DE2719743C3 - Bindemittel für eisenhaltige Feinstoffe und dessen Verwendung - Google Patents

Bindemittel für eisenhaltige Feinstoffe und dessen Verwendung

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Description

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Diese Erfindung betrifft ein Bindemittel für die bei der Direktreduktion von eisenhaltigem Material angefallenen metallisierten Feinstoffe. Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung des Bindemittels zur Erzeugung von Briketts aus direktreduziertem metallischem Eisen.
Die Handhabung und Wiederverwendung der bei der Direktreduktion von eisenhaltigem Material angefallenen metallisierten Feinstoffe bereitete wegen deren besonderen Eigenschaften erhebliche Schwierigkeiten. « Dank der hohen Reaktivität und der großen Oberfläche des feinteiligen Eisens besteht eine große Neigung zur Reoxydation, so daß die ungeschützte Lagerung im Freien und/oder Wasserzutritt tunlichst zu vermeiden sind. Der hohe Metallisierungsgrad und die daraus to resultierende Oberflächenspannung erschweren die Bildung von Briketts hoher Festigkeit.
Zur Erzeugung von Briketts besonders hoher Stabilität aus bei der Üirektreduktion von eisenhaltigem Material angefallenen metallisierten Feinstoffe wird mit ίί der US-Patentschrift 32 78 293 die Hochdruck-Brikettic ung bei gleichzeitiger Zugabe eines Oxydationsverhinderers vorgeschlagen. Als bevorzugte Oxydationsverhinderer dienen Natriumcarbonat, Calciumhydroxid und Trinatriumphosphat Als besonders bevorzugter Oxydationsverhinderer dient ein Gemisch aus zwei Teilen Calciumhydroxid und einem Teil Natriumcarbonat, dessen Anteil am fertigen Brikett etwa 0,25 bis 5 Gew.-% betragen kann.
Als Bindemittel für überwiegend oxidisches Material wie Eisenerz, Walzzunder und Hochofenstaub sind sowohl Ein-Komponenten- wie Mehr- Komponenten-Systeme bekannt geworden (vgL die Seiten 289a, 296a, 297a und 30la aus »Metallurgie des Eisens« von Gmelin-Durrer (1954) oder die französische Patentschrift 9 70 559). Die Anwendung beispielhafter Bindemittel wie Kalkhydrat (Löschkalk) oder Wasserglas oder Bitumen bzw. Steinkohlenteer zum Schutz reaktiver, hoch-metallisierter Eisenfeinstoffe hat nicht naheg.legen, da deren Auswirkungen auf die Minderung der Rostgefahr nicht voraussehbar \e.r-.>en.
Die Aufgabe dieser Erfindung besteht darin, für die Agglomeration der bei der Direktreduktion von eisenhaltigem Material angefallenen, metallisierten Feinstoffe zu, auch im ungebrannten Zustand hochfesten, dauerhaften, wasserfesten Briketts ein ergiebiges Bindemittel anzugeben, das eine Reoxydation des metallischen Eisens weitgehend verhindert, bei der Brikettherstellung eine Schmierwirkung ausübt und dessen Bestandteile bei der Eisen- und Stahlherstellung nützlich sind.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist ein Bindemittel der in Anspruch 1 angegebenen Zusammensetzung. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen dieses Bindemittels ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ein weiterer Gesichtspunkt der Erfindung ist die Verwendung des Bindemittels zur Erzeugung von Briketts, die aus 85 bis 95% direktreduziertem metallischem Eisen und ungefähr 5 bis 15% Bindemittel bestehen.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Bindemittel für die bei der Direktreduktion von eisenhaltigem Material angefallenen metallisierten Feinstoffe, das aus 2 bis 40% Pech, 15 bis 35% hydratisiertem Kalk, 15 bis 30% flüssigem Natriumsilikat und bis zu 50% Wasser besteht.
