SI9300380A - Metalothermic reaction mixture - Google Patents

Description

Izum se nanaša na metalotermično reakcijsko zmes, ki obstaja iz kovinskega oksida, kovine, ki je manj plemenita od kovinskega oksida, ter v danem primeru nadaljnjih dodatkov, pri čemer nastopajo posamezne sestavine v obliki majhnih delcev.

Metalotermične reakcije in zmesi za njihovo izvedbo so že več kot sto let znane. Metalotermična reakcija sloni na redukciji kovinskega oksida s kovino, ki je manj plemenita kot kovina v kovinskem oksidu, pri čemer se reakcija po lokalnem vžigu reakcijske zmesi ob razvijanju toplote bolj ali manj hitro širi po metalotermični reakcijski zmesi. Pri tem se manj plemenita kovina oksidira in splava na površje kot tekoča talina žlindre, medtem ko se talina plemenitejše kovine loči od žlindre in kopiči na spodnjem delu reakcijske posode. Tehnično so se pri tem obnesle zlasti aluminotermične in kalciotermične reakcijske zmesi za proizvodnjo železovih in jeklenih talin kot tudi za pripravo brezogljičnih kovin in specialnih zlitin.

Sprva je povzročalo težave, kako bi izvedli metalotermično, močno eksoterno reakcijo v tehnično še obvladljivi obliki. Pri tem je bii bistven predlog, da se reakcija sproži s točkovnim vžigom z lahko vnetljivo piroformno maso ali z magnezijevo folijo, kot so to prvič opisali 1. 1895 v DE-PS 96 317.

Za pripravo jeklene taline določene sestave je treba zmesi železovega oksida/aluminija dodajati elemente zlitine v različni obliki in sestavi. Sestavine zlitine lahko dodajajo reakcijski zmesi kot kovine v obliki drobirja ali v obliki njihovih oksidov ali drugih kemičnih spojin. Možno je dodajati ogljik v prosti obliki ali v obliki karbida, da dosežejo naogljičenje aluminotermično proizvedenega jekla. Reakcijski zmesi se da dodajati sredstva za dušenje eksotermne reakcije, npr. v obliki odpadnih kosov sive litine, odpadkov, dobljenih pri izsekavanju gradbenih jekel ipd.

V vseh teh primerih pa je za doseganje ponovljivega reakcijskega produkta potrebno, da poteka aluminotermična ali bolj splošno metalotermična reakcija po možnosti enakomerno in da se da ta enakomerni reakcijski potek ponavljati. Pri različno hitrem reakcijskem poteku lahko izpade sežiganje tvorcev zlitine različno. To vodi do zlitin različne sestave in s tem tudi različnih lastnosti. Če izvedejo reakcijo v livnem loncu, katerega odprtina na dnu je zatesnjena z zaporo, ki se da staliti, in ki je opisan npr. v DE-PS 32 11 831, mora staljenje zapore potekati v vnaprej točno določenem časovnem intervalu po vžigu zmesi, da je zagotovljeno, da reakcija poteče do konca in se žlindra popolnoma loči od taline kovine. Pri prezgodnjem staljenju zapore lahko iztekajoča kovinska talina potegne s seboj še neodločene tekoče delce žlindre. Če pa pride do staljenja zapore prepozno, je talina lahko že premočno ohlajena in s tem v stanju, ki je pri določenih tehničnih postopkih nezaželeno.

Poizkušali so izboljšati ponovljivost metalotermične reakcije z optimiranjem reakcijskih loncev glede njihove oblike (stožčasti lonci z različnimi naklonskimi koti), velikosti, oblog, pokrovov ipd. Pri tem so dosegli določene izboljšave. V posebni meri pa je bila vsekakor za rezultat reakcije in njeno ponovljivost odločilna ročna spretnost in izkušnje osebja, ki mu je bila zaupana izvedba reakcije.

