-
Verfahren zur Herstellung von rostfreiem Stahl. Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur Herstellung von rostfreiem Stahl und bezweckt, die Schwierigkeiten
zu überwinden, welche bei der Erzeugung von Eisenlegierungen, die einen geringen
Kohlenstoffgehalt aufweisen, auftreten. Es ist bekannt, Metalloxyde in Form von
Erzen sowie auch Salze des Chroms, Wolframs, Nickels, Mangans usw. nach der aluminothermischen
Methode mit reduzierenden Metallen, wie Aluminium oder Magnesium, zu mischen und
mit dein geschmolzenen Metall, z. B. Eisen, durchzumischen. Das aluminothermische
Gemisch wird dabei in fein vermahlenem Zustande hinzugefügt und vor der Einwirkung
entzündet, wobei beträchtliche Wärmemengen entwickelt und das Metalloxyd reduziert
wird, wonach sich das abgeschiedene Metall mit dem geschmolzenen Eisen legiert.
Es ist ferner bekannt, zwecks Herstellung von verfeinerten Eisenchromlegierungen
das rohe Chromeisen der Einwirkung des Windes in einem Konverter u. dgl. zu unterwerfen
und mit der Schmelze vor oder nach dem Abstechen aus dem Konverter das aluminothermische
Gemisch durchzumischen, welches z. B. eine Chromverbindung enthält, zu dem Zweck,
eine bestimmte Menge desselben in die endgültige Legierung hineinzubrin-en. Diese
bekannten Verfahren gehen notwendigerweise von einem leicht entzündlichen, d. h.
fein -gepulverten aluminothermischen Gemisch aus, was die Kosten vergrößert und
den Nachteil bringt, daß sich die Schlacke in der ganzen Masse der Schmelze bildet,
welche das durch Reduktion ausgeschiedene Metall einhüllt und beim Aufschwimmen
auf die Oberfläche mitreißt. Ein großer Teil der voluminösen Schlacke, welche auf
diese Weise in ihrem spezifischen Gewicht infolge des eingeschlossenen Metalls schwerer
geworden ist, bleibt jedoch in der Schmelze längere Zeit bestehen und wird beim
Abstechen von der geschmolzenen Masse mitgerissen, so daß die Stichlöcher verstopft
werden. Während diese bekannten Verfahren zu den sogenannten Einbadeerfahren zählen,
d. h. solchen, bei welchen die Reduktion des Metalls und dessen Legierung mit der
Hauptmasse der Schmelze in einem einzigen Arbeitsgang bewerkstelligt werden, gibt
es bekanntlich noch Zweibadverfahren, d. h. solche, bei welchen das zu legierende
Metall oder Metallegierung vorgängig, d. h. in einem getrennten Arbeitsgang hergestellt
und dann in einem zweiten Arbeitsgang der Hauptmasse, z. B. dem Stahl, hinzugefügt
wird. Dieses Zweibadverfahren gestattet allerdings eine sehr genaue Regelung der
Menge
und der Zusammensetzung des zu legierenden Metalls, ist aber
offenbar umständlich und kostspielig.
-
Das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung gehört zu den Einbadverfahren,
vermeidet jedoch die genannten Nachteile derselben und gestattet, damit die Vorteile
der Zweibadmethode zu verbinden. Dies wird dadurch erreicht daß die Reduktion der
Metalloxyde mit Hilfe des aluminothermischen Gemisches, welches zu diesem Zwecke
von besonderer Beschaffenheit gewählt wird, nicht in der Masse des geschmolzenen
Stahles usw., sondern abseits davon, und zwar in einer getrennten, auf dem Stahlbad
schwimmenden Schicht vorgenommen wird, durch welche, da diese Schicht in leichtflüssigem
Zustande erhalten wird, das reduzierte Metall, welches schwerer ist als diese Schicht,
von selbst zu der darunter befindlichen Masse hindurchsickert und sich in reinem
Zustande, gleichsam als wenn es nach der Zweibadmethode für sich erzeugt worden
wäre, mit der letzteren legieren kann.
-
Die praktische Ausführung gestaltet sich derart, daß auf der Oberfläche
der geschmolzenen Hauptmasse (Eisen, Stahl), nachdem die zuerst auf der Schmelze
schwimmenden Schlacken entfernt worden sind, eine künstliche Schlackenschicht erzeugt
wird, die annähernd das gleiche spezifische Gewicht wie das aluminothermische Reduktionsgemisch
besitzt und auf welche dieses letztere aufgebracht wird, mit der Wirkung, daß sich
die Reduktion getrennt von der Hauptmasse abspielt und die Bestandteile des Gemisches
an der unmittelbaren Berührung mit dem geschmolzenen Eisen gehindert und inmitten
der hocherhitzten Schlackenschicht in bekannter Weise unter Abscheidung des freien
Metalls für sich ausgeschieden werden.
-
Von besonderer Wichtigkeit ist bei dieser Arbeitsmethode der Umstand,
daß das Reduktionsgemisch, welches bekanntlich bei der exothermisch verlaufenden
Reaktion sehr bedeutende Wärmemengen entwickelt, diese letzteren nicht, wie dies
bei den bekannten aluminothermischen Verfahren der Fall ist, sofort auf die ganze
Masse, d. h. auf die Stahlschmelze übertragen muß, sondern in erster Linie der künstlich
erzeugten Schlackenschicht zuführt, wodurch diese in außerordentlich leichtflüssigem
Zustande erhalten wird.