Das erfindungsgemäße Bindemittel wird mit den metallisierten Eisenfeinstoffen vermischt, um einen frei fließenden Materialstrom zu bilden. Dieses Material wird in einer Vorrichtung wie etwa einem Mischkollergang vermischt und vorverdichtet; anschließend wird das Material in bekannten Einrichtungen zu Briketts oder anderen dichten, kompakten Produkten geformt. Geeignete Brikettierungsanlagen sind beispielsweise F us der US-Patentschrift 38 97 183 bekannt.
Das erfind'.ingsgemäße Bindemittel ergibt auch im ungebrannten Zustand hochfeste Briketts, was anhand von üblichen Festigkeitsuntersuchungen bestätigt wurde, bei denen man 2 kg schwere Proben aus einer Höhe von 360 cm auf eine Stahlplatte fallen ließ. Die Aushärtung an Luft im Verlauf mehrerer Stunden (6 bis 25 h) erhöht die Festigkeit noch geringfügig. Die Bindung der Briketts erwies sich als wasserfest, da auch drei Tage langes Einweichen in Wasser die Festigkeit dieser Briketts nicht beeinflußte. Die mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel hergestellten Briketts sind gegenüber Leitungswasser passiviert, da nach Benetzung dieser Briketts mit Wasser und anschließender vier Tage langer Lagerung in einem isolierten, belüfteten Behälter (Fassungsvermögen ca. 2501) im Verlauf des Versuches keine Erwärmung und am Ende
des Versuches keinerlei Rostbildung an den Briketts feststellbar war. Auch bei drei Tage dauernder Einweichung in Leitungswasser und anschließender Trocknung an Luft konnte keinerlei Rostbildung festgestellt werden. Auch die Beständigkeit der mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel hergestellten Briketts gegenüber thermischem Schock ist ausgezeichnet Zur Prüfung wurden einige Briketts eine Stunde lang bei ungefähr 2000C getrocknet; andere Briketts wurden an Luft getrocknet; weitere Briketts wurden 5 min lang in ι ο Wasser eingeweicht; schließlich wurden weitere Briketts 5 Tage lang in Wasser eingeweicht Daraufhin wurden sämtliche Briketts in einen bei angenähert 1095" C gehaltenen Muffelofen gebracht, dort bis zur Rotglut erhitzt, aus dem Ofen entfernt, auf ein Drahtsieb gegeben und an Luft abgekühlt; hierbei zerfiel oder zerbröckelte keines dieser Briketts.
Das erfindungsgemäße Bindemittel kann in einem breiten Bereich der Anteile für die einzelnen Bestandteile erhalten werden, nämlich mit 2 bis 40% Pech, 15 bis 35% hydratisiertem Kalk, 15 bis 30% flüssigem Natriumsiiikat und bis zu 50% Wasser. Bevorzugt werden Anteile von 15 bis 20% hydratisiertem Kalk, 15 bis 20% pulverförmigem Teer und 30 bis 35% Wasser. Ein sehr wirtschaftliches Bindemittel, das eine akzeptable Festigkeit der Briketts gewährleistet, wird mit lediglich 3 bis 5% pulverförmiger Pech, 30 bis 35% hydratisiertem Kalk, 15 bis 20% Natriumsilikat und bis zu 50% Wasser erhalten.
Von dem zuletzt genannten Bindemittel muß den Feinstoffen eine größere Menge zugesetzt werden, um eine akzeptable Festigkeit der Briketts zu erhalten, als mit der bevorzugten Bindemittelzuc*mmensetzung.
