DE2812486A1

DE2812486A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von laenglichen werkstuecken aus pelletisiertem material

Info

Publication number: DE2812486A1
Application number: DE19782812486
Authority: DE
Inventors: Alfred Richard Eric Pro Singer
Original assignee: Davy Loewy Ltd
Current assignee: Davy Loewy Ltd
Priority date: 1977-03-23
Filing date: 1978-03-22
Publication date: 1978-09-28
Also published as: JPS53127311A; AU3456778A; IN149774B; FR2384573A1; FR2384573B1; AU516198B2; IT7821456A0; IT1093671B; CA1124976A

Description

Die Möglichkeit der Herstellung eines länglichen Eisen- oder Stahl-Werkstückes aus gereinigtem Eisenoxiderz auf einem Wege über die Pulvermetallurgie hat seit vielen Jahren die Aufmerksamkeit von Leuten gefunden, die neue metallurgische Verfahren entwickeln. Die meisten Vorschläge beinhalten die Herstellung von Eisenpulver, das dann bei Umgebungstemperaturen nach herkömmlichen pulvermetallurgischen Verfahren zu Eisen- oder Stahl-Bandmaterial oder -Stabmaterial verarbeitet wird. Trotz des technischen Erfolges dieser Verfahren ist es schwierig, sie im Wettbewerb mit den herkömmlichen großtechnischen Methoden der Stahlerzeugung wirtschaftlich durchzuführen.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines länglichen Werkstückes auf wirtschaftlichem Wege zu schaffen, der ohne die Bildung von Eisenpulver auskommt.

Die vorliegende Erfindung besteht erstens in einem Verfahren, bei dem Pellets aus mit einem organischen Bindemittel gebundenem, gereinigtem Eisenoxid, die chemisch teilweise reduziert sein können, in einer reduzierenden Atmosphäre unter Bildung von Schwammpellets erhitzt werden und die Schwammpellets bei Heißwalztemperatur in den Spalt zwischen die Walzen eines Walzwerkes eingeführt und zu einem

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länglichen Werkstück gewalzt werden.

Das gereinigte Eisenoxiderz wird unter Verwendung eines organischen Bindemittels zu Pellets einer Größe zwischen "1,5 und 15 mm geformt, und die daraus gebildeten Schwammpellets werden zusammen mit irgendwelchen erforderlichen Legierungsstoffen in das Walzwerk eingeführt, wo sie zu Eisen- oder Stahl-Bandmaterial oder -Stabmaterial oder zu Material mit einem anderen kleinen Querschnitt heißgewalzt werden.

Im Gegensatz zur Pelletwalzung wurde das Heißwalzen von Eisenpulver für Eisen vorgeschlagen. Infolge von Schwierigkeiten bei-der Erhitzung, Neigung zum Zusammenbacken und BeschickungsSchwierigkeiten wurde es in der Praxis iveitgehend fallengelassen.

Der Unterschied und der Vorteil der Walzung von Schwaminpellets besteht in zweifacher Hinsicht. Erstens werden die Haftungs- und Beschickungsprobleme weitgehend verringert. Zweitens - eine sehr wichtige Überlegung - hat der unverformte Schwammpellet in dem Walzspalt eine äußerst geringe Gesamtdichte. Die Pellets selbst sind porös, und eine zusätzliche Porosität besteht zwischen den Pellets. Sie sind daher im Vergleich zu Eisenpulver übermäßig kompressibel,

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und um zu einem festen Band- oder Stangenmaterial zu kommen, arbeitet man mit einer viel stärkeren Dickenverringerung, und es werden weit geringere walzdrucke angewendet. Demzufolge ist es möglich, eine viel gleichmäßigere Verteilung über die Breite des gewalzten Bandes zu erreichen, was zu weniger Kanten- und Oberflächenrißbildung führt als beim Walzen von Eisenpulver.

Bei der Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Ausdruck "Stahl" häufig auch dann benutzt, wenn das Material tatsächlich frei von Kohlenstoff ist. Genau genommen ist das kohlenstofffreie Produkt eine Eisenmatrix, die eine sehr große Zahl feiner, nicht reduzierbarer Oxideinschlüsse enthält. Die Struktur ist daher völlig verschieden von Schmiedeeisen oder gewöhnlichem kohlenstoffarmem Stahl. Es ist tatsächlich ein neuer Werkstoff, für den noch kein Kurzname gefunden wurde. In diesem Zusammenhang wird es häufig entweder im unverfestigten Zustand als Schwammeisen oder nach der Verfestigung als Stahl bezeichnet, obgleich es in manchen Fällen frei von Kohlenstoff ist. Wenn das Produkt aufgekohlt ist, gibt es für die Benennung des Produktes natürlich nicht zwei Möglichkeiten.