Predloženi izum se ukvarja s tehničnim problemom enakomernosti metalotermične reakcije, zlasti aluminotermične reakcije železovega oksida, da bi izboljšali ponovljivost reakcijskega poteka in s tern reakcijskega časa in reakcijskih produktov. Pri tem naj bi dosegli izboljšanje v bistvu s posebno ugodno sestavljeno reakcijsko maso, ne da bi pri tem zanemarili znane aparativne možnosti izboljšave.

Metalotermična reakcijska zmes v smislu izuma je značilna po tem, da vsaj 20 mas.% kovinskega oksida nastopa v obliki kroglastih delcev z velikostjo posameznega delca > 0 do 3.0 mm.

Običajno se uporablja za pripravo metalotermičnih zmesi kot železov oksid škaja, ki nastane pri valjanju ali vlečenju žice, pri čemer nastopajo v zmesi med seboj močno odstopajoče oblike: delci v obliki paličic, ploščati, skoraj pravokotni ali ovalni in skoraj kubični delci, katerih zmes celo pri močno omejeni širini traku spektra zrnavosti še vedno lahko izove razlike v reakcijskem poteku, kar ima za posledico različne toplotne izgube zaradi neenakomernega sevanja ali odprtje

J zapore livnega lonca v nepravem trenutku. Razlike v reakcijskem poteku lahko vplivajo tudi na sestavo končnega produkta.

Pri uporabi zmesi v smislu izuma opazimo, da reakcijski potek postane enakomeren. Ne da bi želeli omejiti predloženi izum z naknadnimi hipotezami o možnih razlogih za to, pa bi vendar mogli reči, da je enakomernost reakcijskega poteka pri uporabi delcev kovinskega oksida pogojeno z definiranim razmerjem med površino in maso, ki se vzpostavi z vsaj delno nadomestitivjo delcev, ki so bili doslej v razpršeni obliki, v smislu izuma z delci v kroglasti obliki. Pri tem nam je omogočeno, da z izbiro primerne velikosti zrn pripravimo reakcijske zmesi, ki imajo želen reakcijski potek.

Pri tem je presenetljivo, da se zaželena enakomernost reakcije pojavi že pri nadomestitvi samo okoli 20 mas.% običajnih delcev kovinskega oksida s takimi v kroglasti obliki in da se stalno stopnjuje do statistično še dokazljivega optimuma pri okoli 90 mas.% delcev kovinskega oksida v kroglasti obliki.

Delce kovinskega oksida se da po postopkih, znanih iz stanja tehnike npr. s peletiziranjem, pretvoriti v kroglasto obliko. Pri tem zgostimo delce kovinskega oksida, npr. železovega oksida, v kotalnem mlinu. Delce, ki jih pri tem dobimo v obliki kroglic, nato sejemo na želeno porazdelitev velikosti zrn.

Prednostna zmes vsebuje kroglaste delce z velikostjo delcev 0.1 do 2.0 mm. Taka zmes hitro reagira in v kratkem času sprosti pri reakciji tvorjeno množino toplote. Toplotna izguba zaradi sevanja se zmanjša na minimum.

Poseben problem pri pripravi, transportu, rokovanju kot tudi skladiščenju metalotermičnih reakcijskih zmesi, v kolikor se ne nahajajo v utrjeni obliki, je njihova težnja, da se zmes loči na sestavine. To je zlasti posledica razlik v specifični masi sestavin metalotermične reakcijske zmesi.

Sedaj pa smo ugotovili, da to ločitev sestavin zmesi pri reakcijskih zmeseh lahko inhibiramo. To se posreči na preprost način tako, da manj plemenito kovino, na splošno torej aluminij ali kalcij, uporabimo v obliki, ki odstopa od kroglaste oblike, npr. pretežno v obliki drobirja (Šrot) z velikostjo delcev > od 0 do 1.5 mm. S kombinacijo kroglastega kovinskega oksida določene velikosti delcev z redukcijsko kovino določene velikosti delcev, ki nastopa v obliki drobirja, dosežemo maksimum enakomernosti reakcijskega poteka, ob tem pa v najvišji meri zanesljivost proti razmešanju reakcijske zmesi pri transportu, rokovanju in skladiščenju.

