NO118639B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte til beising av jern og stål.

Foreliggende oppfinnelse vedrorer en forbedret fremgangsmåte til beising av jernholdige metaller, og mer spesielt en fremgangsmåte til rask og effektiv fjerning av glodeskall fra jern og stålprodukter hvorved opplSst jern kan fjernes fra beisevæsken for at denne skal kunne brukes på nytt til beising.

Ved varmvalsing av stål for frembringelse av bånd, plater, tråd og lignende ferdige eller halvferdige produkter, dannes vanlig-vis glodeskall og rust på produktets overflate. Det er nQdvendig å fjerne dette glodeskall og denne rust for å oppnå det onskede blanke utseende på sluttproduktene eller for å muliggjore etterfølgende be-arbeidelse av halvferdige produkter. Den vanlige metode for fjerning Kfr. kl. 48d<2->l/08 av rust og glodeskall fra slike materialer omfatter å utsette metal-let for kjemisk påvirkning ved bruk av en vandig svovelsyreopplosning, en fremgangsmåte som i alminnelighet innen faget kalles beising.

Ved utforelse av disse beiseprosesser blir de stålprodukter som trenger behandling, nedsenket i beholdere med beiseopplosning, enten på en kontinuerlig eller porsjonsvis basis, i tilstrekkelig tid til å bevirke fjerning av rusten og glødeskallet. Etterat materialet er fritt for rust og glodeskall fjernes det fra badet og skylles for å fjerne syre.

Under beisingen forbrukes syre ved dannelse av oppløselige jernsulfater, og syrekonsentrasjonen i beisevæsken minker etter som konsentrasjonen av det opploste jern oker. Etterhvert som mer stål beises på denne måten faller styrken på syren kontinuerlig, og den tid som skal til for beising av stålet oker. Frisk syre kan tilsettes for å holde syrekonsentrasjonen ved et optimalt nivå, men til slutt når konsentrasjonen av det opploste jern et metningsnivå, og det er nodvendig å fjerne oppldsningen fra beisebeholderen og er-statte den med en frisk opplosning.

På grunn av at beisehastigheten akselereres ved forhoyede temperaturer, er det vanlig å oppvarme beisebadet, og i de fleste

tilfeller foretas dette ved å innfore damp i badet, Dette resulterer i frigjøring av en meget korroderende tåke fra beisebadet, og konden-seringen av de store dampmengder som brukes i lopet av en vanlig beis-ingsprosess, oker også volumet av beiseopplosningen og nedsetter dermed syrekonsentrasjonen og bevirker en oversvømmelse av beisebeholderen med mindre det er sorget for skikkelig fjerning av opplosnings-overskudd.

Beising av stål i en svovelsyreopplosning på ovenfor beskrev-ne måte frembringer således tre separate avfallsprodukter: (l) brukt beisevæske, inkludert det ekstra volum som resulterer fra fortynning med oppvarmingsdamp; (2) skyllevann og (3) syredråper i dampene fra det oppvarmede"beisebad.

Fjerningen av disse avfallsprodukter representerer et meget alvorlig problem for den primære og sekundære stålindustri, spesielt etter at man har fått de stadig strengere antiforurensningsloveri Det er foreslått mange losninger på problemet, men ingen har gitt helt tilfredsstillende resultater. Nøytralisering er f.eks. effektivt når man skal ta seg av sure avfalisvæsker, men det er en kostbar metode, spesielt når det anvendes i forbindelse med brukt beisevæske på grunn av det kostbare utstyret som er involvert, prisen på noytraliserings-midlet, f.eks. kalk og omkostningene ved slamfjerning. I tillegg til dette resulterer nøytralisering i tap av opptil $ 0% av den opprinne-lige syren som tilfores beisebadet. Andre metoder ved hjelp av hvilke opplost jern gjenvinnes fra brukt beisevæske ved elektrolyse med samtidig regenerering av syre, synes å være teknisk mulige, men de har ikke vist seg å være okonomiske i praksis, spesielt for drift i relativt liten målestokk. Det har vært foreslått mange andre metoder som omfatter gjenvinning av jern fra beisevæske i form av mono-hydratet (FeSO^.HgO). Disse metoder lider imidlertid under alvorlige okonomiske og driftsmessige vanskeligheter som resulterer fra den hoye temperatur og de store syrebetingelser som er forbundet med disse metoder.

