DE2422619A1

DE2422619A1 - Verfahren zur beseitigung von feinverteilten abfaellen

Info

Publication number: DE2422619A1
Application number: DE2422619A
Authority: DE
Inventors: John E Allen
Original assignee: Ferro-Carb Agglomeration
Current assignee: Ferro-Carb Agglomeration
Priority date: 1973-05-14
Filing date: 1974-05-10
Publication date: 1974-11-28
Also published as: LU70051A1; US3870509A; BR7403938D0; DE2422619B2; ES426342A1; GB1466188A; JPS5018311A; JPS5652097B2; AU6867774A; NL7406238A; IT1012306B

Description

HELM;.

t:no..h·. 2. - T si. 61 7079

3. Mai 1974 Gze/Ro

FERRO-CARB AGGLOMERATION,LTD., 6O6 Timber Lane, Lake Forest, Illinois, U. S. A. .

Verfahren zur'Beseitigung von feinverteilten Abfällen

Die vorliegende Erfindung betrifft die Beeinflussung der Umweltverschmutzung, welche von Hüttenwerken, Maschinenwerkstätten, Gießereien und ähnlichen Betrieben ausgeht, durch Wiederverwendung der feinverteilten festen Rückstände, welche in all diesen Anlagen in großen Mengen erzeugt werden. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Beseitigung der bei der Metallherstellung und -verarbeitung anfallenden, Eisen und Kohlenstoff enthaltenden, feinverteilten Abfälle.

Zu den Tätigkeiten in einem Hüttenwerk gehört allgemein die Herstellung von flüssigem Gußeisen aus Eisenerz mit Koks und Flußmittel, die Umwandlung dieses flüssigen Eisens in Stahl, und die Verarbeitung des Stahls zu Halbzeug. Bei jeder dieser Verfahrensstufen werden feinverteilte feste Abfälle gebildet, die beseitigt v/erden müssen, wobei aus wirtschaftlichen Gründen Gin Interesse an der Wiedergewinnung der metallischen Bestandteile besteht. In der Vergangenheit erfolgte die Beseitigung gewöhnlich durch ein Sinterverfahren, was aber auch zur Um-

ORIGlNAL INSPECTED

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weltver3chmutzuqg beitrug, und wobei ein großer Teil des in den Abfällen enthaltenen Kohlenstoffs verbraucht wurde.

Bei einem typischen Verfahren zur Eisenherstellung werden das Eisenoxid-Erz, das Flußmittel und das Reduktionsmittel-Koksin einen Hochofen gebracht, die Beschickung geschmolzen, wobei

das Eisenoxid zu Eisen reduziert wird und.. und flüssiges Gußwird,/

eisen gebildet; daneben bildet sich Schlacke, die in geschmolzener Form gewonnen wird. Durch die hohen Temperaturen und die großen Luftströme (welche Geschwindigkeiten von mehr als 3 m/sec. erreichen) werden große Mengen feiner Rückstände in die Entstaubungs-Systeme getragen und dort entweder in trockener Form oder als Schlamm niedergeschlagen. Dieser Hochofenstaub besteht aus einer Mischung aus Eisenerzen, Kohlenstoff, Kalkstaub und Aschebestandteilen. Auf jeden Fall wirft die Beseitigung dieses Staubes ernsthafte Probleme auf, da auf 100 Tonnen Eisen etwa 2,5 Tonnen Staub urid Schlamm anfallen.

Wird das Gußeisen in Stahl umgewandelt, etwa in einem Siemens-Martin-Ofen ©der in einem Thomas-Ofen, so werden dabei eben-SLIs eisenoxidreiche Stäube erzeugt. Auch die Beseitigung dieser Stäube stellt ein schwerwiegendes Problem dar, da der Hauptante.il Korngrößen im Submikron-Bereich aufweist und auf 100 Tonnen Rohstahl etwa 1,5 Tonnen dieses feinen Staubes anfallen.

Eine weitere Quelle für feinverteilte Abfälle ist die Verarbeitung des Rohstahls. Die Stahlmasseln, Barren und andere Halbzeuge werden in Öfen erneut "erwärmt und in die gewünschten

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Formen gebracht, etwa in kontinuierlich arbeitenden Walzwerken zu Folien, Barren und Formkörpern verarbeitet, wobei während dieser Bearbeitung heiße oxydierte Teilchen, welche als Hammerschlag oder Zunder bekannt sind, gebildet werden. Dieser im Walzwerk gebildete Abfall besteht hauptsächlich aus feinverteiltem magnetischem Eisenoxid (Fe₇O^) und enthält gewöhnlich unterschiedliche Mengen von Öl und Fett; auch die Beseitigung dieser Rückstände wirft Probleme auf.

