DE2437186C3

DE2437186C3 - Verfahren zum Herstellen von Magnesium enthaltenden Eisenbriketts

Info

Publication number: DE2437186C3
Application number: DE2437186A
Authority: DE
Inventors: Jairaj Toledo Ohio Easwaran; George Stephen Monmouth Junction N.J. Foerster
Original assignee: NL Industries Inc
Current assignee: NL Industries Inc
Priority date: 1973-08-03
Filing date: 1974-08-01
Publication date: 1980-07-03
Also published as: GB1483613A; FR2348273B2; DE2437186A1; FR2267377B1; AU7158374A; DE2437186B2; BE818469A; US3902892A; FR2348273A2; FR2267377A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen vG'i Magnesium enthaltenden Eisenbriketjs.

In der Eisen- und Stahlindustrie ist es erforderlich, π die eisenhaltigen Grundmetalle im geschmolzenen Zustand mit einem Entschwefelungsmittel zu behandeln, um den Schwefelgehalt in dem metallischen Produkt zu verringern. Metallisches Magnesium ist ein starkes Desoxydations- und Entschwefelungsinittel. -to Das Magnesium siedet jedoch bei einer sehr niedrigen Temperatur, so daß die plötzliche Volumenzunahme, die eintritt, wenn metallisches Magnesium dem geschmolzenen Eisen zugesetzt wird, zu heftigen Reaktionen führen kann, wenn das Magnesium verdampft 4i wird.

Zur Verringerung dieser heftigen Aktivität werden bereits verschiedene Maßnahmen durchgeführt, bei welchen das Magnesium langsam in das geschrnol/enc eisenhaltige Metall bei Anwesenheit von streng ge- ίο steuerten Systemen zugeführt wird.

liinc dieser Maßnahmen zur Verringerung der heftigen Reaktion besteht darin, poröse Körper mit Magnesiuiviir.etall zu imprägnieren und diese mit Magnesium imprägnierten porösen Körper in das grschmol- « zene eisenhaltige Metall einzubringen Unter Jiesen Bedingungen wird das imprägnierte Magnesiummetall mit einer Geschwindigkeit freigesetzt, die niedrig genug ist. dall die Heftigkeit der Reaktion auf ein Minimum gehalten wird

Zu den bekannlcn puruscn Kurpcrn, die mit be= grenzlcm Erfolg für diesen Zweck verwendet Würden, gehören poröser Koks, Kohlenstoff, Graphit und keramische Massen, wie gebrannter Kalk, stückiger Kalkstein oder Dolomit und dergleichen,

Aus der US-PS 2881068 ist die Herstellung Magnesium enthaltender Eisetiköfper bekannt» wobei Eisenspäne gesintert oder brikettiert und die erhaltenen Formkörper anschließend mit Magnesium getränkt werden. Da die Poren derartiger Eisenschwamm: sehr klein sind, neigen sie dazu, das Magnesium zu langsam freizugeben, wenn der Schwamm in die Eisenschmelze eingetaucht wird. Die Freigabe kann für einen optimalen Betrieb also zu ruhig erfolgen. Eisenschwamm kann auch Oxyde enthalten, die eine heftige Reaktion mit dem Magnesium herbeiführen, wodurch die Wirksamkeit beeintächtigt werden kann.

