<B>Verfahren zur Reduktion und</B> Sinterung <B>von Formkörpern, die reduzierbare</B> <B>Metallverbindungen enthalten.</B> Es ist. bekannt., aus Erzen oder Metalloxy den in Pulverform Formkörper herzustellen, diese in ein kohlenstoffhaltiges Material ein zubetten, zu erhitzen und zu Eisenschwamm zu reduzieren.
Bei diesem Verfahren wird das reduzierbare Material im Reduktionsmittel eingehettet und von diesem gestützt, so dass während der Reduktion kaum Risse im Form körper entstehen, was hier aber auch ohne Be deutung wäre, da der hergestellte Eisen- schwamrnkörper einer weiteren Bearbeitun- unterworfen werden soll.
Weiterhin ist. die Herstellung fertiger Gegenstände durch Reduktion und Sinterung von Formkörpern in einer reduzierenden Gas atmosphäre bekannt. Die Risse, die dabei in einem frühen Stadium der Reduktion entste hen, bleiben offen und verschlechtern die Eigenschaften des Formkörpers.
Es wurde nun gefunden, dass diese Riss- bildung während der Reduktion, besonders in einer freien Gasatmosphäre, vermieden werden kann, wenn die Temperatur bis zur Sintertemperatur stufenweise erhöht und für jede Reduktionsstufe der vorhandenen Metall verbindungen innerhalb eines derartigen Tem peraturbereiches und so lange Zeit konstant gehalten wird, dass infolge langsamer Abgabe der bei der Reduktion gebildeten Gase im Formkörper keine Rissbildung auftritt..
Durch Untersuchungen über den Verlauf der Zeit-Temperaturkurve wurde festgestellt, dass für die verschiedenen Reduktionsstufen reduzierbarer 11etallverbindungen besondere Temperaturbereiche vorhanden sind, in denen die Gasentwicklung bei der _ Reduktion eine für die Beständigkeit der Form des Form köpers kritische Geschwindigkeit erreicht.
Das Trocknen, die Reduktion und die Sin- terung der Formkörper kann in einem zu sammenhängenden Vorgang erfolgen. Die Re duktion kann bei Temperaturen geschehen, die weit unter den Temperaturen liegen, die bei der Herstellung von Metallen gemäss den üblichen Schmelzmethoden zur Anwendung kommen. Da. der Reduktionsverlauf von gröss ter Wichtigkeit für ein Gelingen des Prozesses ist, sollen beispielsweise die Verhältnisse bei der Reduktion von Eisenoxyd (Magnetiterz) näher beschrieben werden.
Aus hoehangereiehert.em, feingemahlenem Magnetiterz wird ein Körper mit im wesent lichen der Form gebildet, die der fertige Kör per haben soll. Nachdem der Formkörper ge trocknet wurde (bei<B>80</B> bis 200 C), kann er verhältnismässig rasch auf 425 bis 475 C er hitzt werden.
In diesem Temperaturbereich ist die Reduktionsgeschwindigkeit für Fez0, @. Fe0 (-11agnetiterz = Fe,t0, = Fe,03 -#-Fe0) ziemlich hoch, aber nicht so hoch, dass die gebildeten Reduktionsprodukte die sehr spröde Masse sprengen. Würde aber die Tem peratur rasch über diesen Punkt hinaus er höht, hätte dies zur Folge, dass die Redttk- tionsgeschwindigkeit so gross wird, dass der Formkörper voll von Rissen wird.
Daher muss die Temperatur im Temperaturbereich dieser Reduktionsstufe (425 bis 475 C) während einer Zeit beibehalten werden, die von den Dimensionen des Formkörpers abhängig ist. Erst allmählich kann die Temperatur wieder erhöht werden, wobei es wichtig ist, dass die Steigerung bis auf 500 C sehr langsam er folgt.
Darauf kann eine raschere Erhöhung auf 600 bis 650 C stattfinden. In diesem Tempe raturbereich wird Fe0 zu Fe unter kräftiger Gasentwicklung in der Masse reduziert. Wie bei der ersten Reduktionsstufe muss die Tem peratur in diesem Bereich längere Zeit kon stant gehalten werden und kann dann nur langsam auf etwa 700 C erhöht werden.
An schliessend darf verhältnismässig rasch eine Temperatursteigerung auf 1000 bis 1250 C erfolgen, bei der fertig reduziert wird, und die Sinteriing unter Schrumpfring und Festig- keitserhöhung des Formkörpers erfolgt.
