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Brikettieren von Erzen
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Die Erfindung befaßt sich mit dem Brikettieren von Erzen, und iEsbesondere
von Mineralerzen, die bei der Herstellung von Metallen und Metallegierungen verwendet
werden. Zu diesen Erzen gehören beispielsweise Chrom-,Mangan- und Eisenerze.
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Es ist allgemeine Praxis,Ferrolegierungen aus diesen Erzen durch deren
Aufschmelzen bei einer hohen Temperatur in einem Lichtbogenofen herzustellen. Für
die Einstellung brauchbarer Arbeitsbedingungen muß das Erz eine bestimmte Mindestgröße
besitzen. Infolge der brüchigen Natur besonderer Erze besteht eine natürliche Tendenz
derselben zum Zerfallen auf eine besondere Größe, die das Erz für die Verwendung
in einem Ofen ungeeignet macht. Dieses Problem kann durch Agglomerieren der Feinteile
im Wege einer Pelletierung, Sinterung, Brikettierung oder dergleichen überwunden
werden.
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Die Sinterunss- und Pelletierungsverfahren machen einen hohen anfänglichen
Kapitalaufwand erforderlich und sind in ihrem Betrieb kostspielig. Ein Brikettierungsverfahren,
bei dem ein Binder verwendet wird, ist mit geringeren Anfangskosten verbunden und
daher zu bevorzugen. Ein in einem Brikettierungsverfahren verwendeter typischer
Binder besteht in einer Mischung aus Kalk und Melasse.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen in wirtschaftlicher
Hinsicht annehmbaren Binder vorzuschlagen, der im Vergleich zu herkömmlich verwendeten
Bindern, wie einer Mischung aus Kalk und Melasse, verbeserte Eigenschaften besitzt.
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Die Erfindung sieht vor ein Verfahren zum Brikettieren eines Mineralerzes
zwecks Aufschmelzen in einem Lichtbogenofen bei der Herstellung von Metallen und
Metallegierungen, wobei das Erz mit einem Alkalimetallsilikat der Natrium- und Kaliumsilikat
enthaltenden Gruppe vermischt wird und wobei die so erhaltene Mischung zu Briketts
verformt wird.
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In bevorzugter Weise wird ein Härter für das Alkalimetallsilikat dem
Erz beigegeben. Der Härter kann in einem Härter pulver bestehen, beispielsweise
in Siliciumdioxid, Kohlenstoffpulver, Kohlenstaub, Kalkstaub oder jeder anderen
Zugabe mit einer großen spezifischen Oberfläche. Somit kann Kieselsäurestaub verwendet
werden, der als Nebenprodukt in der Ferrosilicium-Industrie anfällt.
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Das Natriumsilikat kann eine im allgemeinen als Wasserglas bezeichnete
Silikatart sein.
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Die Briketts können ausgehärtet werden, indem sie durch einen Strom
aufgeheizter Luft, der in bevorzugter Weise CO2-Gas enthält, beispielsweise als
Rauchgas zur Verfügung gestellte Luft, hindurchgeführt werden.
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Die Erfindung betrifft auch Briketts, sofern diese nach dem vorstehend
angegebenen Verfahren hergestellt sind.
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Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung ausschlieB-lich
beispielhaft beschrieben.
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Feiner bzw. feinteiliger Chromit wird mit Kieselsäurestaub mit einer
großen spezifischen Oberfläche vermischt, beispielsweise mit einer entsprechenden
Teilchengröße kleiner als 37 pm.
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Kieselsäurestaub dieser Art kann aus der Ferrosilicium-Industrie erhalten
werden, wo er als Nebenprodukt anfällt. Anschließend wird Wasserglas zugegeben.
Nach Durchmischen in einer bekannten Anlage wird die Mischung durch eine bekannte
Brikettierungsmaschine geführt, in der das Erz bei einem Druck zwischen 20 und 90
MPa verdichtet wird.
