DE3228775A1

DE3228775A1 - Verfahren zum passivieren von schwammeisenpellets

Info

Publication number: DE3228775A1
Application number: DE19823228775
Authority: DE
Inventors: David Hugo Carrillo-Cantu; Asdruba Monterrey N.L. Trevino-Alanis
Original assignee: Hylsa SA de CV
Current assignee: Hylsa SA de CV
Priority date: 1981-08-04
Filing date: 1982-08-02
Publication date: 1983-02-24
Also published as: AU8632082A; CA1193440A; AU546968B2; US4388116A; JPS58185702A; MX159293A; GB2105219A; JPS6012404B2; GB2105219B

Description

HOFFMANN · EITLE & PARTNER

PAT E NTAJST WlLTE DR. ING. E. HOFFMANN (1930-1974) · DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · Dl PL.-I NG. W. LEH N

DIPL.-ING. K. FOCHSLE · DR. RER. NAT. B. HANSEN ARABELLASTRASSE 4 · D-8000 MO NCHEN 81 · TELEFON (089) 911087 ■ TELEX 05-29619 (PATHE)

HYLSA S.A., MONTERREY, N.L. / Mexiko

Verfahren zum Passivieren von Schwammeisenpellets

Die Erfindung betrifft Schwammeisen und insbesondere ' ein neues und verbessertes Verfahren zum Passivieren von Schwammeisen, z.B. um es gegen eine Reoxidation während der Lagerung und/oder des Transportes zu schützen.

Schwammeisen wird üblicherweise durch Direktreduktion von Eisenerz mit einem reduzierenden Gas, typischerweise einem Gasgemisch, das reich an Kohlenmonoxid und Wasserstoff ist, bei höheren Temperaturen von beispielsweise 750 bis 1.100⁰C hergestellt. Ein so hergestelltes Schwammeisen besteht im allgemeinen aus hochporösen Pellets

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die typischerweise mehr als 70 Gew.% an elementarem Eisen enthalten. Wegen der Porosität haben Schwammeisenpellets eine grosse Gesamtoberfläche und neigen dazu, bei der Lagerung an der offenen Atmosphäre zu reoxidieren_f insbesondere wenn man sie aus dem Reduktionsreaktor bei Temperaturen, die erheblich oberhalb Umgebungstemperatur liegen, herausnimmt.._ffDa die Reoxidation exotherm verläuft und die Rate der Wärmeverteilung von Schwammeisen niedriger ist als die Rate der Wärmeerzeugung durch die Reoxidationsreaktion, tritt eine kumulative Erhöhung der Temperatur als Funktion der Zeit ein. Diese Bedingung bildet sogenannte "Heissstellen" in dem Schwammeisen, wobei die Temperatur sogar die Entzündungstemperatur erreichen kann. Dies ist besonders gefährlich bei der Lagerung von Schwammeisen oder wenn man es in einem geeigneten Transportgefäss zu einem anderen Ort verfrachtet. Auch findet in dem Masse, wie eine solche Reoxidation abläuft, eine grössere Belastung beim nachfolgenden Stahlherstellungsverfahren statt und man benötigt mehr Energie, um eine gegebene Stahlmenge aus dem Schwammeisen herzustellen.

Zahlreiche Verfahren sind schon vorgeschlagen worden, um die Reoxidation von Schwammeisen zu inhibieren oder zu verhinder. So hat man schon vorgeschlagen, das Schwammeisen in begrenztem Masse einer Reoxidation zu unterwerfen, indem man es einer gasförmigen Atmosphäre aus einem Inertgas mit einer geringen kontrollierten Menge an Sauerstoff oder einem sauerstoffhaltigen Gas aussetzt. Solche Verfahren werden z.B. in den US-PSen

3 479 232, 3 549 425, 3 551 215, 3 615 340, 3 617 394,

3 704 088 und 3 723 059 beschrieben. Man hat auch schon verschiedene Flüssigkeiten als Behandlungsmittel* \md zwar sowohl organische als auch anorganische, verwendet.

