DE597443C - Process for the production of carbon-free alloys, such as ferrochrome or chrome steel - Google Patents

Process for the production of carbon-free alloys, such as ferrochrome or chrome steel

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DE597443C
DE597443C DEH128921D DEH0128921D DE597443C DE 597443 C DE597443 C DE 597443C DE H128921 D DEH128921 D DE H128921D DE H0128921 D DEH0128921 D DE H0128921D DE 597443 C DE597443 C DE 597443C
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carbon
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ferrochrome
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DEH128921D
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Inventor
Dr Herbert Gruber
Dr Wilhelm Rohn
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Vacuumschmelze GmbH and Co KG
Original Assignee
Heraeus Vacuumschmelze AG
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/10General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals with refining or fluxing agents; Use of materials therefor, e.g. slagging or scorifying agents

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Description

Verfahren zur Herstellung kohlenstofffreier Legierungen, wie Ferrochrom oder Chromstahl Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung kohlenstofffreier Legierungen, insbesondere von Chrom, Wolfram, Molybdän, Uran, Vanadium, Tontal, Titan und Zirkon mit Metallen, wie Eisen, Nickel, Kobalt oder Legierungen dieser Metalle untereinander oder mit Kupfer, insbesondere zur Herstellung sogenannter Ferrolegierungen, wie kohlenstofffreies Ferrochrom oder kohlenstofffreie Chromstähle. Unter kohlenstofffrei ist eineLegierung zu verstehen, die nicht mehr als etwa 0,05 % Kohlenstoff enthält. Wichtig ist ein solcher niedriger Kohlenstoffgehalt in allen denjenigen Fällen, in denen Teile von Apparaten durch Schweißung zusammengesetzt werden sollen, weil dann in der Nachbarschaft der Schweißnaht leicht verstärkte Korrosionen auftreten, wenn es nicht möglich ist, nach beendeter Schweißung und etwa eingetretenen Kaltverformungen den betreffenden Gegenstand oder Apparat nochmals einer vergütenden Wärmebehandiung mit dem Ziel zu unterziehen, den gesamten Kohlenstoff in eine unschädliche gelöste Form zu bringen.Process for producing carbon-free alloys, such as ferrochrome or chromium steel The invention relates to a process for producing carbon-free alloys, in particular chromium, tungsten, molybdenum, uranium, vanadium, tonal, titanium and zirconium with metals such as iron, nickel, cobalt or alloys of these Metals with one another or with copper, especially for the production of so-called ferro alloys, such as carbon-free ferrochrome or carbon-free chrome steels. By carbon-free it is meant an alloy that contains no more than about 0.05% carbon. Such a low carbon content is important in all those cases in which parts of apparatus are to be assembled by welding, because slightly increased corrosion then occurs in the vicinity of the weld seam, if it is not possible, after the welding has been completed and any cold deformation has occurred, the object in question or to subject the apparatus to a heat treatment treatment with the aim of bringing all of the carbon into a harmless, dissolved form.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Entfernung -des Kohlenstoffes aus solchen Legierungen in einem Frischprozeß dadurch vorzunehmen, daß das kohlenstoffhaltige Vorprodukt mit Oxyden oder Erzen in schmelzflüssigem Zustand raffiniert wurde. Vorzugsweise wurden die Oxyde oder Erze mit Luft in die Schmelze eingeblasen. Bei diesem Verfahren ist es nicht möglich, den Kohlenstoffgehalt auf das erforderliche geringe Maß herunterzubringen. Außerdem ergaben sich mit der Senkung des Kohlenstoffgehalts erhebliche Mengen von Oxyden, die einen Verlust darstellen und schädlich auf die Korrosionsbeständigkeit einwirkten.It has already been proposed to remove the carbon to make from such alloys in a fresh process that the carbon-containing Pre-product has been refined with oxides or ores in a molten state. Preferably the oxides or ores were blown into the melt with air. In this procedure it is not possible to bring the carbon content down to the required low level. In addition, with the lowering of the carbon content, significant amounts of Oxides that are lossy and detrimental to corrosion resistance acted.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, um die oxydierende Wirkung der Luft, mit welcher die Oxyde oder Erze eingeblasen wurden, auf die wertvollen Bestandteile der Schmelze nicht übermäßig groß werden zu lassen, die Luft durch ein neutrales Gas oder durch Wasserstoff zu ersetzen, um eine übermäßige Oxydation des Metalles zu verhindern. Aber, auch in diesem Falle lassen sich die erforderlichen niedtigen Kohlenstoffgehalte nicht erzielen, obwohl man ein erheblich besseres Resultat erzielt als mit dem Einblasen mit Hilfe von Luft. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, kohlenstofffreie Chromstähle und Ferrochrom dadurch zu erzeugen, daß man in ein flüssiges. Eisenbad Chrom aus Chromoxyd oder Chromerz durch Reduktion mit Wasserstoff hineinreduzierte. Dieses Verfahren eignet sich aber nur für Chromstähle bis zu ao bis 30 °/o Chromgehalt.It has also been suggested to have the oxidizing effect the air with which the oxides or ores were blown in on the valuable ones Do not allow constituents of the melt to become excessively large, the air through replace with a neutral gas or with hydrogen to avoid excessive oxidation to prevent the metal. But, even in this case, the necessary low carbon levels, although you get a significantly better result achieved than with blowing in with the help of air. It has already been suggested have been able to produce carbon-free chrome steels and ferrochrome by into a liquid. Iron bath chromium from chromium oxide or chromium ore by reduction with Reduced hydrogen. However, this process is only suitable for chrome steels up to ao to 30% chromium content.

