DD283846A5 - Methode der zerkleinerung von ferrolegierungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Methode zur Zerkleinerung der Ferrolegierungen in die Pulverform mit einer Korngroesze von weniger als 3 mm, insbesondere handelt es sich hier um Mehrkompositions-Ferrolegierungen, die fuer die Pfannenmetallurgie des fluessigen Stahls sowie fuer nicht-metallurgische Zwecke verwendet werden; bei dieser Zerkleinerungsmethode, ausgehend vom Einsatz in Form einer stueckgroszen Ferrolegierung (Stueckgroeszen ueber 3 mm, guenstige Stueckgroesze 3 bis 20 mm), werden die Ferrolegierungsstuecke der Einwirkung eines Wasserstoffionenfeldes im Laufe des Wasserelektrolyse ausgesetzt. Die elektrolytische waesserige Loesung enthaelt auch leicht dissozierende Salze. Im Laufe der Elektrolyse wird die Ferrolegierung mit Wasserstoff bis zu solch einer Ionen- und/oder Atomdichte in der Ferrolegierung gesaettigt, dasz die Ferrolegierung dann unter Einwirkung des Wasserstoffes stufenweise in allen Richtungen zerfaellt und sich im Endergebnis in ein Pulver groesztenteils mit einer Korngroesze von weniger als 2 mm umwandelt. In der gesamten Pulvermasse gibt es weniger als 10% Unterkorn (Koerngroesze kleiner als 0,075 mm) sowie 2 bis 50% UEberkorn, welches dann je nach Bedarf weiterhin zerkleinert werden kann, indem die Methode der verzoegerten Wasserstoffsproedigkeit waehrend der Lagerung verwendet wird.{Ferrolegierung; Korngroesze; Pulverform; Pfannenmetallurgie; Stueckgroesze; Wasserstoffionenfeld; Wasserelektrolyse; Ionen-/Atomdichte}

Description

Überkorns von einer Größe von mehr als 1,5mm, und besonders bei einer großen Menge des Unterkorns von einer Größe weniger als 0 bis 0,75mm, das Ferrolegierungspulver, welches von der Dosiereinrichtung in einer Rinne des auf eine kontinuierliche Art und Weise in eine Umhüllung umgestalteten Blechbandes herunterkommt und nach unten unregelmäßig geschüttet wird. Infolgedessen können sich im Drahtkern also lokal leere Räume bilden oder die Röhrchenumhüllung kann nicht vollständig abgeschlossen werden: im Ergebnis kann möglicherweise ein Ferrolegierungspulverdraht schlechter Qualität erzeugt werden. Außerdem sind die Ferrolegierungspulver, die sich durch eine Korngröße von kleiner als 0,075 mm auszeichnen sowie Kalzium, Aluminium und Magnesium enthalten, explosiv. Deswegen darf die Unterkornmenge in dem für die Pfannenmetallurgie vorgesehenen Ferrolegierungspulver 10% nicht überschreiten. Diese Empfehlungen gelten auch für Ferrolegierungen, die bei der Herstellung der Schweißelektrodenumhüllungsmasse verwendet werden; für diese Ferrolegierungen beträgt der optimale Korngrößenbereich 0,45 bis 0,06mm.

Bei der Zerkleinerung der Ferrolegierungen wird allgemein eine mechanische Zerkleinerungsmethode angewendet, wobei verschiedene Typen von Zerkleinerungsmaschinen und Mühleinrichtungen (Kugelmühlen, Kegelbecher und andere) verwendet werden; all diese Maschinen und Anlagen kennzeichnen sich durch einen hohen Energiebedarf und sind nicht umweltfreundlich, da sie viel Lärm und Staub erzeugen. Eine andere bekannte Methode beruht darauf, daß die Ferrolegierungen in der Gaswasserstoffatmosphäre unter einem hohen Druck mit Wasserstoff gesättigt werden; infolgedessen kommt es zum Zerfall der auf solche Art und Weise zerkleinerten Ferrolegierungen. Als Beispiel für solch eine Methode gilt die Lösung, die in Japan unter der Nummer 60-63304 in der Klasse MKP B22G 9/04//Э/00 sowie H 01G1 /06 angemeldet und am 20. August 1985 veröffentlicht wurde.

