NO147223B - Fremgangsmaate for styrt fjernelse av stoffer ved oppvarming - Google Patents

Description

Fremgangsmåte ved fremstilling av ferrokromlegeringer av jern-kromoksyd-malm.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte ved fremstilling av ferro-krom-legeringer av jern-kromoxyd-malm.

Ferrokrom-legeringer er legeringer av jern og krom, men de inneholder ofte andre elementer, særlig carbon og silicium. De anvendes i første rekke for tilsetninger av krom til stål og til støpejern. Andre elementer enn carbon og silicium som kan være tilstede er vanligvis forurensninger, såsom mangan, alu-minium , fosfor og svovel.

Vanligvis inneholder ferrokrom-legeringer mer enn 50% krom og ofte inneholder de opptil 75% krom. Siliciuminnholdet ligger vanligvis innenfor et område på 0 ,5 - 50%. Når siliciuminnholdet overstiger omkring 20% kalles legeringene vanligvis ferrokrom-silicium eller ferro-silicium-krom. Innholdet av carbon kan variere fra spor og opp til 10%.

Foreliggende oppfinnelse kan anvendes ved fremstilling av alle disse ferro-krom-legeringer.

Ved de kjente fremgangsmåter ved fremstilling av visse legeringer benyttes en krom-malm som hovedsakelig er kromitt, nærmere bestemt en sammensetning som kan betegnes med FeO.CrgOg, men som kan inneholde mer eller mindre kromoxyd enn formelen antyder. Dessuten inneholder den forurensninger i form av gang-stein som vanligvis er siliciumoxyd, magnesiumoxyd, aluminiumoxyd og av og til kalk.

Disse jern-kromoxyd-malmer smeltes vanligvis i stykker med koks, antrasitt, trekull eller noen annen form for carbonholdig reduksjonsmiddel i en elektrisk ovn med neddykket lysbue. Forurensningene behandles med et flussmiddel, såsom siliciumoxyd, fluss-spat eller kalksten eller en kombinasjon av disse, slik at der dannes en flytende slagg som skiller seg fra den smeltede legering. Hvis malmen er pulverformet eller sprø eller hvis den er i form av findelt eller fint konsentrat,

er det vanlig å sintre eller agglomerére malmen i en roterende ovn eller å briket-

tere malmen med et bindemiddel. Det har imidlertid i alle tilfeller vært praksis å chargere malmen, det carbonholdige reduksjonsmiddel og flussmidlet blandet i form av stykker.

Blandingen av en findelt malm med et fint fordelt reduksjonsmiddel, såsom finkornet koks eller fin antrasitt ved tilsetning av et bindemiddel, såsom tjære ,

bek, bentonitt, melasse eller stivelse, har vært forsøkt, med resultatene har ikke vært vellykket som følge av det faktum at bindemidlet dekomponeres og mister sine bindeegenskaper lenge før der finner sted noen merkbar reduksjon av malmen til rent metall. Følgen er at materialet i ovnen pakker seg og ovnen tettes til av en masse av findelt, ufullstendig redusert malm og findelt carbon. Da et av reduksjons-produktene, foruten slaggen og metallet, er carbonmonoxydgass, vil denne bygge opp et trykk som bevirker gjennomblåsning og ødelegge ovnstilstanden.

Det er målet med den foreliggende oppfinnelse å skaffe en forbedret, mer økonomisk fremgangsmåte ved fremstilling av ferrokromlegeringer.

