HU199719B - Method for producing powdered iron suitable for powder-metallurgical purposes by reducing fine iron oxide with hot gas - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás porkohászati célokra alkalmas vaspor előállítására finom vasoxid forró gázzal végzett redukálása útján. Itt különösen finom (100 pm-nél kisebb) közepes szemcsenagyságú vasoxidporból kell kiindulni, ahol az egyes részecskéknek önmagukban még nagy belső porozitásúk van. Ilyen típusú vasoxidpor például maratósav regeneráláskor keletkezik nagy mennyiségben. Az AT 318 677 sz. szabadalmi leírásból már ismert, hogy a vasporok préselhetősége nagy mértékben a megfelelő előkezeléstől függ. A fenti ismert eljárás szerint a vasporokat izzítóeljárásnak vetették alá, ahol azokat 650 és 700°C közötti hőmérsékleten redukálva, kiizzították. Ily módon a már ismert eljárás esetén biztosítható, hogy a porok ne süljenek össze, úgy hogy nincs szükség utólagos szétdarabolásra és olcsóbb és teljesítőképesebb kemencéket például forgódobos kemencéket lehet alkalmazni.

A vasporoknak a porkohászatban történő további feldolgozása érdekében a jó préselhetőség mellett, amely az AT 318 677 sz. szabadalmi leírás célkitűzése, azt is figyelembe kell venni, hogy a vaspornak jól olvaszthatónak, nagy töltési tömörségűnek, jól szinterezhetőnek és a zsugorítatlan sajtolt munkadarabnak jó szilárdságúnak kell lennie. Ezek az egyidejűleg anyagra vonatkozó figyelembeveendő kritériumok, amely anyagot később porkohászati úton kell tovább feldolgozni, részben ezeknek ellentmondásos előkezelési előfeltételei vannak és részleteiben ezekhez a megkívánt előfeltételekhez a következőket kell betartani.

1. Olvaszthatóság

A sajtolt testek nagy mértékben automatizált eljárással történő előállítása esetén töltési folyamat alatt a pornak rövid idő alatt az egész matricaformát egyenletesen ki kell töltenie. A legbonyolultabb alakú részeknél sem, azaz többszörösen osztott hengereknél sem léphet fel töltési egyenetlenség és hídképződés. Jó olvaszthatóságuk azoknak a poroknak van, melyek nem túl kis szemcsenagyságúak és gömb alakúak.

2. Töltési tömörség

Annak érdekében, hogy egy meghatározott pormennyiséghez szükséges töltési magasságot és ezzel a szerszámmagasságot lehetőleg alacsonyan tarthassuk, a sajtolási tömörségnek a töltési tömörséghez viszonyított arányának lehetőleg alacsonynak kell lennie, általában arányuk nem nagyobb mint 2:1. Ezen törekvés alapján a lehetőség szerinti nagy sajtolási tömörséget az jelenti, hogy a töltési tömörséget is lehetőleg nagy értékre kell felvenni. Hasonlóan az olvaszthatóságnál leírtakhoz a nagy töltési tömörség gömbalakú poroknál nem túl finom részeknél érhető el.

3. Jó sajtolhatóság

A lehetőség szerinti nagy tömörség elérése érdekében az adott sajtolási nyomás esetén ill. a meghatározott sajtolási tömörséghez megkívánt sajtolási nyomás lehetőség szerinti redukciójának elérésé érdekében (amely a szerszámkopás csökkenését okozza) a gömb alakú részecskék és lehetőleg a részecskenagyságok ideális Gauss-eloszlása a kívánatos. Mivel a porrészecskék közötti súrlódás sajtóláskor a növekvő szemcsefinomsággal nő, ezért a finom por elérése éppúgy nem kívánatos.

4. A szinterezetlen sajtolt -munkadarabok szilárdsága („zölszilárdság**)

Mivel a sajtolt testeknél színterezés előtt biztos manipulációt kell alkalmazni, ezeknek a testeknek megfelelő szilárdságúaknak kell lenniük, és mindenek előtt a beépítésre kész pontos részeknél semmi esetre sem léphet fel élkitörés. Ebben az esetben a nemszabályos szemcsealak a kívánatos, amely az egyes porrészecskék egymás alatti jó illesztését biztosítja.

5. Szlnterezhetőség

A sajtolt munkadarabokban a porrészecskék arra való képessége, hogy hőkezelésnél (színterezésnél) szilárd kapcsolatok alakulhassanak ki, főképpen a porrészecskék kémiai tisztaságától függ. Minél kisebb a nem redukálható oxidok tartalma (A1₂O₃, SiO₂ stb.) annál jobb a szinterezhetőség. Ezen kívül a szinterezhetőség még a szemcsefinomságtól is függ. A nagyobb összfelület és ezzel a nagyobb felületienergia miatt, amely csökkenése a színterezési folyamat fő hajtóereje, a finom porok szinterezése gyorsabb, mint a durvábbé.

