DE1546110A1

DE1546110A1 - Verfahren zum kontinuierlichen Beizen von Baendern oder dergleichen Gegenstaenden aus Eisen oder Stahl

Info

Publication number: DE1546110A1
Application number: DE19641546110
Authority: DE
Inventors: Clarence Steelman Jun; Robinson Jun Melville Wilson
Original assignee: Dravo Corp
Current assignee: Dravo Corp
Priority date: 1963-11-18
Filing date: 1964-08-06
Publication date: 1970-10-08
Also published as: BE652825A; US3310435A; GB1065388A

Description

Dravo Corporation, Neville Island, City of Pittsburgh,

Pennsylvani a, TJ.. S. A.

Verfahren zum kontinuierlichen Beizen von Bändern o.dgl»

Gegenständen aus Eisen oder Stahl

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Beizen von Uisen und Stahl mit Salzsäure unter Rückgewinnung der Säure für erneuten Einsatz.

Die Entfernung von Oberflächenschichten von eisenhaltigen Materialien durch Beißen mit Säure ist bekannt. Bis vor kurze» wurde die verbrauchte BeizfXüsaigkeit gewöhn!loh in Flüsse oder Abwäaserkanäle geleitet, so daß ihre Beseitigung kein -trob 13in bedeutete* Neuerdings ist aber eine su starke Verunreinigung nattirlioher Gewässer gesetzlich verboten_t und es sind daher schon beträchtliche Anstetagungen gestecht worden in dem Versuch _t die verbrauchte B@iss~ flüsaigkcit in der Ueiee zu behandeln, daß dem Gesetz entsprochen wird.

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BAD ORIGINAL

Aus.«Stahl und Eisen" 1963t Heft IA₉ S. 85(^1 ist ein Verfahren zur Regeneration der verbrauchten Salzsäure bekannt. Dieses bekannte Verfahren umfaßt jedoch fünf Stufen, nämlich eine mechanische Reinigung, Absorption» Kristallisation, EisenChloridabtrennung und Hosten und ist also ziemlich aufwendig.

Aufgabe der Erfindung ist ein einfaches und kontinuierlich durchführbareβ Verfahren zum Beizen von Bändern o, dgl. Gegenständen aus Bisen oder Stahl unter Rückgewinnung von Salzsäure aus dem beim Beizen gebildeten Eisenchlorid.

Biese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß loan in einem Behälter, der einen Seil eines Kreislaufs für die Beizlösung bildet und durch den die Gegenstände geführt werden, Beizlösung mit einer Säurekonzentration zwischen 5 und 18^ mit einer Temperatur von 60 bis 93⁰C auf die Gegenstände aufbringt, indem man die Lösung aufsprüht oder die Segenstände darin eintaucht, Kontinuierlich einen Teil der umlaufenden Beizlösung nach ihrem Kontakt mit den Gegenständen aus dem Kreislauf abzieht und diesen Seil durch eine entsprechende Menge frischer Beizlösung mit einer Chlorwasaerstoffkonzentration von etwa 20 Gew.-^ ersetzt, den abgezogenen Teil in einem geschlossenen Kaum versprüht und dabei mit heiße Verbrennungsgasen in Kontakt bringt, so daß die Sleenchloride unter Abgäbe von gasförmigem Chlorwasserstoff, der zueam? men mit Wasserdampf und dem in der Bslzlösung enthaltenen Chlorwasserstoff entweicht, zu Eiseaoacyd umgesetzt werden, das Eisenoxyd vom Boden und das Geaieoh von Chlorwasserstoff und Wasserdampf vom oberen Ende des geschlossenen Raums abzieht, das Dampfgemisch kondensiert, die Ohlorwasserstoffkonzentration des Kondensats auf etwa 20 Gew,-# einstellt und die eo erhaltene Salzsäure, gewüneoateafalls

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- 3 -Über einen Speicher, wieder in den Kreislauf zurückfuhrt.

In der Zeichnung ist eine bevorzugte Ausführungsforra dee Verfahrens der Erfindung schematisch veranschaulicht:

Das au behandelnde Stahlband S tritt in einen vertikalen Turn 1, der in der Größenordnunß von 21 bis 46 ta hoch und in geeigneter "Weise umkleidet ist, um das Entweichen von Säuredämpfen möglichst zu unterbinden, ein» In dem Tuna I wird das Stahlband S Über untere Walzen 2 und 2A und eine obere UaItse 3 geführt, so daß es wenigstens einmal vertikal nach oben und zurück nach unten läuft, bevor es Über die Ualee 2Λ aus dem Turn 1 austritt und auf Walzen 4, 5,6 gelangt, um wieder aufgewickelt oder weiter verarbeitet zu werden.