Abfalleisen, wie etwa Schrot, 'ist weltweit eine der vorherrSehensten Quellen für Umweltverschmutzung. Gewöhnlich wird der Schrot gesammelt und in verschiedenen Verfahren zur Herstellung von Eisen und Stahl erneut geschmolzen. Kleine Eisenteile, wie etwa die Abfälle in Gießereien,die Drehspäne in Maschinenwerkstätten und ähnliche Abfälle führen zu besonderen Schwierigkeiten, da sie schwierig zu sammeln sind, bei den Verfahren _Zur Metallherstellung auf der Schmelze schwimmen, und oft noch Verunreinigungen enthalten, welche ihre Verwendung bei der Stahlherstellung erschweren; so hat beispielsweise' die Verwendung dieser Teilchen bei'Kupol-Ofen-Verfahren zu ungleichmäßigen Betriebsbedingungen geführt. Es hat sich deshalb oft als notwendig erwiesen, andere kostspielige Wege zur Beseitigung solcher Abfälle zu beschreiten, um schwerwiegende Probleme der Umweltverschmutzung zu vermindern, trotz der Tatsache, daß diese Abfälle oftmals Kohlenwasserstoffe enthalten, welche als Brennstoffe bei der Metallherstellung nützlich eingesetzt werden könnten.

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Eine Lagerung auf Halden oder sonstige Abgabe dieser Abfälle ist nicht wirtschaftlich, da das darin enthaltene Metalloxid und der Kohlenstoff wertvolle Bestandteile darstellen. Darüberhina'us ist die Deponierung dieser Abfälle in vielen Staaten gesetzlich untersagt worden. Bislang ist die Sinterung dieser Abfälle das am gebräuchlichsten ausgeübte Verfahren zur Agglomerierung der Abfälle, jedoch haben die damit verbundenen hohen Temperaturen und das große Gasvolumen zu schwerwiegender Luftverschmutzung geführt. Eine Lösung dieser Schwierigkeit führte zu immer größer werdenden Kosten für die Ausführung und den Betrieb von Vorrichtungen zur Steuerung der Luftverschmutzung. Darüberhinaus werden beim Sinterverfahren große Teile des in den Abfällen enthaltenen Kohlenstoffs verbrannt (oxydiert), um halbplastisches Material zu erzeugen, was jedoch zu beträchtlichen'Heizwert-Verlusten dieses Materials führt. Eine Heiß-Brikettierung hat sich, obwohl sie häufig diskutiert wurde, als nicht wirtschaftlich durchführbar erwiesen, da sie sehr teuer ist, und die angefallenen kohlenstoffhaltigen Abfälle ■*. damit nicht erfolgreich agglomeriert werden konnten. Bei verschiedenen Verfahren wurden deshalb unterschiedliche Sorten und Mengen von Zement als Schlacke bildende Bestandteile zugesetzt, jedoch war damit stets ein Verlust an Bindungsfestigkeit bei hohen Temperaturen verbunden. Daraus ergibt sich schlüssig, daß das besonders angestrebte Verfahren zur Agglomeratbildung bei tiefen Temperaturen und mit geringem Gasvolumen betrieben werden sollte, damit lediglich geringe oder gar keine Umweltverschmutzung auftritt. Bei dem

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Verfahren sollten weiterhin alle wertvollen Bestandteile wiedergewonnen werden, während gleichzeitig Agglomerate erzeugt werden sollten, welche bei hohen Temperaturen beständig sind, gute Belastungsfähigkeit und einheitliche Größe aufweisen.

Der Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, daß typische feinverteilte Abfälle aus Hüttenwerken und Walzwerken, wie etwa Hochofenstaub, Stahlofen-Staub, Walzabfälle, Kohlenstaub, die Abfälle aus Maschinenwerkstätten, die Abfälle und Rückstände aus Gießereien und weitere Abfälle nach einem wirtschaftlichen Verfahren zu Briketts geformt werden können, welche fest genug sind, damit sie überwiegend wieder dem Verfahren zur Eisenherstellung zugeführt werden können. Nach der vorliegenden Erfindung werden die feinverteilten, Eisen enthaltenden Abfälle mit ungefähr 2 bis 15%, bevorzugt mit 3 bis 8%, (bezogen auf das Gesamtgewicht der Briketts) mit einem kohlenwasserstoff haltigen Bindemittel, das eine Erweichungstemperatur (bestimmt nach der Kugel/Ring-Methode entsprechend der» ASTM-Norm E28-58T) unter 100⁰C aufweist und im wesentlichen frei von möglichen Anteilen unterhalb von 260 C flüchtiger, brennbarer Substanzen ist, zu Briketts geformt. Nach der Bildung der Briketts v/erden diese etwa 30 bis 90 Minuten lang in einer Atmosphäre, welche wenigstens 10% Sauerstoff enthält auf Temperaturen von I70 bis 320 C erwärmt; dabei reagiert der Sauerstoff selektiv mit dem in dem Bindemittel enthaltenen Wasserstoff und ungesättigten Kohlenstoffen, wodurch merkliche Wärmemengen erzeugt werden (etwa 35 bis 45 kcal/kg Bindemittel).

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Die auf diese Weise hergestellten, teilweise dehydrogenierten Briketts werden.abgekühlt, und. die abgekühlten Briketts sind fest genug, damit sie in einen Hochofen, einen Siemens-Martin Ofen, oder einen Kupol-Ofen eingebracht werden können, wodurch das in den Briketts enthaltene Eisen und der Kohlenstoff wiedergewonnen wird.

