NO861231L - Jernholdig brikett. - Google Patents

Abstract

Brikett, i det vesentlige bestående av metallisert jern, granulert eller finfordelt silisiumoksyd, en karbonkilde sa som koksslagg,. og et bindemiddel sa som natriumsilikat eller en blanding av kalsiumhydroksyd og molasse, er beskrevet. Den foretrukne formen av jern er fine, metalliserte jernpartikler dannet ved direkte reduksjon av jernoksyd. Når briketten fremstilles av fine partikler av varmt, metallisert jern kan mengden av bindemiddel reduseres eller utelates fullstendig.

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører briketter som har et innhold av metallisk jern for anvendelse ved fremstillingen av jern og stål såvel som bindemiddelet som anvendes ved fremstillingen av slike briketter og fremgangsmåten for agglomerering.

Ved fremstillingen av jern og stål er det vanlig å gjøre visse tilsatser til smelteovnen, f.eks. av forskjellige metallholdige produkter i form av legeringer så som ferro-silisium. Ferro-silisium inneholder normalt en betydleig mengde karbon.

I brikettene ifølge foreliggende oppfinnelse danner metallisert jern, silisiumoksyd og karbon sammensetningen av en brikett som er av stor verdi ved støpingsutførelser og andre jern- og stålfremstillingsanvendelser. Briketten opphever behovet for dyre ferro-silisiumtilsatser innenfor støpings- eller stålfremstillingsanvendelsen hvori den benyttes.

Briketten, ifølge oppfinnelsen, inneholder fortrinnsvis fine partikler av metallisert jern som grunnleggende bestanddel i sammensentingen. Tidligere kjente briketter inneholder fine partikler av jernoksyd. Nærværet av fine metalliserte partikler reduserer energibehovet for smelting av briketten ifølge oppfinnelsen, sammenlignet med behovet ved tidligere kjente briketter. Siden fine partikler av jern befinner seg i metallisert tilstand vil den energien som normalt kreves for å redusere jernoksyd til jern ikke være påkrevet ved noen fremgangsmåte som anvender brikettene ifølge oppfinnelsen som råmateriale.

Ifølge en teori som synes sannsynlig, men som man ikke ønsker å være bundet til, virker jernet som finnes i briketten ifølge oppfinnelsen som en katalysator under reduksjonen av silisiumoksydet som finnes deri ved smelting av briketten. Siden jernet i briketten ikke må reduseres før smeltingen er energibehovet naturligvis redusert.

Patentene vedrørende det nærmest liggende teknikkens stand innbefatter U.S. patent nr. 4,032,352, U.S. patent nr. 4,179,283, U.S. patent nr. 4,179,283, U.SD. patent nr. 4,395,284, U.S. patent nr. 3,431,103 og U.S. patent nr. 1,134,128.

U.S patent nr. 4,032,352 beskriver en bindemiddelsammensetning for direkte agglomerering av fine partikler av redusert jern for å forhindre reoksydasjon av det metalliserte jernet son^finnes deri. Det finnes ikke granulert silisiumoksyd i denne briketten. Videre finnes det ikke noe karbonhodlig reduksjonsmiddel i briketten for å oppnå reduksjon av silisiumoksyd. Den viktigste komponenten er tilstede for anvendelse som et bindemiddel. Det skal bemerkes at vann er en viktig bestanddel i alle bindemiddelsammensetningene ifølge det nevnte patentet.

U.S. patent nr. 4,179,283 beskriver brikettering utelukkende av metall-oksyder og det finnes ikke noe direkte redusert jern i den omtalte briketten. Det benyttes to forskjellige kilder for karbon, en meget reaktiv karbonkvalitet og en karbonkvalitet av lav reaktivitet.

U.S. patent nr. 4,395,284 beskriver at jern og et bindemiddel er valgfrie, men ikke essensielle, bestanddeler. Det beskrives porøse, kompakterte stykker for anvendelse som er råstoffmateriale i en elektrisk ovn, materialet har en tilsynelatende lav tetthet og høy indre porøsitet. I det angitte patentet angis det at opptil ca. 15% av silisiumoksydvekten kan være jernpartikler.