Formålet med oppfinnelsen er å komme frem til en enkel beise-metode som unngår de ovenfor nevnte vanskeligheter, hvorved beise-hasbigheten okes og hvorved fjerningen av opplost jern kan foretas på okonomisk måte. Samtidig er det onskelig at oppfinnelsen skal oppveie alle de forurensningsproblemer som er forbundet med svovel-syrebeising av stål.

Ifolge foreliggende oppfinnelse er det således tilveiebragt en fremgangsmåte til beising av jern og stål i et bad med en svovelsyrekonsentrasjon i området fra 8 til 20 vektprosent, hvor badet oppvarmes, fortrinnsvis ved dampinnforing, for å holde en badtemperatur i området fra 60° til 82°C, kjennetegnet ved at badet omrores raskt ved innforing av trykkluft for å oke beisereaksjonens hastighet og, når oppvarmingen bevirkes ved dampinnforing, for å fremme fordampning av vann fra badet for å kompensere for overdreven fortynning som resulterer fra kondensering av innfort damp, og beisingen fortsettes inntil konsentrasjonen av opplost ferrosulfat i badet er nådd et nivå som tilsvarer 8 til 12 vektprosent jern, hvoretter beiseopplosning inneholdende nevnte mengde ferrosulfat regenereres på i og for seg kjent måte ved å fores til en anordning for fjerning av jern, hvori oppløsningen avkjoles til under 60°C for å utfelle opplost jern som ferrosulfat-heptahydrat.

Det er ifolge oppfinnelsen foretrukket at den komprimerte luft for omroring av badet innfores gjennom neddykkede spredere plasert på bunnen av beisebeholderen. Det vann som fjernes fra systemet sammen med det krystalliserte ferrosulfat-heptahydrat, blir fortrinnsvis erstattet ved regulering av omroringsgraden for således å gi den vannmengde som trenges til denne erstatning anledning til å bygges opp fra dampkondensering.

Det er funnet at regulering av temperaturen innen det an-gitte området og omroring av beisebadet, og spesielt omroring ved hjelp av luft i kombinasjon med oppvarming ved hjelp av dampinnforing, oker baisehastigheten kraftig og på samme tid muliggjør en kontroll av beisevæskevolumet gjennom fordampning med det resultat at overdreven nedsettelse av syrens styrke ved kondensering av damp elimi-neres og jernkonsentrasjonen heves til et nivå, hvorved jernet lett kan krystalliseres fra oppløsningen som ferrosulfat-heptahydrat ved ganske enkelt å foreta avkjoling. Det skal bemerkes at oppvarmingen også kan foretas ved hjelp av indirekte metoder slik som ved bruk av varmespiraler i beisebeholderen.

Fremgangsmåten er i det folgende beskrevet mer detaljert under henvisning til tegningen som er et skjematisk oppriss av en utfSrelse av oppfinnelsen.

I den illustrerte prosess utfores beisingen porsjonsvis i en beisebeholder 10. Badet oppvarmes ved innforing av frisk damp ved hjelp av en hvilken som helst egnet anordning (ikke vist) i en hastig-. het som er tilstrekkelig til å holde temperaturen i området fra 60° til 82°C og fortrinnsvis i området fra 70° til 74°G for optimal beise-hastighet og for å hindre utkrystallisering av jernsalter i- beisebeholderen.

En luftpumpe 13 forer luft gjennom ledningen 14 til beisebadet hvor den innfores i opplosningen gjennom neddykkede spredere 15 eller lignende apparatur som gir aktiv omroring av beisebadet ved hjelp av luftbobler. Luftinnfåringen og omrSringen foretas for å fremme fordampning av tilstrekkelig opplSsning til å kompensere for den fortynning som resulterer fra kondensering av oppvarmingsdamp i badet i overkant av den mengde som skal til for å opprettholde et optimalt volum på opplSsningen. Damper fra beisebeholderen 10 oppsamles og fbres til et syre-tåkefilter 16 hvor syre gjenvinnes og re-turneres til badet som vist ved 17. Vanndamp utluftes til atmosfæren som vist ved 18. Dampene oppsamles ved hjelp av en kanal 19 plasert over beisebeholderen. Komprimert luft tilfQrt ved hjelp av luft-pumpen 13 gjennom ledningen 20 kan på hensiktsmessig måte anvendes for tilveiebringelse av en luftfront for å lede damper inn i kanalen 19. En ékshaustvifte 21 er anordnet i kanalen 19 for videre å lette damp-oppsamling.