Ennek alapján részben az ellentmondásos követelményeknek megfelelően a porkohászati célokra alkalmas vasporok előállítására van egy technológia, amely nagy tapasztalatot feltételez és eddig az egész világra kiterjedően csak kevés gyártó képes a tökéletes megvalósításra. Jelenleg a porkohászatban alkalmazott vasporokat vagy olvadékok víz vagy levegő porlasztásával állítják elő (ahol általában a vízporlasztású porokat a jobb sajtolhatóságuk miatt alkalmazták) vagy a vasoxid redukciójával. A vízporlasztású (atomizált) vasporok általában az abból előállított porkohászati alakos részek jobb tulajdonságait adják, mindenek előtt jobb sajtolási tömörséget, mivel az egyes porrészecskék messzemenően gömb alakú szemcsék és önmagukban kevésbé porózusak. Ezzel ellentétben a redukcióval előállított vasporoknak mindig vannak belső pórusai és inkább szabálytalan szemcsealakúak, ami az elérhető sajtolási tömörséget csökkenti. Ennek a szemcsealaknak mégis kedvező a hatása a szinterezett munkadarab szilárdságára (zöldszilárdság). A redukcióval előállított vasporok (szivacsvasporok) nagy előnye abban áll,

-2HU 199719 Β hogy azoknak ellentétben az atomizált vasporokkal jelentősen alacsonyabb az áruk, amely azokat számos olyan alkalmazásra, ahol a sajtolhatóság iránt nem támasztanak magas követelményeket, célszerűvé teszi.

A szivacsvasporok legnagyobb részét jelenleg Höganás-eljárással állítják elő. Ennél az eljárásnál a nagytisztaságú magnetitércet egy előre meghatározott résznagyságra őrlik, amely a vaspor végleges részecskenagyságát határozza meg, továbbá a fenti magnetitérceket szárítják és tűzálló anyagból készült hengeres formákba töltik, ahol a vasércből készült hengert kívülről és belülről koksz és mész keverékből álló anyag veszi körűi. Az így megtöltött tartályok egy alagútkemencén mennek át, ahol a redukciótartam kb. 72 órát tesz ki, ezután a színterezett vasszivacspogácsát, mely vastagfalú csövek formájában áll rendelkezésre, kiveszik a tartályból, megtisztítják és megőrlik. Osztályozás után az egyes porfrakciókat szétválasztják és tárolókba töltik és ebből ideális szemcseelosztású szintetikus port kevernek össze az őrlés révén bevitt hidegkeményedés megszüntetése érdekében még izzítják és ezután szállításra kész. Eltekintve a nagy őrlési energiától, mely ahhoz szükséges, hogy az erősen összeszinterezett vasszivacscsöveket szétőröljük, van egy hátránya az itt ismertetett eljárásnak, mégpedig az, hogy az adódó vasrészecskék szemcsenagysága és ezzel a vaspor egyik fontos paramétere a vasoxid kiinduló szemcsenagysága által határozott. Ez azt jelenti, hogy finomporos vasoxidok alkalmazása esetén finom és ezzel a technikában használhatatlan vasporok adódhatnak. A vasszivacsporok előállítására szolgáló második eljárást a Pyron cég (Niagara Falls, New York) alkalmazza. Itt az előirányzott szemcsenagyságra őrlés után levegőn történő felhevítéssel folyamatosan Fe₂O₃rá oxidálják és azután szalagkemencében hidrogénnel redukálják. A redukálási hőmérséklet itt minden esetben 1000°C alatt van. Az így nyert szivacsvaspogácsákat ezután úgy, mint* a Högánes-eljárásnál, felőrlik (ahol őrléssel a szivacsos vasporrészecskék bizonyos másodlagos kompressziója is elérhető.), majd osztályozzák és az egyes frakciókból a kívánt szemcseeloszlású por keverhető össze. Ez az eljárás is egy meghatározott kiindulóanyag, jelen esetben nagy tisztaságú hengerreve beszerezhetőségével áll kapcsolatbaiT.

A Fina Metall Ltd. cég Montreál, Kanada által kidolgozott eljárásnál, melynél a magas hőmérsékleten, előnyösen 1093 és 1204°C között, történő redukciót választanak, finomrészű vasoxid kiindulóanyagot alkalmaznak, melyet a megfelelő érc szétdarabolásával állítanak elő.