Die vorliegende Erfindung beseitigt nun die Nachteile der früher angewendeten Verfahren dadurch, daß die Reaktion des zu raffinierenden Werkstoffes mit Oxyden oder Erzen in einer Wasserstoffatmosphäre erfolgt. Es hat sich gezeigt, daß man hierbei bis zu einem beliebig geringen Gehalt an Kohlenstoff herunterkommt, ohne gleichzeitig einen Abbrand zu erhalten. Im Gegenteil nimmt der Chromgehalt der Schmelze bei dieser Arbeitsweise durch Reduktion von Chrom zu, wenn für die Raffination Chromoxyd verwendet wird. Während man beispielsweise in einem Hochfrequenzofen als Resultat einer Reaktion eines 4 bis 6 % Kohle enthaltenden 6o°/oigen Ferrochroms mit Luft oder Chromoxyd oder Chromerz nach dreistündiger Reaktionsdauer nur ein Endprodukt erhält, das noch etwa o,2 bis o,i5 % Kohle enthält und dabei schon einen unzulässig hohen Gehalt an Oxyden aufweist, erhält man unter vollkommen identischen Bedingungen, jedoch in einer Atmosphäre von Wasserstoff, bereits nach i1/2 Stunden ein Produkt mit weniger als o,o5 % Kohlenstoff, wobei gleichzeitig, wenn als Oxydationsmittel Chromoxyd benutzt wurde, der Chromgehalt von ursprünglich 6o °/o auf 63 °/a gestiegen ist.The present invention now eliminates the disadvantages of the previously used processes in that the reaction of the material to be refined with oxides or ores takes place in a hydrogen atmosphere. It has been shown that you can get down to an arbitrarily low content of carbon without burning off at the same time. On the contrary, the chromium content of the melt increases with this method of operation due to the reduction of chromium if chromium oxide is used for refining. While, for example, in a high-frequency furnace, as a result of a reaction of a 6o% ferrochrome containing 4 to 6% carbon with air or chromium oxide or chrome ore, after a reaction time of three hours, only one end product is obtained which still contains about 0.2 to 0.15 % carbon and already has an inadmissibly high content of oxides, under completely identical conditions, but in an atmosphere of hydrogen, a product with less than 0.05% carbon is obtained after only one and a half hours, and at the same time, if chromium oxide was used as the oxidizing agent , the chromium content has risen from the original 60 ° / o to 63 ° / a.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird in- der Weise ausgeführt, daß man von einem in üblicher Weise erhaltenen mehr oder weniger kohlehaltigen Ferrometall oder Chrom-, Wolfram-, Molybdän- usw. Stahl ausgeht und diesen in einer Wasserstoffatmosphäre mit überschüssigem Oxyd oder Erz eines Metalles zur Reaktion bringt, das an sich einen Bestandteil der Legierung bilden soll. Natürlich kann man auch von einem Gemisch aus Kohle und Chrom-, Wolfram-, Molybdän- usw. Erz ausgehen, bei dem die angewendete Kohlemenge nur eben ausreicht, um die vorhandenen Oxyde zu reduzieren, und die Reaktion in der Wasserstoffatmosphäre vornehmen. Man kann dabei auch mit einem Unterschuß an Kohle arbeiten und entweder einen gewissen Betrag der Oxy de unreduziert lassen, um diese dem nächsten Prozeß wieder beizufügen, oder den nach Aufzehrung des Kohlenstoffes verbleibenden Rest von Oxyden durch Wasserstoffreduktion in das flüssige Metallbad hineinreduzieren. Man kann schließlich von einem flüssigen Metallbad ausgehen 'und diesem in Wasserstoffatmosphäre Kohle und Chrom- usw. Oxyd oder Erz gleichzeitig oder nacheinander in entsprechenden Mengen zuführen.The method according to the invention is carried out in such a way that from a more or less carbonaceous ferrous metal obtained in a conventional manner or chromium, tungsten, molybdenum, etc. steel runs out and these in a hydrogen atmosphere reacts with excess oxide or ore of a metal, which in itself to form part of the alloy. Of course you can also use a mixture emanate from coal and chromium, tungsten, molybdenum, etc. ore, in which the applied The amount of coal is just enough to reduce the oxides present, and the reaction in the hydrogen atmosphere. You can also do this with a shortfall work on coal and either leave a certain amount of the Oxy de unreduced, to add them to the next process, or after the carbon has been consumed remaining residue of oxides by hydrogen reduction in the liquid metal bath reduce into it. Finally, one can start from a liquid metal bath 'and this in a hydrogen atmosphere coal and chromium, etc. oxide or ore at the same time or add one after the other in appropriate quantities.