Die Verwendung von organischen Flüssigkeiten wird in den US-PSen 3 520 676 und 4 030 913 beschrieben. Die Behandlung mit anorganischen Lösungen geht aus US-PS 2 537 611 (wässrige Salpetersäure) und US-PS

4 069 015 (wässrige Silikate) hervor. Aus den US-PSen

3 276 921 und 3 480 425 ist eine Behandlung mit Trockeneis bekannt.

Eine andere Möglichkeit, die schon vorgeschlagen wurde, besteht darin, dass man auf die Schwammeisenpellets einen Schutzüberzug aufbringt, wobei dieser überzug kontinuierlich sein kann, wie bei einem Verfahren, bei dem die Pellets eingehüllt werden, z.B. in einen plastischen Überzug oder diskontinuierlich sein kann, wie in dem Fall, dass man die Pellets mit einem pulverförmigen Material gegenüber einer Oxidation schützt.

Wenzel und Gudenau beschreiben in einem Aufsatz "Rückoxidationsschutz für Eisenschwammpellets", Aufbereitungstechnik Nr. 12 (1969), Seiten 705-712, Versuche, bei denen als Behandlungsmittel flüssige Kolloide und Zementpulver sowie Leichtöl und wässriges Alkali verwendet wurden. Aus FR-PS 2 401 227 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Schwammeisenpellets mit Kalziumoxidpulver und einer geringen Menge Eisenoxidpulver behandelt werden, um die Haftung des Kalziumoxidpulvers auf den Pellets zu verbessern.

Die bisher vorgeschlagenen oder angewendeten Verfahren, die Reoxidation von Schwammeisenpellets zu inhibieren oder zu verhindern, weisen alle einen oder mehrere Nachteile auf. Flüssige Behandlungsmittel neigen dazu, in die Poren des Schwammeisens einzudringen und dadurch werden Verunreinigungen in die Stahlöfen, in welche das Schwammeisen eingetragen wird, eingebracht. Bei einem zum Inhibieren verwendeten überzugsverfahren kann das Uberzugsmaterial eine nachteilige Wirkung auf das Stahlhers te llurxgsverf ahren haben. Entweder bieten diese Verfahren keinen ausreichenden Schutz gegenüber einer Reoxidation oder sie führen unerwünschte Bestandteile in den Stahlofen ein oder es liegen beide Nachteile vor.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zur Behandlung von Schwammeisenpellets zu zeigen und deren Tendenz zum Rückoxidieren beim Aussetzen an der Atmosphäre zu inhibieren. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu zeigen, bei dem man ein Material zur Behandlung des Schwammeisens einsetzt, das bein Stahlherstellungsverfahren, bei dem das behandelte Schwammeisen zugegeben wird, unschädlich ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein billiges und wirksames Verfahren zum Inhibieren der Reoxidation von Schwammeisenpellets zu zeigen. Weitere Ziele der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor.

Gemäss einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Passivieren von Schwammeisenpellets gezeigt, das

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die folgenden Stufen umfasst: Befeuchten der Pellets, Aufbringen einer passivierenden Menge einer pulverförmigen Mischung von hydraulischen Zementteilchen und Eisenoxidteilchen auf die befeuchteten Pellets und Trocknen der so behandelten Pellets. Zwar kann eine Vielzahl von hydraulischen Zementen verwendet werden, jedoch wurde festgestellt, dass man gute Resultate erzielt, wenn man dan üblichen und bekannten Portlandzement verwendet. Ein solcher Zement besteht hauptsächlieh aus einer Hauptmenge an Kalziumoxid und einer kleineren aber erheblichen Menge an Siliziumdioxid und Aluminiumoxid. Typische hydraulische Zemente enthalten in Gew.% 60 bis 67 Gew.% Kalziumoxid,.19 bis 24 % Siliziumdioxid, 4 bis 9 % Aluminiumoxid, bis zu 5 % Magnesiumoxid, bis zu 3 % Schwefeltroxid und 1,6 bis 6,0 % Ferrioxid. Die Teilchengrösse des verwendeten Zements scheint nicht besonders kritisch zu sein, Man erzielt gute Ergebnisse mit Zementen, die eine Teilchengrösse im Bereich von 0,02 bis 0,05 mm haben.

