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Verfahren zur Herstellung einer blankbleibenden Eisenlegierung bzw. eines solchen
Stahles.
Bei der Herstellung von blankbleibenden Eisenlegierungen bzw. eines solchen Stahles hat es sich gezeigt, dass grössere Verluste an Chrom entstehen, weil sich die bisher dabei verwendete basische Schlacke mit Chrom anreichert.
Gemäss der vorliegenden Erfindung wird dieser Nachteil dadurch beseitigt, dass Ferrochrom unter einer durch Zusatz von titanhaitigen Substanzen teilweise oder vollständig neutralisierten Schlacke entkohlt und gereinigt wird, worauf es als Legierungsbestandteil mit gereinigtem Eisen verschmolzen wird. Es hat sich ferner als zweckmässig erwiesen, die Schlussraffination und Entkohlung der vereinigten Schmelzen von Ferrochrom und Eisen ebenfalls unter einer durch Zusatz von titanhaltigen Substanzen ganz oder teilweise neutralisierten Schlacke vorzunehmen.
Durch die Verwendung einer solchen Schlacke wird nicht nur erreicht, dass Chrom in viel geringerem Masse in die Schlacke übergeht, sondern man erzielt überdies den Vorteil, dass gleichzeitig auch Kohlenstoff, Silizium, Schwefel und Phosphor in erheblichem Masse ausgeschieden werden und die Schlacke eine grössere Leichtflüssigkeit aufweist. Die Schlacke kann nach dem Erkalten zerkleinert und bei einer neuerlichen Ferrochrombereitung durch Reduktion von Chromerzen als Flussmittel und Chromzuschlag verwendet werden.
Für die Reduktion des Chromoxydes ist ein elektrischer Lichtbogenofen vorzuziehen, für das Entkohlen, Desoxydieren und Raffinieren am Schlusse dagegen ein kombinierter Lichtbogen-und Widerstandsofen mit oben und am Boden angeordneten Elektroden, wie z. B. der von Greaves-Etehell. Der Schmelzraum der elektrischen Ofen muss aus basischem Material bestehen.
Die Herstellung des Grundmaterials für rostfreies Eisen oder blankbleibenden Stahl kann bei- spielsweise folgenderart ausgeführt werden :
Das Eisen wird in einem der üblichen für die Erzeugung von Roheisen dienenden Hochöfen in gewöhnlicher Weise gewonnen und im noch geschmolzenen Zustande in einen Konverter übergeleitet. Hier wird es einem Bessemerprozess unterworfen, welch letzterer aber in einem bestimmten Stadium unterbrochen wird. Es kann hiefür auch geschmolzenes Eisen aus einem Kupolofen verwendet werden.
Aus dem Konverter wird das geschmolzene Eisen in den kombinierten elektrischen Ofen übergeführt, in welchem die erwähnte Endbehandlung (Mischen mit geschmolzenem Ferrochrom, Entkohlen, Desoxydieren und Raffinieren) stattfindet. Während dieser Schlussraffination können Zusätze von Eisenlegierungen oder sonstigen Metallen gemacht werden, um speziellen Anforderungen zu entsprechen ; so z. B. solche von Molybdän, Vanadium, Titan, Wolfram, Kupfer, Nickel, Monellmetall, Mangan usw.
Um eine Legierung herzustellen, die einen gewissen Prozentsatz von Nickel und Kupfer enthält, ist es vorzuziehen, diese in legierter Form einzubringen, z. B. als Monellmetall.
Wird Abfall oder ein Gemenge von Abfällen und Roheisen als Ausgangsmaterial verwendet, so werden diese in einem gewöhnlichen Ofen mit zugänglichem basischem Sehmelzraum, wie solche in der Stahlerzeugung allgemein Verwendung finden, in bekannter Weise geschmolzen und mittels Schlacke raffiniert, worauf das geschmolzene Metall in den kombinierten elektrischen Ofen übergeführt wird, wo die Weiterbehandlung (inniges Mischen mit geschmolzenem Ferrochrom, Dexsoydation und Schluss- raffination) in der weiter unten beschriebenen Weise erfolgt.
Die Reduktion und Raffination des Chromoxydes sind, wie schon erwähnt, in getrennten elektrischen Öfen vorzunehmen, u. zw. in Gegenwart von Reduktionsmitteln, wie z. B. Kohlenstoff, Aluminium, Silizium, Kalzium, Kalziumsilizid, Kalziumkarbid, Magnesium od. dgl. Unter Reduktionsmittel ist hier irgendein Metall, eine metallische Verbindung oder irgendeine Mischung derselben in einem beliebigen Verhältnis verstanden, insoweit diese die Fähigkeit haben, die Reduktion der Oxyde oder Verbindungen des im Erz enthaltenen Metalles bzw. der Metalle zu bewirken. Der Prozess geht unter Wärmeentwicklung vor sich. Mit Vorteil wird ein Reduktionsmittel verwendet, bestehend aus einer Mischung einiger der erwähnten Elemente oder Verbindungen, die in irgendeiner Form hergestellt wird, z.
B. in der Form einer Eisenlegierung derselben, u. zw. in zerkleinertem Zustande, so dass die Stückc11en durch ein 3 mm-Sieb durchgehen, und innig vermischt mit dem Chromerz und Flussmittel in einem solchen Verhältnis, dass die vollständige Reduktion des Metalles aus dem Erz gewährleistet ist.
