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Herstellung von Eisenpulver aus Eisensulfat durch Abrösten und Reduktion
Bei der Herstellung Tön Metallpulvern durch Reduzieren der Oxyde mittels Wasserstoff
ist es bekannt, d-aß mit der Reduktionszeit, der Temperatur der Umsetzung und dem
Wassergehalt des Reduktionsgases die Kerngröße steigt. Es ist ferner bekannt, Eisenoxyde
als, Pigmente aus Eisensulfat durch Calcinieren, Mahlen des calcinierten Eisensulfats
und dürc4 Abrös.ten und Reduzieren zu erhalten. Die. Aufgabe der Erfindung, in entsprechender
Weise Eisenpulver durch Mahlen des calcinierten Eisen.su@lfats, durch Ahrösten und
Reduzieren deisselben zu erhalten, -ist mit der Reduktion der bekannten Pigmente
nicht ohne weiteres gelöst, wiehach;-trägl-ich erkannt wurde.
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Die bisher erhaltenen Pulver enthalten Teilchen der verschiedensten
Kerngrößen, was im Hinblick auf den Verwendungszweck des Pulvers nicht immer erwünscht
ist, da zu grobe Teilchen einerseits. und- zu -feine Teilchen andererseits sich
störend hinsichtlich der Festigkeit (Parosität) und des Schwundgrades, z. B. beim
nachfolgenden Pressen und Sintern zu einem Farmkörper, auswiärlcen. Bei der Herstellung
solcher Pulver durch Mahlen
wurde also bisher stets nur eine obere
Grenze der Mahlfeinheit eingehalten, so daß auch feinste Anteile stets mit erzeugt
wurden. Die ideale Herstellungsweise eines Pulvers wäre die, daß man in möglichst
engem Bereich alle geiviinschten Teilchengrößen herstellen kann. Beim Vermahlen
des calcinierten Eisensulfats zwecks Herstellung von Pigmenten wurde bereits die
gewünschte Korngröße im Enderzeugnis dadurch gesichert, daß durch Absieben nur die
jeweils gewünschte Teilchengröße zu .r Abröstüng und Reduktion gelangte. An sich
wäre also zu erwarten, daß ein Mahlen bis auf oder unter ioo Mikron für die Zwecke
der Herstellung von Eisenpulver das gegebene wäre.
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Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß von einem bestimmten Bereich
der Teilchengröße ab nach unten dieser Weg zu keinem Erfolg führt, weil, wie nachträglich
gefunden wurde, wahrscheinlich gewisse Veränderungen der Oherflächenkräfte der Teilchen
eine unerwartete Zunahme erfahren, die dazu führt, daß ein verhältnismäßig sehr
feines. Pulver von calciniertem Eisensulfat bei dem nachfolgenden Rösten und Reduzieren
ein bedeutend gröberes Pulver ergibt, als nach der Feinheit der vorausgegangenen
Mahlung zu erwarten gewesen wäre. Die an sich erwartete Gesetzmäßigkeit, daß mit
zunehmender Feinheit des zu verarbeitenden calcinierten Eisensulfatpulvers auch
die Feinheit des daraus erzeugten Eisenpulvers steigt, besteht tatsächlich nicht.
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Nach der Erfindung wird deshalb das entwässeTte und gepulverte Eisensulfat
in solchen Korngrößen. angewendet, deren feinste Kornteilchen einen Korndurchmesser
von etwa 0,o5 bis o,i mm und dessen gröbste Kornteilchen einen .Korndurchmesser
von o,i bis etwa. »1,5 mm aufweisen. Das Mahlen des entwässerten Eisensulfats erfolgt
nach der Erfindung zweckmäßig in Kollergängen oder Kugelmühlen mit sog. absoluter
Austragung, worunter Vorrichtungen verstanden werden, die gestatten, das jetveils
gewünschte feinste-Korn nach jedem Mahlen durch ein Sieb auszutragen. Durch die
der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis wird also ein unnötiges, weil als überflüssig
erkanntes feines Mahlen des calcinierten Eisensulfats auf etwa unter 50 Mikron
vermieden und ein verhältnismäßig grobes Mahlen durchgeführt, um dadurch die gewünschten
Korngrößen im fertigen gisenpulve-r zu erhalten, bzw. wird dadurch verhindert, daß
durch die bisher übliche zu feine Mahlung der bekannten Pigmente ein grobes Korn
entsteht.
