CS273319B2

CS273319B2 - Method of ferrous powders production from fine loose powdered iron trioxide

Info

Publication number: CS273319B2
Application number: CS61287A
Authority: CS
Inventors: Gunter Dipl Ing Schrey; Herbert Dr Dipl Ing Danninger; Gerhard Prof Dr Jangg
Original assignee: Voest Alpine Ag
Priority date: 1986-02-03
Filing date: 1987-01-30
Publication date: 1991-03-12
Also published as: CS61287A2; EP0232246B1; EP0232246A2; EP0232246A3; ATE74038T1; DE3777670D1; SU1699346A3

Description

Vynález se týká způsobu výroby železných prášků z jemného volně sypaného práškového oxidu železitého redukcí horkými plyny používaných v práškovém hutnictví.

Oe známo, že slisovatelnost železných prášků závisí do značné míry na vhodné předběžné úpravě. Podle tohoto známého způsobu se železný prášek žíhá, přičemž při teplotách mezi 650 a 700 °C je vyžíhán redukčně. Takto se u známých způsobů zajištuje, aby se prášek nemohl spéci, aby mohlo odpadnout dodatečné drcení a bylo možno používat levnějších a výkonnějších pecí, jako například rotačních troubových pecí.

Železné prášky, jichž se v současné době používá v práškové metalurgií, se vyrábějí buď pomocí vodních nebo vzduchových trysek tavenxn, přičemž se všeobecně osvědčily vodou kropené prášky pro jejich lepší slisovatelnost, nebo redukcí oxidů. Vodou kropené železné prášky, tak zvané atomizované prášky, dodávají výliskům vyrobeným z metalurgického prášku všeobecně lepší vlastnosti, především vyšší hustotu slisování, protože jednotlivé částice prášku mají většinou tvar kulových zrn, které mají dobrou schopnost toku, jsou ale uvnitř málo pórovité. Naproti tomu jsou železné prášky vyrobené redukcí vždy uvnitř pórovité a mají spíše nepravidelný tvar zrn, což snižuje hustotu slisování. Tento tvar zrn však působí příznivě na pevnost syrových výlisků. Velikou výhodou železných prášků vyrobených redukcí, tak zvaných houbovitých železných prášků, je jejich značně nižší cena, která je činí ve srovnání s atomizovanými železnými prášky použitelnými v mnoha případech, v nichž se nekladou tak vysoké požadavky na hustotu slisování.

Největší množství houbovitého železného prášku se vyrábí tak zvanou Hoganósovou metodou, podle níž se dokonale čistý magnetovec mele na stanovenou velikost částic, která určuje konečnou velikost částic železného prášku, suší se a plní se jím válcové formy z žáruvzdorného materiálu, přičemž válec ze železné rudy je zevně a uvnitř obklopen směsí koksu a vápna. Takto naplněné nádoby procházejí tunelovou pecí, přičemž redukční doba je a3i 72 hod., načež spečená železná houba ve tvaru tlustostěnných trub se z nádob vyjímá, čistí a rozemílá. Po roztřídění se jednotlivé frakce prášku ukládají odděleně do zásobníků a směšují se na syntetický prášek s dokonalým rozdělením zrn, který se za účelem snížení zpevnění chladem vzniklým při mletí, ještě žíhá, čímž je jeho výroba skončena a prášek je připraven k odvozu. Nehledě k velkému množství energie, jíž je třeba k rozemletí trub železné houby, spočívá nevýhoda popisovaného způsobu výroby v tom, že zrnitost vzniklých železných částic, a tím jeden z nejdůležitějších parametrů železných prášků je určena výchozí zrnitostí oxidu železitého. Při použití jemnozrnných oxidů železitých by vznikaly stejné jemné a tim i v metalurgické technice neupotřebitelné železné prášky.

Při jiném známém způsobu se okuje vzniklé při válcování po rozemletí na stanovenou zrnitost ohřevem na vzduchu průběžně okysličují na oxid železítý Fe₂0.j, načež se redukují v pásové peci vodíkem. Redukční teploty’se u tohoto způsobu pohybují v každém případě pod 1 000 °C. Dosažený spečenec houbovitého.železa se poté, stejně jako podle Hóganosova způsobu rozemílá, přičemž mletím se dosahuje^řurčitého dodatečného zhutnění houbovitých částic železného prášku, které se třídí a z jednotlivých frakcí se směšuje prášek s žádoucím rozdělením zrn podle velikosti. Ani tímto žpůsobem nelze dosáhnout potřebného výchozího materiálu, v tomto případě naprosto čisté okuje vzniklé při válcování.

