DE3722956C1 - Process for roasting iron powder - Google Patents

Process for roasting iron powder

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DE3722956C1
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Richard Dipl-Ing Lummer
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74—Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • C21D1/76—Adjusting the composition of the atmosphere
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/14—Treatment of metallic powder
    • B22F1/145—Chemical treatment, e.g. passivation or decarburisation

Abstract

The invention relates to a process for roasting iron powder generated by pressurised-gas or pressurised-water atomisation of an iron melt and whose particles are enclosed by an iron oxide skin, in a reducing atmosphere at 900-1200@C, the reducing effect of the steam-containing atmosphere being maintained by the continuous supply of hydrogen. In order, therefore, to improve the known roasting process for iron powder in such a way that the consumption of hydrogen in the form of pure gas is reduced, it is proposed that during roasting gaseous or liquid hydrocarbon compounds, especially natural gas, are added in an amount which is below the sooting point (carbonisation point).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Glühen von Eisenpulver, welches durch Zerstäuben einer Metallschmelze mittels Druckgas oder Druckwasser erzeugt wurde und dessen Teilchen jeweils mit einer Oxidhaut umgeben sind.The invention relates to a method for annealing iron powder, which by atomizing a molten metal using compressed gas or Pressurized water was generated and its particles each with an oxide skin are surrounded.

Um die spätere Verarbeitung eines durch eine solche Zerstäubung hergestell­ ten Eisenpulvers mit den üblichen Mitteln der Metallpulverpreßtechnik zu ermöglichen, ist neben einer Weichglühung der Pulverpartikel insbesondere eine Entfernung der Oxidhaut, also eine entsprechende Reduktionsbehandlung erforderlich. Hierzu ist es üblich, das durch Zerstäubung erhaltene rohe Eisenpulver einer Glühbehandlung bei etwa 900-1200°C in einer reduzie­ renden Atmosphäre zu unterziehen, wobei das Reduktionspotential durch ständige Zufuhr von Wasserstoffgas aufrechterhalten wird. Der Wasserstoff reduziert dabei das Eisenoxid unter Bildung von Wasserdampf zu Eisen (z. B.: FeO + H2 = Fe + H2O), wobei das Konzentrationsverhältnis von H2 zu H2O einem Gleichgewichtszustand zustrebt.In order to enable the subsequent processing of an iron powder produced by such atomization with the usual means of metal powder pressing technology, in addition to soft annealing of the powder particles, removal of the oxide skin, in other words a corresponding reduction treatment, is particularly necessary. For this purpose, it is customary to subject the raw iron powder obtained by atomization to an annealing treatment at about 900-1200 ° C. in a reducing atmosphere, the reduction potential being maintained by the constant supply of hydrogen gas. The hydrogen reduces the iron oxide to form water vapor to form iron (for example: FeO + H 2 = Fe + H 2 O), the concentration ratio of H 2 to H 2 O striving for an equilibrium state.

Um eine ausreichende Reaktionsfähigkeit der Glühatmosphäre sicherzustellen, ist es erforderlich, das H2/H2O-Verhältnis auf einem möglichst hohen Wert oberhalb der temperaturabhängigen Gleichgewichtskonzentration zu halten. Praktisch bedeutet das, daß ein Vielfaches der für die Reduktion des Eisenoxids notwendigen H2-Menge zugrundezulegen ist. Die H2-Zufuhr erfolgt dabei so reichlich, daß auch eine Spülwirkung der Ofenatmosphäre erzielt wird, d. h. der sich bildende Wasserdampf wird ständig vom Reaktionsort abgeführt. Diese Verfahrensweise führt dazu, daß der größte Teil (z. B. ca. 2/3 bis 3/4) des als Reingas zugeführten Wasserstoffs als Abgas ungenutzt verlorengeht. Da das H2-Reingas ein teurer Rohstoff ist, stellt sich das bisherige Verfahren als kostenmäßig verbesserungsbedürftig dar.In order to ensure sufficient reactivity of the annealing atmosphere, it is necessary to keep the H 2 / H 2 O ratio as high as possible above the temperature-dependent equilibrium concentration. In practice, this means that a multiple of the amount of H 2 necessary for the reduction of the iron oxide must be used. The H 2 supply takes place so abundantly that a rinsing effect of the furnace atmosphere is achieved, ie the water vapor which is formed is constantly removed from the reaction site. This procedure results in that the major part (eg. B. be approximately 2/3 to 3/4) unused lost the supplied gas as pure hydrogen as exhaust gas. Since the H 2 clean gas is an expensive raw material, the previous process is in need of cost improvement.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, das bekannte Glühverfahren für Eisenpulver dahingehend zu verbessern, daß der Verbrauch von Wasserstoff in Form von Reingas reduziert wird.The object of the invention is therefore the known annealing process for To improve iron powder in such a way that the consumption of hydrogen in Form of clean gas is reduced.