Am Boden dee Turmes 1 befindet eich ein Tank 7 mit einer Zufuhrvorrichtung für salseaure Beizltteung. Unter den Italien 4,5, 6 befindet eich ein weiterer Tank 6, in dem die überschüssige Säure von dem Band S abgespült werden kenn» bevor ele eu einer weiteren Stelle geführt wird, wo restliche darauf befindlich« Säure in geeigneter '.reise neutralisiert werden kann» bevor das Band wieder aufgewickelt uirdoder einer weiteren Verarbeitung, wie KaItwalsen, etc., eugeführt wird.

Bei der in der Zeichnung veranschaulichten bevorzugten Auaführunßsfona des Verfahrene der Srf indune gelangt die BeielbOung nicht wie üblich duroh Eintauchen, sondern durch Aufsprltaen auf daß Ii et all. Daa Volumen der in dea Sank befindlichen BeislUeung wird duroh Zuführen regenerierter Säure aus einem Torratetank (nicht gezeigt), der mit dem lank 7 über eine (nicht geseigte) Leitung verbunden ist, praktisch konstant genalten Verluste an Säure zufolge

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Verdampfung, Mitnehmen von dem Stahlband und Abziehen vo* Absorber werden von Zeit zu Zelt durch Zuführung friecher konzentrierter Säure ausgeglichen. Solche Verluste bilden nur einen geringen Prozentsatz der zum Abbeizen verwendeten Säure.

Eine alt dem Bodenteil des Tanks 7 verbundene Leitung 9 führt in eine Verzweigungsleitung 10 mit Mitteln, beispielsweise einer Pumpe 11, zum überführen der Beizlösung durch Leitung 12 in einen Wärmeaustauscher 13» wo sie auf die für die Durchführung des Verfahrene erwünschte Temperatur, vorzugsweise zwischen etwa 66 und 02⁰C gebracht wird. Aus dem Wärmeaustauscher 13 strömt die Lösung unter dem von der Pumpe 11 erzeugten Druck durch Leitung 14 in die in den Turm 1 führenden Verzweiguncsleitungen 15, 16 und 17. Jede dieser Leitungen endigt in einer Sprühvorrichtung oder Düse, die alt 15a, 16a und 17a bezeichnet Bind und durch die die Lösung auf die freiliegende Innen-und Auesenfliiche des aufwärts (Su) und abwärts (Sd) laufenden Bandes in den Turm gelangt. Die überschüssige Lösung fließt über beiden Oberflächen des Bandes S zurück in den Tank am Boden des Turmes 1. Dieser Kreislauf der Lösung wird stetig aufrechterhalten, während ein Band H durch den Turm 1 geführt wird

Venn das Band 3 von dem Turm. 1 über die 'falzen 2A austritt» kann die darauf befindliche überschüssige Lösung durch ■ Mittel, vie einen mit hoher Geschwindigkeit darauf auftreffenden Luftstrahl, angedeutet bei 18, und die mit 19 bezeichneten Quetschwalze entfernt werden. Von dort wird das Band S über (falzen 4, 5 und 6 durch den Spültank 8, der von einer nicht gezeigten Quelle mit Spülwasser versorgt 'wird, geführt und von dort, wie oben beschrieben, einer weiteren Verarbeitung zugeführt oder aufgewickelt.

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Leitung 9 führt vom Tank 7 auch in eine Abzweigleitung 20 unä von dort zu einer Pumpe 21, die iösunc vom Tank 7 durch leitung 22 pumpt, leitung 22 läuft in eine geeignete Anzahl Verzvreigungsleitungen 23 aus, aus denen die lösung in den Kopfteil einer Röstvorrichtung 24 gespritzt wird. Im unteren Teil der Röstvorrichtung 24 sind Einlasse für luft und Brennstoff 25 angeordnet, um eine in den ilöster hineinbrennende Flaume zu erzeugen. \Jenn die Tröpfchen der Beizlöeung aue den leitungen 23 mit den heißen Verbrennungagasen in dem Koster 24 in Berührung kommen, wird die lösung verdampft und das darin enthaltene Ferrochlorid wird mit den heißen Verbrennungsgasen zu Eisenoxyd und gasförmigen HCl umgesetzt. Das Oxyd wird am Boden des Hösters 24 abgeschieden und von dort durch leitung 26 in einen Oxydbehälter 27 ausgebracht. Der beschriebene Röster arbeitet nach dem Gegenstromprinzip. Es kann aber natürlich auch ein nach dem Gleiclistromprinzip arbeitender Röster verwendet \;erden.