Gemäß der US-PS 3459541 werden Eisenbriketts hergestellt, die Magnesium enthalten. Dabei werden Eisenteilchen und Magnesiumteilchen mit einer Größenabmessung von vorzugsweise 4,70 bis 0,25 mm trocken zusammengepreßt. Ein Hinweis auf eine Tränkung mit einer Magnesiumschmelze findet sich in dieser Druckschrift nicht. Wenn diese komprimierten Eisen- und Magnesiumteilchen zum Ent&etrwefeln von Eiscraschmelze verwendet werden, wird die verbleibende Eisenstruktur, wenn das Magnesium schmilzt, entschieden geschwächt, so daß das Magnesium zu schnei! freigesetzt wird und es somit zu einer heftigen Reaktion kommen kann.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, ein Verfahren zur Herstellung von Magnesium enthaltenden Eisenbriketts zu schaffen, die Magnesium nach dem Einbringen der Masse in eine Eis<;nschmelze kontinuierlich mit der erforderlichen Geschwindigkeit freizusetzen.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Patentanspruch. Die einzelnen Verfahrensparameter sind so aufeinander abgestimmt, daß Briketts mit solcher Pofiirigröße erhalten werden, die eine rasche und glatte Freisetzung des Magnesiums ermöglichen, ohne daß die Struktur des Netzwerks dadurch erheblich geschwäch'l wird. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Produkt eignet sich besonders für die Behandlung von Eisenschmelzen, beispielsweise zum Entschwefeln der Schmelzen sowie zur Herstellung von Kugelgraphitguß. Normalerweise werden etwa ()„'t7 bis 0.75 kg metallisches Magnesium verwendet, um eine Tonne geschmolzenes Eisen zu entschwefeln. Etwa 1 bis 2 kg mehr Magnesium werden zur Bildung einer Tonne Kugelgraphitguß gebraucht.

Durch das Vcrpressen der Stahl- und Eisenspäne erhalt rraiin einen Körper mit niedriger Dichte, hoher Porositä: und hoher Festigkeit, in den große Mengen metallischen Magnesiums eindringen können.

Die Hohlräume in dem metallischen ".'etzwerk sind ausreichend groß, um das Magnesium mit einer gewünschten Geschwindigkeit freizusetzen, d. h. mit einer Geschwindigkeit, die groß genug ist, um eine schnelle Behandlung zu ermöglichen, die jedoch nicht zu hoch ist, so daß die Behandlung übermaßig heftig Wird.

Das mich dem Verpresscn erhaltene Netzwerk aus cisenhalligem Metall wird dann in geschmolzenes metallische«; Magnesium eingetaucht und wenige Minuten in der Metallschmelze gehalten, um die Zwischenräume di;s Metallnetzwerks ZU tränken. Der getränkte Körper wifd dann atis dem geschmolzenen Magnet siufn entfernt Und abgekühlt, Um das geschmolzene Magnesium zu verfestigen, Das getränkte bzw, imprägnierte Metall wird abgekühlt, vorzugsweise unter Ausschluß einer oxydierenden Atmosphäre, Ein bevorzugtes Verfahren zum Abkühlen des imprägnier·* tc^-körriiprimieften Metallkörper·! besteht darin, ihn

in ein ölbad einzutauchen. Das Endprodukt ist eine poröse Materiaimasse, weiche ein kompaktiertes metallisches Netzwerk aufweist, das mit metallischem Magnesium imprägniert ist.

Die erfindungsgemäß hergestellten Briketts sind in der Lage, beim Entschwefeln von Eisen das metallische Magnesium über einen kurzen Zeitraum freizugeben, ohne daß eine heftige Reaktion hervorgerufen wird. Der Körper hat außerdem eine Strukturfestigkeit, die beibehalten wird, wenn das Magnesium freigesetzt wird. Dies ist vorteilhaft, da die Aufrechterhaltung der Strukturfestigkeit erforderlich ist, um zu verhindern, daß eine heftige Reaktion stattfindet, wenn das Magnesium in regulierter Weise freigegeben wird. Zusätzlich ist es vorteilhaft, diesen speziellen Typ von porösem Körper, in den Magnesium eingedrungen ist, anstelle von anderen Arten von mit Magnesium imprägnierten Körpern zu verwenden, da das restliche eisenhaltige Metall in dem porösen Körper in dem geschmolzenen Metal! aufgelöst werden kann, so daß der restliche Träger nicht entfernt zu werden braucht. Es hat sich gezeigt, daß dieser spezielle Typ von eisenhaltigem Metallkörper eine für die Handhabung vor dem Tränken ausreichende Festigkeit besitzt, während er gleichzeitig eine Porosität hat, die das Halten einer Magnesiummetallmenge von wenigstens 18% ermöglicht.