Im allgemeinen soll die Menge des verwendeten Eisenoxidpulvers ausreichen, um eine genügende Haftung des Zementpulvers auf den vorbefeuchteten Pellets zu erzielen und diese Menge kann in einem weiten Bereich variieren. Wie später noch ausführlich dargelegt wird, wurde festgestellt, dass man eine verbesserte Schutzwirkung gegenüber einer Reoxidation erzielen kann, wenn man ziemlich erhebliche Mengen an Eisenoxidpulver, z.B. 50 Gew.%, in der Pulvermischung verwendet. Daten, die diese Feststellung stützen, werden nachfolgend angegeben. Die Teilchengrösse des Eisenoxidpulvers kann in

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der gleichen Grössenordnung liegen wie die des Zementpulvers, z.B. bei 0,02 bis 0,05 mm.

Das Gewichtsverhältnis von pulverförmiger^ Passivierungsmittel zu Schwammeisenpellets kann in einem weiten Bereich variieren. Im allgemeinen ist es wünschenswert eine verhältnismässig dünne Schicht des Passivierungsmittels auf die Schwammeisenpellets aufzubringen und zwar sowohl aus ökonomischen Gründen und weil dicke überzüge eine Tendenz zu haben scheinen, Risse zu bilden, wodurch die Pelletoberfläche dann der Atmosphäre ausgesetzt würde. Eine wünschenswerte Menge des pulverförmigen Passivierungsmittels liegt bei etwa 0,1 bis 1,0 Gew.%, bezogen auf die überzogenen Pellets. Dabei ist festzuhalten, dass selbst dann, wenn man die Maximalmenge an Passivierungsmittel verwendet, d.h. 1 %, und wenn es bis zu 3 % SO₃ enthält,_dies annähernd 0,01 % an zusätzlichem Schwefel in dem Schwammeisen ergeben würde, welches keine nachteilige Wirkung im Stahlherstellungsverfahren haben würde.

Die Vorbefeuchtung und das Trocknen der Schwammeusenpellets wird nachfolgend beschrieben; Im allgemeinen kann man die Pellets sowohl mit Wasser als auch mit Wasserdampf vorbenetzen. Das Trocknen kann mit einem erhitzten Inertgas erfolgen.

Gemäss einer Ausführungsform der Erfindung kann man das erfindungsgemässe Verfahren als eine Verbesserung des . in der FR-PS 2 401 227 beschriebenen Verfahrens ansehen. Das erfindungsgemässe Verfahren unterscheidet sich von

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dem in der französischen Patentschrift beschriebenen Verfahren darin, dass man hydraulischen Zement anstelle von Kalziumoxid verwendet. Der FR-PS kann man auch nicht entnehmen, dass eine verhältnismässig grosse Menge an Eisenoxid in der Passivierungsmischung, z.B. 40 bis 70 Gew.%, vorteilhaft ist. Es wurde weiterhin festgestellt, dass die Verwendung von 50 bis 60 Gew.% Eisenoxid in der Passivierungsmischung besonders wirksam ist/ Daten, die die praktische Bedeutung dieser Unterschiede stützen, werden später angegeben.

Die zahlreichen Vorteile und Ziele der Erfindung gehen am besten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen hervor.