Podle jiného způsobu se redukce provádí při vyšších teplotách, zvláště v rozmezí 1 093 až 1 204 °C se užívá jako výchozího materiálu jemného oxidu železitého, který byl získán rozdrcením vhodné rudy. *

Všechny uvedené způsoby používají práškových oxidů železitých, které jsou uvnitř husté, to je, u nichž jednotlivé částice oxidů železitých obsahují póry jen ojediněle. Tyto prášky mají sypnou hustotu podle jemnosti kulem asi 2 Mg.m^-3. Při redukci těchto oxidů se sice tvoři vnitřní pórovitost, protože se odstraňuje kyslík, rozdíly v hustotě mezi oxidem a kovem však nejsou tak veliké, aby způsobily rozpad jednotlivých částic, protože z jednoho násypu uvnitř hustých částic oxidu železitého určité zrnitosti vzniká redukcí násyp více nebo méně spečených, uvnitř málo pórovitých částic přibližně stejné zrnitosti jako u oxidu. Redukce uvnitř hustých částic oxidu železitého nezpůsobuje zásadně nijaký ztěžující problém.

CS 273 319 82

Nevýhody dosavadních způsobů výroby odstraňuje vynález, jehož podstata spočívá v tQm, že se oxid železitý se sypnou hustotou menší než 1.0 Mg.m³ redukuje plyny při teplotách od 1 200 do 1 392 °C, zvláště v rozmezí od 1 200 do 1 300 °C, popřípadě o sypné hodnotě menší než 0,5 Mg^-3. Redukčním plynem je vodík. Násyp oxidu železitého se před redukcí předzhutňuje tlaky nižšími než 0,1 MPa. Způsob se provádí ve dvou stupních, nejprve na prvním stupni při teplotách mezi 1 200 a 1 30Ů °C, načež se zčásti okysličený plyn převádí, z prvního stupně na druhý stupen při teplotách nižších než 1 200 °C. Kysličník železitý se vede proti proudu redukčního plynu nejprve ha stupeň s vyšší teplotou a poté na stupeň s nižší teplotou.

Jak bylo prokázáno matalografický.mi výzkumy, začínají se při aplikaci způsobu podle vynálezu jednotlivé jemné částice běhelíi redukčního procesu seskupovat nejprve do vzájemně nesouvislých shluků, během redukce všaj$ do pevných a uvnitř více méně pórovitých sbalků, které poté při rozemílání redukovaného spečence zůstávají do značné míry zachovány a tvoří jednotlivé částice oxidu železitého?

U způsobu podle vynálezu se vysoce jemné jehly kysličníku železitého nepřeměňují na odpovídající jemné železné jehly, čímž,.,by se tvořila plst při mimořádné vysoké slínovací aktivitě těchto velmi jemných prášků a netvoří se hutný železný špalek s pouze malou vnitřní pórovitostí, jak se chovají například i podstatně hrubší, volně sypané železné prášky při vysokých teplotách, nýbrž se vytvářejí sbalky, jejichž velikost je vhodná pro železný prášek, upotřebitelný v práškové metalurgii, a které jsou vzájemně spojené jen slabými mosty částic, Právě ona vzdálenost od zhutňovacích center je příčinou odpovídající poloviční žádané velikosti částic, která vyvolala pohybem částic k zhutňovacím centrům tak velikou tažnou sílu, že se většina mostů vytvořených z částic odtrhne.

Nejvhodnějším výchozím materiálem je oxid železitý o sypné hustotě menší než 0,5 Mg.m^-3. Rozhodujícím krokem je přitom provádění redukce při mimořádně vysokých teplotách v každém případě nad 1 200 °0. Pouze při těchto teplotách se dosahuje efektu samoaglomerace. Protože stupeň aglomerace částic v redukovaném spečenci závisí hlavně na teplotě redukčního zpracování, je u způsobu podle vynálezu možné změnou redukční teploty v širokém rozmezí měnit vnitřní pórovitost, což je například výhodné při výrobě houbovitého železitého prášku s vymezenou vnitřní pórovitostí pro výrobky FE-CU nebobtnající při spékání.

Jako redukčního plynu se používá vodíku, přičemž redukce se provádí při volném násypu. Používáni čistého vodíku je v současné době běžné v mnoha výrobních procesech. Při jeho používání je samozřejmě třeba dodržet předepsaná bezpečnostní opatření. Proudem vodíku je možno regulovat tloušíku násypné vrstvy oxidu železitého.

Oxid železitý se před redukcí předzhutňuje tlakem nižším než 0,1 MPa.

