HU211119B - Mixture of reagents for metallothermia - Google Patents

Description

A találmány tárgya olyan metallotermiás reagenskeverék, amely fémoxidot, valamint a fémoxidhoz képest kevésbé nemes fémet és adott esetben további adalékanyagokat tartalmaz, és amelynél az egyes alkotók kis részecskék formájában vannak jelen.

Metallotermiás reakciók és ezek végrehajtására alkalmas keverékek több mint 100 éve ismertek. A metallotermiás reakció lényege az, hogy valamely fémoxidot a fémoxid fémjéhez viszonyítva kevésbé nemes fémmel redukálnak, mimellett a reakciókeverék helyi begyújtása után a reakció a hőfejlődés következtében kisebb vagy nagyobb sebességgel végighalad a metallotermiás reagenskeveréken. Eközben a kevésbé nemes fém oxidálódik és tűzfolyós salakként felúszik, míg a nemesebb fém olvadéka elválik a salaktól és a reaktor alsó részében gyűlik össze. Műszakilag különösen a vas- és acélolvadékok, valamint csökkentett széntartalmú fémek és különleges ötvözetek előállítására használt aluminotermiás és kalciotermiás reagenskeverékek váltak be.

Kezdetben nehézségeket okozott az erősen exoterm metallotermiás reakció műszakilag kézbentartható módon való végrehajtása. Lényeges volt az a javaslat, hogy a reakciót könnyen gyulladó pirofor massza vagy magnéziumfólia segítségével történő begyújtás útján indítsák meg, ahogy azt első ízben 1895-ben a DEPS 96 317 jelű szabadalmi leírásban leírták.

Ahhoz, hogy meghatározott összetételű acélolvadékot kapjanak, a vasoxid/alumíniumkeverékhez különféle formájú és összetételű ötvözőelemeket kell hozzáadni. Az ötvözőanyagok morzsalék alakú fémek, illetve ezek oxidjai vagy más vegyületei formájában adagolhatók. A szenet például szabad formában vagy karbid formájában lehet adagolni az aluminotermiás úton előállított acél cementálása céljából. Az exoterm reakció fojtása céljából például szürkeöntvények hulladékdarabjait, szerkezeti acél sajtolási hulladék darabjait és más hasonló anyagok hulladékai adagolhatók a reagenskeverékhez. Ahhoz azonban, reprodukálható reakcióterméket nyerjenek, szükséges az, hogy az aluminotermiás, illetve általánosabban a metallotermiás reakció lehetőleg egyenletes lefolyású legyen, és ez az egyenletes reakciólefolyás reprodukálható legyen. Ha a reakció lefolyás sebessége eltérő, az ötvözetképzők leégése eltérő mértékű lehet. Ez változó összetételű és eltérő tulajdonságú ötvözeteket eredményez. Ha a reakciót olyan öntőtégelyben valósítják meg, amelynek fenéknyílása kiolvadó záróelemmel van ellátva (ahogy az például a DE-PS 3 211 831 jelű szabadalmi leírásban le van írva), a záróelem kiolvadásának a keverék begyújtása után egy előre pontosan meghatározott időintervallumon belül kell bekövetkeznie, annak érdekében, hogy a reakció eljusson a végpontig, és a salak maradéktalanul elváljék a fémolvadéktól. Ha a záróelem túl korán olvad ki, a kiáramló fémolvadék még el nem különült folyékony salakrészecskéket ragadhat magával. Ha a záróelem kiolvadása túl későn következik be, az olvadék már túl hideg lehet, vagyis olyan állapotba kerülhet, amely bizonyos műszaki eljárásoknál nemkívánatos.

Megpróbálták a metallotermiás reakció reprodukálhatóságát oly módon javítani, hogy a reakciótégely alakját (különféle hajlásszögű hegyes kúpok), nagyságát, bélését, lezárását stb. igyekeztek optimalizálni. Bizonyos javulást el is értek ezekkel a megoldásokkal. A reakció eredményessége és reprodukálhatósága tekintetében azonban mégis a reakció végrehajtásával megbízott személyek kézügyessége és rutinja volt a meghatározó tényező.