Ved hjelp av oppfinnelsen skaffes der således en fremgangsmåte ved fremstilling av ferrokromlegeringer av jern-kromoxyd-malm som inneholder mer krom enn jern, ved hvilken findelt malm blandes med findelt middels til sterkt forkoksende kull med et innhold av flyktige stoffer over 17% og eventuelt et findelt flussmiddel, blandingen formes til pellets eller briketter, pelletene eller brikettene underkastes en preliminær varmebehandling for å gjøre dem sterkere og delvis redusere malmen, og de varmebehandlede pellets eller briketter deretter underkastes en smeltebehandling i en elektrisk ovn i hvilken den delvis reduserte malm reduseres til en ferrokromlegering ved hjelp av det i massen gjenværende carbon. Fremgangsmåten utmerker seg ved den kombinasjon av trekk at blandingen av malmen med kullet utføres i nærvær av fuktighet ved en temperatur ikke over 100°C , at pelletene eller brikettene tørkes efter formningen og før den preliminære varmebehandling,

at den preliminære varmebehandling utføres ved en temperatur mellom 800°C og malmens sintringstemperatur, hvorved malmen delvis reduseres i fast form og der dannes en celléformet grunnmasse av koks som i sine åpninger inneholder delvis redusert findelt jern-kromoxyd-malm , og at smelteoperasjonen utføres i en elektrisk ovn av typen med nedsenket lysbue.

Det har vist seg at den ved den preliminære varmebehandling fremstilte

masse er tilstrekkelig sterk til at: den ikke går i oppløsning før den avsluttende reduksjon og således lett kain chargeres i ovnen og ikke hår noen tendens til å

pakke seg eller tette ovnen.

Den avsluttende reduksjon foregår hurtig straks den nødvendige reduksjons-temperatur er nådd, og medfører en minskning av den totale varmemengde som er nødvendig for fremstilling av et bestemt kvantum metall sammenlignet med kjente fremgangsmåter.

Blandingen av findelt malm og fint fordelt reduksjonsmiddel formes hen-siktsmessig til pellets eller briketter (i foreliggende beskrivelse også betegnet som grønne pellets eller briketter) før den foreløpige varmebehandling, som også tjener til å forsterke disse pellets eller briketter i en slik grad at de kan transpor-teres og chargeres i smelteovnen uten å gå i oppløsning.

Hvis ønsket kan et finmalt flussmiddel inkorporeres i blandingen, hvorved massen, som kan være i form av pellets eller briketter, blir en selvsmeltende, selvreduserende charge.

Det har også vist seg at hvis alt reduksjonsmiddel er finmalt, slik at det praktisk talt alt sammen går gjennom en sikt med 150 mesh, og at minst 40% av den går gjennom en sikt med 200 mesh, har den en betydelig bindende virkning på blandingen som etter tilsetning av vann som et foreløpig bindemiddel, kan valses eller presses til pellets eller briketteres. Slike pellets eller briketter har betydelig styrke i fersk tilstand, (dvs. styrke i ubehandlet tilstand) uten tilsetning av et bindemiddel. Det er også viktig at malmen og det eventuelle i blandingen foreliggende flussmiddel, er finmalt, fortrinnsvis slik at alt sammen vil gå gjennom en sikt med 60 mesh og det meste vil gå gjennom en sikt med 100 mesh. Hvis større partikler av malm og flussmiddel er inkludert i blandingen, vil noen av disse grovere partikler nær overflaten ha en tendens til å bli revet løs ved håndtering, hvilket påvirker blandingens sammensetning og kan svekke disse pellets eller briketter. Jo finere partikkelstørrelsen er, desto bedre og mer intim blir blandingen og desto hurtigere foregår reduksjonen av malmen i smeltetrinnet. På den annen side er det kostbarere å male materialer til fine partikkelstørrelser, slik at der må søkes et økonomisk kompromiss. De ovenfor angitte partikkelstørrelser er ønskelige maksima for utførelsen av fremgangsmåten på en tilfredsstillende måte.

Hvis hele blandingen av reduksjonsmiddel, malm og flussmiddel males eller bearbeides sammen, er det ønskelig at blandingen skal inneholde minst 25%

partikler som vil gå gjennom en sikt med 200 mesh.