Das Arbeiten in Wasserstoff bietet noch den großen Vorteil, daß die Vorgänge sich etwa bei normalem Druck abspielen und deswegen eine einfache Abdichtung möglich ist. Vorzugsweise geht man in der Weise vor, daß man den Ofen zunächst vollkommen frei zugänglich, also offen, beschickt und das Vorprodukt in ihm herstellt. Alsdann wird erst kurz vor oder auch kurz nach der Aufgabe der Reaktionsstoffe die Wasserstoffatmosphäre hergestellt. Dies kann beispielsweise in der Weise geschehen, daß man über den gesamten Ofen eine leichte, mit Wasserstoff gefüllte Haube stülpt, die sich etwa in eine in die Standebene des Ofens eingelassene Ölrinne senkt. Nach Beendigung des Prozesses wird dann diese Haube wieder entfernt, und der Ofen ist für das Gießen der Charge zu Blöcken wieder vollkommen frei und zugänglich ohne Behinderung durch irgendwelche sonstigen Bauteile, die der Anwendung eines vermehrten oder verminderten Druckes dienen. Es ist auch möglich, die über den Ofen gestülpte Haube druckfest zu machen und mit einem in der Standfläche des Ofens angeordneten Gegenflansch druckdicht zu verbinden, um den ganzen Prozeß zwecks weiterer Beschleunigung unter erhöhtem Druck ablaufen zu lassen.Working in hydrogen has the great advantage that the Processes take place at normal pressure and therefore a simple seal is possible. It is preferable to proceed in such a way that the furnace is first completely freely accessible, i.e. open, loaded and the preliminary product manufactured in it. Then the hydrogen atmosphere becomes only shortly before or shortly after the reaction substances are given up manufactured. This can be done, for example, in such a way that one over the entire Oven a light, hydrogen-filled hood, which is about in a lowers the oil channel in the level of the furnace. After the process has ended this hood is then removed again and the furnace is ready for pouring the batch to blocks again completely free and accessible without obstruction by any other components that require the application of increased or decreased pressure to serve. It is also possible to make the hood placed over the furnace pressure-resistant and pressure-tight with a counter flange arranged in the base of the furnace to connect to the whole process for the purpose of further acceleration under increased Pressure to drain.

Der Wasserstoff, der dem Prozeß gedient hat, wird zweckmäßig an einer geeigneten Stelle wieder abgezogen und nach Reinigung durch Ausscheidung der Reaktionsprodukte dem Prozeß wieder zugeführt.The hydrogen that has served the process is expedient to one Peeled off again at a suitable point and, after cleaning, by excretion of the reaction products fed back into the process.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE. i. Verfahren zur Herstellung kohlenstofffreier Legierungen, insbesondere von Chrom, Wolfram, Molybdän, Uran, Vanadium, Tantal, Titan und Zirkon mit Metallen, wie Eisen, Nickel, Kobalt oder Legierungen dieser Metalle untereinander oder mit Kupfer, insbesondere zur Herstellung sogenannter Ferrolegierungen, wie kohlenstofffreies Ferrochrom oder kohlenstofffreie Chromstähle, unter Verwendung eines kohlenstoffhaltigen Vorproduktes durch Raffination mit Oxyden oder Erzen in schmelzflüssigem Zustand, dadurch gekennzeichnet, daß die Raffination des Werkstoffes in einer Wasserstoffatmosphäre erfolgt. PATENT CLAIMS. i. Process for the production of carbon-free alloys, in particular chromium, tungsten, molybdenum, uranium, vanadium, tantalum, titanium and zirconium with metals such as iron, nickel, cobalt or alloys of these metals with one another or with copper, in particular for the production of so-called ferroalloys such as carbon-free ferrochrome or carbon-free chrome steels, using a carbon-containing preliminary product by refining with oxides or ores in a molten state, characterized in that the material is refined in a hydrogen atmosphere. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserstoffatmosphäre erst nach Verflüssigung der Beschickung im Ofen erzeugt wird und vor dem Vergießen der Schmelze wieder -entfernt wird.2. The method according to claim i, characterized in that the hydrogen atmosphere only after liquefaction the charge is generated in the furnace and removed again before the melt is poured will.
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