DE2308888A1 - Verfahren zur herstellung von eisenschwamm - Google Patents

Description

ELEKTROSCHKELZWERK KEMPTEN München, den 29.1.1973

VI/Pat.Abt. Dr.R/mä

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"Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm"

Gußeisen mit Lamellen-Graphit (GG) oder solches mit kugeliger Ausbildung des Graphits (GGG) oder Temperguß (GT), wird sowohl in Schacht-, Flamm- oder Elektroofen erschmolzen. Zum Erschmelzen dieser Gußwerkstoffe gibt man in diese öfen ein Gemenge aus Gußbruch, Stahlschrott, Kreislaufmaterial und Roheisen. Im Gußeisen- sowie im Stahl und damit im Gußbruch und Stahlschrott vollzieht sich in zunehmendem Umfang eine Anreicherung von chemischen Elementen, welche entweder den Gebrauchsgütern bewußt zur Veränderung ihrer mechanischen Eigenschaften bei der Herstellung zulegiert wurden, oder aus den Erzen herrührend im Roheisen enthalten waren. Während aus der "Mitverwendung solcher Einsatzstoffe im üblichen GG normalerweise keine Störungen entstehen, wird die Herstellung der hochwertigen Sorten GGG oder Temperguß zunehmend schwieriger. Dies hat zunächst zu einer Auswahl von Einsatzstoff en geführt, die jedoch wirtschaftlich ungünstig sein können. Die für GGG und Temperguß eingesetzten Spezialroheisensorten müssen wegen ihrer technischen Reinheit eigens hergestellt werden. Als Stahlschrott dagegen werden solche Abfälle ausgewählt, die aufgrund ihrer früheren Verwendung von besonderer Reinheit sein müssen, z.B. Tiefziehbleche. Auch ist beispielsweise die Verwendung von Armcoeisen bei der Erzeugung von Edelstahlen und anderen Stählen seit langem üblich.

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Ein Einsatzstoff von hervorragender Reinheit ist der Eisenschwamm. Seine Verunreinigungen bestehen lediglich aus kleinen Mengen Kieselsäure, Tonerde und Spuren von Kalk oder Magnesia, welche verschlackt werden. Von den Begleitelementen Kohlenstoff, Silicium, Mangan, Phosphor und Schwefel ist nur Kohlenstoff vertreten. Spurenelemente, wie z.B. Kupfer, Titan, Chrom, Aluminium, Arsen und Blei sind nur in äußerst kleinen Mengen, z.B. jeweils weniger als 0,01 % vorhanden.

Die Schwankungen in der chemischen Zusammensetzung der Einsatzstoffe sowie ihr unterschiedliches Abbrandverhalten in Abhängigkeit vom Schmelzverfahren v/erden durch Zugaben, beispielsweise von Ferrosilicium oder manganhaltigen Zuschlagstoffen, ausgeglichen. Die bei dieser Verfahrensweise erzielbaren Analysentoleranzen werden jedoch den neueren Abforderungen, z.B. bei GGG, keinesfalls immer gerecht. Schon gar nicht läßt sich auf diese Weise der Anteil (Spiegel) der Spurenelemente beeinflussen.

Es wurde nun ein Verfahren gefunden zur Herstellung von Eisenschwamm aus Eisenerzen mit 95% und mehr Eisenoxid, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man dem pulverisierten Eisenerz Siliciumcarbid zumischt, das Gemisch pelletiert und der Direktreduktion unterwirft.

Beim Einschmelzen des erfindungsgemäß anfallenden Eisenschwamms, gegebenenfalls unter Hitverwendung von Kreislaufanteilen, N3owie nach Einstellung der unterschiedlich chemischen Zusammensetzungen (z.B. Siliciumgehalt), können die Schmelzen beispielsweise zur Her-

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Stellung von GGG, schwarzem Temperguß, übereutektoidem Stahlguß, dessen oberhalb 0,% liegender Kohlenstoffgehalt als Kugelgraphit im Rohguß ausgeschieden wird, Siliciumbaustähle oder andere Stahlsorten verwendet werden.