A jelen találmány feladata a metallotermiás reakciók, különösen az aluminotermiás vasoxid-reakció egyenletessé tétele, hogy a reakció lefolyásának és ezáltal a reakcióidőnek és a reakciótermékeknek a reprodukálhatósága javuljon. A javulást lényegében egy különösen kedvező összetételű reagenskeverékkel kívánjuk elérni anélkül, hogy az ismert apparatív javítási lehetőségeket figyelmen kívül hagynánk.

A találmány szerinti metallotermiás reagenskeverékre az jellemző, hogy a fémoxid legalább 20 tömeg%-a olyan, gömb alakú részecskékből áll, amelyeknek szemcsemérete 3,0 mm alatt van.

Metallotermiás keverékek előállításánál vasoxidként általában a hengerelésnél vagy huzalgyártásnál hulladékként keletkező nevét alkalmazzák, amikoris a keverékben egymástól erősen eltérő formák vannak jelen, éspedig pálcika alakú, lapos, közelítőleg derékszögű vagy ovális és lényegében kocka alakú részecskék, amelyeknek keveréke még a szemcsespektrum erősen behatárolt sávszélessége esetén is eltéréseket eredményezhet a reakció lefolyásában, aminek az lehet a következménye, hogy eltérő hőveszteségeket eredményez az egyenlőtlen hősugárzás vagy az öntőtégely záróelemének nem megfelelő időpontban történő nyitása. A reakció lefolyásában bekövetkező eltérések a végtermék összetételét is befolyásolhatják.

A találmány szerinti keverék alkalmazása esetén a reakció lefolyása egyenletessé válik. Anélkül, hogy a találmányt utólagos feltételezésekkel a lehetséges okokat illetően korlátozni kívánnánk, sok minden szól amellett, hogy a reakció lefolyása azáltal válik egyenletessé, hogy olyan fémoxidrészecskéket alkalmazunk, amelyeknél a felület és a tömeg viszonya jól meghatározott, minthogy az eddigi rendszerben (szórt) formájú részecskék helyett a találmány értelmében gömb alakú részecskéket használunk fel. Ezáltal lehetőségünk nyílik arra, hogy egy megfelelő szemcseméret kiválasztásával olyan reagenskeveréket állítsunk elő, amely éppen megfelel egy kívánt reakciólefolyásnak.

Meglepő, hogy a reakció lefolyásának kívánt egyenletessé válása már akkor is bekövetkezik, ha a szokásos fémoxidrészecskéknek csak mintegy 20 tömeg%-át helyettesítjük ezekkel a gömb alakú részecskékkel, és a javulás egyre fokozódik egészen addig, amíg a gömb alakú részecskék mintegy 90 tömeg%-ot tesznek ki, aholis egy statisztikai optimum mutatható ki.

A fémoxidrészecskék bármely hagyományos ismert módszerrel, pl. pelletezéssel gömb alakra hozhatók. Ennek során a fémoxid, pl. vasoxid részecskéit kollerjáratban tömörítjük. A kívánt sávszélességbe tartozó szemcseméretű gömb alakú szemcséket azután szitálással választjuk ki.

HU 211 119 Β

Előnyös az olyan keverék, amely 0,1 és 2,0 mm közötti szemcseméretű részecskéket tartalmaz. Az ilyen keverék feszesen reagál, és a reakció során keletkező hőmennyiséget rövid idő alatt felszabadítja. A hősugárzásból eredő hőveszteségek minimálisak lesznek.

Különös problémát okoz az előállításnál, szállításnál, kezelésnél, valamint be- és kitárolásnál a szétkeveredésre való hajlam azoknál a reagenskeverékeknél, amelyek nem rögzített formában készülnek. Ez a jelenség elsősorban arra vezethető vissza, hogy a metallotermiás reagenskeverék alkotóinak fajsúlya eltérő.