Diese Methode kann aber nur in einem beschränkten Umfang verwendet werden, da der Prozeß unter einem hohen Druck und bei schwierigen Anwendungsbedingungen der Druckkammer realisiert werden muß.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, eine Methode zur Zerkleinerung von Stückgrößen, Mehrkompositions-Ferrolegierungen sowie der Ferrolegierungspulvererzeugung zu erarbeiten, welches es gestattet, verschiedene Schwierigkeiten und Nachteile der in der heutigen Technik bekannten Prozesse zu vermeiden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Methode zur Zerkleinerung von Ferrolegierungen zur Verfügung zu stellen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Einsatz in Form einer stückgroßen Ferrolegierung mit einer Korngröße über 3 mm in ein elektrolytisches, zwischen der Anode und Kathode in der elektrolytischen wäßrigen Lösung erzeugten Wasserstoffionenfeld hineingebracht und ein mit Wasserstoff gesättigt wird, wobei Wasserelektrolyseparameter verwendet werden; die stückgroße Ferrolegierung beginnt unter Einwirkung des Wasserstoffes stufenweise spröde zu werden und in allen Richtungen zu zerspringen. Im Endergebnis entsteht ein Pulver mit Körnern, die durch eine unregelmäßige Form gekennzeichnet sind; die Ferrolegierung bleibt im Wasserstoffionenfeld innerhalb der Zeit, in der sich mindestens ein Teil der stückgroßen Ferrolegierungsmassen in Pulver verwandelt. Ein solches Ferrolegierungspulver wird dann vom Elektrolyt abgetrennt und anschließend mit Wasser angefeuchtet und gut belüftet gelagert. Infolgedessen kommt es zu einem verzögerten Zerfall, und zwar unter Einwirkung des Wasserstoffes, der größeren Pulverkörner. Insbesondere bilden sich aus den Überkörnern kleinere Körner heraus; dadurch nimmt die Masse des Pulvers mit gewünschter Kornzusammensetzung prozentual zu. Ein auf solche Art und Weise erzeugtes Eisenlegierungspulver wird dann getrocknet und durchgesiebt, um die gesamte Pulvermasse in a) eine Gruppe mit gewünschter Kornzusammensetzung, b) eine Gruppe mit Unterkorn und c) eine Gruppe mit Überkorn aufzuteilen. Bei dieser Methode werden als elektrolytische wäßrige Lösungen schwache Salzlösungen verwendet, die im Wasser ohne weiteres dissoziieren können und eine günstige neutrale Reaktion ermöglichen.

Die Lagerung nach der Elektrolyse wird dann verwendet, wenn nach einer in der Elektrolysezelle durchgeführten Zerkleinerung der Anteil der nicht richtig zerkleinerten Ferrolegierungsstücke zu groß ist.

Die Zerkleinerung der stückgroßen Ferrolegierung und Erzeugung eines Ferrolegierungspulvers wird dadurch erklärt, daß durch das Stromanschließen an Elektroden eine bekannte Erscheinung verursacht wird; die Wasserelektrolyse, wobei das Wasserstoffionenfeld gebildet wird. Die Wasserstoffionen bewegen sich kontinuierlich in Richtung der Kathode, wobei sie auf die stückgroße Ferrolegierung stoßen, die mehrere Raumgitter und Strukturbaufehler aufweist. Als Resultat der Einwirkung der Wasserstoffionen gilt die Diffusionssättigung der Ferrolegierung mit dem Ionen- und/oder Atomwasserstoff. In den Gitterstellen, Hohlräumen sowie an den Korngrenzen der Ferrolegierung kommt es entweder zu einer Wasdserstoffrekombination, wobei Moleküle mit einem wesentlich höheren Volumen entstehen als es bei dem Atomwasserstoff der Fall ist, oder der Wasserstoff reagiert als ein intensives Reduktionsmittel mit Eisenlegierungskomponenten, insbesondere mit mehreren an den Korngrenzen vorhandenen Oxiden, infolgedessen entstehen nicht eindeutig definierte Reaktionsprodukte mit einem wesentlich höheren Volumen als es bei Reaktanden der Fall ist. Diese Tatsache führt zur Erhöhung von inneren Spannungen in der Ferrolegierung, welche die Kohäsionskräfte des Ferrolegierungskristallbaues überschreiten.

Als Resultat dieser Erscheinung gilt ein durch den Wasserstoff verursachter Zerfall der stückgroßen Ferrolegierung und Bildung von Körnern. Im Endergebnis solch eines Prozesses wird auf eine sichere und effektive Art und Weise eine Mehrkompositions-Ferrolegierung in Pulverform mit gewünschter Kornzusammensetzung erzeugt.