Bei den für das erfindungsgemäße Verfahren verwendeten Ausgangsprodukten handelt es sich um leicht verfügbare Materialien.

Wenn die Dichte des komprimierten Netzwerks aus eisenhaltigem Meta..! unter 1,2 g/cm' liegt, liegt die Magnesiummenge, die in den komprimierten Metallkörper eindringt, über 55 Gew.-%. Bei dieser oberen Gewichtsgrenze nimmt das Volumen ^s Magnesium 85% des Gesamtvolumens des getränkten komprimierten Metallkörpers ein. Wenn sich mehr Magnesium in dem getränkten Körper befindet, wird er, wenn er zum Entschwefeln von Eisen eingesetzt wird, strukturmäßig sehr schwach, wenn das Magnesium in der Eisenschmelze gelöst wird. Die Reaktion wird zu heftig.

Wenn die Dichte des komprimierten eisenhaltigen Metallkörpers über 4,0 g/cm liegt, liegt die Magnesiummenge, die in den komprimierten Körper eindringt, unter 18 Gew.- %. Wenn der Magnesiumgehalt unter 18% liegt, ist die Magnesiummenge pro Gewichtseinheit Abfallmetall zu niedrig, so daß die Arbeitsweise unwirtschaftlich wird. Außerdem wird die Metallschmelze übermäßig abgekühlt, wenn eine zu große Menge von Abfallmetall mit Magnesium der Eisenschmelze zugesetzt wird. Diese Kühlwirkung muß vermieden werden.

Wenn die Abfallstücke zu grob und/oder zu dicht sind, halten die Briketts bei den niedrigen, benutzten Herstellungsdrücken nicht zusammen. Wenn man hohe Herstellungsdrücke verwendet, reicht die Porosität der Briketts für das Eindringen einer ausreichenden Magnesiummenge nicht aus.

F-'rfindungsgemäß eignen sich Späne aus verformbarem bzw, duktilem Eisen und dergleichen, vorzugsweise werden jedoch Stahlspäne verwendet, Die Späne müssen innerhalb der ini Patentanspruch angegebenen Größenbereiche liegen. Wenn die Abfallstücke zu kurz, zu dick, zu breit oder zu flach sind, müßten übermäßig hohe Drücke verwendet werden, um die erforderliche strukturelle Festigkeit zu erreichen. Der komprimierte Körper Würde dann übermäßig dicht, was zu niedrigen Prozentsätzen von eindringendem Magnesium führen würde.

Vorzugsweise werden unregelmäßig geformte Späne verwendet. Besonders günstig sind feine Metallspäne und kurze löffelartige Stücke.

Die erfindungsgemäß hergestellten Briketts können auch mit Legierungen imprägniert sein. Als Legierungen eignen sich besonders Magnesiumlegierungen, welche Erdalkalimetalle, Aluminium, Silicium und Seltene Erdmetalle, wie Cer, Lanthan oder Seltene Erdr.xtallegierungen enthalten, wie »Mischme ■ tall« (Legierung aus Metallen der Seltenen Erden, meist ein Cer-Mischmetall) sowie Mischungen dieser Metalle. Der hier verwendete Ausdruck »Magnesium« umfaßt neben metallischem Magnesium auch Legierungen von Magnesiummetall.

Nachstehend sind die vorteilhaften Eigenschaften der erfindungsgemäß hergestellten Briketts zusammengefaßt.

1. Eine hohe Porosität, so daß große Mengen metallischen Magnesiums festgehalten werden können.

2. Die hergestellten imprägnierten Körper sind strukturmäßig fest und widerstehen hohen Temperaturen, bis das Magnesium während der darauffolgenden Behandlung der Eisenschmelze gelöst worden ist

3. Die hergestellten imprägnierten Körper sind aktiv, wenn sie in die Eisenschmelze eingebracht werden, so daß die Eisenschmelze schnell entschwefelt werden kann, ohne daß heftige Reaktionen hervorgerufen werden. Die Reaktionszeit zur Freigabe des metallischen Magnesiums von den imprägnierten Körpern kann zwischen V₂ und 10 min liegen.