Gelöst wird diese Aufgabe entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs dadurch, daß während der Glühung Kohlenwasserstoff-Verbindungen, insbeson­ dere Erdgas, in den Reaktionsraum des eingesetzten Glühofens gegeben wird, so daß die Zufuhr von Wasserstoffreingas nach Maßgabe der aus den Kohlen­ wasserstoff-Verbindungen entstehenden H2- und CO-Mengen entsprechend angepaßt werden kann. This object is achieved in accordance with the features of the patent claim in that during the annealing hydrocarbon compounds, in particular natural gas, are added to the reaction chamber of the annealing furnace used, so that the supply of hydrogen clean gas in accordance with the H 2 resulting from the carbon hydrogen compounds - And CO quantities can be adjusted accordingly.

Die Zufuhr der Kohlenwasserstoff-Verbindungen bewirkt in Verbindung mit den in der Ofenatmosphäre stets vorhandenen Anteilen an Wasserdampf eine Umwandlung der Kohlenwasserstoffe zu H2 und CO, wie sie am Beispiel von Erdgas (CH4) in der folgenden Reaktionsgleichung zum Ausdruck kommt.The supply of the hydrocarbon compounds, in conjunction with the proportions of water vapor that are always present in the furnace atmosphere, leads to a conversion of the hydrocarbons to H 2 and CO, as expressed in the example of natural gas (CH 4 ) in the following reaction equation.

CH4 + H2O = CO + 3 H2 CH 4 + H 2 O = CO + 3 H 2

Das bedeutet, daß durch die Zufuhr von Erdgas die Entstehung von Wasser­ stoffgas in der Ofenatmosphäre hervorgerufen wird, welches dann für die Reduzierung der Eisenoxidhaut der Pulverpartikel zur Verfügung steht. Die Folge davon ist, daß die Reingaszufuhr an Wasserstoff entsprechend vermin­ dert werden kann oder daß die Ofenleistung, d. h. die pro Zeiteinheit durchgesetzte Menge an oxidiertem Eisenpulver erhöht werden kann. Bei der Umwandlung des Erdgases wird auch ein entsprechender Anteil des in der Ofenatmosphäre enthaltenen Wasserdampfes mit aufgespalten, so daß gleich­ zeitig eine Verringerung des Taupunktes der Ofenatmosphäre erreicht wird. Auch dies verbessert das Verhältnis H2 zu H2O in Richtung auf höhere H2-Konzentrationen, bewirkt also eine Verbesserung des Reduktionspotentials der Ofenatmosphäre. Die Menge des in den Reaktionsraum des Ofens einleit­ baren Erdgases ist durch den Verrußungspunkt begrenzt, d. h, sie darf nicht über die Menge hinausgehen, die im Ofen mit dem vorhandenen Wasserdampf noch vollständig in H2 und CO umgesetzt werden kann. This means that the supply of natural gas causes the formation of hydrogen gas in the furnace atmosphere, which is then available for the reduction of the iron oxide skin of the powder particles. The result of this is that the clean gas supply of hydrogen can be reduced accordingly or that the furnace output, ie the amount of oxidized iron powder which is carried through per unit time, can be increased. When converting the natural gas, a corresponding proportion of the water vapor contained in the furnace atmosphere is also split, so that a reduction in the dew point of the furnace atmosphere is achieved at the same time. This also improves the ratio of H 2 to H 2 O in the direction of higher H 2 concentrations, that is to say brings about an improvement in the reduction potential of the furnace atmosphere. The amount of natural gas introduced into the reaction space of the furnace is limited by the soot point, i.e. h, it must not exceed the amount that can still be completely converted into H 2 and CO in the furnace with the water vapor present.