V metalotermični reakcijski zmesi v smislu izuma je kovinski oksid prednostno železov oksid in manj plemenita kovina prednostno aluminij. Po potrebi lahko dodamo aditive za zlitine. Kroglasti železov oksid lahko dobimo ustrezno po že opisanem postopkom z zgoščevanjem v kotalnem mlinu, ali po drugih postopkih, ki so za strokovnjaka dostopni brez izumiteljskega prispevka. Lahko pa uporabimo delce železovega oksida, ki nastanejo pri drugih postopkih, v kolikor imajo kroglasto obliko, zlasti in prednostno, če so dobljeni z recikliranjem ostankov izjedkalnih kopeli. Pri tem izrabljamo industrijski odpadni produkt, kije na voljo v velikih množinah, na gospodarsko prikladen in tehnično dragocen način.

Primeri za metalotermične reakcijske zmesi v smislu izuma, vsakokrat z ozirom na aluminotermično osnovno zmes iz železovega oksida in aluminija v skupni masi po 1000 g, so :

Zmes 1:

800 g FeO, kroglaste oblike, razpon zrnavosti > 0 - 3.0 mm

200 g Al, drobir (Šrot), razpon zrnavosti > 0 - 1.5 mm

Zmes 2:

763 g ΡεβΟφ kroglaste oblike, razpon zrnavosti > 0 - 3.0 mm

237 g Al, drobir (Šrot), razpon zrnavosti > 0 - 1.5 mm

Zmes 3 :

747 g Fe2O3, kroglaste oblike, razpon zrnavosti > 0 - 3.0 mm

253 g Al, drobir (Šrot), razpon zrnavosti > 0 - 1.5 mm

Zmes 4:

572 g Fe3O4, kroglaste oblike, razpon zrnavosti > 0 - 3.0 mm

191 g Fe3O4, valjarska skaja, razpon zrnavosti > 1 - 3.0 mm

237 g Al, drobir (Šrot), razpon zrnavosti > 0 - 1.5 mm

Zmes 5 :

448 g Fe2O3, kroglaste oblike, razpon zrnavosti > 0 - 3.0 mm

299 g Fe2C>3, valjarska škaja, razpon zrnavosti > 0 - 1.5 mm

253 g Al, drobir (Šrot), razpon zrnavosti > 0 - 1.5 mm

Zmes 6:

Kot zmes 5, le z dodatkom 350 g feromangana v obliki delcev.

Claims (6)

1. PATENTNI ZAHTEVKI

   1. Metalotermična reakcijska zmes, ki obstaja iz kovinskega oksida, iz kovine, ki je manj plemenita od kovinskega oksida, in v danem primeru nadaljnjih dodatkov, pri čemer nastopajo posamezne sestavine v obliki majhnih delcev, označena s tem, da vsaj 20 mas. % kovinskega oksida nastopa v obliki kroglastih ali vsaj približno kroglastih delcev z velikostjo posameznega delca > 0 do 3.0 mm.
2. 2. Zmes po zahtevku 1, označena s tem, da imajo kroglasto oblikovani delci velikost 0.1 do 2.0 mm.
3. 3. Zmes po enem ali obeh zgornjih zahtevkih, označena s tem, da je kovinski oksid železov oksid in manj plemenita kovina aluminij.
4. 4. Zmes po zahtevku 1 ali 2, označena s tem, da kot kroglasto oblikovan železov oksid uporabimo produkt, dobljen pri recikliranju ostankov iz jedkalnih kopeli.
5. 5. Zmes po zahtevku 1, 2 ali 3, označena s tem, da železov oksid nastopa v peletizirani obliki.
6. 6. Zmes po enem ali več zgornjih zahtevkov, označena s tem, da manj plemenita kovina nastopa pretežno v obliki drobirja, ki odstopa od kroglaste oblike, z velikostjo delcev > 0 do 1.5 mm.