Fig. 1 ist ein Fliessschema, welches eine Vorrichtung beschreibt, die man zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens-anwendet, und

Fig. 2 zeigt eine Reihe von Kurven, bei denen die

Wirksamkeit der Passivierungsmischung gemäss der vorliegenden Erfindung mit der einer Anzahl anderer Materialien und Mischungen verglichen wird.
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf Fig. 1, bedeutet dort 10 einen Vorratsbunker für Schwammeisen, von dem mittels eines Rüttelsiebes 12 die feinen Schwammeisenteilchen abgetrennt und durch die Leitung 14 entfernt werden. Die gesiebten Teilchen haben eine Teilchengrösse von beispielsweise 8 bis 15 mm

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und durchlaufen eine Fördervorrichtung 16, wo die Oberfläche der Teilchen mit Wasser oder Wasserdampf befeuchtet wird, welches oder welcher durch die Sprühköpfe 18 zugeführt wird. Dann durchlaufen die gesiebten Teilchen eine Fördervorrichtung 20. Die Komponenten der Passivierungsmischung, d.h. feinteiliges Eisenoxid und Zement, werden in den Vorratsbunkern 22 bzw. ?4 gelagert, von welchen sie in dem gewünschten Verhältnis auf eine Fördervorrichtung 26 fHessen., von welcher sie in eine Mischkammer 28 eingetragen werden. Innerhalb der Kammer 28 werden das Eisenoxid und das Zementpulver mittels der Mischer 30 vermischt und anschliessend wird die Mischung einem Vorratsbunker 32 zugeführt, von wo sie auf einen Verteilerkopf 34 fliesst, mittels welchem sie über die Schicht der Schwammeisenpellets auf der Fördervorrichtung 20 verstreut werden. Von der Fördervorrichtung 20 fliessen die behändelten._Schwammeisenteilchen auf ein Rüttelsieb 36,. wo überschüssiges Passivierungsmittel abgetrennt und durch die Leitung 38 in den Vorratsbunker 32 zurückgeführt wird. Die feuchten passivierten Schwammeisenpellets werden mittels einer Fördervorrichtung 40 zum Förderer 42 und von dort in eine Trockenkammer 44 geführt, wo sie getrocknet werden.

Das Trocknen der behandelten Pellets erfolgt mittels eines erwärmten Inertgases, z.B. Stickstoff, der durch die Trockenkammer 44 zirkuliert. Das Erwärmen des Gases wird in einem Erhitzer 46 vorgenommen und das heisse Gas fliesst durch die Leitung 48 in den unteren Teil •der Kammer 44 und von dort nach oben durch das Bett des

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behandelten Schwämme!sens auf der Fördervorrichtung 42. Feuchtes Gas tritt aus der Kammer 44 durch die Leitung 50 aus und strömt zu einem Sprühkühler 52, wo es gekühlt und durch die Sprays 54, denen Wasser durch die Leitung 56 zugeführt wird, entwässert wird.

Das abfliessende Gas aus dem Kühler 52 fliesst durch die Leitung 58 zu einem Kompressor 60 und von dort zurück in den Erhitzer 46 und bildet so eine Trockengasschleife. Ergänzungsgas wird der Schleife durch eine Zuführleitung 62 zugeführt. Die getrockneten und passivierten Schwammeisenpellets treten aus dem Trockner auf der Transportvorrichtung 42 aus und werden an einer geeigneten (nicht gezeigten) Stelle gelagert.

Fig. 2 zeigt eine Reihe von Kurvenablesungen, welche die Ergebnisse von Vergleichsversuchen zeigend—die man mit Schwammeisenpellets erzielte,, welche mit dem Passivierungsmittel gemäss der vorliegenden Erfindung und mit gewissen anderen Passivierungsmitteln behandelt wurden. Zur Durchführung dieser Versuche wurde eine bestimmte Menge behandelter Pellets, im vorliegenden Fall 1 kg, in eine geschlossene Kammer gegeben und ein Heissluftstrom von 15O⁰C wurde durch die Masse der Pellets geleitet. Ein Luftstrom von 60 l/h (bezogen auf O⁰C und Atmosphärendruck) wurde erwärmt und durch 1 kg der Probe während einer Zeit von 130 Minuten geleitet. Der Sauerstoffgehalt des ausströmenden Gases wurde gemessen und die kumulative Absorption der Probe von Sauerstoff wurde als Prozentsatz der Sauerstoffabsorption einer unpassivierten Probe bestimmt. In

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Fig. 2 ist diese prozentuale kumulative Sauerstoffabsorption gegen die Zeit aufgetragen. Diese Kurven zeigen, dass man unter Verwendung einer Mischung aus Eisenoxid und Zement als Passivierungsmittel einen verhältnismässig hohen Passivierungsgrad erzielt.