Způsob podle vynálezu se provádí ve dvou stupních, a to v prvním stupni při teplotách mezi 1 200 až 1 300 °C, a v druhém stupni při teplotách nižších než 1 200 °C. Takovéto provádění způsobu umožňuje, aby se již částečně reakcí redukčního plynu použilo dále při vyšší teplotě znovu v další reakci a dosáhlo se tak jeho lepšího využití. Za tímto účelem se zvláště převádí částečně okysličený plyn ze stupně s nižší teplotou do druhého stupně, kde se pracuje s vyšší teplotou.

Oxid železitý se vede v protiproudu k vedení redukčního plynu nejprve na stupeň s vyšší teplotou a poté se převádí na stupeň s nižší teplotou. Tím se dosáhne rychlého ohřevu na přiměřeně vyšší teploty, načež postupně, při odpovídající nižší teplotě a v čistším redukčním plynu se zpracovávání podle vynálezu končí. Takovýmto prováděním způsobu se dosáhlo zvláště výhodných vlastností železitých prášků gři následujícím zpracovávání práškovou metalurgií.

Způsobem podle vynálezu se získává'’’z oxidů železa železný prášek s dostatečně velikou schopností toku při současné stlačitelnosti, jichž se dosahuje dodržením uvedené vyšší teploty a sypné hustoty. Tyto vlastnosti utoožňují výrobu železných prášků použitelných v práškové metalurgii z jemných prášků vznikajících ve velikém množství při regeneraci mořicí kyseliny v ocelárnách a válcovnách, jichž^: bylo dosud používáno ve feritovém průmyslu, pro úče3

CS 273 319 B2 ly práškové metalurgie však byly nepotřebné.

Příklad provádění způsobu

100 g práškového oxidu železitého o zrnitosti 50/Jm, sypné hustotě 0,38 Mg.m”³,

30,29 % redukovatelného kyslíku se nasypalo do železné lodičky. Lodička byla v strkací peci podrobena redukci po dobu 4 hodin odporového ohřevu při teplotě 1 300 °C. Vodík procházel v množství 2 1 /min. Po ochlazení redukovaného produktu ve vodíku byl redukovaný spečenec ve vodou chlazené pecní dráze z lodičky vyňat a pod dobu 5 minut v nožovém mlýně rozemílán. Získal se železný prášek s těmito vlastnostmi: sypná hustota 3,17 Mg.m”³, doba toku 4,8 s/50 g (5 mm normální násypky), lisovací hustota 6,64 Mg.m“³ při 0,6 MPa.

Použitím jemného železného prášku se dosahuje rovnoměrného zaplnění formy, čímž se umožňuje výroba dokonalých a pevných výrobků složitého tvaru. Nebezpečí koroze není u výrobků z železného prášku podle vynálezu větší než u výrobků z hrubého železného prášku a lze jí zabránit běžnými opatřeními proti korozi.

Při srovnávacím pokusu byl redukován stejný prášek'kysličníku železitého za stejných podmínek při 1 000 °C, přičemž byl získán Železitý prášek se sypnou hustotou 0,93 Mg.m³, který však nebyl schopen toku. Lisovací hustota byla 6,43 Mg.m”³.

Způsobu podle vynálezu lze použít v práškové metalurgii, jejíž výchozí surovinou je železný prášek i s nejjemnějšími částicemi předrobený způsobem podle vynálezu.

Claims

1. Způsob výroby železných prášků z jemného volně sypaného práškového oxidu železitého redukcí horkými plyny, vyznačující se tím, že se oxid železitý se sypnou hustotou menší než 1,0 Mg.m³ redukuje plyny při teplotách od 1 200 do 1 392 °C, zvláště v rozmezí od

1 200 do 1 300 °C.

2. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se používá práškového kysličníku žele_7 žitého o sypné hustotě menší než 0,5 Mg.m .

3. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že se jako redukčního plynu používá vodíku.

4. Způsob podle bodu 1, vyznačující se tím, že násyp oxidu železitého se před redukcí předzhutňuje tlaky nižšími než 0,1 MPa.

5. Způsob podle bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že se provádí ve dvou stupních, přičemž na prvním stupni při teplotách mezi 1 200 a 1 300 °C, na druhém stupni při teplotách nižších než 1 200 °C.

6. Způsob podle bodu 5, vyznačující se tím, že zčásti okysličený plyn se z prvního stupně s nižší teplotou převádí na druhý stupeň.

7. Způsob podle bodů 5 a 6, vyznačující se tím, že se oxid železitý vede proti proudu redukčního plynu nejprve na stupeň s vyšší teplotou a poté na stupeň s nižší teplotou.