Das Walzwerk muß mit Pellets beaufschlagt werden, deren mittlere Größe ausreicht, um den unerwünschten, am WaIz-

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spalt auftretenden Effekt der Störung der Teilcheneinbindung zu vermeiden, der durch den Gasaustritt verursacht wird» wenn die Walzen mit annehmbar hohen Drehzahlen arbeiten. Es ist "beim Walzen schwacher Querschnitte auch erwünscht, ein gutes Fließen der Pellets in den Walzspalt sicherzustellen. Die bevorzugte Pelletform ist daher abgerundet oder fast kugelförmig, und die bevorzugte Größe liegt in dem Durchmesserbereich zwischen 1,5 und 15 mm. Der größte Teil der erfolgreichen Versuchsarbeit wurde mit Pellets in dem Bereich von 3 bis 7 mm durchgeführt.

Während des Pelletisierverfahrens ist es wesentlich, die Verunreinigung der hochreinen Eisenoxide durch irgendein schädliches Material zu vermeiden, das nach der Verarbeitung in dem Stahlband verbleiben würde. Gleichzeitig erwies es sich als notwendig, zur Herstellung der grünen Pellets ein Bindemittel zu verwenden, um sicherzugehen, daß sie ausreichend hart sind, damit sie die anschließende Verarbeitung vor der chemischen Reduktion mit einem Minimum an Bruch aushalten. Der Ausdruck "grüne Pellets" wird für die nicht auf eine hohe Temperatur erhitzten Pellets benutzt zur Unterscheidung von den Pellets, die erhitzt wurden. Bindemittel, wie Bentonit, die in der Industrie zur Unterstützung der Pelletisierung gewöhnlich eingesetzt werden und Kieselsäure enthalten, sind ausgeschlossen. Als die am mei-

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sten zufriedenstellenden Bindemittel haben sich organische Stoffe erwiesen, die sich beim Erhitzen nur zu Kohlenstoff oder gasförmigen Produkten zersetzen, die aus den Pellets entweichen können und daher keine Verunreinigung des Endproduktes verursachen. Schwefel- und phosphorhaltige Bindemittel müssen vermieden werden.

Man geht bei dem Verfahren von gereinigtem Eisenoxid aus. Dies wird in höchst wirtschaftlicher und zweckmäßiger Weise durch nasse oder trockene Behandlung sehr fein gemahlener Eisenoxiderze unter Anwendung sehr starker Magnetfelder, nötigenfalls in Verbindung mit einer Differentialflotation, unter Bildung eines Konzentrats hoher Reinheit erzeugt. Typische Konzentrate, die auf dem Handelsmarkt erhältlich und für den Prozess geeignet sind, enthalten im allgemeinen 98 % oder mehr Eisen in Form von Oxiden. Eine typische Zusammensetzung eines Konzentrats auf Basis von Fe₅O₄ ist z.B. wie folgt: 97,0 % Fe₅O₄, 2,4- % Fe₃O₅, 0,16 % MgO, 0,18 % Al₂O₅, 0,06 % SiO₂ und 0,16 % TiO₂. Geeignete Konzentrate auf Basis von Fe₅O₄ oder Fe₂O₅ können weltweit leicht aus vielen Erzen durch Standard-Reinigungsverfahren erhalten werden.

Die erste Stufe in dem Verfahren ist die Herstellung grüner Pellets aus hochreinem Oxidkonzentrat, wobei man eine

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dicke Aufschlämmung aus Wasser, Konzentrat und einem organischen Bindemittel in die Pelletisieranlage einbringt. Das Pelletisieren ist ein metallurgisches Standardverfahren« Die grünen Pellets werden zur Erreichung der richtigen Größenverteilung gesiebt, um entweder sehr große oder sehr kleine Fraktionen zu vermeiden, und danach getrocknet. Anschließend können zwei etwas unterschiedliche Wege eingeschlagen werden. Die grünen Pellets können entweder teilweise mit reduzierenden Gasen, wie Hp oder Mischungen aus Hp und CO "bei hohen Temperaturen bis auf einen hohen Metallisationsgrad, d.h. etwa 95 %i reduziert werden, ohne daß man bis zur vollständigen Reduktion geht. Diese teilweise reduzierten Pellets werden vorreduzierte Pellets genannt. Alternativ können die grünen Pellets direkt in einen Reduktionsreaktor eingeführt werden, wo sie bei hohen Temperaturen - wie nachfolgend beschrieben - vollständig reduziert werden.

Die getrockneten grünen Pellets und die vorreduzierten Pellets sind hart und lassen sich leicht handhaben. Die vorreduzierten Pellets können mit Vorteil an der Stelle des Erzvorkommens gebildet werden. Dies verbessert die Wirtschaftlichkeit des gesamten Verfahrens und vermeidet die Verschiffung unnötigen Sauerstoffs in der gebundenen Form des Oxids. Es erlaubt auch die Herstellung sehr harter,

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abriebbeständiger, vorreduzierter Pellets, so daß die durch. Stäuben verursachten Verluste verringert werden. Wenn der Transport über große Entfernungen erfolgt, besteht kein Vorteil, die Reduktion weit über 95 % durchzuführen, da bei dem anschließenden Transport und der Handhabung etwas Oxidation eintritt und so eine anschließende chemische Reduktion nötig macht. So können die vorreduzierten Pellets in dieser Form an den geographischen Ort transportiert werden, wo die Stahlprodukte hergestellt werden.