U.S. patent nr. 3,431,103 beskriver fremstilligen av ferro-silisium under anvendelse av en brikett med jerninnhold så lave som 8%. Dette er betydelig lavere enn jerninnholdene i brikettproduktene ifølge foreliggende oppfinnelse.

U.S. patent nr. 1,134,128 beskriver et ferro-silisiumprodukt som inneholder fra 53 til 54,5% silisium. Det angis at regulære legeringer inneholder fra 25 til 60% silisium, som er ekvivalent med 38 til 66% silisiumoksyd (SiC^), dette er betydelig mer silisiumoksyd enn i brikett - produketet ifølge foreliggende oppfinnelse.

Foreliggende oppfinnelse adskiller seg fra hver av disse brikettene ifølge tidligere kjent teknikk angitt ovenfor ved at brikettene ifølge oppfinnelsen inneholder silisiumoksyd, karbon og jern hvorav over 60% er metallisert, når brikettene fremstilles ved varmkompaktering. Når brikettene fremstilles ved kaldkompaktering anvendes et bindemiddel så som natriumsilikat, eller en blanding av kalsiumhydroksyd og molasse.

Hovedformålet med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en jernholdig brikett som innbefatter silisiumoksyd, hvor briketten kan anvendes istendenfor det dyrere ferro-silisium ved forskjellige stålfremstillings- og støperianvendelser.

Det er også et formål ved foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en jernholdig brikett som inneholder silisiumoksyd, hvor hovedkomponenten er fine metalliserte jernpartikler fra en direkte reduksjonsovn.

Briketten ifølge oppfinnelsen kan enten være en kaldkompaktert brikett som krever anvendelse av et bindemiddel, eller en varmkomaktert brikett som ikke krever noe bindemiddel.

For en kaldkomaktert brikett er det foretrukne bindemiddelet 3 deler kalk og 5 deler molasse. Kalk i bindemiddelet foreligger i form av hydrert kalk, som er kalsiumhydroksyd.

Området for komponentene i den varmkompakterte briketten er:

50 til 90% fine metalliserte jernpartikler

7 til 35% silisiumoksyd (SiC^)

5 til 15% karbon.

Alle disse komponentene bør foreligge i finfordelt form, fortrinnsvis minus 3 millimeter.

Ved fremstilling med bindemiddel for kaldkompaktering blandes fra 85 til 99 deler av blandingen av finfordelt materiale med 1 til 5 deler bindemiddel, den optimale kaldkompakteringsbriketten inneholder 92 deler finfordelt materiale og 8 deler bindemiddel.

Den jernholdige briketten ifølge oppfinnelsen består hovedsakelig av fra 50 til 90% metallisert jern, fra ca. 7 til ca. 35% silisiumoksyd og fra ca.

5 til ca. 15% karbon. Jernet i sammensetningen foreligger i form av fine jernpartikler, fortrinnsvis fremstilt ved direkte reduksjon av jernoksyd, og er minst 60% metallisert, men vanligvis mer enn 80% metallisert. Betegnelsen "metallisert" slik den benyttes i foreliggende beskrivelse, betyr ikke belagt med metall, men betyr tilnærmet fullstendig redusert til metallisk tilstand, dvs. alltid mer enn 60% metall, og vanligvis mer enn 80% metall i materialet. Slik metallisert jern er i mange former, innbefattet pellets, velegnet som råmateriale for stålfremstillingsovner så som en elektrisk lysbueovn. Silisiumoksydet er tilstede i finfordelt eller granulert form og karbonet er fortrinnsvis en komponent av et fast brennstoff, så som kull eller koks som alternativt kan være bek eller tjære.

Fortrinnsvis er partikkelstørrelsen av alle komponentene mindre enn 3 mm, mest fortrinnsvis er partikkelstørrelsen av alle komponentene mindre enn 1,5 mm før brikettering.

Et mer fordelaktig område av komponenter i briketten er fra 50 til 70% metallisert jern, 15 til 35% silisiumoksyd og 8 til 15% karbon.