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Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele mögen die Wirkung des Ahrös:tens
und der Reduktion auf die Veränderung der Korngröße-des fertigen Eisenpulvers näher
erläutern. Die Beispiele zeige ferner, daß entgegen der -bisherigen Ansicht nicht
durch höhere, sondern. durch niedrigere Reduktionstemperatur (80o° und darunter)
eine Vergrößerung der kleinen Kornanteile erreicht ivird. Durch die Kombination
des gekennzeichneten groben Mahlens mit einer bestimmten Reduktionstemperatur lassen
sich also die Korngrößen im fertigen Eisenpulver weitgehend derart beeinflussen,
daß durch niedrige Wasserstofftemperatur die kleinsten Anteile nahezu zum Verschwinden
gebracht werden bzw. in das Gebiet der mittleren und oberen Korngrößen übergehen.
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Beispiele i. Calciniertes Eisenpulver wurde ohne Verwendung eines
absoluten Austrags auf Korngrößen unter i mm fein gemahlen. Das Eisensulfatmehl
besaß vor der Reduktion folgende Korngrößenverteilung:
| Nach der |
| Korndurchmesser vor der Reduktion |
| Reduktion bei 80o i Std. |
| . lang |
| unter o,i mm . . . . . . 37,40/6 32,9 |
| o, i bis 0,25 mm . . . 22,7 % 39,0 o,25 bis
0,5 mm ... 30,20/0 28,z |
| 0,5 bis o,75 mm ... 9,70/- - |
| ioo,o k 100,0 |
2. Siebanalysen von Eisenpulver, das durch Reduktion von calciniertem und gemahlenem
Eisensulfat erhalten wurde-, wobei das calcinierte Eisensulfat auf Korngrößen von
etwa 0,o5 mm Durchmesser und darunter abgesiebt wurde.
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A. Reduktionstemperatur 105o°, Dauer i Stunde B. Reduktionstemperatur
90o°, Dauer i Stunde
| Korndurchmesser A B |
| unter 0,o5 mm ..... 20,0o/. 24,2 0/0 |
| 0,05 bis o,i mm... 2,4 % 3,7 |
| o,i -bis o,25 mm ... 26,5 -#i0 14,o |
| o,25 bis o,5 mm ... 22,00/0 18,2 |
| o,5 bis o,75 mm. .. 4,6 % 6,9 |
| o,75 bis 1,o mm ... 22,6 % 12,7010 |
| über i mm . . _ . . . . . -- 20,2010 |
. 3. Korngröße des calcinierten Eisensulfats o,i bis
0,25 mm.
A
S iisteillperatur- go oo,
. eduktio
'-
Dauer z Stunden B. Reduktionstemperatur
80o°, Dauer 2 Stunden
| Korndurchmesser' - ` A -- B |
| unter 0,05 mm . . : . . i6 % 130/0 |
| o,o5 bis o,i mm ... 18 % 240/0 |
| o,i bis 0,25 mm ... 66 cl/. 63% |
4. Korngröße des cälcinierten Eisensulfats o,25-bis- o,5 mm. Reduktionstemperatur
90o°, Dauer 2 Stunden.
| -Korndurchmesser . . |
| 2 |
| 0,05 bis o,1 mm ... |
| ö,i -bis o,25 mm ... 66 |
| 0,25 bis 0,5 mm ... 32 |
5. Korngröße des calcinierten Eisensulfats o,5 bis o,75 mm.
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A: Reduktionstemperatur 90o°, _ Dauer 2 Stunden B. .Reduktionstemperatur
8.0o°, -' Dauer 2 Stunden
| Korndurchmesser A B |
| - |
| 0,05 bis o,i mm ... 116./0 |
| o,i bis 0,25 mm ... z0,8 o% 16,5 0,25
bis o,5 mm ... 87,6 % 83,5 |
6. Korngröße des calcinierten Eisensulfats
0,75 bis I mm.
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A. Reduktionstemperatur 90o°, ' Dauer 2 Stunden B. Reduktionstemperatur
eoo°, Dauer 2 Stunden
| Korndurchmesser . A B- |
| unter 0,o5 mm .... : - 4 |
| o,o5 bis o,i mm.. . - 2,i o/0 4,0% |
| o,i bis o,25 mm.. . 3,6o/. 11,6 0,25 bis o,5 mm
... , 47,5 % 32,o |
| 0,5 bis 0,75 mm ... 461-70/0 33,00/- |
| 0,75 bis i nun ..... - 15,40/6 |
Das Abrösten des calcinierten Eisensulfats wird zweckmäßig in an sich bekannten
Drehrohröfen bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen von etwa 80o bis 85o° durchgeführt,
wobei gegen Ende der Röstreaktion vorteilhaft noch eine Zeitlang' in neutraler oder
. schwach oxydierender Atmosphäre weiter erhitzt wird, was sich zur Beseitigung
des beim Abrösten noch verbliebenen Schwefels als vorteilhaft erwiesen hat Die Reduktion
kann alsdann im gleichen Ofen anschließend bei gleicher Temperaturlage durchgeführt
werden, wobei entgegen den Erwartungen bei 90o° Reduktionstemperatur ein feineres
Pulver entsteht als bei 80o°.