Beisingen utfores med en opplosning som er regulert slik at den inneholder ca. 8 til 20 vektprosent svovelsyre og fortrinnsvis fra 10 til 15 vektprosent syre. Syrekonsentrasjonen holdes i dette området ved hjelp av tilsetning av konsentrert syre i den grad dette trenges for å kompensere for oppbrukt syre ved dannelse av ferrosulfat. Fordampningen av overskytende opplosning som skriver seg fra damp-kondensasjon, hindrer også fortynning av syren og sikrer derved maksi-mal utnyttelse av den syren som er anskaffet til beisereaksjonen.

Beisingen fortsettes med dampoppvarming, luftomroring og kon-trollert fordampning fra opplosningen inntil ferrosulfatkonsentra-sjonen i væsken når et nivå som tilsvarer fra ca. 8 til 12 vektprosent opplost jern. Selv om beisehastigheten fremdeles vil være tilfredsstillende i dette øyeblikk, overfares opplosningen ved hjelp av beisevæskepumpen 22 via ledningen 23 til krystallisatoren 24 for fjerning av jern.

Jernholdige gjenstander som befinner seg i beisebeholderen etter fjerning av glodeskall og rust, overfores til en beholder 25 for fjerning av beisesyre og deretter til en skyllebeholder 26, hvor vedhengende syre skylles av med varmt, syrefritt skyllevann.

I krystallisatoren 24 avkjoles væsken til den temperatur hvorved opplost jern utkrystalliseres i form av ferrosulfat-heptahydrat (FeS0^-.7H20). Med en konsentrasjon av opplost jern i væsken i området fra 8 til 12 vektprosent og en syrekonsentrasjon fra 8 til 20 vektprosent, kan jern lett fjernes når opplosningen avkjoles til under ca. 60°C, skjønt den fortrinnsvis avkjoles til under ca. 27°C.

Avkjoling bevirkes fortrinnsvis ved sirkulasjon av nøytrali-sert skyllevann gjennom kjolespiraler i krystallisatoren. Som vist på tegningen pumpes skyllevann fra skyllebeholderen 26 ved hjelp av pumpen 27 gjennom ledningen 27a til en nøytraliseringsbeholder 28, hvor alkali fra en lagringstank 29 tilsettes i tilstrekkelig mengde til å nøytralisere syre som er opptatt i skylletrinnet. Den nøytra-liserte opplesning fOres til utfellingsbeholderen 30, hvor faste stoffer bunnfelles. Den klargjorte oppløsning, som på denne tid er blitt avkjølt, pumpes ved hjelp av pumpen 31 via ledningen 32 gjennom kjølespiraler i krystallisatoren 24. Vannet somJcommer ut fra kjøle-spiralene, resirkuleres via ledningen 33 til skyllebeholderen 26 hvor det på grunn av dets forhøyede temperatur er spesielt effektivt under skyllingen.

Når utfellingen av oppløst ferrosulfat som heptahydrat fra opplosningen i alt vesentlig' er stoppet, fores opplosningen og kry-stallene fra krystallisatoren 24 til vakuumfilterkassen 34 hvor kry-stallene separeres fra opplosningen og vaskes. Opplosningen fores til en lagringsbeholder 35 hvor frisk syre tilsettes fra en syre-lagringsbeholder 36 for å bringe syrekonsentrasjonen opp til det ønskede nivå. Alt eller en del av det vannet som er fjernet fra systemet sammen med ferrosulfat-heptahydratkrystallene, kan på dette p'unkt erstattes ved tilsetning av prosessvann. Alt eller en del av

dette vannet kan naturligvis også tilveiebringes ved bibeholdelse av dampkondensat i systemet i de innledende trinn av beisingen. Det vil si, når det eventuelt er nødvendig å oke opplosningsvolumet, kan for-dampningshastigheten fra opplosningen reduseres ved å minke omrør-ingen, slik at det dermed gis anledning til en oppbyggning av konden-sat fra den oppvarmende damp.