Die nächste Stufe in dem Prozess ist die totale Reduktion der grünen oder vorreduzierten Pellets zu Schwammeisenpellets bei hohen Temperaturen durch Hp oder Gemische aus Hp und CO. Der Reduktionreaktor kann unterschiedliche Gestalt haben, so auch ein vertikaler Schachtreaktor sein. Eine besonders wirksame Form ist der horizontale Drehofen.

Es ist wesentlich, das Walzwerk bei 900 C oder mehr mit den Pellets zu beschicken. Bei Temperaturen bis zu 1000 ⁰C erfolgt nur eine schwache Agglomeration der Pellets j wenn aber die Temperatur weiter erhöht wird, nimmt die Agglomeratbildung zu. Das Ausmaß der Agglomeration ist jedoch nicht bedenklich und gering im Vergleich zu der, die gewöhnlich eintritt, wenn gemahlene Oxide bei gleichen Temperaturen reduziert werden.

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Am Abzugsende des Reduktionsreaktors gelangen die heißen vollständig reduzierten Pellets durch eine Verteiier- und Sortiereinriehtung und werden direkt in den Spalt eines Walzwerks eingeführt.

Es ist natürlich erforderlich, die Rückoxidation der reduzierten Pellets nach ihrem Abgang aus dem Reduktionsreaktor zu vermeiden. Daher sorgt man auf dem Wege von dem; Austritt; des Reduktionsreaktors zum Spalt des Walzwerks für eine Bedeckung mit neutralem oder reduzierendem Gas.

ν Es ist möglich, dem zu verarbeitenden Material kleine Legierungszusätze beizugeben. In gewissen Fällen und unter besonderen Umständen können den in den Reaktor eintretenden Pellets Metall- oder Legierungspulver oder Kohlenstoffpulver zugesetzt werden; in anderen Fällen jedoch, insbesondere bei Chrom und häufig bei Mangan und Kohlenstoff, ist es erwünscht, die pulverförmigen Zusätze zu den Pellets nach deren Austritt aus den Reduktionsreaktor vorzunehmen, wenn der Sauerstoff in den Gasen und in den Teilchen oder Pellets eine sehr niedrige Konzentration erreicht hat.

Die Erfindung betrifft zweitens eine Vorrichtung zur Herstellung eines länglichen Metallwerkstücks, gekenn-

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zeichnet durch einen Reaktorbehälter für die Aufnahme von mit einem organischen Bindemittel gebundenen Pellets aus gereinigtem Eisenoxid, der mit einer Einrichtung zur Erhitzung der Pellets in einer reduzierenden Atmosphäre unter Bildung von Schwammpellets ausgestattet ist, ein Walzwerk zum Heißwalzen der Schwammpellets zu einem länglichen Werkstück, und einer Einrichtung, die einen Weg für die heißen Schwammpellets von dem Auslaß des Reaktorbehälters zu dem Walzspalt des Walzwerks bildet.

Die Art des Walzwerks, das mit den heißen Schwammpellets beschickt wird, hängt davon ab, ob Band oder Stangen erzeugt werden sollen. Im Falle von Bandmaterial wird ein Walzwerk mit zylindrischen Walzen von großem Durchmesser benötigt, deren Achsen in einer horizontalen Ebene liegen, während für Stangenmaterial ein in gleicher Weise angeordnetes Walzwerk mit profilierten Walzen von großem Durchmesser notwendig ist.

Zum leichteren Verständnis der Erfindung wird diese nun lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, in der

Figur 1 eine schematische Seitenansicht im Schnitt der erfindungsgemäßen Torrichtung zur Erzeugung von Stahl-

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band, -

Figur 2 eine Draufsicht einer anderen Form der Walzen des Walzwerks,

Figur 3 eine Seitenansicht von Teilen der in Figur dargestellten Walzen und

Figur "4 einen vertikalen Längsschnitt einer Vorrichtung zur Überführung von zu etwa 95 % reduzierten Schwammpellets zu Eisen- oder Stahlband zeigen.

Nach Figur 1 enthält ein Aufgabebunker 1 hochreine vorreduzierte Eisenpellets 2 mit einem Durchmesser von 3 bis 7 hub» die durch einen Schneckenmechanismus 3 in einen geneigten, feuerfest ausgekleideten, rotierenden Ofen 4-eingeführt werden, der in der heißesten Zone bei einer Temperatur von 950 bis 1200 ⁰O im Gegenstrom betrieben wird. Vorerhitztes reduzierendes Gas mit einem Gehalt von etwa 91 % Ε« und 9 % CO, wie es durch Reformieren von Naphtha oder Erdgas hergestellt werden kann, wird bei 5 in den Ofen eingeführt und verläßt diesen nach der Nutzung bei 6. Ein Teil des bei 6 austretenden Gases dient als Brennstoff zur Vorwärmung des frischen eintretenden Gases, und ein Teil tritt durch Wärmeaustauscher und dann durch

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eine Reinigungs- und Trocknungseinrichtung (nicht dargestellt) , in der Wasser und COp entfernt werden. Das saubere trockene Gas wird dann vorgewärmt, zusammen mit frischem reduzierendem Gas rezirkuliert und tritt erneut in den Reaktor bei 5 ein. Die Technik der Reduktion von Eisenoxiden durch heiße Gase in Verbindung mit dem notwendigen Rückführverfahren ist bei VTirbelbettreaktoren wie auch bei dem bekannten Midrex-Verfahren gut eingeführt und vielfach beschrieben.

