DE4432721A1

DE4432721A1 - Verfahren zur Herstellung von eisenhaltigen Briketts

Info

Publication number: DE4432721A1
Application number: DE19944432721
Authority: DE
Inventors: Hans Ruf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-09-14
Filing date: 1994-09-14
Publication date: 1996-03-21

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von eisenhaltigen Briketts zur Verwendung in Schmelzöfen, insbesondere in Kupolöfen, wobei die Briketts vorwiegend aus eisenhaltigen Reststoffen, insbesondere Walzzunder gebildet werden.

Zur Beschickung eines Kupolofens wird typischerweise eine Charge aus Eisensatz und Zuschlagstoffen, wie Kalkstein, Legierungselementen und Satzkoks benutzt. Qualitativ hochwertiger Eisensatz wie Industrieschrott einheitlicher Qualität ist jedoch relativ teuer. Andererseits erfordert die Beschickung mit relativ reinen Basismaterialien eine Zugabe schlackebildender Zuschläge.

Aus der DE-AS 25 31 457 ist ein Verfahren bekannt, bei dem metallhaltiger Schlamm vor dem Zumischen eines Bindemittels und eisenhaltigem Staub bis auf einen Wassergehalt von 2 bis 15 Gew.-% entwässert werden muß. Dann folgt noch eine weitere Trocknung zur Reduzierung der Restfeuchte. Dieses Verfahren erfordert eine Erhitzung der Briketts auf 350°C zur Entfernung der Restfeuchte. Dieses Verfahren ist daher verhältnismäßig aufwendig und wegen des großen Energiebedarfs für die Erhitzung teuer.

Aus der DE-OS 41 09 214 ist weiterhin bekannt, daß der bei der Entstaubung des Gichtgases von Kupolöfen gewonnene Staub oder abgefilterter Staub über die Windzufuhr als schlackebildender Stoff in den Kupolofen zurückgeführt wird. Der Ansatz, mit Reststoffen Rohstoffe zu ersetzen, bleibt hier jedoch nur auf den schlackebildenden Anteil beschränkt. Der Umgang mit Staub erweist sich zudem als besonders aufwendig und nicht universell handhabbar.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, Rohstoffe für Schmelzöfen durch bisher kaum verwertbare eisenhaltige Reststoffe zu ersetzen und eine möglichst einfache und kostengünstige Handhabung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, aus abgelagerten oder ohnehin anfallenden Abfallstoffen, nämlich z. B. dem in Millionen Tonnen auf Halde liegenden Walzzunder oder auch Metallspänen, wie sie bei der Metallbearbeitung in der Industrie täglich anfallen, und andererseits aus Reststoffen der Papierherstellung, insbesondere der Sulfitablauge aus der Zellstoffgewinnung oder der Altpapieraufbereitung einen nutzbaren und gut handhabbaren Sekundärrohstoff zu gewinnen. Dies gelingt mit dem erfindungsgemäßen Kompaktierungsverfahren durch die Anwendung von gebranntem Kalk als wasser- und ölbindendes Zusatzmittel, wobei als wesentlicher Effekt erzielt wird, daß die Briketts eine sehr hohe Formfestigkeit und schnelle Aushärtung bei der Herstellung aufweisen. Die auf diese Weise gewonnenen Formlinge sind wegen der schnellen Aushärtung im Stundenbereich und Verfestigung infolge der stark exothermen Reaktion von gebranntem Kalk mit an den eisenhaltigen Reststoffen anhaftenden Öl-Wasser-Emulsionen rasch handhabbar und damit durch Förderanlagen transportierbar, sowie einfach in den Schmelzofen zudosierbar.

In bevorzugter Weise eignet sich das Verfahren zur Wiederverwertung von Walzzunder, der beim Walzen von Stahl in großen Mengen anfällt. Im Ruhrgebiet liegt Walzzunder mit einem Eisengehalt von 70-80% in großer Menge auf Halde. Durch diesen hohen Eisengehalt und eine relativ einheitliche Zusammensetzung sind Voraussetzungen geschaffen, ein Produkt in hoher Ausbeute und guter Qualität zu erzielen. Dabei sind ebenso wie bei Schleifreststoffen aus der Vorbearbeitung in den Reststoffen noch Öl- und/oder Wasseranteile von etwa 3-5 Gew.% vorhanden, z. B. sog. Bohrmilch, die mit dem etwa in gleichen Gewichtsanteilen zugegebenen gebrannten Kalk unter starker Wärmeentwicklung reagiert.