Für die Fälle,in denen ein Brikett mit besonders geringem Anteil an flüchtigen Bestandteilen erwünscht wird, etwa für die Verwendung in Kupol-öfen und elektrischen Öfen, können die Briketts bevorzugt unter inertem Gas auf Temperaturen über 76O C erwärmt werden, damit die flüchtigen Anteile auf weniger als 3yö vermindert werden.

Es wurde beobachtet, daß bei dem erfindungsgen&ß bevorzugten Verfahren zur Brikettbildung ein großer Teil des in den Briketts vorhandenen Eisenoxids zu Eisen reduziert wird und an den Grenzflächen der Teilchen Eisencarbid gebildet wird, wobei diese <» Eisencarbid-Bildung zu einer bemerkenswerten Festigkeit der
dehydrogenierten Briketts führt, trotz ihres sehr geringen
ursprünglichen Anteils an Bindemittel.

Wie bereits angedeutet, können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren genausogut feinverteilte Metalle verarbeitet werden, wie oxydierte Stäube; so kann etwa Eisenschrot eingesetzt v/erden, der auf andere Weise schwierig zu beseitigen ist, hierbei ist lediglich erforderlich, daß die Abmessungen der Schrotteilchen etwa 6 mm nicht übersteigen. Die "Abfälle in Gießereiai und die

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feinen Metallabfälle aus Metallwerkstätten sind typische Materialien, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verarbeitet werden können; größere Stücke, wie etwa die Abfälle beim Stanzen und Prägen können natürlich gebündelt werden und in dieser Form ohne weitere Schwierigkeiten der Metallherstellung zugeführt werden.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können nahezu alle feinverteilten festen Abfälle beseitigt werden, die' in integrierten Eisen- und Stahlwerken zwangsläufig anfallen. Wie bereits bei der Schilderung des Standes der Technik ausgeführt, gehören zu diesen Abfällen (ohne darauf beschränkt zu sein), die Rückstände beim Sieben von Koks, die Hochofenstäube sowohl in nasser wie in trockener Form, die Stäube aus Stq.hlöfen, die Flüßmittelrückstände, die Abfälle und Rückstände aus den Walzwerken, die Abfälle aus Maschinenv/erkstätten und Gießereien. Tatsächlich umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren auch die Beseitigung von Koksstaub (darunter fallen die feinen Rückstände beim Betrieb von Koksöfen) und den. Kericht der Fußböden; es ist jedoch erforderlich, daß die vereinigten Stäube wenigstens 5°o Eisen enthalten, damit eine zufriedenstellende Bindung mit den geringen Prozentsätzen verwendetem Bindemittel erzielt wird.

Die feinen Rückstände werden mit dem ausgewählten Bindemittel in einem üblichen Mischer,(z.B. in einer Schlagmühle) vermischt. Das Bindemittel sollte kohlenwasserstoffhaltig sein und einen

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Erweichungspunkt (nach der Kugel/Ring-Methode entsprechend der ASTM-Norm E28-58T) unter ungefähr 100⁰C aufweisen (wegen der leichteren Handhabung) und frei von merklichen Anteilen an bei 260 C flüchtigen, brennbaren Bestandteilen sein. Zu typischen brauchbaren Bindemitteln gehören Kohlenteer und Pech, die pechartigen Rückstände bei der Petroleuragewinnung, oder die als Sumpfprodukt bei der Petroleum-Reformierung anfallenden Rückstände und ähnliche Materialien. Mit Erfolg wurden Teere verwendet, welche einen Erweichungspunkt von 38°C und eine Viskosität von 5, relativ zu Yfesser aufwiesen; ferner wurden erfolgreich Pech und Teer mit Erweichungspunkten von angenähert 100 C eingesetzt; es ist hauptsächlich erforderlich, die Mischtemperatur an das eingesetzte Bindemittel anzupassen, wobei die Mischtemperatur nicht mehr als ungefähr 45 C über dem Erweichungspunkt des Bindemittels liegen sollte. Koksofenteere, welche Naphtalin enthalten, können dann verwendet werden, nachdem das Naphtalin daraus entfernt worden ist, Die Anwesenheit merklicher Anteile von'Naphtalin (oder anderer unterhalb 260⁰C flüchtiger brennbarer Bestandteile) muß vermieden werden, da deren Anwesenheit in dem Dehydrogenier-Ofen zu Bränden führen könnte, wodurch die Kontrolle über das Verfahren verloren geht.

Damit die fertigen Briketts ausreichende Festigkeit aufweisen, sind auf jeden Fall wenigstens 2% Bindemittel erforderlich, zur Erzielung optimaler Ergebnisse werden ungefähr 3 bis 8% eingesetzt. Ohne Nachteil können auch bis zu 15% Bindemittel ver-

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wendet werden, Bindemit.telanteile über 15% erhöhen nicht nur die Verfahrenskosten, sondern es besteht dann auch die Gefahr, d-aß die Briketts in den ersten Stufen der Dehydrogenierung erweichen und sich verformen.