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Es sind verschiedene Versuche an in der vorstehend beschriebenen Weise
hergestellten Briketts durchgeführt worden, um die verbesserten Eigenschaften zu
zeigen, die auf die Verwendung eines Binders in der erfindungsgemäßen Weise für
die Herstellung der Briketts zurückgeführt werden können. Tabelle 1 gibt einen Vergleich
zwischen der vergleichbaren Festigkeit zwischen erfindungsgemäß hergestellten Briketts
und unter Verwendung eines herkömmlichen Melasse/Kalk-Binders hergestellten Briketts
wieder. Diese Tabelle gibt auch wieder die Ergebnisse der Grünfestigkeitsversuche,
die durchgeführt worden sind, um den Einfluß der Kurzzeitrocknung unter Verwendung
von Rauchabgasen zum Trocknender Briketts zu bestimmen. Als Erz ist dabei Chromit
verwendet worden, wie dies bei Ruighoek in Südafrika gewonnen wird.
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Tabelle 1 Einwirkung der Trocknung auf die Festigkeit von Briketts
| Binder Grünfestig- Grünfestig- Festigkeit nach |
| keit keit nach 24h.& 1000C |
| 15 min & 100C |
| MPa % PMa % MPa |
| 2% Natrium |
| silikat |
| 2692 + 9% 2,8 127 4,9 223 14,9 677 |
| Kieselsäure- |
| Staub |
| 2% Kalk + |
| 2% Melasse 2,2 100 2,7 123 13,4 609 |
Aus der Tabelle 1 ist zu ersehen, daß sich die Kurzzeittrocknung auf Briketts günstig
auswirkt, die entweder mit Wasserglas und Kieselsäurestaub oder mit Kalk und Melasse
gebunden sind, obwohl der Einfluß auf Kalk/Melasse-Briketts nicht so groß ist wie
auf Briketts, die mit Wasserglas und Kieselsäurestaub gebunden sind.
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Des weiteren ist aus der Tabelle 1 zu ersehen, daß mit zunehmender
Länge der Dauer der Kurzeittrocknung die Kurzzeitfestigkeit der Briketts zunimmt.
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Zur Bestimmung der Hochtemperaturfestigkeit der Briketts sind mit
Wasserglas und Kieselsäurestaub bzw. Kalk und Melasse gebundene Briketts erhitzt
worden auf eine Temperatur von 10000C und bei dieser Temperatur untersucht worden.
Die dabei festgestellten Ergebnisse sind in der Tabelle 2 wiedergegeben.
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Tabelle 2 Festigkeit der Briketts bei 10000C
| Binder Grünfestigkeit Festigkeit bei 10000C |
| MPa % MPa |
| 2% Natrium- |
| silikat 2692 2,8 127 24,7 1122 |
| + 9% Kieselsäure- |
| staub |
| 2% Kalk + |
| 2% Melasse 2,2 100 11,8 536 |
Aus diesen Ergebnissen ist zu ersehen, daß ein Natriumsilikat/Kieselsäurestaub-BindeljCInd
-Härter zu einer besseren Hochtemperaturfestigkeit fUhrt als im Falle der Verwendung
einer herkömmlichen Kalk/Melasse-Mischung. Dies ist offensichtlich von erheblicher
Bedeutung beim Aufschmelzen von Briketts bei hoher Temperatur in einem Elektroofen.
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Zur Bestimmung des Einflusses der Zugabe von Kieselsäurestaub auf
die Grünfestigkeit von Briketts sind nach den vorstehend angegebenen Verfahren hergestellte
Briketts verwendet worden. Drei Versuchs serien sind dabei durchgeführt worden.
Für jede Versuchsserie ist Wasserglas mit einem anderen SiO2 : Na2O -Verhältnis
verwendet worden. Die dabei festgestellten Ergebnisse sind in Fig. 1 wiedergegeben,
in der zeigt: Linie A die Ergebnisse für eine 2 Gew.-% Wasserglasmischung, bei der
das Silo, : Na2O-Verhältnis 2,6 beträgt, Linie B die Ergebnisse für eine 2 Gew.-%
Wasserglasmischung, bei der das Silo, : Na2O-Verhältnis 2,9 beträgt, Linie C die
Ergebnisse für eine 3 Gew.-% Wasserglasmischung, bei der das SiO2 : Na2O-Verhältnis
2,3 beträgt, und Linie D die Ergebnisse für eine Bezugs- bzw. Vergleichsmischung,
bei der 2 Gew.-% Kalk und 2 Gew.-% Melasse verwendet worden sind.