Der wirtschaftliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß ein erheblicher Teil des bisher erforderlichen Reinwasserstoffs durch den Einsatz von pro Volumeneinheit erheblich billigerem Erdgas ersetzt werden kann. Anhand des nachfolgenden Vergleichsbeispiels wird dies in quantitativer Hinsicht näher erläutert:The economic advantage of the method according to the invention is that that a significant part of the previously required pure hydrogen replaced the use of much cheaper natural gas per unit volume can be. The following comparative example shows this in quantitatively explained:

Eisenpulver mit einem in Form von Eisenoxid vorliegenden Sauerstoffanteil von 1,3 Gewichts-% wurde mit einem Durchsatz von 2 t/h in einem Reduktions­ ofen bei 1060°C in einer Wasserstoff-Atmosphäre geglüht. Die Glühdauer betrug 70 min und der Wasserstoffverbrauch in Form von kontinuierlich zuge­ führtem Reinwasserstoff 160 m3/h. Der Restsauerstoffgehalt des geglühten Eisenpulvers betrug nur noch 0,2 Gewichts-%.Iron powder with an oxygen content of 1.3% by weight in the form of iron oxide was annealed at a throughput of 2 t / h in a reduction furnace at 1060 ° C. in a hydrogen atmosphere. The annealing time was 70 min and the hydrogen consumption in the form of continuously supplied pure hydrogen 160 m 3 / h. The residual oxygen content of the annealed iron powder was only 0.2% by weight.

Die Betriebsweise des Glühofens wurde danach im Sinne der Erfindung abge­ wandelt, wobei der Anfangssauerstoffgehalt des Eisenpulvers, die Glühtem­ peratur und die Glühdauer unverändert blieben. In den Glühofen wurde jedoch ein zusätzlicher Strom von Erdgas in einer Menge von 15 m3/h eingeleitet. Gleichzeitig wurde die äußere Zufuhr von Wasserstoffgas auf eine Menge von 115 m3/h reduziert und die durchgesetzte Eisenpulvermenge auf 2,3 t/h gesteigert. Der Sauerstoffgehalt des geglühten Pulvers betrug unverändert etwa 0,2 Gewichts-%.The operation of the annealing furnace was then changed in the sense of the invention, the initial oxygen content of the iron powder, the temperature and the annealing temperature remained unchanged. However, an additional flow of natural gas in an amount of 15 m 3 / h was introduced into the annealing furnace. At the same time, the external supply of hydrogen gas was reduced to 115 m 3 / h and the amount of iron powder passed through was increased to 2.3 t / h. The oxygen content of the annealed powder remained unchanged at about 0.2% by weight.

An diesem Beispiel wird deutlich, welche erheblichen Vorteile mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verbunden sind: Es konnte nicht nur die Ofen­ leistung ohne wesentliche bauliche Veränderungen um 15% gesteigert werden. Darüber hinaus konnte auch der auf die Durchsatzmenge bezogene Verbrauch an frisch zugeführtem Wasserstoff von 80 m3/t auf 50 m3/t gesenkt werden, wobei lediglich 6,5 m3/t des im Vergleich zu Wasserstoff sehr viel billigeren Erdgases eingesetzt werden mußten.This example clearly shows the considerable advantages associated with the method according to the invention: it was not only possible to increase the furnace output by 15% without significant structural changes. In addition, the consumption of freshly supplied hydrogen, based on the throughput, could be reduced from 80 m 3 / t to 50 m 3 / t, with only 6.5 m 3 / t of the much cheaper natural gas having to be used compared to hydrogen .

Claims (1)

Verfahren zur Glühung von Eisenpulver, welches durch Druckgas- oder Druckwasserzerstäubung einer Eisenschmelze erzeugt wurde und dessen Teilchen von einer Eisenoxidhaut umgeben sind, in einer reduzierenden Atmosphäre bei 900-1200°C, wobei die reduzierende Wirkung der Wasserdampf enthaltenden Atmosphäre durch kontinuierliche Zufuhr von Wasserstoff aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß während der Glühung gasförmige oder flüssige Kohlenwasserstoff-Verbindungen, insbesondere Erdgas, in einer Menge, die unterhalb des Verrußungspunktes liegt, zugegeben werden.Process for the annealing of iron powder, which was produced by pressurized gas or pressurized water atomization of a molten iron and the particles of which are surrounded by an iron oxide skin, in a reducing atmosphere at 900-1200 ° C, the reducing effect of the atmosphere containing water vapor being maintained by the continuous supply of hydrogen is characterized in that gaseous or liquid hydrocarbon compounds, in particular natural gas, are added during the annealing in an amount which is below the soot point.
DE3722956A 1987-06-19 1987-07-09 Process for roasting iron powder Expired DE3722956C1 (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1992005001A1 (en) * 1990-09-20 1992-04-02 Mannesmann Ag Process and device for the reduction annealing of powdered iron
DE4208908C1 (en) * 1992-03-17 1993-07-22 Mannesmann Ag, 4000 Duesseldorf, De Prodn. of soft iron@ powder - by continuous redn. and annealing in specified temp. range

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Title
RUHFUS: Wärmebehandlung der Eisenwerkstoffe, 1958, Verlag Stahleisen M.B.H., S. 114-118 *

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