Opplosningen i beholderen 35 holdes fortrinnsvis ved en for-høyet temperatur på mellom 60° og 82°C ved hjelp av en egnet opp-varmningsanordning. Når det trenges en frisk mengde av beiseopplosning, kan oppløsningen pumpes tilbake gjennom ledningen 37 til beisebeholderen 10 ved hjelp av pumpen 38 ved den temperatur som er nød-vendig i beisebadet for effektiv beising. Således går det minimal tid tapt ved overforing av en porsjon brukt beisevæske til krystallisatoren 24 'og komplettering av denne væske med frisk varm oppløsning fra lagringsbeholderen 36.

Det er klart at fremgangsmåten kan utføres på en kontinuerlig basis, men man kan oppnå betydelige innsparinger når det gjelder utstyr og driftsomkostninger ved å foreta en porsjonsvis drift, spesielt i tilfelle av relativt små anlegg slik som de som normalt er nødvendig for sekundære stålindustrier. Hvis volumet av krystallisa-tor- og lagringsbeholderen velges slik at hver av disse beholdere kan inneholde minst det samme oppløsningsvolum som beisingsbeholderne, er den porsjonsvise drift spesielt effektiv. Den porsjonsvise metode tillater også at jernkrystalliseringstrinnet kan utføres i løpet av en utstrakt tidsperiode og under betingelser for omrøring og temperatur som bidrar til fremstilling av store, lett filtrerbare ferrosulfat-heptahydratkrystaller.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen har mange viktige for-deler. For det første resulterer omrøringen og kontrollen av opp-løsningstemperaturen og sammensetningen av beisebadet i en jevn hur-tig beisetid og således vesentlige økninger i produksjonen. I noen tilfeller har beisehastigheten blitt øket med så mye som 100% over det som er oppnåelig.ved hjelp av konvensjonelle fremgangsmåter, og på samme tid har opplosningen av hovedmetallet blitt redusert med 30%«En annen viktig fordel som resulterer fra kontroll av oppløsningens sammensetning og dens volum er at væsken kan regenereres ved hjelp av en enkel, økonomisk fremgangsmåte hvorved væsken avkjøles ved sirku-lering av nøytralisert skyllevann. Dette eliminerer igjen det for-urensningsproblem som er forbundet med fjerningen av brukt beisevæske og skyllevann og muliggjør også gjenvinning av syre som ellers ville gå tapt (ca. 50% av totalt syrebehov). Prosessen reduserer også det totale varmebehov, bevarer korrosjonsinhibitorer i de tilfeller slike benyttes og eliminerer det problem som er forbundet med behandlingen av korroderende damper fra de dampoppvarmede beisetankene.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte til beising av jern og stål i et bad med en svovelsyrekonsentrasjon i området fra 8 til 20 vektprosent, hvor badet oppvarmes, fortrinnsvis ved dampinnføring, for å holde en badtemperatur i området fra 60°C til 82°C, karakterisert ved at badet omrøres raskt ved innføring av trykkluft for å øke beisereaksjonens hastighet og, når oppvarmingen; bevirkes ved dampinnføring, for å fremme fordampning av vann fra badet for å kompensere for overdreven fortynning som resulterer fra kondensering av innført damp, og beisingen fortsettes inntil konsentrasjonen av oppløst ferrosulfat i badet er nådd et nivå som tilsvarer 8 til 12 vektprosent jern, hvoretter beiseoppløsning inneholdende nevnte mengde ferrosulfat regenereres på i og for seg kjent måte ved å føres til en anordning for fjerning av jern, hvori oppløsningen avkjøles til under 60°G for å utfelle oppløst jern som ferrosulfat-heptahydrat.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den komprimerte luft for omrøring av badet innføres gjennom neddykkede spredere plasert på bunnen av beisebeholderen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at vann som fjernes fra systemet sammen med det krystalliserte ferrosulfat-heptahydrat, erstattes ved regulering av omrøringsgraden for således å gi den vannmengde som trenges til denne erstatning, anledning til å bygges opp fra dampkondensering.