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Aus diesen Ergebnissen ist zu ersehen, daß für die drei untersuchten
unterschiedlichen Wassergläser die Grünfestigkeit aer Briketts mit der Kieselsäurestaubzugabe
erheblich verbessert ist. Bei einem Staubgehal-t von mehr als 6 Gew-% übersteigt
die Grünfestigkeit diejenige der mit 2 Gew.-% Melasse und 2 Gew.-% Kalk hergestellten
Briketts.
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Es sind auch Versuche durchgeführt worden, um den Einfluß des Silo,
: Na2O-Verhätlnisses auf die Grünfestigkeit zu bestimmen.
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Die entsprechenden Ergebnisse sind in Fig. 2 wiedergegeben, in der
zeigt: Linie A die Ergebnisse unter Verwendung eines Binders mit 3 Gew.-* Natriumsilikat
plus 9 Gew.-% Kieselsäurestaub Linie B die Ergebnisse unter Verwendung eines Binders
mit 2 Gew.-% Wasserglas und 9 Gew.-% Kieselsäurestaub Linie C die Ergebnisse unter
Verwendung von 2 Gew. -% Wasserglas plus 2 Gew.-% Kieselsäurestaub und Linie D die
Ergebnisse unter Verwendung eines Bezugs- bzw.
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Vergleichsbinders mit 2 Gew.-% Kalk und 2 Gew.-O Melasse.
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Aus dieser Darstellung ist zu ersehen, daß bei dem minimal verwendbaren
Staubgehalt von 2 Gew.-% die Grünfestigkeit von dem Silo, : Na2O-Verhältnis abhängt,
wobei die maximalen Festigkeiten bei einem SiO2 : Na2O-Verhältnis zwischen 2,4 und
3,1 auftreten.
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Es sind auch Versuche zur Bestimmung des Einflusses einer Begasung
mit CO2 über verschiedene Zeitspannen durchgeführt worden. Es wird angenommen, daß
dann, wenn eine übermäßig-e Begasung mit CO2 in Anwesenheit von Wasser stattfindet,
die Bildung Natriumbicarbonatbindung auftritt und die sich ergebenden Briketts zum
Brüchigwerden neigen. Eine Kurzzeitbegasung mit CO2 führt zu der Bildung der stärkeren
Natriumcarbonatbindung. Somit ergeben sich ausgehärtete Briketts mit einer vergrößerten
Festigkeit aus der Verwendung aus Wasserglas mit einem verhältnismäßig hohen Natriumhydroxidanteil,
d.h. aus der Verwendung von Wassergläsern mit einem geringen Sio2 : Na2O-Verhältnis.
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Aus den vorstehenden Versuchsbeschreibungen ist zu ersehen, daß Wasserglas
und Kieselsäurestaub zu einem im Vergleich zu einem aus Kalk und Melasse bestehenden
Binder besseren Binder für Briketts führen. Für Ruighoek-Chromerz können Briketts
mit optimalen Eigenschaften unter Verwendung eines Wasserglas mit einem SiO2 : Na2O-Verhältnis
zwischen 2,4 und 3,1 und einem Wasserglasgehalt von 3 Gew.-% und einem Kieselsäurestaubgehalt
von 9 Gew.-% erreicht werden, obwohl ein größerer Kieselsäurestaubgehalt die Brikettqualität
verbessern kann (siehe Fig. 1).
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Offensichtlich können diese Werte zur Anpassung an andere Erzarten
variiert werden, und solche Werte können durch einfache Versuche ohne die Notwendigkeit
einer eigenständigen erfinderischen Tätigkeit erreicht werden.
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Gleiche bzw. ähnliche Ergebnisse können unter Verwendung anderer pulverförmiger
Härter, wie beispielsweise Kohlenstaub, Kohlenstoffstaub und Kalkpulver, erreicht
werden.
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Vorstehend ist die Erfindung zwar unter Bezugnahme auf ein Chromerz
beschrieben worden; dennoch ist sie selbstverstandlich auch in Verbindung mit anderen
Erzen, wie beispielsweise Mangan- oder Eisen- oder dergleichen Erzen, anwendbar,
die vor ihrer Zuführung zu einem Elektroofen brikettiert werden.
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Auch in diesem Fall führen einfache Versuche ohne erfinderische zusätzliche
Leistung zu optimalen Werten für den zu verwendenden Kieselsäurestaub und des zu
verwendende Wasserglas und zu der besonderen Wasserglasart, die für ein besonderes
Erz am besten geeignet ist.
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