Die feinen Rückstände und das Bindemittel werden sorgfältig vermischt, etwa in einer Schlagmühle, bei beliebigen geeigneten Mischtemperaturen, welche nicht mehr als 45 C oberhalb des Erweichungspunkts des Bindemittels liegen sollten. Höhere Temperaturen sind zu vermeiden, um eine ausreichende Verfestigung der Roh-Briketts zu erzielen, damit deren Verformung in der anschließenden Dehydrogenierungs-Stufe vermieden wird. Je nach den eingesetzten Mischungen und der vorhandenen Ausrüstung wird gewöhnlich nach 5 bis 10 Minuten eine vollständige Vermischung erzielt.

Aus der Mischung werden anschließend Formkörper hergestellt, etwa durch Extrudieren oder durch Verfestigung mit einer Stempelpresse (etwa vom Milwaukee-Typ) oder besonders bevorzugt nach einem Walzverfahren zur Brikettherstellung. Die Abmessungen der Briketts werden von der besonderen Ausrüstung zu deren Wiederverwendung und durch die Anwendung der Agglomerate bestimmt. Hochofen v/erden bevorzugt mit Briketts beschickt, welche Abmessungen von 50 χ 50 χ 25 mm aufweisen; für Kupol-Öfen (z.B. ein Whiting-Kupdofen mit einem Durchmesser von 1,2 bis 2,4 m ) werden größere Briketts bevorzugt (mit Abmessungen von 100 χ x50 mm) während in elektrischen Öfen, Siemens-Martin-Öfen und

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Thomas-Konvertern etwas kleinere Briketts eingesetzt v/erden, als in Hochöfen.

Die Rohbriketts werden aus der Form-Vorrichtung in den Dehydrogenierungs-Ofen gebracht. Dort werden die Briketts mit einem zirkulierenden Strom sauerstoffhaltigen Gases, welches eine Temperatur von 170 bis 320 C aufweist, ausreichend lange behandelt,damit eine merkliche Dehydrogenierung und Polymerisation des Bindemittels und eine Reaktion zwischen dem Bindemittel und dem sauerstoffhaltigen Staub zur Bildung einer festen Bindung eintritt. Dieses Produkt kann in dieser Form in einen Hochofen, einen Stahlofen, oder einen Kupol-Ofen in einer Gießerei gebracht werden, oder es kann einer weiteren Behandlung zur Beseitigung flüchtiger Anteile unterworfen werden, wenn diea der vorgesehene Verwendungszweck erfordert.

Zur Dehydrogenierung kann jeder beliebige Ofen verwendet werden. Typischerweise wurde erfindungsgemäß ein Kettenrost eingesetzt, der einen etwa 30 cm hohen Stapel Briketts bewegte, wobei erwärmte Luft als sauerstoffhaltiges Gas eingesetzt wurde. Bei Temperaturen des Gases unterhalb 170 C ist die Reaktion relativ langsam, verläuft jedoch bei einem Bindemittelgehalt von 10?4 in etwa 90 Minuten vollständig, während bei einem Bindemittelgehalt von 5% etwa 60 Minuten erforderlich sind. Bei Temperaturen des Gases von 320 C sind äußerste Vorsichtsmaßnahmen erforderlich, jedoch 'ist eine sehr hohe Reaktionsgeschwindigkeit möglich, etwa lediglich 30 Minuten bei einem Bindemittelgehalt

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von 3%i zur Erzielung optimaler .Ergebnisse erfolgt erfindungsgemäß der Betrieb bevorzugt bei Gastemperatüren von ungefähr 200 bis 260°C.

Die Reaktion zwischen dem Sauerstoff in dem Gas mit dem Wasserstoff in dem Bindemittel ist stark exotherm und erzeugt etwa 35 bis 45 kcal pro kg Bindemittel. Die durch das Bett oder, den Stapel aus Briketts hindurchströmende Luft dient nicht nur zur Versorgung mit Sauerstoff, sondern führt auch die Reaktionswärme ab. Bei einem typischerweise 30 cm hohen Bett oder Stapel liegt die für die Abführung der Wärme erforderliche Geschwindigkeit des Gasstroms zwischen 0,9 und 3,0 m/sec. (d.h. bei einer Luftgeschwindigkeit unter 0,9 m/sec. treten Rück-¹-stände auf und bei einer Geschwindigkeit über 3,0 m/sec. kann die Reaktion aufhören .oder es sind Zerstörungen der Briketts möglich). Der minimale Sauerstoffgehalt dasfür die Dehydrogenierung verwendeten-Gases sollte ungefähr Λ0% betragen, obwohl erfindungsgemäß bevorzugt Gase mit 15% oder mehr Sauer-?' stoff eingesetzt werden.