Ausführungsbeispiele

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert.

Die bei dieser Erfindung beschriebene Zerkleinerungsmethode der Ferrolegierungen wird an zwei Beispielen näher dargestellt. Das erste Beispiel bezieht sich auf die Erzeugung desFerro-Kalzium-Silizium-Pulvers mit einer Korngröße von 1,5 bis 0,075 mm, wobei der Überkornanteil (Korngröße über 2mm) und der Unterkornanteil je 10% ausmachen.

Das zweite Beispiel betrifft die Erzeugung des Ferro-Kalzium-Silizium-Aluminium-Pulvers mit einer Korngröße von 1,0 bis 0,075mm, wobei der Überkorn- und Unterkornanteil je 10% betragen.

Das zur Herstellung des Kerndrahtes vorgesehene Ferro-Kalzium-Silizium-Pulver mit einer Korngröße von 1,5 bis 0,075mm wurde gemäß der Erfindung erzeugt, indem der Einsatz in Form von stückgroßen Ferro-Kalzium-Silizium (Stückgröße 5 bis 20mm) in eine Elektrolysezelle zwischen die Elektroden gebracht wurde, wobei als Elektrolyt eine wäßrige Lösung von Natriumchlorid mit 0,5% Lösungsstärke galt; die Schichtdicke des Einsatzes betrug dabei etwa 100 mm und die Elektrolythöhe war um einige zehn Millimeter größer als die Einsatzhöhe.

Die Elektrolysezelle wurde mit Gleichstrom einer Stromstärke gespeist, die der an der Kathode vorhandenen Stromdichte von 0,02 bis 0,2 A/cm² entsprach, wobei die Spannung 10 bis 70V betrug. Bei solchen Stromparametern wurde also eine Wasserelektrolyse durchgeführt, wobei die Ferrolegierung gleichzeitig mit Wasserstoff innerhalb von 2 Stunden gesättigt wurde. Nach diesem Zeitabschnitt wurde die externe Stromversorgung von der Elektrolysezelle abgeschaltet, der Elektrolyt dekantiert. Anschließend wurde das auf diese Art und Weise erzeugte Pu Iver sowie Überreste der nicht vollständig zerkleinerten stückgroßen Ferrolegierung aus der Elektrolysezelle herausgenommen. Diese Überreste wurden einer Lagerung auf Paletten einer Umgebungstemperatur, von Zeit zu Zeit mit Wasser angefeuchtet, ausgesetzt, wobei die Ferrolegierungsschichtdicke etwa 20 bis 30 mm betrug. Im Laufe der Lagerung kam es zu einem weiteren Zerfall der Ferrolegierungsteile infolge einer verzögerten Wasserstoffsprödigkeit. Dieser Prozeß war praktisch nach 12 bis 16 Stunden abgeschlossen. Die in der Elektrolysezelle sowie die nach der Lagerung erhaltenen Produkte wurden dann bei einer Temperatur von 300⁰C getrocknet und anschließend in einer mit einem Siebsatz (Maschengröße 1,6 bis 0,075mm) ausgestatteten Siebmaschine durchgesiebt. Im Resultat der Durchsiebung erhielt man ein Ferro-Kalzium-Silizium-Pulver mit einer Korngröße von 1,5 bis 0,075 mm, wobei der Unterkornanteil etwa 8% betrug. Im Vergleich zu der gesamten Masse des Einsatzes machte der Pulveranteil mit einer gewünschten Kornzusammensetzung 70 bis 90% aus, darunter wurden 40 bis 70% infolge einer in der Elektrolysezelle durchgeführten Zerkleinerung erzeugt, 10 bis 40% dagegen infolge einer nach der Lagerung durchgeführten Zerkleinerung.