Den mengde fuktighet som er påkrevet i blandingen hvorav de ferske pellets eller briketter formes vil variere betydelig, avhengig av materialenes art og deres finhetsgrad. I et spesielt tilfelle krevet en blanding som inneholdt en stor andel av meget fine, nesten kolloidale partikler 6-8% vann for å gi tilstrekkelig sammen-hengende pellets eller briketter. Hvis styrken av disse pellets eller briketter er utilstrekkelig ved anvendelse bare av vann, kan der benyttes et bindemiddel, såsom bentonitt.

Hvis ønsket kan disse pellets eller briketter ytterligere forsterkes før den

foreløpige varmebehandling ved at de tørkes ved en forholdsvis lav temperatur på

f.eks. 100 - 200°C.

De ferske pellets eller briketter bør være sterke nok til at de kan slippes

ned på en hard overflate fra en høyde på minst en meter uten at de går i stykker.

Bare bestemte kullsorter er av en forkoksende type. Alt forkoksende kull

eser ved opphetning og der forekommer innledende smelting idet de flyktige stoffer

drives ut og den celleformede, porøse rest som er forholdsvis fri for flyktige

stoffer kalles koks og har forskjellige egenskaper alt etter hvilken kulltype den er fremstilt av, forkoksnings- eller carboniseringstemperaturen og oppvarmings-

hastigheten. Svakt forkoksende kull sveller bare meget lite og danner mekanisk svak, sprø koks, mens sterkt forkoksende kull sveller betydelig og gir en hard,

sterk koks. Middels forkoksende kull har egenskaper som ligger mellom disse grenser. I British Standard Specification No. 1016 er angitt en prøve for å fast-

legge svellingsindeksen for kull. Svellingsindeksen gir et mål for kullenes for-koksningsegenskaper. En kullsort med en B.S. svellingsindeks fra 0-2 kan regnes som en svakt forkoksende kull; en sort med en svellingsindeks på 3 - 5 er

. en middels forkoksende kull og en med en svellingsindeks på 5 - 9 er en sterkt for-

koksende kull.

De kull som er anvendelige ved utførelse av foreliggende oppfinnelse er de

som har en middels B.S. svellingsindeks innenfor et område fra 3-9. Det er mulig å blande sammen f.eks. 40% av en kullsort med en svellingsindeks på 2 med f.eks. 60% av en kullsort med en svellingsindeks på 6 og frembringe en blanding med en midlere indeks på 4 ,2 , som vil gi en celleformet, forkokset struktur med tilstrekkelig styrke for fremgangsmåten. Faktum er at hvis en stor andel av sterkt forkoksende kull anvendes, kan endel av det carbonholdige reduksjonsmiddel være i form av et materiale som ikke har noen forkoksende eller bindende egen-

skaper i det hele tåget, såsom fint pulverisert antrasitt, trekull eller koks.

Den masse, f.eks. pellets eller briketter, som fremstilles ved den pre-

liminære varmebehandling, har en celleformet struktur eller matrise av koks som i sine mellomrom inneholder det meste av den delvis reduserte malm og fluss-

middel og er sterk nok til å bære dybden av chargen i en ovn med neddykket lysbue som kan være opp til 2 meter dyp, men vanligvis er fra 1 ,2 til 1,5 meter dyp.

Massen er også tilstrekkelig sterk til å håndteres uten å gå i oppløsning ved vanlig håndteringsutstyr, såsom chargeringsmaskiner eller chargerings-fallrenner. Slike pellets eller briketter, utgjør en ny og anvendelig markedsvare.

Andelen av carbonholdig materiale som til å begynne med blandes med

malmen, tilpasses slik at etter den foreløpige varmebehandling vil der være til-

strekkelig gjenværende carbon til å fullføre reduksjonen av malmen i smelte-

operasjonen og til å gi eventuelt påkrevet mengde av carbon i den fremkomne legering.