Azt tapasztaltuk, hogy a találmány szerinti reagenskeverékek esetében ez a szétkeveredés nem következik be. Ez egyszerűen abból adódik, hogy a kevésbé nemes fémet, tehát általában az alumíniumot vagy kalciumot a gömb alaktól eltérő, túlnyomórészt szórt formában és 1,5 mm alatti részecskemérettel alkalmazzuk. Azáltal, hogy a meghatározott szemcseméretű, gömb alakú fémoxidot meghatározott részecskeméretű, változó alakú redukáló fémmel kombináljuk, nagy mértékben egyenletessé tesszük a reakció lefolyását, ugyanakkor megakadályozzuk a szétkeveredést a szállításnál, a kezelésnél és a tárolásnál. A találmány szerinti metallotermiás reagenskeverékben a fémoxid előnyösen vasoxid, és a kevésbé nemes fém előnyösen alumínium. Szükség esetén ötvözőanyagok is alkalmazhatók. A gömb alakú vasoxid a már leírt kolleijáratban végzett tömörítéssel vagy más, a szakember számára feltalálói tevékenység nélkül hozzáférhető eljárással állítható elő. Más eljárások során keletkező vasoxid-iészecskék és felhasználhatók, ha gömb alakban állnak rendelkezésre, különösen és előnyösen azok, amelyek pácfürdőüledék ismételt felhasználásával nyerhetők. Ezáltal ugyanis egy nagy mennyiségben keletkező ipari hulladék gazdaságilag előnyösen és műszakilag értékes módon hasznosítható.

Az alábbiakban néhány példán szemléltetjük a találmány szerinti metallotermiás reagenskeveréket. A példák olyan aluminotermiás alapkeverékre vonatkoznak, amely vasoxidot és alumíniumot tartalmaz, és amelynek össztömege 1000 g.

1. keverék

800 g FeO, gömb alakú, szemcseméret 3,0 mm alatt 200 g Al, szórt alakú, szemcseméret 1,5 mm alatt

2. keverék

763 g Fe₃O₄, gömb alakú, szemcseméret 3,0 mm alatt 237 g Al, szórt alakú, szemcseméret 1,5 mm alatt

3. keverék

Ί4Ί g Fe₂O₃, gömb alakú, szemcseméret 3,0 mm alatt 253 g Al, szórt alakú, szemcseméret 1,5 mm alatt

4. keverék

572 g Fe₃O₄, gömb alakú, szemcseméret 3,0 mm alatt 191 g Fe₃O₄, hengerlési reve, szemcseméret 1-3,0 mm 237 g Al, szórt alakú, szemcseméret 1,5 mm alatt

5. keverék

448 g Fe₂O₃, gömb alakú, szemcseméret 3,0 mm alatt 299 g Fe₂O₃, hengerlési reve, szemcseméret 1,5 mm alatt 253 g Al, szórt alakú, szemcseméret 1,5 mm alatt

6. keverék

Mint az 5. keverék, de 350 g szemcsés ferromangán hozzáadásával.

Claims (6)

1. Metallotermiás reagenskeverék, amely fémoxidot, valamint a fémoxidhoz képest kevésbé nemes fémet és adott esetben további adalékanyagokat tartalmaz, mimellett az egyes alkotók részecskék formájában vannak jelen, azzal jellemezve, hogy a fémoxid legalább 20 tömeg%-a gömb alakú vagy legalább közelítőleg gömb alakú, 3,0 mm-nél nem nagyobb szemcseméretű részecskékből áll.

2. Az 1. igénypont szerinti keverék, azzal jellemezve, hogy a gömb alakú részecskék szemcsemérete 0,1 és 2,0 mm között van.

3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti keverék, azzal jellemezve, hogy a fémoxid vasoxid, a kevésbé nemes fém pedig alumínium.

4. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti keverék, azzal jellemezve, hogy gömb alakú vasoxidként pácfiirdőüledék ismételt felhasználásával nyert terméket tartalmaz.

5. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti keverék, azzal jellemezve, hogy a vasoxidot pel létezetten tartalmazza.

6. Az 1-5. igénypontok bármelyike szerinti keverék, azzal jellemezve, hogy a kevésbé nemes fémet gömbtől eltérő, túlnyomóan szórt formában tartalmazza, 1,5 mm alatti szemcsemérettel.