Blandingen angitt ovenfor kan briketteres ved varmbrikettering ved en temperatur på minst 600 "C og et trykk på minst 6895 kPa, slik at det dannes en varm, jernholdig brikett. Kompakteringstrinnet utføres fortrinnsvis ved en temperatur på fra ca. 650 til 750 °C.

Vanligvis antas det at kaldbrikettering av sammensetningen vil finne sted hvorved fra 85 til 95 vektdeler av sammensetninge blandes med fra 1 til 15 deler av et bindemiddel. Det foretrukne bindemiddelet er en blanding av kalsiumhydroksyd og molasse i tilnærmet like store deler, med en optimal sammensetning på 3 deler kalk til 5 deler molasse. Imidlertid kan hver komponent være tilstede i en mengde på fra 30 til 70% av bindemiddelet. Alternative bindemidler er natriumsilikat, bek, og tjærer, andre organiske eller kjemiske bindemidler og sementer.

Brikett-produkter ifølge oppfinnelsen fylles i en sjaktsmelteovn, som f.eks. en kuppelovn eller en annen smelteovn. Noe av silisiumoksydet i briketten vil reduseres under smelteprosessen, og det metalliske silisiumet vil bli tilgjengelig for det smeltede produktet som et legeringselement. Følgelig fremgår det at de foreliggende brikettene kan anvendes istedenfor det dyrere ferro-silisiumet.

I en kuppelovn, som er en smelteovn og ikke en reduksjonsovn, oppstår et tap i smelteeffektivitet når reduksjon av både silisiumoksyd og jernoksyd må utføres i ovnen. Når bare silisiumoksydet må reduseres, dvs. dersom jernoksydet allerede er redusert til den metalliserte jern-formen, vil tapet i smelteeffektiviteten minimaliseres. For å redusere silisiumoksyd i en brikett må jern være tilstede.

En brikett består hovedskaelig av fine partikler av metallisert, direkte redusert jern, finfordelt eller granulert silisiumoksyd, en karbonkilde så som koksslagg eller fine kullpartikler, og et bindemiddel så som en blanding av kalsiumhydroksyd og molasse. Etter at blandingen er komprimert til en brikett kan briketten tørkes eller herdes ved lav temperatur, f.eks. fra 150 til 200 °C for å fjerne eventuell fuktighet og forbedre den usintrede styrken. Den usintrede briketten bør gi en redusert brikett som inneholder en høy prosent andel silisium, muligens så mye som 50 vekt-%.

I de følgende tabellene sammenlignes de kjemiske analysene for forskjellige ferro-silisiumsammensetninger med ekvivalente ferro-silisium-oksydbriketter ifølge oppfinnelsen.

Briketten kan inneholde ytterligere karbon utover den støkiometriske mengden, slik at en del vil virke som brennstoff og tilveiebringe reaksjonsvarme for reduksjonen og tilføre den nødvendige energien for å oppvarme og smelte det reduserte jernet og silisiumet til avtappings-temepraturen (ca. 1500° C).

Alternative bindemidler av matrikstypen så som kull-tjærebek, petroleum-asfalt, Portland-sement, leire, eller gilsonitt, eller bindemidler av filmtypen så som natriumsilikat, plastharpikser, stivelse, bentonitt, eller limtyper, eller bindemidler av den kjemiske typen så som hydrert kalk og karbondioksyd, natriumsilikat og kalsiumklorid, eller natriumsilikat og karbondioksyd ansees alle som egnede bindemidler for foreliggende oppfinnelse.

Fra den foregående beskrivelsen fremgår det at det er tilveiebrakt et brikett-produkt hvori hovedkomponenten er direkte reduserte, fine metaliserte jernpartikler, for stålfremstillings- og støperiformål, som oppfyller de formålene som er angitt ovenfor. Modifikasjoner kan utføres uten at man avviker fra oppfinnelsens omfang, og hvor oppfinnelsen begrenses utelukkende av de følgende kravene.