Beim Einschmelzen des bekannten Eisenschwammes, der im Vergleich zu Schrott einen höheren Sauerstoffgehalt aufweist, bildet sich eine eisenoxidhaltige Schlacke, welche das saure Ofenfutter stark angreift. Es ist bekannt, daß sich dank der besonders guten Desoxydationswirkung von Siliciumcarbid der Eisenoxidgehalt der Schlacke beim Einschmelzen von Schrott erniedrigt und damit die Futterhaltbarkeit des Ofens steigert. Dies gilt allerdings nur für die bisherige Praxis ohne die Zugabe von Eisenschwamm, veil durch die Zugabe von Eisenschwamm die Schiackerimenge beträchtlich ansteigt. Um den Eisenoxidgehalt der Schlakke beim Einsatz von Eisenschwamm zu vermindern, sind zusätzliche Maßnahmen notwendig.

Man vermischt die erfindungsgemäßen Eisenerze in feingemahlenem Zustand mit feinkörnigem Siliciumcarbid und bringt sie in bekannter V/eise in stückige Form. Dabei verwendet man Eisenerze, die beispielsweise mindestens 80% auf eine Korngräße von kleiner als 40 u aufgemahlen sind. Das Siliciumcarbid wird in einer Menge von 0,1 - 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,5-6 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge und einer Korngröße von 10 μ - 2mm, vorzugsweise 10 ρ - 400 μ verwendet. Dieses Siliciumcarbid wird in adäquater Korngröße dem zu pelletierenden Eisenerz zugesetzt und das Gemisch in bekannter V/eise pelletiert, gegebenenfalls gebrannt und reduziert.

Die hochfeine Verteilung des unschmelzbaren Siliciumcarbids im Eisenschwamm bewirkt, daß mit der Verflüs-

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sigung des Eisenschwammes und damit der Auflösung des Siliciumcarbids, dessen Verteilung in der Schmelze äußerst gleichmäßig erfolgt und der vom Eisenschvramm mitgeführte Anteil an Eisenoxid bevorzugt reduziert wird.

Bei der bisherigen Art der Zugabe von Siliciumcarbid auf bzw. in das Bad kann eine solche Gleichmäßigkeit, wie bei der geschilderten innigen Verteilung von beispielsweise nur 2 oder 4% Siliciumcarbid im Eisenschwamm nicht erreicht werden.

Mit der erfindungsgemäßen Einbringung von Siliciumcarbid in den Eisenschwamm ist eine wesentliche Verkürzung der Chargendauer und eine eisenärmere Schlacke gewährleistet; beides zusammen ist in Verbindung mit der besseren Futterhaltbarkeit ein bedeutender technischer Fortschritt.

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Beispiel 1t

Ein Einschmelzblock von 900 kg Gewicht GGG wurde in den Ofen gesetzt und mit Kreislaufmaterial bedeckt. Nach dem Niederschmelzen wurde nachgefüllt unter Verwendung von neuen, blanken Blechpaketen, bis der Ofen voll war. Dann wurde eine größere Schlackenprobe von der Oberfläche entnommen. Das Gewicht dieser Schlackenprobe in erkaltetem Zustand betrug 800 g. Nach der Vermahlung konnten mit Hilfe eines Magneten 300 g überwiegend kugelige, metallische Einschlüsse herausgezogen werden. In den restlichen 500 β wurden 16,34 % Fe und 6,12 % Mn gefunden. Dieser Analysenwert liegt im Rahmen üblicher Analysenbefunde.

Beispiel 2:

Unter Einhaltung der gleichen Gewichtsverhältnisse wie in Beispiel 1 wurde die Schmelze wiederholt. Anstatt des in Beispiel 1 verwendeten Anteils an Blechpaketen wurden 500 kg Eisenschwamm und getrennt 0,9 % metallurgisches Siliciumcarbid bezogen auf die gesamte Füllung hintereinander eingeschmolzen. Damit wurden rund 28'kg Siliciumcarbid mit knapp 20 kg Iieinsilicium eingebracht (etwa 0,55 % Si). An Eisenoxid wurden aus dem Eisenschwamm 33 kg eingeführt. Schon mit bloßem Auge zeigte sich, daß die Schlacke heller aussah. 315 g Schlacke wurden nach dem Erkalten ausgewogen. Mari konnte nur 2 g metallischer Einschlüsse mit dem Magneten herausziehen. Die restlichen 313 S enthielten 2,73 % Eisen und 4,54 % Mangan.

