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Verfahren zum Herstellen von Chrom-Nickel- und Chrom-Nickel-Eisen-Legierungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von niedrig Bekohlten, bis o,
i Kohlenstoff enthaltenden Chrom-Nickel'-Legierungen und Chrom-Nickel-Eisen-Legierungen,
bei denen die Summe von Chrom und Nickel mehr als 50% beträgt. Solche Legierungen
finden seit einer Reihe von Jahren im Elektro.-afenbau u. dgl. als Werkstoff für
Widerstände in steigendem Maße Verwendung. Sie gehören infolge ihrer metallurgischen
Eigenarten zu .den Legierungen, deren Herstellung und Verarbeitung erhebliche Schwierigkeiten
bereitet.
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Bisher wurden diesle Legierungen in Tiegeln, oder in basisch zugestellten
elektrischen Lichtbogenöfeen hergestellt. Bei dieser Erzeugungsart läßt @es sich
aber nicht vermeiden, daß :die Legierungen höhere Kohlenstoffgehalte aufnehmen;
die innerhalb bestimmter Grenzen zwar die Verarbeitbarkeit begünstgen, aber die
Lebensdauer eines aus sen Legierungen hergestellten Widerstandsdrahtes bei höheren
Temperaturen erheblich; beeinträchtigen.
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Hier schien der Hochfrequenzofen, der in den letzten Jahren, in der
deutschen Stahls-und Metalierzeugung Eingang gefunden bat, die Schwierigkeiten zu
vermindern. Bei seiner Verwendung fällt eine schädliche Kohlenstoffaufnahnve fort,
dafür tritt aber ein au.-derer schwerwiegender Nachteil ein, nämlich die Aufnahme
von Sauerstoff in, größeren Mengen. Der Sauerstoffgehalt vermindert wie bei allen
Legierungen durch die Bildung von Chromoxyd erheblich die Verarbei.tungsmöglichkeiten
durch Schmieden, Walzen. usw. und setzt die Lebensdauer des Widerstandsdrahtes herab.
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Man hat .daher zur Erschmelzung von einwandfreien Chrom-Nickel- und
Chrom-NickeIL Eäsexi-Legienungen bisher zwei Wege für möglic% ;@h@;lt@en
i.
das Erschmelzen im Hochfrequenzofen unter einer Schutzatmosphäre von Wasserstoff;
2. das Erschmelzen und Vergießen im Vakuum.
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Das Schmelzen unter Schutzgasen bzw. das Schmelzen und Vergießen im
Vakuum ist mit Schwierigkeiten verbunden und läßt die Verarbeitung größerer Einheiten
nicht zu.
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Die Erfindung bietet die Möglichkeit, die Chrom-Nickel- und Chrom-Nickel;-Eisen-Legierungen
im sauer zugestellten Hochfrequenzofen ohne Anwendung von Schutzgasen und Vakuum
mit allen Vorzügen der unter Wasserstoff oder im Vakuum erschmolzenen Legierungen
herzustellen.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, niedrig bekohlte, bis o, i oJo
Iiohlens@toff enthaltende Chr om-Nickel-Legierungen und Chrom-Nickel-Eisen-Legierungen,
bei denen die Summe von Chrom und Nickel mehr als 500,1o beträgt, bzw. die für deren
Erzeugung benötigten Ausgangsstoffe im sauren Hochfrequenzofen einzuschmelzen und
darauf das Bad mit einer Schlacke aus Callcium zu behandeln. Zur Erzeugung dieser
Schlacke kann handelsübliches Calciumsilcium, das etwa der Formel Ca Si. entspricht,
auf das Bad ;aufgestreut werden. Die Anwendung von Calciumsllicium ist in der Metallurgie
zwar
an sich bekannt, jedoch konnte nicht erwartet werden, daß dieses beispielsweise
beim Schmelzen im basischen Lichtbogenofen verwendete Mittel verbessernd auf die
Erzeugung von Chrom-Nickel- und Chrom-Nickel-Eisen-Legierungen im sauren Hochfrequenzofen
einwirken würde.
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Während bei üblichen, unter Luftzutritt erhaltenen Schmelzen die genannten
Legierungen unter einer sauren Schlacke trübe bleiben: ein Zeichen für das Vorhandensein
von schädlichem Chromoxyd, gelingt es durch Verwendung von handelsüblichem Calciumsilicium
in kurzer Zeit, die Schmelze vollständig blank zu erhalten. Dieser Zustand muß erhalten
werden, damit die als der Schmelze vergossenen Blöcke gute Verarbeitbarkeit bzw.
die daraus hergestellten Drähte eine gute Lebensdauer aufweisen.