Da oben für Eisenerz Beschriebene gilt allgemein für alle reduzierbaren Metallverbin dungen, nur ändern die Temperaturbereiche und eventuell die benötigten Reaktionszeiten der einzelnen Reduktionsstufen.
Besteht ein Formkörper aus verhältnis mässig grossen Mengen verschiedener reduzier barer Metallverbindungen, ist es notwendig, in den Temperaturbereichen der verschiedenen Reduktionsstufen die Temperatur längere Zeit konstant zu halten, bevor eine weitere Tem peraturerhöhung erfolgen kann.
In der Praxis wird es sich meistens so verhalten, dass Metall verbindungen mit von der Hauptmasse stark abweichenden Reduktionstemperaturen nur einen geringen Anteil ausmachen, so dass le diglich auf die Temperaturbereiche der Re duktionsstufen der den Hauptanteil der Masse bildenden Metallverbindungen Rücksicht ge nommen werden muss.
Die Reduktion wird am besten so aus geführt, dass ein als Reduktionsmittel an gewandtes Gas in einem kontinuierlichen Ofen im Gegenstrom zur Bewegimgsriehtung des Gutes strömt.
Bei grossen Querschnitten des Gutes ist es von Vorteil, demselben ein festes Reduktionsmittel in Form von Kohle, Teer usw. beizumischen und zwar eventuell in sol cher Menge, dass diese auch zum erwünschten Aufkohlen des Produktes ausreicht. Das gas förmige und das feste Redaktionsmittel kön nen auch gleichzeitig angewendet werden.
Es ist klar, dass durch Mischen mehrerer reduzierbarer Metallverbindungen direkt le gierte Formkörper hergestellt werden können.
Als Reduktions- und Sinteröfen können Kammeröfen, Glockenöfen oder kontinuier liche Durchgangsöfen Anwendung finden, wo bei sich letztere für die Herstellung von Pro filen, Bändern, Rohren usw. von grossen Län gen besonders eignen. Im kontinuierlichen Durchgangsofen werden dem Vorschub und der benötigten Zeitdauer in der Länge an- gepassteHeizzonen von der gewünschten Tem peratur für die einzelnen Reduktionsstufen angewandt.
Nach der Reduktion und Vorsinterung er hält man einen porösen Metallkörper geringer Festigkeit mit einem Porenvolumen zwischen 30 und 70<B>70.</B> Ausnahmsweise können derartige Formkörper direkt verwendet werden, bei spielsweise als Gas- oder Flüssigkeitsfilter.
Der technisch weitaus wichtigste Weg ist jedoch die Herstellung von Formkörpern mit einem Porenvolumen unter 20 %, was dadurch erreicht werden kann, dass an die beschriebene Reduktion und Vorsinterung sich eine Kom primierung durch Schmieden, Nachpressen, Hämmern, Walzen usw. mit nachfolgender Fertigsinterung anschliesst.
Das hier beschriebene Verfahren kann zur direkten Herstellung von Halbfabrikaten, wie Stangen, Blechen, Rohren usw. wie auch von Ganzfabrikaten Verwendung finden. Das Roh material kann aus Pulvern von hochangerei cherten Erzen, reinen Oxyden, Sulfiden, Kies abbränden usw. bestehen.
Die Pulver können trocken verpresst wer den; es ist jedoch von Vorteil, diese durch Zu sätze in plastische Fomin zu bringen, wobei ein Zusatz von 3 bis<B>15%</B> Steinkohlenteer, von frisch mit Amoniak gefälltem Eisenhydro- xyd, von 2 % Manganoxy dhydrat usw. eine ausreichende plast.ifizierende Wirkung her vorruft, wodurch der benötigte Druck für die Formgebung unter 3 t./cm' bleibt.
<B> Process for the reduction and </B> sintering <B> of shaped bodies which contain </B> <B> reducible metal compounds. </B> It is. known. To produce the molded body in powder form from ores or metal oxy, embed them in a carbonaceous material, heat them and reduce them to sponge iron.
In this process, the reducible material is embedded in the reducing agent and supported by it, so that hardly any cracks appear in the molded body during the reduction, which would be of no significance here, since the sponge iron body produced is to be subjected to further processing.
Furthermore is. the production of finished objects by reducing and sintering shaped bodies in a reducing gas atmosphere is known. The cracks that arise at an early stage of the reduction remain open and worsen the properties of the molded body.