Det er ikke avgjørende at kullene forkokses helt under den foreløpige varmebehandling, forutsatt at den fremkomne masse har tilstrekkelig styrke. Følgelig kan massens kullinnhold etter den foreløpige varmebehandling ha f.eks. 8 - 9% gjenværende, flyktig materiale, hvilket vil si 2 - 3% flyktig materiale i den varmebehandlede masse. Varmebehandlingen bør foretas ved en temperatur på minst 800°C , men ikke så høy som sintringstemperaturen. Denne vil variere med de anvendte materialer, men vil vanligvis ikke overstige 1250°C. Det vil være klart at en forkokset struktur som er frembragt ved forkoksning ved lav temperatur ikke er så sterk som den som fremstilles ved en høy temperatur, f.eks. ved 800 - 1250°C , men hvis en sterkt forkoksende kullsort er tilgjengelig med en forkoksningsindeks på 7 - 9, vil den ved den lave temperatur forkoksede eller carboniserte masse ha en tilstrekkelig styrke.

Den foreløpige varmebehandling kan utføres ved at massen (f.eks. pellets eller briketter) opphetes i luft eller annen oxygenholdig atmosfære, hvorved noe av det carbonholdige materiale blir brent, noe utnyttes til reduksjon av endel av malmen og alt eller det meste av resten forkokses. Denne behandling kan f.eks. utføres på en vandrerist.

Smelteoperasjonen kan foretas i en hvilken som helst egnet smelteovn,

f.eks. i en elektrisk lysbueovn som anvender neddykket lysbue. I den elektriske ovn gir reduksjonen av malmen en brennbar gass som hovedsakelig består av carbon-monoxyd, som kan anvendes for å gi i det minste en del av den varme som er nød-vendig for den foreløpige varmebehandling og/eller tørkeoperasjonene.

Fremgangsmåten kan benyttes for tilberedning av bare en del av ovnschargen for fremstilling av ferro-krom-legeringer. Det ville f.eks. være mulig å frem-stille f.eks. 75% av råmaterialene på den beskrevne måte og tilsette de resterende 25% i form av en blanding av stykkmaterialer. Hvis dette gjøres, vil det imidlertid være å foretrekke å knuse stykkmalmen, koksen og flussmidlet til omtrent samme størrelse som de anvendte pellets eller briketter for å hindre for sterk oppdeling.

I virkeligheten kan enten stykkmalm eller koksstykker eller flussmiddel-stykker tilsettes til en fremstilt charge av pellets eller briketter hvis det er nød-vendig å korrigere et overskudd eller et underskudd i blandingen av carbon eller flussmiddel.

Det foretrekkes imidlertid at chargen fremstilles overveiende av en fint fordelt blanding som er behandlet på den beskrevne måte.

Følgende eksempler tjener til å illustrere oppfinnelsen. I eksemplene og ellers forøvrig i denne beskrivelse er alle andeler og prosenter oppgitt etter vekt.

Eksempler.

Følgende charge ble fremstilt: Konsentrater av krom-malm 100 deler Kull 34 deler

Siliciumoxyd-sand (flussmiddel) 9 deler

Krom-malm-konsentratene hadde følgende analyse:

Konsentratene var hovedsakelig av en størrelse som ville kunne passere gjennom en sikt med 30 mesh.

Det anvendte kull var av en sterkt forkoksende art med følgende tilnærmede analyse:

Dette kull hadde form av vått, oppredet gruskull med dimensjon 6,35 mm. Sanden var vanlig kvalitet siliciumoxyd-sand med et innhold av SiO Ci på 98%.

Denne blanding ble malt i en kulemølle til 27% av blandingens totale vekt gikk gjennom en sikt med 200 mesh.

Den ble deretter blandet med vann inntil fuktighetsinnholdet i blandingen nådde 9%. Blandingen ble deretter rullet til pellets i en trommel som skrånet ned-over med en helning på 6° i forhold til horisontalen. Der ble siktet ut pellets med diameter på mellom 12 ,7 og 25 ,4 mm og de underdimensjonerte ble resirkulert gjennom trommelen.