Das bevorzugt verwendete Bindemittel, nämlich Sulfitablauge ist ein Abfallprodukt bei der Gewinnung von Zellstoff, die Holzzucker und das aus dem Holz herausgelöste Lignin in Form von ligninsulfonsauren Salzen enthält. Dieses Ligninderivat ist ein hochpolymeres, druckfestes Matrixmaterial, das, wie die verklebenden Holzzucker, einen hohen Brennwert aufweist. Die Sulfitablauge eignet sich daher zum Binden kleiner Partikel und ihre in den Schmelzofen gelangenden Bestandteile verbrennen unter Wärmeentwicklung. Sulfitablauge kann selbstverständlich auch mit anderen oder durch andere Bindemittel oder -flüssigkeiten, wie z. B. Melasse gemischt oder ersetzt werden.

Durch die Zugabe von feingemahlenem, gebranntem Kalk zu den Metall-Reststoffen mit einigen Prozent Öl- und/oder Wasseranteil in den Metallabfällen etwa 10 bis 30 Minuten vor dem Brikettieren erfolgt das sog. Ablöschen des gebrannten Kalkes mit der Öl- Wasser-Emulsion, was sich in einer raschen Verfestigung der noch rieselfähigen Brikettiermasse bei hoher Wärmeentwicklung, Eigenerhitzung und damit Aushärtung bemerkbar macht. Ein Teil des Wassers wird durch die Wärmeentwicklung der Reaktion verdampft. Der Wasseranteil der Sulfitablauge verdunstet infolge der Eigenerhitzung ebenso sehr rasch und ergibt eine schnelle Aushärtung unmittelbar in Anschluß an die Brikettierung.

Als vorteilhaft bezüglich der Handhabung erweist sich ein Anfeuchten der Mischung mit Wasser vor der Kalk-Zugabe, falls die Metall-Reststoffe sehr trocken sind, wodurch die Benetzung und damit die Gleichmäßigkeit der Reaktion mit dem gebrannten Kalk erhöht wird. Falls andererseits der Feuchtigkeitsanteil der Metall-Reststoffe zu hoch ist, z. B. größer als 25% Gewichtsanteil, empfiehlt sich ein Auspressen, um nicht zuviel Kalk zugeben zu müssen. Außerdem kann hierbei das relativ wertvolle Schneidöl oder Bohrmilch wiedergewonnen werden.

Vorteilhaft ist ferner, wenn die Aushärtung der so zu Briketts kompaktierten Gesamtmischung in einem Trockenofen mit hoher Luftumwälzung bei Raumtemperatur, also bei gegenüber dem Stand der Technik relativ geringen Temperaturen erfolgt. Somit ist eine Aushärtung unter normalen Umgebungsbedingungen infolge der Eigenerhitzung ohne weiteres möglich und effektiv. Aushärtezeiten von wenigen Stunden und darunter sind erreichbar und vor allem von der Zugabemenge des gebrannten Kalks und dessen Verhältnis zur Flüssigkeit (insbes. Öl-Wasser-Emulsion) bzw. Sulfitablauge abhängig, und somit einstellbar. Auch die Verfestigungsbedingungen, wie erreichbare Eigenerhitzungstemperatur, Auslagerungszeit der Mischung vor der Brikettierung und Druck der Brikettierpresse, sowie Größe und Form der Briketts wirken sich auf die Aushärtezeit aus. Die erfindungsgemäßen Briketts erreichen bei einem Öl-Wasseranteil und einer Kalkzugabe von je ca. 5 Gew.% sehr gute Festigkeitswerte, z. B. Druckfestigkeiten von rund 300 bis 400 N/cm² und Spaltfestigkeiten von ca. 80 bis 120 N/cm².