Minden említett eljárás olyan vasoxidport alkalmaz, mely önmagában tömör, azaz ezeknél az egyes vasoxid részecskéknek külön-külön pórusai vannak. Ezen porok töltési tömörsége finomság szerint kb. 2 Mg-nT³. Ezen oxidok redukciója esetén bár belső porózitás is kialakul, mivel oxigén keletkezik, az oxid és a fém közötti tömörségbeli különbség mégsem olyan nagy, hogy az egyes részecskék szétesnének, azaz egy adag meghatározott szemcsenagyságú tömör vasoxidrészecskékből redukcióval — több vagy kevesebb összeszinterezett — kb. a vasoxiddal azonos szemcsenagyságú önmagában kevésbé porózus vasrészecskékből álló adag keletkezik. Az önmagában tömör vasoxidrészecskék redukciója itt alapvetően nem vet fel gravírozási problémát.

Ezzel ellentétben a találmányunk szerinti eljárás célja a finom és nagyfinomságú vasoxidporok feldolgozása, amelyek pl. acél és hengerművekben maratósavregeneráláskor nagy mennyiségben keletkeznek és eddig ezeket részben a ferritiparban alkalmazták, porkohászati célokra azonban nem voltak alkalmasak. Ezeknél az anyagoknál a porrészecskék önmagukban nem tömörek, hanem számos tűszerű részben 1 gm-nél kisebb átmérőjű részecskékből állnak, amelyek gyengén vannak szfnterezve. Az ilyen oxidok töltési tömörsége jelentősen L,0 Mg-m^-3 alatt, sőt részben akár 0,5 Mg-m^-3 alatt van. Ezen porok redukciója esetén szokásos módon finom és laza és ezzel a porkohászatban nem használható vaspor keletkezik. A porkohászatban használható termékek előállítására találmányunk szerinti eljárás lényege abban áll, hogy finom laza önmagában porózus 1,0 Mg-m nál kisebb töltési tömörségű vasoxidport gázszerű redukálószerrel 1200 és 1392°C közötti hőmérsékleten, előnyösen 1300°C-on redukálunk.

Igen jó minőségű vasporhoz jutunk az esetben, amennyiben a fentiekben, körülírt vasoxidport két lépcsőben redukáljuk, mégpedig oly módon, hogy az első lépcsőben 1200 és 1300°C közötti hőmérsékleten, a következő lépcsőben pedig 1200°C alatt végezzük a redukálást.

Meglepő módon a találmányunk szerinti eljárással sikerült az ilyen finom porokból is a porkohászatban használható vasporokat előállítani. Amint azt a metallográfiái vizsgálatok mutatták, a találmányunk szerinti eljárás alkalmazása esetén az egyes finom részecskék a redukciós folyamat alatt először laza halmazokká válnak, a redukció folyamán azonban szilárd és önmagában csak kevésbé porózus halmazokká egyesülnek, melyek ezután a redukálópogácsák felőrlése során szilárdak és kevésbé porózusak maradnak, és az egyes vasporrészecskéket alkotják. A találmányunk szerinti eljárás legmeglepőbb hatása az a tény, hogy nagyfinomságú vasoxidtűk nem alakulnak át megfelelő finom vasfűkké — ezzel filcet képezve — továbbá, mint ahogy az várható lenne, a szuperfinom por különösen magas szinterezési aktivitásnál tömör csak, belső porozitású vastuskó 3

-3HU 199719 Β sem képződik (mint pl. ezt a laza adagolásé lényegesen durvább vaspor teszi magas hőmérsékleten), hanem valójában olyan halmazokká egyesülnek, amelyek nagysága megfelelő a porkohászatban alkalmazható vasporokhoz és egymással csak gyenge hidakkal vannak összekötve. Éppen az egyes tömörítési központok azon távolságából, amely a fél kívánt részecskenagyságának felel meg, nyilvánvalóan a részecskéknek a tömörítési központhoz történő vándorlásakor fellépő húzóerő olyan nagy, hogy a legtöbb részecskehíd leszakad.

Előnyös kiindulóanyagként 0,5 Mg-m^-3 töltési tömörségű vasoxidport alkalmazni.