-
Die bei der Reduktion aus dem z. B. Aluminium enthaltenden Reduktionsgemisch
entstehende Tonerdeschlacke besitzt ferner die Eigenschaft, die Leichtflüssigkeit
der so künstlich hergestellten Schlackenschicht zu erhöhen, hat ferner ein geringeres
spezifisches Gewicht als die letztere, schwimmt auf dieselbe hinauf und kann durch
zusätzliche Wärmezuführung l in dauernd flüssigem Zustand erhalten werden, so daß
die ganze Schlackenmasse einschließlich der schwer schmelzbaren Bestandteile, wie
Magnesia in leichtflüssigem hocherhitzten Zustande gehalten werden kann und, ohne
das reduzierende Metall am Durchtritt zu dem Eisenbade zu hindern, dauernd auf der
Oberfläche gehalten und vor dem Vermischen mit dem letzteren gehindert wird. Auf
diese Weise können die schädlichen Erzbestandteile in der Schlacke zurückgehalten
werden, während sie selbst nicht nur als ein das Schmelzen des Erzes bzw. des Reduktionsgemisches
bewirkendes Flußmittel, sondern auch als eine Schutzschicht für die Hauptmasse der
Stahlschmelze in dem Falle dient, wenn das Schmelzen in einem elektrischen Ofen
mittels Kohlenelektroden oder in einem Ofenherd mittels Heizgase erfolgt, wobei
in ersterem Falle die Aufnahme von Kohlenstoff und im letzteren die Einwirkung des
Kohlenoxyds verhindert wird.
-
Zwecks praktischer Ausführung des Verfahrens wird die Hauptmasse
»(Eisen, Stahl) z. B. in einem Elektroofen geschmolzen und die sich zuerst
bildende Schlacke beseitigt, wonach die künstliche Schlacke auf der Oberfläche der
Schmelze erzeugt wird. Sobald die letztere eine Temperatur erreicht hat, die in
Zusammenwirkung mit den durch die exothermische Reaktion des Reduktionsgemisches
frei gemachten Kalorien genügend ist. um die Reaktion einzuleiten, d. h. ohne das
thermische Gemisch zum Entzünden zu bringen, die Bestandteile des Gemisches, vor
allem das Erz zu schmelzen, wird das Gemisch auf die Schlackenschicht aufgebracht.
Das bei der Reduktion der im Erz enthaltenen l1etalloxyde entstehende Metall scheidet
sich durch i Eigengewicht von der geschmolzenen Schlacke ab und sinkt in das Eisenbad
herab, während die übrigen Bestandteile des Erzes in der Schlackenschicht verbleiben.
Auf diese Weise kann die Hauptmasse sowohl mit Chrom wie mit Wolfram, Nickel, Mangan
usw. durch Einführung der betreffenden Metalloxyde usw. in die geschmolzene künstliche
Schlackenschicht legiert werden.
-
Beispielsweise wird das Verfahren in folgender Weise ausgeführt: Der
Ofen wird mit io ooo kg Eisenspänen (welche im wesentlichen kohlenstofffrei oder
auch schwach kohlenstoffhaltig sein können) und mit 8 bis io Prozent Kalkstein beschickt,
wonach die Masse zum Schmelzen gebracht wird. Die sich zuerst bildende Schlacke
wird vollständig entfernt, um Unreinigkeiten zu beseitigen, welche sonst in das
Eisen zurückgelangen können. Das so gereinigte Schmelzbad wird mit einem Gemisch
von 6oo kg Kalkstein, i8o kg Flußspat und i2o kg Eisenhammerschlag
überdeckt.
Es wird nun Wärme zugeführt, und zwar so lange, bis diese künstliche Schlackenschicht
vollständig geschmolzen ist, worauf, sobald die zur Reduktion erforderliche Temperatur
erreicht ist, die Schlackenschicht allmählich mit einem Gemisch von q.500 kg Chromeisenstein
(grobgemahlen und kaIziniert) mit r Zoo kg Aluminium (von grobkörniger Beschaffenheit)
versetzt wird. Es tritt nun inmitten der Schlackenschicht als eines Reaktionsmediums
und Trägers die Reaktion zwischen dem Metalloxyd und dem Reduktionsmittel ein, welche
so viel Wärme entwickelt, daß innerhalb weniger Minuten nach dem Zusatz des ganzen
Reduktionsgemisches die vollständige Reduktion des Metalloxydes beendigt ist und
das reduzierte Metall aus der leichtflüssigen Schlackenschicht in das Eisenbad herabsinkt.
Sobald gegen Ende des Reduktionsvorganges die Schlackenschicht beginnt, zähe zu
werden, ist es erforderlich, noch eine zusätzliche Wärme zuzuführen, um die Schlacke
noch weiter genügend flüssig zu halten und auch um die ganze Masse zwecks Verfeinerung
der Legierung kurze Zeit zu erhitzen. nie Erhitzung kann elektrisch oder auch durch
Heizgase in einem Ofenherd erfolgen, jedoch ist es vorteilhaft, für die Herstellung
von z. B. rostfreiem Stahl die Verwendung von Kohlenstoff für die Herstellung des
Schmelzherdes zu vermeiden. Zwecks zusätzlicher Wärmezuführung verwendet man mit
Vorteil derart angeordnete Kohlenelektroden, daß sie der Schlackenschicht genähert
werden können, so daß ein elektrischer Bogen gebildet und dadurch aufrechterhalten
werden kann, daß die genannte