Beispiel 2

Das Ferro-Kalzium-Silizium-Aluminium-Pulver mit einer Korngröße von 1,0 bis 0,075mm, welches für die Pfannenmetallurgie des flüssigen Stahls mittels Argoneinblasens über eine Lanze vorgesehen wird, wurde erzeugt, indem der Einsatz in Form von Ferro-Kalzium-Silizium-Aluminium (Stückgröße 20 bis 5 mm) in eine Elektrolysezelle zwischen die Elektroden eingebracht wurde, wobei als Elektrolyt eine wäßrige Lösung von NaCI mit 0,8% Lösungsstärke galt; die Schichtdicke des Einsatzes betrug 80 bis 120mm und die Elektrolysehöhe war mindestens um 20mm größer als die des Einsatzes. Die Elektrolysezelle wurde mit Gleichstrom mit einer Stromstärke gespeist, der an der Kathode einer Stromdichte von 0,02 bis 0,2 A/cm² entsprach, wobei die Spannung 10 bis 70V betrug. Bei solchen Stromparametern wurde eine Wasserelektrolyse durchgeführt, wobei die Ferrolegierung gleichzeitig mit Wasserstoff innerhalb von 0,5 bis 1,5 Stunden gesättigt wurde. Im Laufeder Sättigung mit Wasserstoff kam es zu einem Zerfall der stückgroßen Ferrolegierung, wobei ein Pulver mit einer Korngröße von weniger als 2,0mm erzeugt wurde. Dies wurde durch die verzögerte Wasserstoffsprödigkeit verursacht. Nachdem die externe Stromversorgung von der Elektrolysezelle abgeschaltet worden war, wurde das Ferrolegierungspulver aus der Elektrolysezelle herausgenommen und bei einer Temperatur von 150°C bis 200⁰C getrocknet. Anschließend wurde das Ferrolegierungspulver mittels Sieben durchgesiebt; die Siebmaschinen sind dabei so angepaßt, daß ein Pulver mit gewünschter Körnung (1,0 bis 0,075) mit Über- sowie Unterkorn erzeugt werden konnte.

Der prozentuale Anteil der einzelnen Gruppen in der gesamten Pulvermasse betrug: Pulver mit gewünschter Körnung 82%, Überkorn 10%, Unterkorn 8%.

Mit der gleichen Methode wie die in den oben genannten Beispielen vorgestellte Methode werden auch andere Ferrolegierungen zerkleinert, die bei der Pfannenmetallurgie des flüssigen Stahls sowie bei der Herstellung der Schweißelektrodenumhüllungsmasse verwendet werden. Bei der Zerkleinerung werden natürlich entsprechende Anwendungsparameter der Elektrolysezelle sowie der abschließenden Operationen unter Berücksichtigung der chemischen Zusammensetzung sowie anderer physikalischer und chemischer Eigenschaften der jeweiligen Ferrolegierung nach den für diese Erfindung geltenden Prinzipien angepaßt.

Als Hauptvorteil der in dieser Erfindung konzipierten Methode zur Zerkleinerung der Ferrolegierungen gilt die Tatsache, daß diese Methode die höchste Qualität der auf diese Art und Weise erzeugten Ferrolegierungspulver, geringe Herstellungskosten sowie eine sichere Bedienung der technologischen Anlagen gewährleistet.

Claims (2)

1. Methode zur Zerkleinerung von Ferrolegierungen, insbesondere Mehrkompositons-Ferrolegierungen, die für die Pfannenmetallurgie des flüssigen Stahls als auch anderer Ferrolegierungen, die für andere metallurgische und nichtmetallurgische Zwecke verwendet werden, z.B. zur Herstellung der Schweißelektrodenumhüllungmasse, wobei, ausgegangen vom Einsatz in Form einer stückgroßen (Stückgrößen über3mm, meistens 5 bis 20mm) mittels einer beliebigen Methode, so auch durch die mechanische Zerkleinerung der erzeugten Ferrolegierung, der Einsatz in ein Pulver mit Korngröße von weniger als 3 mm zerkleinert wird, indem der Einsatz von Wasserstoffeinwirkung ausgesetzt wird dadurch gekennzeichnet, daß der in Form einer stückgroßen Ferrolegierung mit einer Korngröße von über 3 mm vorhandene Einsatz in ein elektrolytisches, zwischen der Anode und Kathode in einer wäßrigen Elektrolytlösung erzeugten Wasserstoffionenfeld hineingebracht und einer Sättigung mit Wasserstoff ausgesetzt wird, wobei die Wasserelektrolyseprozeßparameter so angepaßt sind, daß es zu einem stufenweisen und in allen Richtungen erfolgenden, durch die Einwirkung des Wasserstoffes verursachten, Zerfall der stückgroßen Ferrolegierung kommt und infolgedessen ein Pulver erzeugt wird, das sich durch unregelmäßige Kornform auszeichnet, und daß die Ferrolegierung im Wasserstoffionenfeld innerhalb der Zeit verbleibt, in der sich mindestens ein Teil der stückgroßen Ferrolegierungsmasse in ein Pulver umwandelt und daß dieses Pulver anschließend vom Elektrolyt abgetrennt und mit Wasser angefeuchtet und gut belüftet, gelagert wird, so daß es infolgedessen zu einem weiteren verzögerten, durch die Einwirkung des Wasserstoffes verursachten Zerfall der gröberen Körner kommt, darunter insbesondere zu einem Zerfall des Überkorns in kleinere Körner, wodurch eine prozentuale Zunahme der Pulvermasse mit gewünschter Körnung erreicht wird, wobei ein auf diese Art und Weise erzeugtes Pulver getrocknet und durchgesiebt wird, um in der gesamten Pulvermasse die Gruppe mit gewünschter Körnung von der Gruppe des Unterkorns und von der Gruppe des Überkorns zu trennen.