Das flüssige Natriumsilikat stellt eine wäßrige Lösung dar, mit einer NatriumsilikatkoRzentr-<tion von 30 bis 55 J5 Gew.-%, was von dem verwendeten Natriumsilikat abhängt Im Rahmen dieser Unterlagen wird die Bezeichnung »Natriumsilikat« als allgemeiner Ausdruck für eine Gruppe von Chemikalien verwendet, die aus Natriumoxid (Na2O), Siliciumdioxid (SiO2) und üblicherweise Wasser (H2O) zusammengesetzt sind. In Natriumsilikaten wird der Anteil von Na2O zu SiO2 als Gewichtsverhältnis ausgedrückt, wobei der Anteil an Alkalikomponente als eins festgesetzt wird. Handelsübliche Qualitäten an flüssigem Natriumsilikat sind üblicherweise soweit konzentriert, daß sie bequem handhabbar sind. Zum Beispiel kann Natriumsilikat mit einem Gewichtsverhältnis von 3,22 leicht bis zu einem Feststoffgehalt von ungefähr 39,8% gehandhabt werden, was angenähert eine Dichte von 1,42 g/cm3 ergibt.
Die im Rahmen dieser Erfindung eingesetzte flüssige Natriumsilikat-Lösung weist ein Gewichtsverhältnis von 3,22, einen Feststoffgehalt von 37,6%, eine Dichte von 1,39 g/cm3 und eine Viskosität von 18OcP auf. Soweit im Rahmen dieser Unterlagen von flüssigem Natriumsilikat gesprochen wird, bezieht sich dies auf diese Natriumsilikat-Lösung mit einem Feststoffgehalt von 37,6%, soweit nicht andere Angaben gemacht sind.
Es können auch andere Natriumsilikate eingesetzt werden; es wird jedoch bevorzugt, den Natriumoxid-Gehalt bei dem geringstmöglichen Verhältnis gegenüber dem Siliciumdioxid-Gehalt zu halten. Das bedeutet, das Gemisch mit dem Verhältnis 3,22 : 1, welches auch das am !eichtesten handelsüblich zugängliche Material darstellt, weist das bevorzugte Verhältnis von Silicium- e > dioxid zu Natriumoxid auf.
Die Natriumsilikat-Lösung verleiht dem Bindemittel die Eigenschaft, die damit behandelten Agglomerate oder Briketts rostbeständig zu machen.
Zur Herstellung des erfindungsgemäßen Bindemittels wird ein Pech verwendet, das einen Erweichungspunkt (nach dem Ring- und Kugelverfahren) im Bereich von ungefähr 90 bis ungefähr 2100C aufweist, vorzugsweise wird ein Pech mit einem Erweichungspunkt im Bereich von ungefähr 120 bis ungefähr 175° C verwendet Das Pech liegt in pulverförmigem Zustand vor, wobei vorzugsweise alle Pechteilchen eine Teilchengröße unter 150 μίτι aufweisen. Pulverförmiges Pech dient zur Schmierung der Oberflächen der Brikettiereinnchtung, vermindert den Formabrieb und dient auch zur inneren Schmierung des Gemisches, so daß die Reibung der Teilchen untereinander vermindert und eine bessere Verdichtung erreicht wird. Darüber hinaus führt der Zusatz von Pech zu einer wasserfesten Bindung zwischen den metallisierten Teilchen in den Briketts. Der Zusatz von pulverförmigem Pech bewirkt weiterhin einen Anstieg des Kohlenstoffgehaltes der Briketts, sowie einen leichten Anstieg des Schwefelgehaltes auf gewöhnlich weniger als 0,01 %.
Der für die erfindungsgemäße Biudemittelzusammensetzung verwendete hydratisierte Kalk liegt vorzugsweise in pulverförmigem Zustand vor; besonders bevorzugt weisen alle Kalkteilchen eine Teilchengröße von weniger als 150 μπι auf. Der Zusatz von hydratisiertem bzw. gelöschtem Kalk, Löschkalk verleiht dem Gemisch Plastizität und verbessert die Brikettfestigkeit.