Die Dumpfe von der verdampften Beizlöeung in dem Röster werden durch eine leitung 28 in einen Gas/PlüssißkeitsecUeider 29 geleitet. Sine derartige Vorrichtung ist beispielsweise ein Zyklon. Von dieser Vorrichtung werden in den Dämpf en suspendierte Eisenoxydteilchen durch leitung 26a abgezogen. Die aus Wasser, HCl und Verbrennungsprodukten bestehenden Dämpfe werden von der Trennvorrichtung 29 durch leitung 30 in den Bodenteil des Absorbers 31 geleitet und strömen in diesem nach oben. Die aufsteigenden HCl-Därapfe--werden im Absorber 31 kondensiert und in aus leitung 32 abwärts strömendem Kühlwasser unter Bildung von Salzsäure absorbiert. Die wiederhergestellte oder regenerierte Säure wird durch leitung 33 aue dem Absorber 31 abgezogen und in den oben erwähnten Vorratstank (nicht gezeigt) zurückgeführt. ;-

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Bas dem Absorber 31 zugeleitete Wasser kann von dem Spültank 8 oder von außen stammen. Sie vom Boden des Tanke 8 abführend© Leitung 34 trägt einen Teil des darin befindlichen Spülwassers zu der Pumpe 35, die das Spülwasser durch Leitungen 36 und 32 in den Kopfteil des Absorbers 31 befördert. Auf diese l/eise kann die Säure in dem Spülwasser zurückgewonnen v/er den. Im Falle weiteres Wasser er« forderlich oder erwünscht ist, kann es von irgendeiner äußeren Quelle durch Leitung 37 der Leitung 32 zugeleitet werden. Spülwasser, das vom Tank 8 entfernt wird, muß von irgendeiner frischwasserquelle ersetzt werden·

Anfänglich ist die in einem Vorratstank aufbewahrte, für die Füllung und Viederauffüllung des Tanks 7 bestimmte Säure eine 20sIge Lösung von HOl und Wasser, d.h. 20£ IKJl und 80$ Was ο er. !Die Konzentration der in den Torratetank zurückgeführten regenerierten Säure wird vorzugsweise ebenfalls bei 2Oj4 gehalten, indem man die Zufuhrgeschwindigkeit von Wasser zu dem Absorber 31 steuert.

Nachdem die Säure mit dein Stahlband in Berührung gestanden ist, besteht die Lösung in Tank 7 aus HCl₉ PeCl₂ und Wasser· D.h. nach dem Beizen enthält die Lösung im Tank 7 etwa 11$ HCl, etwa 13£ FeCl₂ und etwa 76£ H₂O* Vorzugsweise wird die Säurekonzentration dieser Lösung während ihrer Verwendung zwischen etwa 5 und 18 Gew.-$'; gehalten.

Wenn zum Zwecke der oben beschriebenen regenerierung ein be- , etimmtes Volumen der Lösung im Tack 7 abgezogen und in den Röster 24 geleitet wird, so erfolgt in der verdampften Lösung, die mit den gasförmigen Verbrennungsprodukten in diesem Absorber in Berührung kommt, die Umsetzung

2 FeCl₂ ♦ 2 H₂O + 1/2 Q ' 63O₃ ♦ 4 HOl. 009841/H29

führend einer Umsetzung des Perroohloride in Gegenwart ▼on Wärme und den Dämpfen werden festes Eiaenoxyd und UGl-Dämpfe gebildet t Biese Dämpfe strömen zusammen mit den übrigen Dämpfen oder Gasen durch den Röster 24 und von dort in den Boden des Absorbers 31.

Die rocs Bodenteil des Absorbers 31 aufsteigenden Dämpfe, die Qit dem nach unten strömenden Kühlwasser in Berührung komaen, verlieren den'größten Teil der HOl-Dämpfe durch Kondensation und Absorption in den Wasser· Wasserdampf wird praktisch nicht kondensiert. Vielmehr wird durch die Yfärme dieses Wasserdampfβ und der heißen Verbrennungsgaae ein TeLl des entgegen dea aufsteigenden Wasserdampf und den Verbrennungsgasen abwärtβ strömendeε Wassers verdampft. Da der Absorber bei praktisch Atmosphärendruck arbeitet, ist die Konzentration des Bodenprodukteo darin zu keiner Zeit hoher als etwa 205«, d.h. etwa gleioh der Konzentration des azeotropan Oseisches von Yasser und HCl bei diesen Druck, wenn die P»rtialdrück· van Wasserdampf und IICl in Hechnunc 6^e~ setst «irden.