In dem Drehrohrofen 4 werden die Pellets durch das reduzierende Gas von hoher Temperatur vollständig zu Schwammpellets reduziert, und dieser Prozess wird durch die dauernde Bewegung der Pellets infolge der Ofendrehung erleichtert. Infolge der geringen Größe der Pellets ist die Reduktionszeit in dem Reaktor kurz. Bei dem gegebenen Beispiel beträgt die Zeit eine Stunde, so daß sieh ein hoher Durchsatz ergibt. Ein typischer Drehofen hat eine Länge von 10 m, einen Durchmesser von 1 m und rotiert mit einer Drehzahl von 2 UpM. Infolge der Ofendrehung bleibt die Agglomeratbildung auf ein Minimum beschränkt; einige kleine Teilchen oder Pellets können jedoch zu agglomerierten Pellets mit einem Durchmesser von mehr als 10 mm wachsen, während eine kleine Menge feiner Eisenteilchen oder -pulver gebildet wird. Die Teilchen oder Pellets 7 wandern den Ofen hinab und gelangen auf

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ein Streu- oder Terteilungsgitter 8, das die Pellets gleichmäßig über die Breite eines Siebes 9 verteilt, d.h. in die Richtung der Achsen der Walzen, auf die sie fallen. Der Zweck des Siebes ist es, Uberkorn-Pellets, deren Durchmesser größer als z.B. 15 mm ist, zu entfernen. Diese Überkorn-Pellets werden in sehr kleinen Mengen gebildet; soweit sie jedoch gebildet werden, werden sie bei 10 abgezogen, gekühlt, gemahlen und zurückgeführt.

Die Pellets können., während sie noch heiß sind und eine Temperatur von etwa 950 bis 1200 ⁰G haben, in den Spalt der zwei Walzen 11 und 12 fallen, die in der gleichen Drehrichtung rotieren. Der Walzenabstand kann willkürlich variiert werden;in dem vorliegenden Fall sind sie voneinander durch einen Abstand von 7 mm getrennt. Die Walzen können unterschiedliche Durchmesser haben; eine Walze 11 hat jedoch eine höhere Umfangsgeschwindigkeit als die Walze 12. Die höhere Umfangsgeschwindigkeit der Walze 11 erlaubt es Teilchen^ deren Durchmesser kleiner als 7 mm ist, durchzufallen, während größere Teilchen oder Pellets dadurch, daß sie gegen die entgegenkommende Walze 12 gedrückt werden, gleichzeitig einer Kompression und sehr hohen Scherkräften ausgesetzt werden. Wenn man Schwammpellets dieser Kombination von Kräften aussetzt, werden sie selbst bei hohen Temperaturen gebrochen. Die kleineren Bruchstücke treten durch

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die Walzen hindurch, während die größeren Bruchstücke gedreht werden und erneut in die Walzen eintreten, um wiederum gebrochen zu werden, bis alle größeren Pellets in der Größe auf etwa 7 Him zerkleinert sind. Es ist ein wesentliches Merkmal der Scherwalzen, daß sie in der dargelegten Weise betrieben werden. Wenn sie bei entgegengesetzten Drehrichtungen gleiche Umfangsgeschwindigkeiten haben wie bei einem herkömmlichen Walzwerk, würden die Über kor n-Schwammpellets oder Pelletaggregate einfach plastisch verformt werden und sich eher verdichten als durch Seherung brechen. Die Walze 11 rotiert mit einer so hohen Drehzahl, daß an dem Spalt keine wesentliche Ansammlung von Pellets auftritt. In dem Beispiel hat jede der Walzen 11 und 12 einen Durchmesser von 50 cm bei Umfangsgeschwindigkeiten von 200 bzw. 20 m je Hinute. Diese relativ hohen Drehgeschwindigkeiten im Vergleich zu der Zuführgeschwindigkeit der Schwammpellets aus dem Ofen gewährleisten, daß die Pellets in genügender Weise voneinander getrennt in den Spalt der Walzen 11 und 12 eintreten und daß sie diskrete Teilchen bleiben und an dieser Stelle nicht zu einem Band verdichtet werden.