Die vorteilhafte Anwendung der Briketts bei einem Kupolofen zum Erzeugen von Gußeisen liegt in der erheblichen Einsparung des Sekundärrohstoffs Eisen, weil durch die eisenhaltigen Briketts ein großer Teil dieses Rohstoffs zugeführt wird. Zudem wirken die Zusätze des Bindemittels und des gebrannten Kalks schlackebildend, was metallurgisch besonders zweckmäßig ist. Auch der relativ hohe Kohlenstoffanteil der Sulfitablauge ist für die Aufkohlung des Gußeisens vorteilhaft. Zudem ergibt der Graphitanteil, insbesondere aus der Druckfarbenentfernung beim Altpapierrecycling einen gewissen Schmiereffekt für den Brikettiervorgang.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert:
Gemäß der Erfindung werden in Nähe eines Kupolofens die für die Brikettierung und beabsichtigte Anwendung geeignete Materialien gesammelt, und eine Brikettierpresse aufgestellt. Dabei sind insbesondere die in Metallbetrieben anfallenden Metall- und Schleifspäne, Stäube aus der Gußputzerei oder Walzzunder geeignet. Diese enthalten einen hohen Eisenanteil, der beim bevorzugten Walzzunder rund 80% beträgt. Diese Metallreststoffe enthalten als Bearbeitungsrückstände etwa 5% anhaftende oder aufgesogene Öl- und/oder Wasseranteile in Art einer Emulsion.

Aus diesen gesammelten Metallreststoffen wird dann durch Zugabe von gebranntem Kalk und evtl. zusätzlich Wasser eine Mischung hergestellt. Nach der exothermen Reaktion während ca. 30 Minuten Dauer wird dann Sulfitablauge zugegeben, und diese Gesamtmischung anschließend einer Brikettierpresse z. B. gemäß der Bauart nach der EP-B-03 67 859 oder DE-C-33 33 766 zugeführt. Zur einfacheren Handhabung eignet sich ein Anfeuchten der Metallreststoffe mit Wasser, bevor zunächst der gebrannte Kalk und dann die Sulfitablauge bevorzugt im Zuführtrichter mittels einer Dosiervorrichtung, z. B. einer Dosierschnecke direkt vor der Brikettpresse zugegeben wird. In der Brikettierpresse erfolgt dann unter hoher Druckeinwirkung die Verdichtung und Kompaktierung der rieselfähigen Gesamtmischung. Direkt im Anschluß daran können die Briketts aus der Form entnommen und von der Brikettierpresse weggefördert werden, da sie bereits in dieser Phase eine ausreichende Formstabilität aufweisen. Hierdurch ergibt sich ein hoher Durchsatz. Der so erhaltene Formling muß dann abschließend lediglich eine noch kurze Aushärtungsphase durchlaufen, die in normaler Umgebungstemperatur an einem Zwischenlagerplatz oder beschleunigt in einer Trocknungsanlage mit erhöhtem Luftumsatz erfolgen kann.

Die auf diese Weise hergestellten Briketts enthalten durch Walzzunder oder Eisenspäne usw. einen hohen Eisengehalt von bis 70 Gew.%, durch die nach der Misch- und Reaktionszeit von ca. 30 Min. zugesetzte Sulfitablauge oder Melasse einen geringen organischen Bindemittelgehalt von etwa 1-5 Gew.% und durch den z. B. mittels einer Dosierschnecke pulverisiert zugegebenen gebrannten Kalk (Ätzkalk) einen Calziumgehalt von rund 1-5 Gew.%. Hierdurch wird ein stoffspezifischer Gehalt an Calcium in den Schmelzofen eingebracht, der zusammen mit Quarzanteilen, z. B. von Filterstäuben günstig für die Schlackebildung ist. Zusätzliche Vorteile ergeben sich für die Energiebilanz des Schmelzofens aus dem Heizwert des organischen Bindemittels und aus dem geringeren Energieverbrauch von gelöschtem Kalk [Ca(OH)₂] gegenüber dem üblicherweise als Zuschlagstoff gesondert zugegebenen Kalksteinen (CaCO₃).

Vorteilhaft auf die Produktqualität des Gußeisens wirkt sich die relativ konstant einstellbare Zusammensetzung der von den Briketts in die Schmelze gelangenden Mischung aus den Hauptbestandteilen Fe, O, Ca, und Begleitstoffen aus.