2. Methode zur Zerkleinerung von Ferrolegierungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als wässerige Elektrolytlösung Salzlösungen mit geringer Lösungsstärke verwendet werden, die im Wasser ohne weiteres dissoziieren können und eine günstige neutrale Reaktion ermöglichen.

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Zerkleinerungsmethode der für metallurgische Zwecke verwendeten Ferrolegierungen, wobei eine Pulverform erreicht wird; insbesondere handelt es sich hier um Mehrkompositions-Ferrolegierungen, die bei der Pfannenmetallurgie verwendet werden, sowie um Ferrolegierungen, die für nichtmetallurgische Zwecke, besonders für die Herstellung der Schweißelektrodenumhüllungmasse, eingesetzt werden.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In der heutigen Eisenmetallurgie wird die Pfannenmetallurgie des flüssigen Stahls immer mehr angewendet, die auf einer intensiven Desoxidation, Entschwefelung, Silifizierung (je nach Bedarf) sowie auf der Modifizierung von Einschlüssen beruht. Die Modifizierung wird durchgeführt, indem dem in einer Pfanne vorhandenen flüssigen Metall entsprechend zerkleinerte Mehrkompositions-Ferrolegierungen hinzugefügt werden. Diese Ferrolegierungen enthalten außer dem Eisen mindestens zwei von folgenden, in Legierungen verwendeten, Elementen wie Kalzium, Silizium, Aluminium, Mangan, Chrom, Titan, Magnesium, Bar, Zerium oder Alkalimetalle, wobei bei der Pfannenmetallurgie des flüssigen Stahls am meisten Fe-Ca-Si und Fe-Ca-Si-Al als auch Fe-Sl-Al, Fe-Mn-Al, Fe-Al-Mn-Si, Fe-Mn-Si-Al-Ca und Fe-Si-Al-Cr verwendet werden. Das Hinzufügen von Ferrolegierungen zum flüssigen Stahl bringt bei der Pfannenmetallurgie nur dann gute Resultate, wenn die Ferrolegierungen so stark zerkleinert werden, daß sie in Form von Pulver existieren, wobei die Korngröße weniger als 2,0 mm beträgt: hinsichtlich der Art und Weise des Zusatzes und Herstellung der Ferrolegierungspulverarten gilt dabei die Korngröße 1,5 bis 0,075mm als optimal. Die Mehrkompositions-Ferrolegierungspulverarten werden dem in einer Pfanne vorhandenen flüssigen Stahl hinzugefügt, indem sie über Lanzen mittels eines Argon oder Stickstoff-Trägergasstroms eingeblasen oder dem in der Pfanne vorhandenen flüssigen Stahl kontinuierlich in Form eines Ferrolegierungspulverdrahtes hinzugefügt werden. Der Ferrolegierungspulverdraht, auch Kerndraht genannt, hat einen aus dem pulverförmigen Modifikator erzeugten Kern sowie eine den Kern andrückende Umhüllung in Form eines aus dünnen Stahlblech hergestellten Röhrchens. Sollte das Ferrolegierungspulver eine wesentliche Abweichung von der optimalen Korngröße aufweisen, so kommt es im Lauf des mittels der Lanze und des Trägergases durchgeführten Einblasens zu einer Durchflußpulsation und/oder zu einer Verstopfung der Leitungen der Einblasanlage. Wird ein Ferrolegierungspulver verwendet, das sich durch eine nicht optimale Kornzusammensetzung auszeichnet, so ist es unmöglich, einen guten Kerndraht zu erzeugen, dabei einer großen Menge des