Die heißen Pellets fallen dann mit einer Temperatur zwischen 900 und 1150 ⁰C in den Spalt eines Walzwerks mit den Walzen 13 und 1*1-, die sich in entgegengesetzten Drehrichtungen drehen. Durch die heiße Kompression der PelLets

η ο 9 π:.) π / η ^ci R a

wird ein heißgewalztes Band von 6 mm Dicke und 40 cm Breite erzeugt, das bei 15 aufgewickelt wird. Die Drehzahl der Walzen 13 und 14- des Walzwerks ist variabel, so daß man die Walzwerksdrehzahl auf die Pelletzulieferung am Spalt einstellen kann. In dem Beispiel ist die Umfangsgeschwindigkeit der zwei Walzen 13 und 14 gleich, aber zwischen den Grenzen von 40 und 10 m/min variabel. Die Geschwindigkeit wird immer ausreichend niedrig gehalten, um zu gewährleisten, daß ein haltbares, zusammenhängendes, heißgewalztes Band erzeugt wird.

Typische Betriebsgeschwindigkeiten sind etwa 15 m je Minute bei einem Walzspalt von 6 mm. Die genaue Betriebsgeschwindigkeit wird so eingestellt, daß eine satte Pelletbeschickung eingehalten wird und sich eine effektive Verminderung der Dicke von etwa 80 % ergibt. Es ist wesentlich, daß die Walzen einen großen Durchmesser haben, da es notwendig ist, die Materialdicke in einem großen Walzkaliber zu verringern. In dem Beispiel haben jede der Walzen einen Durchmesser von 90 cm und eine Stirnbreite von 40 cm.

In dem Beispiel wurde die Walzengeschwindigkeit in der Gegend von 15 m je min eingestellt. Feineinstellungen der Geschwindigkeit gewährleisteten, daß eine Pellethöhe über der Mittellinie der Walzen von nicht weniger als 15 cm

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eingehalten wurde. Bei einer Walzspalteinstellung von 6 mm ergab dies etwa eine 85 %ige Verminderung der Dicke der Pelletmasse beim Durchgang durch, die Walzen. Unter diesen Umständen war unter der Voraussetzung einer immer vollkommen satten Pelletbeschickung die Aufrechterhaltung einer konstanten Höhe der Pellets nicht kritisch.

Generell kann gesagt werden, daß die maximale Dicke des Bandes, das hergestellt werden kann, umso größer ist, je größer der Walzendurchmesser ist. Wenn Bandmaterial, das viel dünner als 6 mm ist, unter Benutzung von Walzen mit 90 cm Durchmesser gefordert wird, ist es ratsam, zwei ein-

stellbare Platten genau oberhalb des Walzspaltes anzubringen, deren Ebenen parallel zu den Achsen der Walzen sind. Die Platten wirken als Trichter für die Pellets, wenn diese in den Walzspalt fallen.

Die Walzen sind mit Seitenplatten ausgestattet, um zu verhindern, daß Pellets seitlich aus dem Walzspalt austreten. So wird sichergestellt, daß eine satte Pelletbeschickung aufrechterhalten wird.

Die oben angegebenen Größen, Geschwindigkeiten und Temperaturen sind nur beispielhafte Angaben und sollen das Verfahren in keiner Weise begrenzen. Die Scherwalzeneinrich-

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tüng ist für das Verfahren nicht wesentlich, jedoch wertvoll, weil das zu behandelnde Material Schwammmaterial ist. Dieses verdichtet sich durch Kompression bei hohen Tempera- : türen und wird duktil j es wurde jedoch nicht festgestellt, daß es bricht, wenn es bei hohen Temperaturen großen Scherkräften ausgesetzt wird. In dieser Beziehung verhalten sich Schwammpellets anders als vollkommen dichte Eisenpellets oder—teilchen, bei denen man feststellte, daß sie bei hoher Temperatur unter kombinierter Pressung und Scherung duktil bleiben und plastisch verformt werden. Schwammpellets unterscheiden sich auch im Verhalten von Teilchen aus Eisenoxid oder anderen spröden Oxiden, die bei einfacher Pressung zwischen den gegenläufigen Walzen eines herkömmlichen Walzwerks brechen.

: ~Ln dem Beispiel wird die Oxidation der reduzierten Eisenschwammpellets nach Verlassen des Drehofens dadurch verhindert, daß man eine schwache Strömung von Reduktionsgas aufrecht erhält, das an den öffnungen 17 und 18 in ein wassergekühltes Gehäuse 19 eingeführt wird, das gegen die Walzen 11 und 12 und die Walzen 13 und 14 abgedichtet ist. Das zusätzliche Reduktionsgas gelangt anschließend in den Hauptreduktionsreaktor. Zum Zwecke der Vermeidung der Ruckoxidation kann auch ein Inertgas, wie Stickstoff, eingesetzt werdenf in diesem Falle muß die Strömung jedoch schwach sein,

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um eine unzulässige Verdünnung der Reduktionsgase in dem Reduktionsreaktor zu vermeiden.

Die Walzen 11 und 12 sind mit Kratzern 20 und 21 ausgestattet, die eine Ansammlung von Eisenteilchen an den Abdichtungen gegen das Gehäuse verhindern.

Wenn Stangen oder Stäbe gewünscht werden, werden anstelle der bei 11 und 12 gezeigten flachen Walzen profilierte Walzen eingesetzt; im übrigen ist die Einrichtung gleich.