Bei der Dehydrogenierung wird das Bindemittel carbonisiert und eine Struktur gebildet, welche ausreichend fest ist, um das Brikett unter den bei der Handhabung und bei der endgültigen Verwendung auftretenden Kräften zusammenzuhalten. Bei Abwesenheit von wenistens 5^ Eisen in dem Staub weist ein solches

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dehydrogeniertes Brikett mit einem Bindemittelanteil von 3 bis 8% eine geringere Festigkeit gegenüber Zerbrechen auf, als dies gewünscht wird. Da die erfindungsgemäßen Briketts gewöhnlich sehr fest sind und Druckkräften von ungefähr 56 bis 350 kg/cm'"" widerstehen, erscheint es klar, daß das vorhandene Eisen ein wesentlicher Faktor für die Herstellung zufriedenstellender Briketts ist. Wenistens in einigen Fällen wurde eine, tatsächliche Anziehung zwischen dem Eisen und dem Kohlenstoff des Bindemittels als maßgebend erkannt, um bei solch niedrigen Bindemittelverhältnissen solch feste Briketts zu erhalten.

Die teilweise dehydrogenierten Briketts brennen mit einer gelben Flamme, was sowohl bei der Verwendung in Siemens-Martin-Öfen wie bei Blasöfen nützlich ist. Werden die Briketts in dieser Form der Metallgewinnung zugeführt, so führt die Wiederverwendung des Eissns und Kohlenstoffs in den Briketts und die Verbesserung der Betriebsbedingungen im Ofen zu einer Beseitigung der Abfälle unter Erzielung wirtschaftlicher Vorteile.

Für die Verwendung in Kupol-Öfen oder elektrischen Öfen wird es angestrebt, daß die Briketts einen niedrigen Gehalt an flüchtigen Bestandteilen' (unter ungefähr 3/0 aufweisen. Für • solche Verwendungszwecke können die dehydrogenierten Briketts einer weiteren Behandlung ausgesetzt werden, bei v/elcher die verbleibenden flüchtigen Bestandteile auf unter 3% verringert werden. Dieses Ziel kann durch Erwärmung unter inerter Atmosphäre auf Temperaturen von 760 bis 870°C für eine Dauer von 10 bis 20 Minuten erreicht werden. In der gleichen Zeit wird ein großer

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Teil des in den Briketts enthaltenen Eisenoxids zu Eisen reduziert und an den Grenzflächen Eisencarbid gebildet, woraus eine viel größere Festigkeit gegenüber Zerbrechen resultiert.

Die erhaltenen Produkte, ob teilweise dehydrogeniert oder einer weiteren Behandlung zur Verringerung der flüchtigen Bestandteile ausgesetzt, sind fest und abriebbestandig und erfüllen die Anforderungen gut, welche der vorgesehene Verwendungszweck an sie stellt.

Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung ohne diese einzuschränken.

Beispiel 1

Beseitigung der Abfalle aus einem integrierten Hüttenwerk.

Er» wurde der typische Betrieb eines integrierten Hüttenwerks* ausgewählt, bei dem etwa in gleichen Teilen (auf Trockenbasis) trockener Flugstaub aus dem Hochofen (der etwa zur Hälfte aus Eisenoxid und zur Hälfte aus Kohlenstoff mit geringen Anteilen an Calciumoxid und Asche besteht), der nasse Schlamm aus der ■ dem Hochofen nachgeschalteten Gaswäsche, (der auf Trockenbasis etwa digfeleiche Zusammensetzung aufweist), Hammerschlag oder Walzenschlacke aus dem Walzwerk ( hauptsächlich Eisenoxid,

Fe^O,, mit einem angenäherten Eisengehalt von 72%) und Koks-HÄnfällt

staub⁷. Eine Mischung aus jeweils 11,3 kg dieser Produkte wurde

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soweit vermählen, daß das gemahlene Gemisch ein Standardsieb(mit einer lichten Maschenweite von 3,3 mm) passiert; anschließend wurde das gemahlene
Gemisch mit 5 kg Koksofen-Pech, das bei der Erwärmung von Hochtemperatur-Kohlenteer erhalten wurde und einen Erweichungspunkt (nach der Kugel/Ring-Methode) von 66°C aufweist,in eine Schlagmühle gebracht; der Mischer wurde bei 93 C gehalten. Das Gemisch wurde anschließend in einem Y/alzwerk zu Briketts mit Abmessungen von 50 χ 50 χ 25 mm geformt, welche 30 cm hoch auf einem wandernden Rost gestapelt wurden, und 60 Minuten lang: einem Verbrennungsgas ausgesetzt, das 18% Sauerstoff enthielt und eine Temperatur von 190⁰C aufwies. Die Hälfte des Produkts wurde in einem weiteren Schritt 15 Minuten lang in einem Schachtofen unter inerter Atmosphäre auf 870 C erwärmt, um die flüchtigen Anteile weiter zu entfernen. Die jeweils erhaltenen Briketts zeigten die folgenden Eigenschaften:

Teilweise dehydrogeniert

Erforderlicher Druck zum Zerbrechen 463 kg

Vorbehandelt zur Verminderung der flüchtigen Anteile

635 kg

Flüchtige Anteile

5,590

Verhalten beim Erwärmen auf 1260°C

Brennt mit leuchtend Brennt nicht, . ,gelber Flamme, sintert färbt sich kirschanschließend und rot bis weiß, sintert, schmilzt etwas schmilzt zum Metall