Claims (20)

1. Jernholdig brikettprodukt, karakterisert ved at det hovedsakelig består av fra 50 til 90% metallisert jern, fra 7 til 37% silisiumoksyd, fra 5 til 15% karbon og fra 1,0 til 3,5% andre komponenter.

2. Jernholdig brikett ifølge krav 1, karakterisert ved at det metalliserte jernet er tilstede i en mengde på fra 50 til 70%, silisiumoksyd er tilstede i en mengde på fra 15 til 35% og karbon er tilstede i en mengde på fra 9 til 15%.

3. Jernholdig brikett ifølge krav 1, karakterisert ved at karbonet er tilstede som en komponent av et fastbrent stoff.

4. Jernholdig brikett ifølge krav 3, karakterisert ved at karbonet er tilstede som koks.

5. Jernholdig brikett ifølge krav 3, karakterisert ved at karbonet er tilstede som kull.

6. Jernholdig brikett ifølge krav 3, karakterisert ved at karbonet er tilstede som bek eller tjære.

7. Jernholdig brikett ifølge krav 1, karakterisert ved at jernet foreligger i form av fine metalliserte jernpartikler.

8. Jernholdig brikett ifølge krav 1, karakterisert ved at partikkelstørrelsen av komponentene er mindre enn 3 mm før brikettering.

9. Brikett ifølge krav 8, karakterisert ved at partikkel-størrelsen av komponentene er mindre enn 1,5 mm før brikettering.

10. Jernholdig brikett ifølge krav 1, karakterisert ved at det metalliserte jernet er metallisert i et omfang på minst 60%.

11. Brikettsammensetning, karakterisert ved at den i det vesentlige består av 85 til 99 vektdeler av sammensetningen ifølge krav 1 og fra 1 til 15% av et bindemiddel.

12. Briketsammesetning ifølge krav 11, karakterisert ved at bindemiddelet er et matriks-, film-, eller kjemisk bindemiddel.

13. Brikettsammensetning ifølge krav 12, karakterisert ved at bindemiddelet er av filmtypen og er valgt fra gruppen bestående av: natriumsilikat, plastharpikser, stivelse, bentonitt og limtyper.

14. Brikettsammensetning ifølge krav 12, karakterisert ved at bindemiddelet er av den kjemiske typen og er valgt fra gruppen bestående av en blanding av kalsiumhydroksyd og molasse, hydrert kalk og karbondioksyd, natriumsilikat og kalsiumklorid, og natriumsilikat og karbondioksyd.

15. Brikettsammensetning ifølge krav 14, karakterisert ved at bindemiddelet er 30 til 70% kalsiumhydroksyd og 30 til 70% molasse.

16. Brikettsammensetning ifølge krav 12, karakterisert ved at bindemiddelet er av matrikstypen valgt fra gruppen bestående av bek, kull-tjærebek, petroleumsasfalt, Portland-sement, leire og gilsonitt.

17. Fremgangsmåte for fremstilling av en varm, jernholdig brikett, karakterisert ved at den innbefatter: -blanding av av fra 50 til 90% fine partikler av varm metallisert jern ved en temperatur på minst 600 "C, fra 7 til 35% silisiumoksyd, og fra 5 til 15% karbon; og -kompaktering av blandingen ved et trykk på minst 6895 kPa, slik at det dannes en varm, jernholdig brikett.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, karakterisert ved at kompakteringstrinnet utføres ved en temperatur på fra ca. 650 til 750 "C.

19. Fremgangsmåte for fremstilling av en jernholdig brikett, karakterisert ved at den innbefatter: -blanding av 85 til 99 vektdeler av en blanding bestående av: fra 50 til 90% fine, metalliserte jernpartikler, fra 7 til 35% silisiumoksyd, og fra 5 til 15% karbon; med 1 til 15 vektdeler av et bindemiddel innbefattende utelukkende 30 til 70% kalsiumhydroksyd og 30 til 70% molasse.

20. Fremgangsmåte ifølge krav 19, karakterisert ved at den ytterligere innbefatter herding av briketten ved en temperatur på fra 150 til 200 'C.