De således formede pellets hadde en merkbar grønn styrke og en konsistens som gjorde at de snarere ble deformert enn knust ved fall. Overflatelufttørking ved en temperatur på 150°C forbedret deres hardhet og gjorde at de fikk mindre tendens til deformering, selv om det bevirket at de ble noe mer sprø.

Deretter ble disse pellets overført til en horisontal, ubevegelig rist laget av stålstaver gjennom hvilke der kunne føres en oppadgående luftstrøm.

Risten hadde vegger av ildfast sten på sine fire sider, hvilket gjorde at den kunne holde et lag av pellets med dybde 203 mm. Oljebrennere under risten tjente til å antenne kullet i disse pellets i 2 - 3 minutter, hvoretter luftventilatoren ble påsatt og fortsatte oppvarmingen av disse pellets ved forbrenning av endel av deres kullinnhold. Etter at lagets øvre flate hadde nådd en temperatur på 900°C , ble luftventilatoren avstengt og de således brente, forkoksede pellets ble raket bort fra risten opp i en beholder eller et kar. Det viste seg at de var merkbart ferromagnetiske, hvilket tydet på at endel av jerninnholdet i malmen var blitt redusert og dé viste seg å inneholde:

Disse pellets var harde og kunne tåle et fall på 1,2 meter på en stålplate og hadde en celleformet, forkokset struktur.

De ble tilført en elektrisk ovn med neddykket lysbue uten tilsetning av noe annet materiale og der ble fremstilt en legering med følgende sammensetning:

Det viste seg at kraftforbruket til smelting bare var 65% av det som vanligvis kreves til smelting av et malmstykke med koks og at pelletchargen smeltet hurtig og under jevn frigjøring av gass over hele ovnstoppen. Den fremkomne charge hadde med andre ord en ensartet porøsitet. Det viste seg dessuten å være mulig å drive ovnen med en spenning som lå 15% høyere enn det er mulig med stykkmalm, hvilket tyder på en vesentlig høyere elektrisk motstand i chargen. Dette er viktig fordi det muliggjør en høyere effekt og derfor en høyere tilført kilowattytelse for en bestemt kVA.

Eksempel 2.

På en lignende måte som den beskrevet under Eksempel 1 ble der fremstilt pellets med en blanding som inneholdt:

Disse pellets ble på tilsvarende måte forkokset og fylt i en elektrisk ovn med neddykket lysbue og der ble fremstilt en legering som inneholdt:

I dette tilfellet var kraftforbruket redusert til 70% av det som er påkrevet ved kjente fremgangsmåter som benytter råmaterialer i stykker.

Claims (1)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av ferrokromlegeringer av jern-kromoxyd-malm som inneholder mer krom enn jern, ved hvilken findelt malm blandes med findelt, middels til sterkt forkoksende kull med et innhold av flyktige stoffer over 17% og eventuelt et findelt flussmiddel, blandingen formes til pellets eller briketter, pelletene eller brikettene underkastes en preliminær varmebehandling for å gjøre dem sterkere og delvis redusere malmen, og de varmebehandlede pellets eller briketter derefter underkastes en smeltebehandling i en elektrisk ovn i hvilken den delvis reduserte malm reduseres til en ferrokromlegering ved hjelp av det i massen gjenværende carbon, karakterisert ved den kombinbasjon av trekk at blandingen av malmen med kullet utføres i nærvær av fuktighet ved en temperatur ikke over 100°C , at pelletene eller brikettene tørkes efter formningen og før den preliminære varmebehandling, at den preliminære varmebehandling utføres ved en temperatur mellom 800°C og malmens sintringstemperatur, hvorved malmen delvis reduseres i fast form og der dannes en celleformet grunnmasse av koks som i sine åpninger inneholder delvis redusert findelt jern-kromoxyd-malm, og at smelteoperasjonen utføres i en elektrisk ovn av typen med nedsenket lysbue.