4. Die auf die vfindungsgemaße Weise mit Magnesium getränkten Körper haben eine gleichförmige Zusammensetzung, so daß bei der Behandlung von Eisenschmelze reproduzierbare Ergebnisse erzielbar sind.

5. Der Zusatz des speziellen Typs eines mit Magnesium imprägnierten Körpers verwendet Eisen oder Stahl als Träger, so daß keine fremden Träger in die Eisenschmelze eingebracht werden, die danach aus der Eisenschmelze wieder entfernt werden müßten

6. Die Eisen- oder Stahlspäne können schmelzen, nachdem das Magnesium freigesetzt worden ist, wodurch der Schmelze Eisen zugesetzt wird und es nicht erforderlich ist, den Träger nach der Behandlung zu beseitigen.

Abfall aus Eisenspänen hat im allgemeinen einen ölübcrzug. Dieser Überzug wird beim erfindungsgemäßen Verfahren vor dem Tränken durch Abbrennen entfernt.

Beim Vorerhitzen des komprimierten Metalls vor dem Einführen in die Magnesiumschmelze sollte dafür gesorgt werden, daß ein übermäßiges Oxydieren des Abfallmetalls verhindert wird. Das vorhandene Oxyd kann mit dem Magnesiummetall reagieren und zu einer heftigen Reaktion während der darauffolgenden Behandlung der eisenhaltigen Schmelzen beitragen sowie eifien bedeutenden Anteil von Magnesium verbrauchen, wodurch der Wirkungsgrad verringert wird.

Es hat sich herausgestellt, daß die Gewichtszunahme des komprimierten Netzwerks aus Abfallmetäll infolge der Oxydation während des Vorerhifzens

3% und vorzugsweise \% nicht übersteigen soll.

Der Oxydationsanteil kann in den genannten Grenzen gehalten werden, wenn die Vorerhitzungstemperatur in Luft zwischen etwa 260° C und 540" C gehalten wird. Es können Temperaturen von bis zu etwa 650° C benutzt werden, wenn die Vorerhitzungszeit geringer als etwa 1 h ist. Natürlich sind die oberer, Grenzen der Vorerhitzungstemperatur dann nicht von Bedeutung, wenn das Vorerhitzen in einer nicht oxydierenden Atmosphäre ausgeführt wird.

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Herstellen von Magnesium enthaltenden Eisenbriketts, wobei aus Stahl- und Eisenspänen Briketts mit einer Netzwerk-Porosität von über 50% gebildet werden und die Poren durch Tränken mit einer Schmelze von Magnesium oder einer Magnesiumlegierung gefüllt werden, dadurch gekennzeichnet, to

a) daß Späne mit einer Länge von 3 bis 230 mm, einer Breite von 0,4 bis 25 mm und einer Dicke von 0,025 bis 2,5 mm mit einem Schüttgewicht von 0,1 bis 1,0 g/cm³ unter einem Druck von 70 bis 1126 kp/cm² zu Briketts mit einer Dichte von 1,2 bis 4,0 g/cm³, einer Porosität von 50 bis 85% und einer Querzugfestigkeit von mindestens 0,14 kp/ cm² gepreßt werden, und

b) daß die gebildeten Briketts mit einer Porositat von 50 bis 85% zum Entölen auf 260 bis 650° C vorerhitzt und bis zum Erreichen eines Magnesiumanteils in den Poren von 18 bis 55 Gew.-%, bezogen auf die Magnesium enthaltenden Briketts, mit der Schmelze aus Magnesium oder einer Magnesiumlegierung durch Tauchen getränkt werden.