Aus der vorhergehenden Beschreibung geht hervor, dass das Passivierungsmittel und das Passivierungsverfahren gemäss der Erfindung eine wirksamere Passivierung von Schwammeisenpellets ergibt als dies mit den Passivierungsmitteln und Passivierungsverfahren des Standes der Technik möglich war. Dadurch dass man Zement anstelle von Kalk gemäss der französischen Patentschrift verwendet und insbesondere dadurch, dass man einen verhältnismässig hohen Anteil an Eisenoxid anwendet, wird eine erhebliche Verbesserung der Passivierung erzielt. Selbstverständlich sind zahlreiche Änderungen hinsichtlich der spezifischen Materialien, Verhältnisse und Bedingungen möglich, ohne vom Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

HOFFMANN · EITLE & PARTNER PATENTANWÄLTE DR. ING, E. HOFFMANN (1930.197«) . DIPL.-ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN · DIPL.-ING. W. LEHN DIPL.-ING. K. FOCHSLE . DR. RE R. NAT. B. HAN S E N ARABELLASTRASSE 4 · D-8000 MÖNCHEN 81 . TELEFON (089) 911087 . TELEX 05-29ί19 (PATHE) 37 227 o/wa - 1 - HYLSA S.A.tMONTERREY, NL / MEXIKO Verfahren zum Passivieren von Schwammeisenpellets PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Passivieren von Schwammeisenpellets, dadurch gekennzeichnet , dass man die Schwammeisenpellets befeuchtet, auf die befeuchteten Pellets eine passivierende Menge einer pulverförmigen Mischung aus etwa 40 bis 70 Gew.% Eisenoxidteilchen und etwa 60 bis 30 Gew.% hydraulischen Zementteilchen aufbringt und dass man die so behandelten Schwammeisenpellets trocknet.

2. Verfahren zum Passivieren von Schwammeisenpellets gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die befeuchteten Pellets mit der pulverförmigen Mischung aus Eisenoxid und Zementteilchen mit einem Uberzugsgewicht von etwa 0,1 bis

1,0 Gew.%, bezogen auf die beschichteten Pellets, beschichtet werden.

3. Verfahren zum Passivieren von Schwammeisenpellets · gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug etwa 0,5 Gew.%, bezogen auf das Gewicht der überzogenen Pellets, ausmacht .

4. Verfahren zum Passivieren von Schwammeisenpe1lets gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pellets mit Wasserdampf oder flüssigem Wasser vor dem Auftragen der pulverförmigen Mischung befeuchtet werden.

5. Verfahren zum Passivieren von Schwammeisenpellets gemäss Anspruch 1, dadurch g e k e η η ze i c h net, dass der hydraulische Zement aus etwa 60 bis 67 % Kalziumoxid, 19 bis 24 % Siliziumdioxid, 4 bis 9 % Aluminiumoxid, bis zu 5 % Magnesiumoxid, bis zu 3 % Schwefeltrioxid und 1,6 bis 6 % Ferrioxid besteht.

6. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, dass der Zement eine durchschnittliche Teilchengrösse von etwa 0,02 bis 0,05 mm hat.

7. Verfahren zum Passivieren von Schwammeisen gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die Pellets in einem inerten Gas bei erhöhter Temperatur getrocknet werden.

8. Verfahren zum Passivieren von Schwammeisenpellets gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet/ dass die Pellets mit einem überschuss der Pulvermischung unter Ausbildung eines Überzugs behandelt werden _f dass man die überzogenen Pellets von der überschüssigen Pulvermischung abtrennt und die überschüssige Mischung zur Behandlung einer weiteren Menge von unbehandelten Pellets verwendet wird. 10