TY - BOOK

T1 - Metallurgische Untersuchungen zur Ermittlung alternativer Wege zur Herstellung eines Vorsinterproduktes für Weichferrite

AU - Wolfmeir, Hermann

N1 - nicht gesperrt

PY - 2008

Y1 - 2008

N2 - Die voestalpine Stahl GmbH produziert jährlich ca. 15000 Tonnen Eisenoxid als pulverförmiges Nebenprodukt bei der Regeneration der Salzsäureabbeize des Kaltwalzwerkes. Aufgrund seiner Reinheit dient es als Basis für die Herstellung von MnZn-Ferriten. Diese finden als weichmagnetische Werkstoffe in hochfrequenten Induktivitäten in der Elektro- und Elektronikindustrie ein breites Applikationsgebiet. Die Produktion von MnZn-Ferriten folgt einer Prozesskette bei der zur Homogenisierung der eingesetzten Rohstoffe nach deren Vermischung und Agglomeration diese in einem Vorsinterprozess thermisch behandelt werden. Dabei wird bereits die Spinellstruktur verantwortlich für die ferrimagnetischen Eigenschaften ausgebildet, welche bei der Abkühlung großteils wieder zerfällt. Stand der Technik ist das Vorsintern in indirekt beheizten Drehrohröfen bei 950 bis 1100 °C mit Verweilzeiten von etwa 60 min, der spezifische Energiebedarf liegt bei 0,8 kWh/kg. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte zunächst eine Produktentwicklung qualitativ hochwertiger MnZn-Ferrite über die konventionelle Route. Mit den gewonnenen Prozesskenntnissen wurde die Fertigungskette erneut unter Applikation alternativer Vorsinterprozesse durchlaufen. Zur Anwendung gelangten der Pulsationsreaktor und der Fallrohrreaktor (beide mit Verweilzeiten im Sekundenbereich) bzw. das Wirbelschichtverfahren mit Verweilzeiten im Minutenbereich. Durch verkürzte Verarbeitungszeiten sind Vorteile in der Durchsatzleistung und ein verringerter Energiebedarf zu erwarten. Nach Untersuchungen zur Reaktionskinetik von MnZn-Ferriten und wärmetechnischer Berechnungen konnten die Voraussetzungen für die Anwendung von Kurzzeitvorsinterverfahren definiert werden. Eine Rücknahme der Verweilzeit in den Sekundenbereich bedingt eine Steigerung des Temperaturniveaus auf >1200 °C. Die mit den Verfahren hergestellten Vorsinterprodukte wurden bis zu fertigen Bauteilen weiterverarbeitet und hinsichtlich ihrer magnetischen Kennwerte charakterisiert. Vorsinterprodukte aus dem Fallrohrreaktor und der Wirbelschicht führen zu marktfähigen Ferritbauteilen. Der Pulsationsreaktor führt dagegen zu inhomogenen Vorsinterprodukten und nicht wettbewerbsfähigen Finalprodukten. Energetisch günstiger als das Drehrohr schneiden der Fallrohrreaktor und vor allem das Wirbelschichtverfahren ab. Für eine kontinuierlich arbeitende großtechnische Anlage kann ein Energiebedarf in der Größenordnung von 0,25 kWh/kg erwartet werden. Der Fallrohrreaktor empfiehlt sich für große Durchsatzleistungen und besticht durch seinen einfachen Aufbau.

AB - Die voestalpine Stahl GmbH produziert jährlich ca. 15000 Tonnen Eisenoxid als pulverförmiges Nebenprodukt bei der Regeneration der Salzsäureabbeize des Kaltwalzwerkes. Aufgrund seiner Reinheit dient es als Basis für die Herstellung von MnZn-Ferriten. Diese finden als weichmagnetische Werkstoffe in hochfrequenten Induktivitäten in der Elektro- und Elektronikindustrie ein breites Applikationsgebiet. Die Produktion von MnZn-Ferriten folgt einer Prozesskette bei der zur Homogenisierung der eingesetzten Rohstoffe nach deren Vermischung und Agglomeration diese in einem Vorsinterprozess thermisch behandelt werden. Dabei wird bereits die Spinellstruktur verantwortlich für die ferrimagnetischen Eigenschaften ausgebildet, welche bei der Abkühlung großteils wieder zerfällt. Stand der Technik ist das Vorsintern in indirekt beheizten Drehrohröfen bei 950 bis 1100 °C mit Verweilzeiten von etwa 60 min, der spezifische Energiebedarf liegt bei 0,8 kWh/kg. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgte zunächst eine Produktentwicklung qualitativ hochwertiger MnZn-Ferrite über die konventionelle Route. Mit den gewonnenen Prozesskenntnissen wurde die Fertigungskette erneut unter Applikation alternativer Vorsinterprozesse durchlaufen. Zur Anwendung gelangten der Pulsationsreaktor und der Fallrohrreaktor (beide mit Verweilzeiten im Sekundenbereich) bzw. das Wirbelschichtverfahren mit Verweilzeiten im Minutenbereich. Durch verkürzte Verarbeitungszeiten sind Vorteile in der Durchsatzleistung und ein verringerter Energiebedarf zu erwarten. Nach Untersuchungen zur Reaktionskinetik von MnZn-Ferriten und wärmetechnischer Berechnungen konnten die Voraussetzungen für die Anwendung von Kurzzeitvorsinterverfahren definiert werden. Eine Rücknahme der Verweilzeit in den Sekundenbereich bedingt eine Steigerung des Temperaturniveaus auf >1200 °C. Die mit den Verfahren hergestellten Vorsinterprodukte wurden bis zu fertigen Bauteilen weiterverarbeitet und hinsichtlich ihrer magnetischen Kennwerte charakterisiert. Vorsinterprodukte aus dem Fallrohrreaktor und der Wirbelschicht führen zu marktfähigen Ferritbauteilen. Der Pulsationsreaktor führt dagegen zu inhomogenen Vorsinterprodukten und nicht wettbewerbsfähigen Finalprodukten. Energetisch günstiger als das Drehrohr schneiden der Fallrohrreaktor und vor allem das Wirbelschichtverfahren ab. Für eine kontinuierlich arbeitende großtechnische Anlage kann ein Energiebedarf in der Größenordnung von 0,25 kWh/kg erwartet werden. Der Fallrohrreaktor empfiehlt sich für große Durchsatzleistungen und besticht durch seinen einfachen Aufbau.

KW - manganese-zinc ferrites

KW - ferric oxide

KW - sinter process

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KW - calcination

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KW - fluidized bed process

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KW - vertical furnace

KW - Kationische Polymerisation

KW - Mangan-Zink-Ferrite

KW - Eisenoxid

KW - Sinterverfahren

KW - Kalzination

KW - Drehrohrofen

KW - Wirbelschichtreaktor

KW - Pulsationsreaktor

KW - Fallrohrreaktor

M3 - Dissertation

ER -