Die Mischung aus Chromerz, Reduktionsmittel und Flussmittel wird in den elektrischen Lichtbogenofen eingebracht und der Strom durchgelassen, bis die Reduktion des Metalles vollständig bewerkstelligt ist. Dabei entsteht eine geschmolzene Masse aus Chrom, Eisen und Metalloiden, die als Ferrochrom bekannt ist und einen gewissen Gehalt an Kohlenstoff aufweist, der je nach der Natur und der Menge der angewendeten Reduktionsmittel variiert. Die gewonnene Chromeisenlegierung wird im geschmolzenen Zustande in den kombinierten elektrischen Ofen zwecks Entkohlung und Raffination
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erwünschten Grad neutralisiert ist.
Die Temperatur wird im Ofen mittels der oberen Elektroden so hoch gebracht, dass sich die neutralsierte Schlacke so schnell als möglich bildet. Sobald die Schlacke geschmolzen ist, wird gegebenenfalls eine weitere bestimmte Menge einer stark titanoxydhaltigen Substanz auf ihre Oberfläche gleichmässig verteilt, aufgeworfen. Im Laufe der fortgesetzten Erhitzung vermischt sich das Titanoxyd vollkommen mit dem übrigen Schlackenmaterial. Nunmehr werden die Bodenelektroden eingeschaltet, so dass sich ein kontinuierlicher Fluss von Metall unter der Schlacke ergibt. Man kann Ferrochrom mit verschiedenen Kohlenstoffgehalt verwenden, z. B. mit 1-6%, da es, wie beschrieben, vor dem Mischen mit dem Eisenbad raffiniert wird.
Die sich ergebende Raffinationsschlacke kann man nach Beendigung des Raffinationsprozesses aus dem Ofen abziehen, zerkleinern und im elektrischen Schmelzofen als Rohmaterial, Schlackenbildner und Flussmittel für das Chromerz verwenden. Hiedurch wird der Verlust an Chrom ausserordentlich verringert.
Die Herstellung des blankbleibenden Eisens oder Stahles erfolgt derart, dass das raffinierte Ferrochrom mit dem gereinigten Eisen in einem ändern kombinierten elektrischen Ofen innig vermischt wird, u. zw. in einem solchen Verhältnis, dass sich im fertigen Produkt der gewünschte Prozentsatz ergibt. Setzt man nach Bildung einer desoxydierenden Schlacke die Bodenelektroden des Ofens in Tätigkeit, so erhält man ohne Rühren oder Schütteln ein völlig homogenes desoxydiertes Material. Zweckmässig wird auch diese Schlussraffination bzw. Entkohlung unter einer Schlacke vorgenommen, die durch Zusatz von titanhaltigen Substanzen ganz oder teilweise neutralisiert wurde.
Eventuell kann man auch Sauerstoff oder Wasserstoff in Bläschenform durch das geschmolzene Ferrochrom treiben, um Kohlenstoff, Schwefel und Phosphor zu oxydieren, doch ist dieser Vorgang kostspielig und der Verlust an Chrom durch Übergang in die Schlacke wird grösser.
Durch das vorliegende kontinuierliche Verfahren wird eine vollständig homogene Legierung erzielt, die jeden beliebigen, für irgendeinen Zweck erwünschten Prozentsatz an Chrom, Kohlenstoff, Legierungsmetallen und Metalloiden enthalten kann.
Damit Eisen zuverlässig eine besondere Widerstandsfähigkeit gegen Rost und sonstige günstige physikalische Eigenschaften aufweist, sollen Kohlenstoff, Schwefel und Phosphor insgesamt im Endprodukt nicht mehr als 0'5% ausmachen.
Eine brauchbare Zusammensetzung einer blankbleibenden Eisenlegierung ist folgende : Chrom : 9-20%, Silizium : 0-5-2-5%, Kohlenstoff, Schwefel und Phosphor zusammen nicht über 0'5% (im Endprodukt), Rest Eisen.
Eine Eisenlegierung mit besonders grosser Widerstandsfähigkeit gegen Säuren und Rost und mit besonders günstigen physikalischen Eigenschaften enthält : Chrom : 9-20%, Silizium : 0-5-2-5%,
Kupfer : 0-02-2%, Nickel : 0-5-3%, Kohlenstoff, Schwefel und Phosphor zusammen nicht über 0'5% (im Endprodukt) und Rest Eisen. Weiters kann noch ein geringer Zusatz von Molybdän (nicht über 0'5%) oder Vanadium (nicht über 0-25%) gemacht werden.
Um gute Resultate zu erzielen, ist genaues Arbeiten nötig, so dass die Mengenverhältnisse im fertigen Produkt tatsächlich den angegebenen entsprechen. Zu diesem Zwecke ist es vorteilhaft, den
Schöpfer (Löffel) mit einer geeigneten Wiegevorrichtung zu kombinieren und die erforderlichen Mengen bei der Überführung in den kombinierten elektrischen Ofen durch diesen Wiegelöffel laufen zu lassen.
Die fertige Eisenlegierung wird in Barren oder sonstige geeignete Formen gegossen, um dann in üblicher Weise weiter verarbeitet zu werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung einer blankbleibenden Eisenlegierung bzw. eines solchen Stahles, dadurch gekennzeichnet, dass Ferrochrom unter einer durch Zusatz von titanhaltigen Substanzen teilweise oder vollständig neutralisierten Schlacke entkohlt und gereinigt wird, worauf es als Legierungs- bestandteil mit gereinigtem Eisen verschmolzen wird.
2. Verfahren zur Herstellung einer blankbleibenden Eisenlegierung bzw. eines solchen Stahles, dadurch gekennzeichnet, dass die Sehlussraffination und Entkohlung der vereinigten Schmelzen von
Ferrochrom und Eisen unter einer durch Zusatz von titanhaltigen Substanzen teilweise oder vollständig neutralisierten Schlacke vorgenommen werden.