A találmányunk szerinti eljárásnál a finom vasoxidokat gáz halmazállapotú redukálószerekkel tégelybe lazán betöltve vagy kismértékben előtömörítve (10⁸ Pa) redukáljuk. A döntő lépés itt az extrém magas hőmérsékleten végzett redukció megvalósítása. Ezen a hőmérsékleten lép fel az „önagglomeráció¹* meglepő hatása. Mivel a redukciós pogácsában a részecskehalmaz foka főképpen a redukálókezelés hőmérsékletétől függ, a találmány szerinti eljárás esetén lehetséges, hogy a redukálási hőmérséklet változtatásával a belső porozitást széles határok között változtassuk, ami pl. a meghatározott belső porozitású szivacsvasporok előállítása esetén a szlnterezési vetemedéstől mentes Fe-Cu szerszámanyagok vonatkozásában előnyös.

Redukálószerként hidrogént alkalmazhatunk, ahol előnyösen a redukció laza adagolással végezhető. Előnyösen a vasoxidot a redukálás előtt 10⁸ Pa-nál kisebb nyomáson elősűrítjük.

Találmányunk szerinti az a műszaki megoldás is, amely szerint az eljárást két lépcsőben végezzük, az első lépcsőben 1200 és 1300°C közötti hőmérsékleten, a másik lépcsőben pedig 1200°C alatt dolgozunk. Egy ilyen jellegű eljárási mód megengedi azt, hogy a már részben átalakított redukálógáz magas hőmérsékleten mégegyszer átalakuljon és ezáltal a redukálógázt jobban ki lehessen használni. Itt előnyösen a részben oxidált gáz az alacsony hőmérsékletű lépcsőből a másik, nagy hőmérsékletű lépcsőbe kerül át.

Különösen előnyös a vasoxidot ellenáramban a redukálógáz vezetéshez vezetni és először a magas hőmérsékletű lépcsőbe, majd ezután az alacsony hőmérsékletű lépcsőbe átvezetni.

Ily módon a viszonylagos magas hőmérsékletre történő felmelegedés érhető el, amit követően a megfelelő alacsonyabb hőmérsék6 lettel és tisztább redukálógázzal a találmányunk szerinti kezelés befejeződik. Egy ilyen jellegű eljárás lehetővé tette a vasporok különösen előnyös tulajdonságainak a porko5 hászati feldolgozásban történő alkalmazását.

Kiviteli példa:

100 g 50 pm szemcsenagyságú 0,38 Mg10 m^-3 töltési tömörségű vasoxidport és 30,29% redukálható oxigént egy tégelyben 30 mm magasan megtöltünk. A tégelyt egy tolókemencében 4 órás fajlagos fűtéssel 1300°C-on redukáljuk. A hidrogénhozam 2 1/min. A hid15 ^r°gén alatt redukált termék lehűlése után egy vízhűtésű kemenceszakaszban a redukciós pogácsát a tégelyből kivesszük és egy későrlőben 5 percig őröljük. így a következő tulajdonságokat kapjuk:

Töltési tömörség: 3,17 Mg-m^-3, folyási tartam: 4,8 sec/g, sajtolási tömörség: 6,64 Mg-m^-3 6-10⁸ Pa esetén.

Egy összehasonlító vizsgálat esetén az azonos vasoxidport 1000°C alatt redukáltuk azo25 nos feltételek mellett, ahol olyan vasport kaptunk, amelynek töltési tömörsége 0,93 Mg · m^-3 ez mégsem volt olvasztható. A sajtolási tömörség 6,43 Mg-m^-3 volt.

Claims (4)

1. __n SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Eljárás porkohászati célokra alkalmas vaspor előállítására, melynél a vasport hidrogénnel redukáljuk, azzal jellemezve, hogy ₃₅ az önmagában porózus 1,0 Mg-m^-3-nál kisebb töltési tömörségű vasport, adott esetben 10⁸ Pa-nál kisebb nyomáson elősűrítjük, majd 1200 és 1392°C közötti hőmérsékleten, előnyösen 1300°C-on redukáljuk.

   ₄θ
2. 2. Eljárás porkohászati célokra alkalmas vaspor előállítására, melynél a vasport hidrogénnel redukáljuk, azzal jellemezve, hogy az önmagában porózus 1,0 Mg-m^-3-nál kisebb töltési tömörségű vasport, adott esetben 10⁸ Pa-nál kisebb nyomáson elősűrítjük, majd

   45 két lépcsőben, az egyik lépcsőben 1200 és 1300°C közötti hőmérsékleten, a másik lépcsőben pedig 1200°C alatt redukáljuk.
3. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy kiindulóanyag⁵⁰ ként 0,5 Mg-m^-3 töltési tömörségű vasoxidport alkalmazunk.
4. 4. A 2. vagy 3. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a vasoxidot először a magas hőmérsékletű lépcsőbe, majd ez55 után az alacsony hőmérsékletű lépcsőbe vezetjük át.