In Figur 2 ist der Spalt der zwei Walzen 22 und 23 in der Draufsicht gezeigt. Jede Walze ist so eingestellt, daß die Walzenspitzen 24-, die schwach abgerundet sein können, sich beinahe berühren oder tatsächlich in Berührung sind. Die heißen Pellets 25 werden in der gleichen Weise wie bei zylindrischen Walzen dem Walzspalt zugeführt. Durch die Seitenplatten 26 in den Figuren 2 und 3, die den Seitenflächen der Walzen dicht anliegen, werden die Pellets daran gehindert, zur Seite auszutreten. Die Pellets füllen den Walzspalt bis zu einem Niveau 27, das an oder über dem Niveau liegt, an dem die Pelletverdichtung durch die Walzen beginnt. Der Walzendurchmesser muß groß genug für die Pellethöhe bis zu diesem Niveau sein, so daß eine Verringe-

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rung der Dicke auf der Linie der Walzenmitten von etwa 80 % oder mehr erreicht wird. Verringerungen der Dicke von weniger als 75 % hinterlassen in dem gewalzten Stab 28 wahrscheinlich eine größere Porosität, während eine Dickenvermiriderung von wesentlich mehr als 85 % im allgemeinen unnötig ist."

In dem Beispiel rotieren die profilierten Walzen mit einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 22 m je Minute. Die Rotation der Walzen, die einen Durchmesser von 150 cm haben und 16 cm breit sind, verursacht eine Verdichtung der Pelletmasse 29 beginnend in einer Höhe von etwa 20 cm über der Verbindungslinie der Mittelpunkte und ihre Trennung in vier quadratische Stangen 28 mit einer Seitenlänge von 2 cm durch die Spitzen der profilierten Walzen 22 und 23 (Figur 2). Es besteht ein Ausmaß an quergerichtetem Fluß der verdichteten Pelletmasse in den Körper der Stangen, die oft mit einem sie verbindenden, sehr dünnen Pressgrat aus den Profilwalzen austreten. Dieser läßt sich jedoch leicht brechen und ermöglicht die Herstellung von Mehrfachstangen aus einer einzigen Pelletbeschickung. Für die Stangenwalzung aus Pellets können auch andere Walzformen dienen; die beschriebene Form hat sich jedoch als besonders zweckmäßig erwiesen. Gewöhnlich erweist es sich als nötig, die Walzen an der äußersten Kante dünner auszuführen, so

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daß zwischen den flachen Walzenteilen mit ihrem zu kleinen Walzspalt keine Pellets gewalzt werden. Ebenso ist es ratsam, an den Walzenkanten ein schmales flaches Stück, wie in Figur 2 gezeigt, vorzusehen, damit die am weitesten außen befindlichen Stangen vollständig beschickt werden.

Es ist oft erforderlich, Stahl mit einem geringen Kohlenstoffgehalt zu erzeugen, um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern. Ohne den oben beschriebenen Zusatz von etwas Kohlenstoff oder die Verwendung einer Aufkohlungsatmosphäre in dem Reduktionsofen werden die aus ihm austretenden Schwammpellets und demzufolge das Stahlband- oder Stahlstangenprodukt im wesentlichen kohlenstofffrei sein. Der Kohlenstoffgehalt kann auf zweierlei Weise erhöht werden. Erstens kann den heißen Pellets eine kleine Menge feinteiliger Kohlenstoff zugesetzt werden. Zweitens - und dies ist wirksamer - gewährleistet die Einhaltung einer Aufkohlungsatmosphäre an dem Austrittsende des Reduktionsofens, daß sich der Kohlenstoffgehalt erhöht. Die Technik der Steuerung des Kohlenstoffgehaltes von Stählen durch Änderung der Zusammensetzung der reduzierenden Gase ist bekannt. Ein hoher Anteil an CO oder die Anwesenheit von restlichen Kohlenwasserstoffen stellt sicher, daß der Kohlenstoffgehalt ansteigt. Bei der Stangenwalzung ist die Erhöhung des Kohlenstoffgehaltes einigermaßen wichtig, da

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häufig bessere mechanische Eigenschaften gefordert werden als sie mit einem kohlenstofffreien Produkt erreicht werden können»

Es wurden Versuche mit horizontalen oder schwach geneigten Drehrohröfen unternommen. Dabei wurde gefunden, daß die.langsame Drehung des mit den speziellen hochreinen organisch gebundenen Pellets beschickten Rohres die Pellets in einer ununterbrochenen Rollbewegung hielt und dadurch jegliches Anbacken vermieden wurde. Hohe Drehgeschwindigkeiten waren wegen der ZentrifugalWirkungen und der Gefahr des Abriebs und des Zubruchgehens der Pellets nicht vorteilhaft. Die langsamen Drehgeschwindigkeiten in dem Bereich von 6 UpM bis 0,5 UpM,. je nachdem, ob der Rohrofen klein oder groß war, erwiesen sich für die Förderung der Rollwirkung der Pellets und der Verhinderung des An- bzw. Zu- : sammenbackens ohne nennenswerten Abbau der Pellets als sehr wirksam. Sie ermöglichten es auch, die Pellets längs des geneigten Drehrohres vom oberen zum unteren Teil zu befördern und schließlich in den Walzenspalt zu schütten. Außerdem wurde gefunden, daß diese horizontalen Rohre zufriedenstellend gefahren werden können, wenn sie bis zur Hälfte des gesamten Rohrvolumens oder sogar darüber mit Pellets gefüllt sind. Selbst wenn sie mit Pellets halb gefüllt sind, werden alle zeitweilig an dem Metallrohr haftenden Pellets