It has now been found that this crack formation during the reduction, especially in a free gas atmosphere, can be avoided if the temperature is increased gradually up to the sintering temperature and constant for each reduction stage of the metal compounds present within such a temperature range and for such a long time it is kept that no crack formation occurs in the molding due to the slow release of the gases formed during the reduction ..
Investigations on the course of the time-temperature curve showed that for the various stages of reduction of reducible metal compounds there are special temperature ranges in which the evolution of gas during the reduction reaches a rate which is critical for the stability of the shape of the molded body.
The drying, reduction and sintering of the shaped bodies can take place in a coherent process. The reduction can take place at temperatures that are far below the temperatures that are used in the manufacture of metals using conventional melting methods. There. The course of the reduction is of the greatest importance for the success of the process, for example the conditions in the reduction of iron oxide (magnetite ore) should be described in more detail.
From hoehangereiehert.em, finely ground magnetite ore, a body is formed with essentially the shape that the finished body should have. After the molding has been dried (at 80 to 200 C), it can be heated to 425 to 475 C relatively quickly.
In this temperature range the rate of reduction for Fez0, @. Fe0 (-11agnetite ore = Fe, t0, = Fe, 03 - # - Fe0) quite high, but not so high that the reduction products formed break up the very brittle mass. However, if the temperature were to be increased rapidly beyond this point, this would have the consequence that the rate of reduction would be so great that the molding would become full of cracks.
Therefore, the temperature in the temperature range of this reduction stage (425 to 475 C) must be maintained for a time that depends on the dimensions of the molding. The temperature can only be increased gradually again, whereby it is important that the increase up to 500 C takes place very slowly.
A more rapid increase to 600 to 650 C can then take place. In this temperature range, Fe0 is reduced to Fe with vigorous evolution of gas in the mass. As with the first reduction stage, the temperature in this area must be kept constant for a long time and can then only be increased slowly to around 700 ° C.
The temperature can then be increased relatively quickly to 1000 to 1250 C, at which point the temperature is reduced and the sintering takes place with a shrink ring and an increase in the strength of the molded body.
Since what is described above for iron ore generally applies to all reducible metal compounds, only the temperature ranges and possibly the required reaction times of the individual reduction stages change.
If a molding consists of relatively large amounts of different reducible metal compounds, it is necessary to keep the temperature constant for a longer time in the temperature ranges of the different reduction stages before a further increase in temperature can take place.
In practice, it will usually be the case that metal compounds with reduction temperatures that differ greatly from the bulk make up only a small proportion, so that only the temperature ranges of the reduction stages of the metal compounds that make up the bulk of the bulk have to be taken into account.
The reduction is best carried out in such a way that a gas used as a reducing agent flows in a continuous furnace in countercurrent to the movement of the goods.
In the case of large cross-sections of the material, it is advantageous to add a solid reducing agent in the form of coal, tar, etc., possibly in such an amount that it is sufficient for the desired carburization of the product. The gaseous and solid editing media can also be used at the same time.
It is clear that directly alloyed shaped bodies can be produced by mixing several reducible metal compounds.
Chamber furnaces, bell furnaces or continuous Liche passage furnaces can be used as reduction and sintering furnaces, where the latter are particularly suitable for the production of pro files, strips, pipes, etc. of large lengths. In the continuous passage furnace, the length of the heating zones adjusted to the feed rate and the required time and at the desired temperature are used for the individual reduction stages.
After the reduction and pre-sintering, a porous metal body of low strength is obtained with a pore volume between 30 and 70. In exceptional cases, shaped bodies of this type can be used directly, for example as gas or liquid filters.
The technically by far most important way, however, is the production of shaped bodies with a pore volume below 20%, which can be achieved by compressing the described reduction and presintering by forging, re-pressing, hammering, rolling, etc. with subsequent final sintering.
The method described here can be used for the direct production of semi-finished products, such as rods, sheets, tubes, etc., as well as complete products. The raw material can consist of powders of highly enriched ores, pure oxides, sulphides, burned gravel etc.
The powders can be pressed dry; However, it is advantageous to bring these into a plastic form by additives, with an addition of 3 to 15% coal tar, iron hydroxide freshly precipitated with ammonia, 2% manganese oxyhydrate, etc. creates a sufficient plasticizing effect, whereby the pressure required for shaping remains below 3 t./cm '.