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Beispiel

Hammerschl^g_ oder \

~5k kg Hammerschlag oder Walzenschlacke wurdsi soweit vermählen, daß die Teilchen ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 3,33 mm passierten und wie in Beispiel 1 angegeben in einer Schlagmühle mit 11,3 kg Kohlenstaub (Korngröße unter 3,3 mm) und mit 2,7 kg Petroleumasphalt, der eine Erweichungstemperatur, (nach der Kugel/Ring-Methode) von 49°C aufweist, bei 66°C vermischt; anschließend aus der Mischung zylinderförmigs Körper mit einem Durchmesser von 37 mm und einer Höhe von 37 mm geformt. Diese Zylinder wurden anschließend 45 Minuten lang mit Luft, welche eine Temperatur von 275°C aufwies, behandelt. Das erhaltene Produkt zeigte die folgenden Eigenschaften:

Erforderliche Kraft zum Zerbrechen: ■Flüchtige Anteile :

Verhalten beim Verbrennen an Luft
bei 1930°c :

1950 kg;
3%

Die Zylinder verbrennen mit leuchtend gelber Flamme, werden kirschrot, anschließend weiß, sintern dabei und schmelzen.

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Beispiel 3

90,7 kg Hammerschlag (Korngröße unter 3,33 mm) und 2,7 kg Hochtemperatur-Koksofen-Teer (destillierter Teer bis zu einem Erweichungspunkt von 66°C (nach der Kugel/Ring-Methode)) wurden, wie in Beispiel 1 angegeben bei 93°C in einer Schlagmühle vermischt, und anschließend daraus kässenförmige Briketts mit Abmessungen von 50 χ 50 χ 25 mm geformt. Diese Briketts wurden mit Verbrennungsgas, das 15% Sauerstoff enthielt und eine Temperatur von 204⁰C aufwies, auf einem Rost in einer Stapelhöhe von 30 cm behandelt, wobei die Luft mit einer Geschwindigkeit von 0,9 m/sec. durch das Bett bzw. den Stapel geführt wurde. Die Hälfte',-der teilweise dehydrogenierten Briketts wurde anschließend zur Verminderung der darin enthaltenen flüchtigen Bestandteile unter Stickstoff 15 Minuten lang au~f 1093 C erwärmt und anschließend unter Stickstoff abgekühlt. Die erhaltenen Produkte zeigten die folgenden Eigenschaften:

Teilweise Vorbehandelt" zur dehydrogeniert Verminderung der flüchtigen Anteile

Erforderliche Kraft zur

Zerstörung der Briketts 408 kg 544 kg

Flüchtige Anteile 2,0% 1,0%

Gesamt-Eisengehalt '71,3% .71,3%

Freies Eisen 0,0% 17,8%

Verhalten beim Erwärmen an Brennt mit leuch- Sintert unter Luft auf 193O°C tend gelber geringem Schmel-

Flamme, sintert zen

anschließend und

schmilzt dabei etwas AO 9'8 48/0861 -

Beispiel

In den Fällen, in denen die eisenhaltige Substanz»beispielsweise ein Erz,Verunreinigungen enthält, etwa Gangart, die bei dem Schmelzverfahren entfernt werden muß, ist es bei der Eisenherstellung üblich, ein Flußmittel zuzusetzen, etwa Kalk oder gebrannten Kalk, das bevorzugt mit der Gangart reagiert, welche gewöhnlich Siliziumdioxid enthält, und dabei eine Schlacke bildet, welche auf dem geschmolzenen freien Eisen in dem Ofen schwimmt,und rixirch einfaches Dekantieren entfernt werden kann. In Beispiel 4 wird aus reinen Materialien eine Mischung simuliert, welche einem extremen Fall von trockenem Hochofenstaub entspricht:

45,4 kg reines, trockenes Eisenoxid (Fe^O^), 4,5 kg reines,* trockenes Siliziumdioxid (Quarz, SiO₂), 9,1 kg reiner, trockener, gebrannter Kalk (CaO), und 2,3 kg Petroleumasphalt (mit einem Erweichungspunkt von 82⁰C) wurden in eine Schlagmühle gebracht und dort angenähert 15 Minuten lang bei 121 C vermischt. Diese heiße Mischung wurde anschließend zwischen die Walzen einer Brikettierpresse gebracht, welche Taschen für die Bildung kissenförmiger Briketts mit einer Länge von 50 mm, einer Breite von 50 mm und einer Dicke von 25 mm aufwies. Die dabei erhaltenen Briketts wurden anschließend mit Luft wärmebehandelt, welche. 45 Minuten' lang mit einer

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Geschwindigkeit von 1,5 bis 2,1 m/sec. durch den Stapel von 30 cm hochgeschichteten Briketts geführt wurde. Vor der weiteren Handhabung wurden diese wärmebehandelten Briketts wieder abgekühlt, anschließend analysiert und dabei die folgenden Ergebnisse erhalten:

Bruchfestigkeit Gesamtdruckkraft von:397 kg Flüchtige Bestandteile : 2,0%

Gesamteisengehalt - ■ : 6,13 "Gew.-% Freies Eisen :0,0 Gew.-%

Calciumoxid :8,5 Gew.-?6

Siliciumdioxid ' :4,2 Gew.-90

Von flüchtigen Anteilen befreiter Petroleumasphalt-Kohlenstoff 1,8 Gew.-56

Die restlichen Bestandteile wurden nicht analysiert, bestanden jedoch aus an Eisen gebundene Sauerstoff und Wasserstoff, das als Wasser freigesetzt wurde. *

Kalkstein oder ähnliche Flußmittel können durch andere Flußmittel ersetzt werden, ohne daß die Qualität der Briketts beeinträchtigt wird. Tatsächlich verleiht der Zusatz von Kalkstein wegen seiner Unlöslichkeit in Wasser den wärmebehandelten Briketts eine gewünschte Lagerfähigkeit.

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Beispiel

Abfälle_aus_einer_Maschinengießerei

Die Mischung bestand aus 5,1 kg Gußeisen-Chips aus einer Maschinengießerei, die auf 93 C erwärmt waren; und aus 0,2? kg. Koksofen-Pech (destillierter Hochtemperatur-Koksofen-Teer,der bis zu einem Erweichungspunkt von 66 C (nach der Kugel/Ring-Methode) destilliert worden war); und wurde 5 Minuten lang bej 90 C vermischt. Anschließend, wurde diese Mischung unter einem Druck von 700 kg/cm zu Preßkörpern mit einem Durchmesser von 28 mm und einer Höhe von 25 mm verpreßt. Diese Preßkörper wurden mit Luft behandelt, welche eine Temperatur von 260⁰C aufwies und für 120 Minuten "durch einen 30 cm hohen Stapel dieser" Briketts geführt wurde. Nach dem Abkühlen wurden die Briketts analysiert, und dabei folgende Ergebnisse ermittelt: *

Erforderliche·Kraft zum

Zerbrechen 1720 kg

Flüchtige Bestandteile 2,45 Gew.-%

Verhalten bei Erwärmung

auf 193O°C Brennt für kurze

Zeit mit leuchtend gelber Flamme, sintert anschließend und schmilzt.

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Beispiel

Eine Mischung aus 41,7 kg gewöhnlichem Schrot (Stahl und Gußeisen), der soweit zerkleinert worden war, das er ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 6 mm passierte, 3»6 kg Kohlenstaub, der soweit zerkleinert worden war, das er ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 3,2 mm passierte, und 3»6 kg Koksofen-Teerpech mit einem Erweichungspunkt von 68°C wurde in einer üblichen Schlagmühle 10 Minuten lang bei 93⁰C vermischt. Diese Mischung wurde anschließend einer Brikettiermaschine zugeführt, deren Walzen einen Durchmesser von 250 mm aufwiesen, wobei die Kraft zur Trennung der Walzen 700 kg pro cm Rollenbreite betrug. Mit dieser Brikettiermaschine wurden kissenförmige Briketts hergestellt, die eine Länge von 36 mm, e,ine Breite von 36 mm und eine Dicke von 25 mm aufwiesen; diese Briketts wurden anschließend einer Wärmebehandlung ausgesetzt, wozu Luft mit einer Temperatur * von 238⁰C durch einen 30 cm hohen Stapel aus diesen frischgeformten Briketts zikuliert und rezirkuliert wurde. Diese Wärmebehandlung mit Luft dauerte 120 Minuten, anschließend wurden die Briketts abgekühlt und zeigten bei einer Untersuchung die folgenden Eigenschaften:

Druckfestigkeit - Gesamtkraft die auf

die briketts zwisehen den Platten einer hydraulischen Presse aufgebracht werden

kann 499 kg

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Abriebbeständigkeit - Anteil der von den Briketts nach dem Stürzen in einer genormten Trommel (nach ASTM) nach 700 Umdrehungen bei 25 Umdrehungen/Min, entfernt worden ist, ausgedrückt in Gew.-^ Material, daß ein Sieb mit quadratischen Öffnungen (Kantenlänge 6,35 mm) passiert 28 Gew.-%

Flüchtige Anteile - Bestimmt nach

der AST^-M-Norm zur Bestimmung der

verbleibenden Rückstände nach der Erwärmung unter Ausschluß von Luft

für 7 Minuten bei 95A-⁰C, ausgedrückt

in Gew.-56 4,5 Gew.-96

Brennverhalten - Gemessen als das Verhalten der an Luft wärmebe-" handelten Briketts nach der 5 Minuten dauernden Berührung mit einer Sauerstoff-Acetylen- oder Sauerstoff-propan-Flamme und anschließender Zuführung von 100?oigem Sauerstoff bis ein gewisser Anteil verbraucht ist: verbrennt kurzfristig mit leuchtend gelber Flamme, anschließend Sinterung, die Briketts glühen rot und schmelzen teilweise, es tritt keine Verformung der Briketts auf.