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bei der nachfolgenden Rotation abgelöst. Jegliche Haftung war daher nur vorübergehend. Eine weitere Beobachtung war die, daß infolge der in den Pellets hervorgerufenen Rollwirkung die Pelletdichte etwas zunahm. Die Pellets wurden auch glatter und mehr abgerundet. Dies war vorteilhaft im Hinblick auf die nächfolgende Beschickung und die Verdichtung durch Heißwalzen.

Bei der Ausfuhrung des oben beschriebenen Verfahrens erwies es sich als vorteilhaft, als rotierendes Teil ein
Drehrohr aus hitzebeständigem Metall einzusetzen. Ein geeigneter Konstruktionswerkstoff war eine hochtemperaturfeste Ni-Cr-Legierung. Die gute thermische Leitfähigkeit
und die Hochtemperaturbeständigkeit dieses Materials ließen es zu, daß ein solches Rohr von außen elektrisch oder durch Gas- oder ölbrenner beheizt werden konnte. Diese Anordnung ermöglichte es, die Pelletcharge bequem durch äußere Mittel zu erhitzen anstatt intern durch die zur Reduktion eingesetzten heißen Gase, wie es in der Ausführungsform der Figur 1 beschrieben wurde.

Unter den beschriebenen Bedingungen war im allgemeinen die fehlende Bildung von Anbackungen so ausgeprägt, daß es nicht nötig war, zusätzliche Mittel zum Brechen irgendwelcher Agglomerate anzuwenden, die sich sonst gebildet hätten.

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Figur 4 zeigt einen vertikalen Längsschnitt einer anderen Vorrichtung zur.Umsetzung von etwa zu 95 ^ reduzierten Schwammpellets zu Eisen- oder Stahlband.

Die aus Schwamm bestehenden Pellets mit einem Gehalt von nicht mehr als 5 % Eisenoxid werden mittels eines Schnekkenförderers 41 aus einem Behälter oder Füllbunker 42 in ein geneigtes Rohr 43 von großem Durchmesser eingebracht, das aus einer hitzebeständigen Ni-Cr-Legierung besteht. Das Rohr ist 8 m lang und hat einen Innendurchmesser von 0,8 m. Das Rohr ist umgeben von einem gasbefeuerten Ofenkörper 44, der mit Gasbrennern 45 ausgestattet ist. Die Brenner 45 sind so angeordnet, daß sie tangential feuern und die Flamme nicht" direkt auf das Rohr 43 auftrifft. Das Rohr wird durch die Brenner auf eine Temperatur von IO5O bis 1100 ⁰C erhitzt.

Die Abgase treten durch den Feuerkanal 46 aus und werden zur Vorwärmung der ankommenden Reduktionsgase (Hp/CO) auf eine Temperatur von 800 bis 900 ⁰C verwendet, die bei 47 eingeblasen und durch den Abzug 48 abgesaugt werden. Das geneigte Rohr 43 wird langsam gedreht (2 UpM), so daß die Charge 49 in dem Rohr allmählich ihren Weg zum Austrag am unteren Ende nimmt. An jedem Ende des Drehrohres sind Flansche 50 angebracht, die auf frei rotierenden gerillten RoI-

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len 51 ruhen, von denen zwei an jedem Ende mit ihren Achsen parallel zu der Drehrohrachse, jedoch nicht in der durch die Drehrohrachse gehenden vertikalen Ebene angeordnet sind. Das Rohr wird über ein Kettenrad 52 angetrieben, wobei der Antrieb nicht gezeigt ist.

Die aus vorreduzierten Pellets bestehende Charge wird während ihres Durchlaufs durch das Rohr auf eine !Temperatur zwischen 1000 und I050 ⁰C erhitzt und schnell zu vollständig reduzierten Schwammpellets reduziert, die einem Schwingrost 53 zugeführt werden, der unterhalb des Pelletaustritts aus dem Rohr und innerhalb eines isolierten, festen Abzugs gehäuses 54- aus Ei-Cr angebracht ist. Der Rost soll Überkorn-Pellets abtrennen, die bei 55 abgezogen, gekühlt, gebrochen und zu dem Einlaufbunker 42 zurückgeführt werden. Die Pellets fallen durch das Schwingsieb 53 in eine mit Seitenplatten ausgestattete Aufgaberutsche 56, die in dem Spalt der großen Walzen 57 angeordnet ist. Die Walzen 57 walzen die Pellets zu einem Band 58, das bei 59 aufgerollt wird. Eine zusätzliche Menge Hg/CO wird bei 60 in das feste Abzugsgehäuse 54- eingeführt. Der Hp/CO-Überschuß flammt an dem Spalt der Beschickungsrutsche weg, so daß eine Oxidation der vollreduzierten Pellets beim Durchgang durch den Walzspalt verhindert wird.