Beispiel 3'·

Einer sauber abgeschlackten Schmelze im Gewicht von 3,5 to entsprechend Beispiel 1 wurden I5OO kg Eisen zum Vergießen entnommen. Als Ersatz wurden zunächst 900 kg (25 %) Eisenschwamm beigegeben, welchem erfindungsgemäß

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vor der Reduktion 2 % Siliciumcarbid zugesetzt wurden. Der Rest wurde mit Kreislaufmaterial aufgefüllt.

Die Analyse des zugesetzten Schvainines ist: 92,2 % Gesamteisen, davon 86,6 % metallisch, 0,7 % Al₂O₅, 2,5 % SiO₂, 1,0 % CaO, 6,7 % FeO entsprechend 5,4 % metallischem Eisen, 0,85 % C, 2 % Siliciumcarbid (metallurgische Qualität mit 90 % SiC). Aus diesen 900 kg Eisenschwamm wurden entsprechend obiger Analyse folgende Schlackenbildner eingebracht: 58 kg FeO, 23 kg SiO₂, 6,0 kg Al₂O₅, 10,0 kg CaO, 1,0 kg MgO und zusätzlich aus dem metallurgischen Siliciumcarbid 1 kg SiO₂. Dein SiC-Gehalt ist 17 kg mit rund 12 kg Reinsilicium.

Die 99 kg Schlackenbildner ergeben theoretisch 58 % FeO, 23 % SiOp, 6 % Al_p0₇, 10 % CaO, 1,0 % MgO. Tatsächlich

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wurden in der Schlacke gefunden: 6,0 % Fe entsprechend 8 % FeO, 1 % Kn, 68 % SiQ^, 17 % CaO, 12 % Al₂O₅ und 1,2 % MgO. Statt des theoretisch"erwarteten FeO-gehaltes von 58 % enthielt die Schlacke nur 8 %. Die Differenz des SiO₂-gehaltes rührt mit 25 kg SiOp aus den für die Reduktion verbrauchten Ad kg Heinsilicium sus dem Siliciumcarbid.

Addiert man diese Menge von 25 kg SiOp zu den eingebrachten 23 kg SiOp, so ergeben sich 48 kg SiOp. Die Gewichtsmenge der Schlacke sinkt durch das ausreduzierte FeO auf 87 kg; also stellen obige 48 kg mithin 55 % SiO₂ dar. Ein Zugang aus dem Ofenfutterverschleiß und anhängendem Sand des Kreislaufmaterials ergibt die Differenz auf 68 %.

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Claims (9)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Eisenschwamm aus Eisenerzen mit 95 % und mehr Eisenoxid, dadurch gekennzeichnet, daß man dem pulverisierten Eisenerz Siliciumcarbid zumiscirb, das Gemisch pelletiert und der Direktreduktion unterwirft.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Eisenerze in feingemahlenem Zustand mit feinkörnigem Siliciumcarbid vermischt und in bekannter V/eise in eine stückige Form bringt;

3· Verfahren nach Anspruch1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Eisenerze, von denen mindestens 80% auf eine Korngröße von kleiner als 40 μ auf gemahlen sind, verwendet v/erden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß Siliciumcarbid in einer Menge von 0,1 - 10 Gew.-%, vorzugsweise 0,5-6 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmenge und einer Korngröße von 10 u - 2,0 mm, vorzugsweise 10 μ - 400 μ verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Siliciumcarbid in adäquater Korngröße dem zu pelletierenden Eisenerz zugesetzt, das Gemisch in bekannter Weise pelletiert und gegebenenfalls "gebrannt wird.

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6. Verwendung von Eisenschwamm nach Anspruch 1 bis 5 zur Herstellung von GGG.

7· Verwendung von Eisenschwamm nach Anspruch 1 bis 5 zur Herstellung von schwarzem Temperguß.

8. Verwendung von Eisenschwamm nach Anspruch 1 bis 5 zur Herstellung von übereutektoidem Stahlguß, dessen oberhalb 0,9% liegender Kohlenstoffgehalt als Kugelgraphit im Rohguß abgeschieden wird.

9. Verwendung von Eisenschwamm nach Anspruch 1 bis 5 zur Herstellung von Siliciumbaustählen oder anderen Stahlsorten.

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