Die Vorteile dee hiitr beschriebenen Verfahrene sind also kürt geeaßt: optimale fteiswirkunc, Säurereceneration, Oxyd-Qewinnune undUirtsaiaftliohkeit des gesamten Torfahrens. Um diese Tortelle su ersielen, können gewisse Verfahrenevariable anderen Teräiiderlichen, wie der Dicke der Oxydsohioht des Stahlbandus und den Ausmaß des Bandes, das in gegebener Seit durch dia Beize geführt wird, angepaßt werden.

Xtm die gewünschte \/i:kuBg in dem Beißtank su erzielen, muß regeneriertυ oder frische Säure in diesen Tank zurückgeführt bftw. einfielaltetwerlenund zwar in solcher HengeV daß der Saurevcrlurt durch die Umsetzung mit dem Oxyd auf dem Band sowie Verluste durch Heraustragen mit dem Band, Verdampf en

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und Barapfverlust vom Kopf des Absorbens kompensiert werden. Das kann tturch Zuleitung von Säurelösung aus einem Vorratstank entweder periodisch oder kontinuierlich wit etwa der Greschwindißkeit, mit der die Beizlöeung für eine !Regeneration abgezOgen wird, wie beschrieben, erfolgen.

Bas Nebenprodukt der Säureregeneration, Ee^Q,_A ^is^ ^von träehtlicheci Viert, da es gesintert oder brikettiert und den Schmelzöfen zurückgeführt werden kann. Dieses Nebenprodukt enthält etv/a 70?ύ Bisen und nur Spurenmengen Chlorid. Außerdem fallen auch Spurenmetalle von dem Band mit dem Oxyd aus und werden nicht in die Beizlösung zurückgetragen.

Für die liier beschriebene Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist eine erhitzte wässrige HCl-.IiOsung erforde!¹-» lieh, da das Band S beim Eintritt in ten ^urn 1 die Temperatur der Umgebung hat. Ia Falle das in €en 2?urm 1 ein*- tretende Band wärmer ist, ist natürlich die von dem Wärmeaustauscher 13 zu liefernde Wärmemenge zum Erhitzen der Lösung geringer.

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Claims

1-546 1Ί-0. Pat e η t a η s ρ r ü c h e

1. Verfahren zuäi kontinuierlichen Beizen von Bändern oder dgl. Gegenständen aus Eisen oder Stahl mit Beizlöeung enthaltender Salzsäure unter Rückgewinnung von Salzsaure aus dem beim Beizen gebildeten Eisenchlorid, da d u r e h g β k e η η ze i ο h η e t, daß man in einem Behälter, der einen .!Cell eines Kreislaufs £ür die Beizlöeung bildet und duroh den die Gegenstände geführt werden_f Beizlösung mit einer Säurekonzentration zwischen 5 und 18^ mit einer Temperatur von 60 bis 93⁰C auf die Gegenstände aufbringt, indem man die lösung aufsprüht oder die Gegenstände darin eintaucht, kontinuierlich einen !eil der umlaufenden Beizlösung nach, ihrem Kontakt mit den Gegenständen aus dem Kreislauf abzieht und diesen Seil durch eine entsprechende I-Ienge frischer Beizlösung ■ mit einer Chlorwasserst of fkonf zentration von etv/a 20 Gtevi.-v- ersetzt, den abgezogenen Seil in einem geschlossenen Kaum versprüht und dabei mit heissen Verbrennungsgasen in Kontakt bringt, so daß die ISisenchlorlde unter Abgabe von gasförmigem Chlorwasserstoff* der zusammen mit Wasserdampf und dem in der Beizlösung enthaltenen Chlorwasserstoff entweicht, zu Eisenoxyd umgesetzt werden, das Eisenoxyd vom Boden und das Gemisch von Chlorwasserstoff und Wasserdampf vom oberen Ende des geschlossenen Raums abzieht, das Dampfgemisch kondensiert, die Chlorwasseretoffkonzentratlon des Kondensats auf etwa 20 Gew_e< i» einstellt und die so erhaltene Salzsäure, gewünschtenfalls Über einen Speicher, wieder, in den Kreislauf zurückführt.

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2· Veapfahrehniieh Anspruch 1, d a ά u r ο h g e k e η n-

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zeichnet, daß man die Einstellung der Halogenwaoeerstoffkonzentration gleichzeitig mit der Kondensation durchführt, indem man den Chlorwasserstoff enthältenden Dampf mit einem Kiihlwase erst rom in Berührung bringt. ■

3. Verfahren nach Anspruch oder 2, wobei die Gegenstände unmittelbar nach dem Beizen mit Y/assar gespült »erden, dadurch gekennzeichnet, daß das Spülwasser für die Einstellung der Ilalogenwasserstoffkonzentrationen verwendet wird.

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