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Die Walzen werden durch einen Motor mit variabler Drehzahl angetrieben, wobei die Drehzahl so eingestellt wird, daß eine reichliche Pelletbeschickung in dem Walzspalt vorliegt, ohne daß sich die Pellets in der Beschikkungsrutsche übermäßig ansammeln können. Dies ist ein wesentliches Merkmal der Verfahrenssteuerung, da bei ungenügender Pelletansammlung an der Basis der Beschickungsrutsche das Walzwerk nicht satt beaufschlagt wird und ein ungenügendes, poröses und nicht dauerhaftes Band resultiert. Eine zu starke Anhäufung von Pellets in der Beschickungsrutsche führt zu Verbackungen, die ihrerseits eine ununter brochene, stetige Zuführung zu den Walzen verhindern. In diesem Zusammenhang kann die Schwingung der Beschickungsrutsche eine Verbesserung bringen.

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Claims

; Qoädüni S-admal 2812488 PATENTANWALT — ----- - - - 5202 Hennef 1 Bröl, Hauptstraße 46 Telefon 0 22 42/54 78 r Davy-Loewy Limited Sheffield, England Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von länglichen Werkstücken aus pelletisiertem Material Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines länglichen Werkstücks aus Pellet-Material, dadurch gekennzeichnet, daß man Pellets aus,mit einem organischen Bindemittel gebundenem, gereinigtem Eisenoxid, die chemisch teilweise reduziert sein können, in einer reduzierenden Atmosphäre unter Bildung von Schwammpellets reduziert und die Schwammpellets bei Heißwalztemperatur in den Walzspalt eines Walzwerks einführt und zu einem länglichen Werkstück walzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenoxidpellets eine Größe in dem Bereich von 1 bis 10 mm haben.

3. Verfahren nach Anspruch 1_S dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenoxidpellets eine Größe in dem Bereich von 1,5 bis 15' nun haben.

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4-. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eisenoxidpellets eine Größe in dem Bereich von 3 bis 7 Hirn haben.

5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das gereinigte Eisenoxid nicht
weniger als 98 Gew.-% Eisen und Eisenoxide enthält.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß man die Pellets in einer reduzierenden Atmosphäre aus einem Gemisch aus H~ und CO erhitzt«

7· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man die Eisenoxid-Pellets in der reduzierenden Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen 950 und 1200 ⁰C erhitzt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß man die Schwammpellets bei einer Temperatur zwischen 900 und 1150 ⁰C walzt.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schwammpellets in einer nicht oxidierenden Atmosphäre walzt.

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10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9> dadurch gekennzeichnet, daß man den heißen Schwammpellets vor dem Walzen ein feinteiliges Legierungsmaterial zusetzt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß man die Schwammpellets vor dem Walzen einer aufkohlenden Atmosphäre aussetzt.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man die Schwammpellets zu einem Band walzt.

■13· Vorrichtung zur Herstellung eines länglichen Metallwerkstücks, gekennzeichnet durch einen Reaktorbehälter (4-^4-3) für die Aufnahme von mit einem organischen Bindemittel gebundenen Pellets (7) aus gereinigtem Eisenoxid mit einer Einrichtung zur Pelleterhitzung in einer reduzierenden Atmosphäre unter Bildung von Schwamrapellets, ein Walzwerk (13*14-» 57) zum Walzen der heißen Schwammpellets zu einem länglichen Werkstück und einer Einrichtung (19 ί 54-) zur Bildung eines Weges für die heißen Schwammpellets von dem Austritt des Reaktorbehälters zu dem Walzspalt des Walzwerks.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorbehälter (4-) intern durch das heiße

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eintretende reduzierende Gas beheizbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorbehälter (4; 43) ein feuerfest ausgekleideter drehbarer Ofen ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktorbehälter (43) durch äußere Erhitzungseinrichtungen (45) beheizbar ist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die den Weg bildende genannte Einrichtung (19; 54) ein Gehäuse ist, das an einem Ende an den Reaktorbehälter (4;43) und an dem anderen Ende an das Walzwerk (13j 14j 57) angeschlossen ist und Mittel für die Einführung einer nicht-oxidierenden Atmosphäre (17,18; 60) aufweist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Weg eine Einrichtung (9,11,12; 53) angeordnet ist, die den Eintritt von tJberkorn-Pellets in den Walzspalt des Walzwerks (13,14; 57) verhindert.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung aus zwei auf Abstand gehal-

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tenen Walzen (11,12) besteht, zwischen denen die Pellets hindurchtreten, und Mitteln zur Drehung der Walzen in gleicher Drehrichtung mit verschiedenen Drehgeschwindigkeiten.

20. Längliches Werkstück, das durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt ist.

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