Durch die Zugabe von gebranntem Kalk vor der Brikettierung wird in vorteilhafter Weise durch die stark exotherme Reaktion mit Öl- und/oder Wasseranteilen

1. eine große Menge Wasser durch den gebrannten Kalk gebunden;
2. ein wesentlicher Teil des Wassers durch die Eigenerhitzung der Mischung während der Reaktionszeit von ca. 30 Minuten verdunstet;
3. eine besonders schnelle Verfestigung erzielt;
4. eine besonders rasche Aushärtung erreicht; und
5. eine besonders hohe Festigkeit geschaffen.

Zur Anwendung der erfindungsgemäßen Briketts wird beispielsweise in einen Kupolofen bei der sog. Gattierung in an sich bekannter Betriebsweise eine Füllung von 500 kg vorbereitet, etwa bestehend aus 440 kg Eisenmaterial, vorwiegend in der beschriebenen Brikettform, 50 kg Satzkoks und 10 kg Kalksteine eingebracht. Die Briketts können dabei durch ihre hohe Festigkeit, wie Schüttgut unmittelbar mit dem Einsatz z. B. über den Begichtungskübel in den Kupolofen aufgegeben werden. Dabei werden insgesamt hohe Anteile des Rohstoffs Eisen eingespart. Beim Absinken des Einsatzes im Kupolofen werden dann die Briketts - wie der übliche Einsatz - erwärmt und schmelzen schließlich in der heißen Zone auf. Aufgrund der hohen Dichte der mit einem hohen Preßdruck von ca. 20 000 N/cm² kompaktierten Briketts besteht dabei nicht die Gefahr des Aufschwimmens. Die Produktion von Gußeisen ist dabei in gleicher Menge und Qualität gegeben, wie bei der üblichen Verfahrensweise. Falls der Ölanteil besonders hoch sein sollte, kann eine weitere Presse zum Auspressen von überschüssigen Öl-/Wasser-Emulsionen vorgesehen sein, um z. B. den Öl- /Wassergehalt von 30% auf 5% zu reduzieren. Anschließend wird dann ebenfalls etwa 5 Gew.% gebrannter Kalk zudosiert.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von eisenhaltigen Briketts zur Verwendung in Schmelzöfen, insbesondere in Kupolöfen, wobei die Briketts aus eisenhaltigen Reststoffen, insbesondere Walzzunder, Schleifschlämmen oder Putzereistäuben gebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die eisenhaltigen Reststoffe mit zugegebenem gebrannten Kalk (Calciumoxid CaO) vermischt werden, wobei Öl- und/oder Wasseranteile in den eisenhaltigen Reststoffen unter Wärmeentwicklung und Verfestigung mit dem gebrannten Kalk reagieren, dann ein organisches Bindemittel zugegeben wird, und diese Mischung zu Briketts gepreßt wird, die nach anschließender Aushärtung dem Schmelzofen zugeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Bindemittel durch Sulfitablauge gebildet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das organische Bindemittel Melasse ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Briketts mit einer Länge zwischen 5 und 20 cm gepreßt werden, und der Gewichtsanteil des gebrannten Kalks (CaO) etwa 3-5% beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe des Bindemittels unmittelbar vor der Brikettierung in einer Zuführeinrichtung einer Brikettierpresse erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushärtung der Briketts in einer Durchlauftrocknungsanlage unter Luftumwälzung erfolgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß den eisen- und ölhaltigen Reststoffen der gebrannte Kalk (CaO) in Pulverform zudosiert wird, und nach einer Reaktionszeit von etwa einer halben Stunde das Bindemittel zugegeben wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die eisen- und ölhaltigen Reststoffe zusätzlich mit Wasser angefeuchtet werden.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die eisenhaltigen Reststoffe zur Einstellung des Ölgehalts von ca. 3-5% vor der Kalkzugabe ausgepreßt werden.

10. Verwendung von Briketts als Sekundärrohstoff in Schmelzöfen, insbesondere Kupolöfen, dadurch gekennzeichnet, daß die Briketts zu 70 bis 98 Gew.% aus eisenhaltigen Reststoffen und 2-30 Gew.% aus mit Ölanteilen reagierendem, kalkhaltigen Bindemittel bestehen.