senken.
Ferro-Silizium-Aluminium weist eine höhere Desoxidationsfähigkeit im Vergleich zur Verwendung von Ferro-Silizium und Aluminium auf. Somit reduziert der Ersatz dieser Produkte durch Ferrosilizium-Aluminium den Verbrauch von Rohstoffen erheblich und senkt somit die Kosten. Da der moderne globale Stahlmarkt stark konsolidiert und auf Effizienzsteigerung ausgerichtet ist, ermöglicht der Einsatz von Ferrosilizium-Aluminium den Herstellern eine deutliche Kostenreduzierung und damit eine Steigerung ihrer Gewinne.
Weitere positive Nebeneffekte der Verwendung der Legierung äußern sich in einer gründlicheren Dekontamination der Schmelze von nichtmetallischen Einschlüssen und in einer verbesserten Qualität der Stahloberfläche (weniger Risse).
Aus Sicht des Herstellers ist Ferro-Silizium-Aluminium ein sehr effektives Produkt. Die Herstellung von Standard-Ferrosilizium und -Aluminium beinhaltet neben dem für die Herstellung aller Legierungen erforderlichen Strom auch den Einsatz mehrerer teurer Materialien (z. B. Quarzit, Tonerde und Reduktionsmittel). Im Gegensatz dazu wird Ferro-Silizium-Aluminium hauptsächlich aus minderwertiger Kohle hergestellt.
Im Gegensatz zu Sekundäraluminium gibt es keine Buntmetallverunreinigungen in der Zusammensetzung von FeSiAl, und die Kosten pro Einheit Aluminium sind 1,5-2-mal niedriger als bei reinem elektrolytischem Aluminium.
Es ist die Besonderheit der neuen Technologie, dass die Verwendung von kohlenstoffhaltigen Rohstoffen mit hohem Aschegehalt, d.h. ein fertiges natürliches Brikett (Monomischung), in dem günstige Kombinationen von Verbindungen aus Silizium und festem Kohlenstoff enthalten sind, deren Menge für Reduktionsprozesse ausreichend ist und Kokszugabe nicht erforderlich ist.
Die Rohstoffkosten für das Schmelzen von FeSiAl sind über 50% niedriger, als die für FeSi75, nur wegen der Verwendung von minderwertigen Rohstoffen, die traditionell auf Deponien gehen. Und die Produktionskosten von FeSiAl sind 25 - 35% niedriger im Vergleich zu den Produktionskosten von FeSi75.
So ist die gewählte Technologie für die Produktion von Ferrosilizium-Aluminium die derzeit effektivste und vorteilhafteste in Bezug auf Technologie und Wirtschaftlichkeit. Die Basis der Technologie auf der Verwendung von aschereichen kohlenstoffhaltigen Rohstoffen, die mit Industrieabfällen verbunden sind, sowie deren große Reserven eröffnen große Perspektiven für die Produktion von komplexen Silizium-Aluminium-Legierungen.
Die neue Technologie ermöglicht die Herstellung einer ganzen Gruppe von komplexen Legierungen auf der Basis von Ferro-Silizium-Aluminium mit dem Zusatz von Legierungselementen (Vanadium, Bor, Seltenerdmetalle) und Modifikatoren von nichtmetallischen Einschlüssen (Calcium, Barium, Strontium).
Kasachische Forscher haben eine innovative Methode zur Herstellung von reinen kohlenstoffhaltigen Materialien aus erneuerbaren Quellen entwickelt und patentiert. Unter der großen Vielfalt der Abfälle von phytogenen Materialien wird eine besondere Aufmerksamkeit auf die Abfälle der Reisverarbeitung - Schalen und Stroh, aufgrund ihrer strukturellen Eigenschaften - hoher Gehalt an Siliziumdioxid und Kohlenstoff.
Das Verfahren wurde in einer Pilotanlage getestet. Das neue brikettierte Siliziumdioxid-Kohlenstoff-Composite (kohlenstoffhaltiges Produkt) enthält 31-33 % SiO2, 53 % C und 12 % Kohlenhydrate.
Aus diesem Produkt wurde unter Zugabe von sauberen Quarzsanden das hochreine Ferrosilizium mit Gesamtverunreinigungsgehalt unter 0,5% erhalten.
ICMD hat dieses Patent im Jahr 2018 erworben.
Die Schmelztechnologie von speziellen Stahlsorten (isotrop, anisotrop) ist ziemlich schwierig. Der Ersatz von Chargenmaterialien erfordert industrielle Tests des neuen Produkts, um seine Wirkung auf die wichtigsten strukturellen (kristallographischen) und anderen elektrotechnischen Eigenschaften der hergestellten Stähle zu untersuchen
Herstellung von Ferrosilizium mit geringem Aluminiumgehalt aus dem brikettierten Silica-Carbon Composite, das bei der Verarbeitung von Quarzsanden, Reishülsen und Reisstroh entsteht.
Ferrosilizium ist praktisch frei von Al, da das Rohmaterial kein Al enthält. Als Rohstoff dienen das Produkt aus luftdicht gerösteten Reishülsen mit 80% C und 20% SiO2 und Abfälle aus der Vanadiumproduktion mit 80% SiO2 und 20% C. Beide Produkte enthalten kein Al. Vanadium wird aus Schwarzschieferlagerstätten in Kasachstan durch Schwefellaugung gewonnen, dabei gehen auch das enthaltene Al und Ti in Lösung. Daher ist nach der Schwefelauslaugung kein Al im Endprodukt vorhanden.
Die Novator GmbH ist eine Tochtergesellschaft der HMT Group, die innovative, umweltfreundliche und abfallfreie Kohletechnologien entwickelt.
Der Forschungsgruppe des Novator-Projekts "Spezialkoks mit niedrigem Aschegehalt" ist es 2005 erstmals gelungen, das Reduktionsmittel - Spezialkoks mit niedrigem Aschegehalt - aus einem mineralischen Rohstoff zu gewinnen.
Spezialkoks mit geringem Aschegehalt ist ein Desoxidationsmittel der neuen Generation und wird beim Schmelzen von kristallinem Silizium zur Gewinnung von Siliziummetall eingesetzt und kann somit als 100%iger Holzkohleersatz verwendet werden. Die wirtschaftlichen und technischen Vorteile gegenüber Holzkohle:
- Leistungssteigerung des Elektroofens bis zu 10%
- Senkung der Produktionskosten bis zu 10%
- Erhöhung des Extraktionsgrades von 75% auf 93%
- Hoher Schmelzwirkungsgrad durch Zweikomponentenschicht (Quarz + Spezialkoks mit geringem Aschegehalt)
Der jährliche Ausstoß des Spezialkokses beträgt ca. 10.000 Tonnen.
Die Anwendbarkeit des Spezialkokses Recsil wurde von wissenschaftlichen Forschungsinstituten in Kasachstan und Russland durch einen großtechnischen Produktionstest bestätigt.