Anstelle von hydratisiertem Kalk kann feuchter Walzzunder verwendet werden, ohne die physikalischen Eigenschaften der Briketts merklich zu verändern. Die Festigkeit der Briketts in ungebranntem Zustand ist jedoch geringer als bei Verwendung der bevorzugten Bindemittelzusammensetzung; die Festigkeit nimmt jedoch auf einen vergleichbaren Wert zu, nachdem an Luft ausgehärtet worden ist Naturgemäß ist bei Zusatz von Walzzunder das Ausmaß der Metallisierung geringer und mit dem Walzzunder werden unkontrollierbare Verunreinigungen in die Brikcirs eingebracht.
Sofern das erfindungsgemäß bevorzugte Bindemittel in Verbindung mit metallisierten Eisenfeinstoffen verwendet wird, kann in das Gemisch für die Briketts abgesetzter Schlamm aus den Naßreinigern eingebracht werden, ohne daß hierdurch die physikalischen Eigenschaften der an Luft ausgehärteten Briketts verändert werden. Naturgemäß wird die Metallisierung der Briketts vermindert, wenn zu deren Erzeugung Schlamm benutzt wird. Es ist festgestellt worden, daß dem Gemisch für die Briketts bis zu 25% Schlamm zugesetzt werden können, ohne daß nachteilige Wirkungen auftreten. Naturgemäß muß der Wasseranteil des Bindemittels unter Berücksichtigung des Wassergehaltes des Schlammes vermindert werden.
Die trockenen Komponenten des erfindungsgemäßen Bindemittels können vorgemischt oder verschnitten werden, oder die Komponenten können dem Materialstrom für die Briketiherstellung einzeln zugesetzt werden, zusammen mit der flüssigen Bindemittelkomponente, sofern das Material vor der Brikettierung vermischt wird.
Eine beispielhafte Zusammensetzung des erfindungsgemäßen Bindemittels mit hohem Kalkanteil besteht aus 16% flüssigem Natriumsilikat, 32% hydratisiertem Kalk, 4% pulverförmigem Pech und 48% Wasser. 13% dieses Bindemittels wurden mit 87% metallisierten Feinstoffen vermischt, um eine Beschickung für die Brikettherstellung zu erhalten. Mit diesem Bindemittel
hergestellte Briketts können als Beschickung für öfen zur Eisen- oder Stahlherstellung verwendet werden. Die Briketts weisen sowohl im ungebrannten Zustand wie im ausgehärteten Zustand hohe Festigkeit auf; ferner eine wasserfeste Bindung und insgesamt eine überragende Qualität; schließlich sind derartige Briketts unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit und thermischem Schock.

Claims (8)

Patentansprüche:
1. Bindemittel für die bei der Direktreduktion von eisenhaltigem Material angefallenen metallisierten Feinstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel aus
2 bis 40% Pech:
15 bis 35% hydratisiertem Kalk;
15 bis30% flüssigem Natrmmsilikat und bis zu 50% Wasser besteht
2. Bindemittel nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Gehalt an:
3 bis 5% Teer;
30 bis 35% hydratisiertem Kalk; 15 bis 20% flüssigem Natriumsilikat und
bis zu 50% Wasser.
3. Bindemittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der hydratisierte Kalk vollständig oder teilweise durch feuchten Walzzunder ersetzt ist.
4. Bindemittel nach einem der Ansprüche i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der hydratisierte Kalk in Pulverform mit einer Teilchengröße unter 150 μπι vorliegt.
5. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Pech einen Erweichungspunkt (nach der Ring- und Kugelmethode) von ungefähr 90 bis 2100C, insbesondere 120 bis
175° C, aufweist. jo
6. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß das Pech in Pulverform mit einer Teilchengröße unter 150 μπι vorliegt.
7. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Natriumsilikat eine wäßrige Lösung mit ungefähr 30 bis 55 Gew.-% Natriumsilikat ist.
8. Verwendung des Bindemittels nach einem der Ansprüche I bis 7 zur Erzeugung von Briketts, die aus 85 bis 95% direktreduziertem metallischem Eisen und ungefähr 5 bis 15% Bindemittel bestehen.
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