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Die Analyse des fertigen Eisenpulvers er,-gibt' einen Schwefelgehalt
von o;oo5 %, Kohlenstoffgehalt 0,o5 0/ö, Mangan 0,d.0/0, Silicium 0,2%, Phoasphor
o,oi %.
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Während man bisher sich allgemein.-damit begnügte, die Feinheit des
gemahlenen Pulvers nach oben hin abzugrenzen, indem man beispielsweise nur die Korngrößen
unter o, i mm der Reduktion unterwarf, lehrt die Erfindung, daß dieser Bereich zu
vermeiden ist und neben einer viel höher liegenden oberen Grenze von etwa i mm man
bei dem Mahlen auch die untere Grenze von vornherein festlegt, um ein Eisenpulver
gewünschter Feinheit zu erreichen. Durch die Angabe der unteren Mahlgrenze wird
der technisch bedeutende Vorteil erreicht, daß jede unnötige und zeitraubende feinere
Mahlurig unterhalb dieser Grenze- .erspart und damit eine billigere Herstellung
eines Eisenpulvers gewünschter Feinheit erreicht wird. Wie das Beispiel 6 lehrt,
wird bereits aus einem calcinierten Eisensulfat mit der Korngröße 0,75 bis
i mm ein Eisenpulver erhalten, das mit rund 53'/o unterhalb 50o Mikron liegt, ohne
daß das Ausgangspulver kleinere Teile als 0,75 mm zu enthalten braucht, wobei
noch der weitere Vorteil gegenüber den bekannten Eisenpulvern feinerer Mahlurig
hervorzuheben ist, daß mit den gröberen Eisenpulvern nach der Erfindung bessere
Porositäten bei höherer Festigkeit erzielt werden.
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Das nach der Erfindung nur bis zu einer gewissen unteren $orngrenze
gemahlene Eisensulfat- eignet sich infolge der Größenverteilung der . Anteile einerseits
und der Struktur der Körner anderseits (Eisenschwamm) ganz besonders, wie sich gezeigt
hat für die Herstellung solcher Sinterkörper, die neben. einer großen Porosität
zugleich trotzdem eine große Festigkeit aufweisen sollen. Trotz der großen Porosität
der nach der Erfindung aus dem Eisenpulver hergestellten Sinterkörper und trotz
der geringen Feinheit des Pulvers zeigen dieselben eine um etwa 25 0% größere Festigkeit
(in kg/mm2) als Eisensinterkörper, die unter sonst gleichen Bedingungen aus wesentlich
unter o, i min Korngrößen bestehendem Eisenpulver und durch Zermahlen von Drahtstücken
hergestellt
wurden. Die 'nach dem neuen Verfahren hergestellten
Eisenpulver eignen sich daher besonders für die Herstellung von Lagern', Führungsringen
an Geschossen, Dauermagneten (Fe-Ni-Al-Legierungen) und ähnliche Körper. Für die
Großbetriebe empfiehlt es sich, mehrere Mühlen mit unterschiedlichen Korngrößen
im absoluten. Austrag- aufzustellen, beispielsweise vier Mühlen mit den Austraggrößen
o,5, 0,75,i und 1,5 mm, worauf die Austräge entweder vor oder nach dem Reduzieren
des calcinierten Eisensulfats in 'beliebiger Weise zu jeder gewünschten Korngrößenhäufigkeit
gemischt werden können. Ferner können neben der Einstellung verschieden hoher Reduktionstemperaturen
für jede Korngröße auch beispielsweise die gröberen Teilchen für sich nach der Reduktion
in Walzen gebrochen oder auch nur gequetscht (verdichtet) oder weiter vermahlen
werden, was wegen ihrer Schwammstruktur bedeutend weniger Kraftaufwand erfordert
als das bisher geübte Mahlen von Eisenspänen, Drahtstücken usw.