Beispiel 7

Eine Mischung aus 36,3 kg Gußeisen-Schrot, der soweit zerkleinert worden war, das er ein Sieb mit einer lichten Maschen-

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v/eite von 6 mm passierte, der teilweise während der Lagerung durch Rosten oxydiert worden ist und restliche "Schneid-G?. e" von der ursprünglichen Behandlung der Gußstücke her enthält. 2,3 kg Kohlenstaub, der sich als Nebenprodukt bei der Handhabung von Koks gebildet hatte und weiter soweit zerkleinert wurde, daß er ein Sieb mit einer lichten Maschenweite von 6 mm passierte, und 3,6 kg Koksofen-Teerpech mit einem Erweichungspunkt von 68 C wurden ,wie in Beispiel 6 angegeben, miteinander vermischt, aus der Mischung Briketts geformt und diese mit Luft wärmebehandelt. Bei den Untersuchungen, welche wie in Beispiel 6 angegeben, durchgeführt wurden, zeigten diese Briketts die folgenden Eigenschaften:

Druckfestigkeit 454 kg

Abriebbeständigkeit 25 Gew.-%

Flüchtige Anteile 6,5 Gew.-%

Brennverhalten . wie in Beispiel 6

Ein Anteil dieser Briketts wurde weiterhin für 25 Minuten unter inerter Atmosphäre auf 816°C erwärmt, um die flüchtigen Anteile auf weniger als 3% zu vermindern. Die dabei erhaltenen Briketts waren etwas fester, als das eingesetzte Material mjfc einem Anteil von 6,5% flüchtigen Anteilen, und konnten einem elektrischen Ofen zugeführt werden.

In den obigen Beispielen wird die zum Durchbiegen oder Zerbrechen erforderliche Gesamtkraft mit den Klemmbacken einer

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hydraulischen Presse aufgebracht, und als der erforderliche Preßdruck gemessen. Die flüchtigen Anteile wurden nach der ASTM-Norm D 271-64 bestimmt; der Erweichungspunkt der Bindemittel wurde nach der ASTM-Norm E28-58T bestimmt. Das Brennverhalten wurde an Luft mit einer Flamme aus einem Sauerstoff
wurde .

stoff-Acetylen-Brenner untersucht, der bei 1930 C betrieben

Jedes Produkt aus jedem Beispiel weist solche Eigenschaften auf, die belegen, daß die teilweise dehydrogenierteil Produkte sowohl für Hochöfen wie für Siemens-Martin-Öfen geeignet sind, während die Produkte,deren flüchtige Anteile noch weiter vermindert wurden für Kupol-Öfen, elektrische Öfen oder Sauerstofföfen geeignet sind.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Beseitigung der bei der Metallherstellung und Metallverarbeitung anfallenden, Eisen und Kohlenstoff enthaltenden, feinverteilten Abfälle, gekennzeichnet durch die folgenden Stufen:

(1) der feinverteilte Abfall, welcher wenigstens 5% Eisen enthält, wird mit bituminösem Bindemittel, das einen Erweichungspunkt (nach der Kugel/Ring-Methode) unterhalb 100⁰C aufweist und frei von bei 260⁰C flüchtigen, brennbaren Anteilen ist, in solchen Mengen vermischt, daß das Gemisch 2 bis 159«j Bindemittel enthält;

(2) das Gemisch wird zu Briketts verarbeitet;

(3) die Briketts werden 30 bis 90 Minuten lang mit einem Gas, das wenigstens 10% Sauerstoff enthält und eine Temperatur zwischen 170 und 320°C aufweist, behandelt;

(4) die wärmebehandelten Briketts werden der Metallherstellung zugeführt.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Briketts zwischen den Verfahrensstufen 3 und 4 einer weiteren Wärmebehandlung ausgesetzt werden, während der sie unter inerter Atmosphäre solange auf eine Temperatur oberhalb 760 C erwärmt werden, bis der Anteil an flüchtigen Bestandteilen auf weniger als 3% abgenommen hat.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Bindemittelgehalt zwischen 3 und 10 Gevr_.-% der Mischung ausmacht.

4. Verfahren nach den Ansprüche 2 und 3,' dadurch gekennzeichnet, daß als geeignete feinverteilte Abfälle, welche bei der Stahlherstellung anfallen, Flugstaub aus dem Hochofen, Staub aus Thomas-Öfen, .Hammerschlag oder Walzenschlacke, Koksstaub, Flußmittel und ähnliche Materialien verwendet werden, und daß bei der Erwärmung der Abfälle metallisches Eisen gebildet wird, das an den Zwischenschichten der Teilchen Eisencarbid bildet, welches zur Festigkeit der Produkte beiträgt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß als feinverteilte Abfälle Giö3ereiabfälle, Drehspäne und Bohrspäne aus Maschinenwerkstätten und ähnliche Materialien in Stücken, deren Abmessungen 6 mm nicht übersteigen, verwendet werden, die Erwärmung unter inerter Atmosphäre auf Temperaturen zwischen 760 und 1093 C erfolg^ und der Bindemittelgehalt zwischen 3 und 5% ausmacht.

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