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Das Verschwinden der Trübe des Bades bedeutet, daß die Oxyde des Bades,
insbesonndere das Chromoxyd und bei Gegenwart von Eisen auch das Eisenoxyd, vollständig
reduziert sind. Wenn auch bekannt ist, daß das Silicium als solches ein Desoxydationsmittel
ist, so mußte doch die Wirkung des Cälciums,illciums überraschen, um so mehr, als
es z. B. hei Verwendung von Silicium als Metallord oder -in- Form von hochprozentigem
Ferrosiliciüm nicht gelingt, leine so vollständige Reduktion des Bades zu erreichen,
daß die Schmelze klar vergossen werden könnte. Anderseits verbietet die saure Auskleidung
des Hochfrequenzofens die Verwendung von Kalk als Schlacke mit Rücksicht auf die
Haltbarheit des Herdes. Bei der Verwendung von Cälciumsilicium bildet sich indes
eine sehr reaktionsfähige Schlacke, die infolge ihrer Dünnflüssigkeit das Bad dicht
abdeckt und somit auch den Zutritt von Luft und damit die Wiederaufnahme von Sauerstoff
Zweitgehend verhindert, ohne daß die saure Zustellung in bemerkenswertem Maße angegriffen
wird.
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Die Verwendung von Calciumsilicium als Schlacke und gleichzeitig als
Desoxydationsmittel bietet noch einen weiteren Vorteil, nämlieh den, daß eine Legierung
erzielt wird, deren "Kohlenstoffgehalt sehr niedrig liegt. Aus der Metallurgie des
Eisens ist bekannt, daß die Sauerstofflöslichkeit des flüssigen Bades mit fallendem
Kohlenstoffgehalt sehr stark steigt. Dies trifft in gleichem, wenn nicht stärkerem
Maße auch für die Chrom-Nickel-und Chrom-Nickel-Eisen-Legierungen zu. Je geringer
der Kohlenstoffgehalt, um so sauerstoffreicher wird das Bad und uni, so schwieriger
die restlose Reduktion der im Bad befindlichen Oxyde. Die Schmelzen lassen sich
daher nicht blank, d. h. oxvdfrei, vergief.)en.
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Nun ;enthalten die verschiedenen handelsüblichen Ausgangsstoffe Kohlenstoff
in größeren Mengen, wie z. B. Nickel bis zu 0,300'o, Eisen bis zu o,10 0l0 und Chrom
bis zu o,1 o 0'o, so daß die Einhaltung eines Kohlenstoffgehaltes unter o,io% im
fertigen Werkstoff schwierig ist. Dieser Kohlenstoffgehalt muß daher durch Oxydation
mittels Sauerstoffs entfernt werden. Dies bedingt eine starke Erhöhung des Sauerstoffgehaltes
des Bades, der mit fallendem Kohlenstoffgehalt weiter ansteigt und im Bade gelöst
bleibt.
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Die Verwendung von Calciumsilicium im sauren Hochfrequenzo.fen gemäß
der Erfindung gestattet dagegen einerseits die Erniedrigung des Kohlenstoffgehaltes
und anderseits die restlose Entfernung des im Bade gelösten Sauerstoffes. Durch
das neuartige Verfahren werden somit die umständlichen Maßnahmen des Schmelzens
unter Schutzgasbzw. des Schmelzens und Vergießens im Vakuum vermieden. Der metallurgische
Fortschritt ergibt sich aus folgenden Betriebsergebnissen: Bei der Erzeugung einer
Legierung mit etwa o, i olo Kohlenstoff, 6o % Nickel; i 5 % Chrom und Rest Eisen
im basischen Lichtbogenofen bei basischer Schlackenführung und Desoxydation mit
Mangan und Silicium ergab sich ein Ausbringen auf das Fertigerzeugnis von nur- 3o%.
Der hohe Ausfall war im wesentlichen bedingt durch zu hohen Kohlenstoffgehalt. Bei
Erschmelzung der .gleichen Legier
ung im sauren Hochfrequenzofen,
wobef ohne Anwendung der Maßnahmen gemäß der Erfindung mit Mangan und Silicium desoxydiert
wurde, konnte zwar der Kohlenstoff so niedrig wie erforderlich gehalten werden;
indes war .auch hier das Ausbringen, gerechnet auf das Fertigerzeugnis, nur 41 o/o.
Dieser Ausfall: ist im wesentlichen bedingt durch zu hohen Sau@erstoffgelialt und
damit durch . mangelnde Schmiedbarkeit. Bei Anwendung des Erschmielzens im sauren
Hochfrequenz-Ofen unter Desoxydation mit Calciumsilicium gemäß der Erfindung betrug
das Ausbringen, gerechnet auf das Fertigerzeugnis, etwa 6o%. Dien ausgeführten Vergleichszahlen
wurde jeweils eine Jahreserzeugung nach den einzelnen Schmelzverfahren. zugrunde
gelegt.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung wird derart ausgeübt, daß auf das
im :sauren Hochfrequenzofen erzeugte schmnelzflüssige Bad, zweckmäßig nach Entfernung
der Einschmelzschlacke, seine Schlackendecke aus Calciumsili.cium aufgebracht wird.
Im allgemeinen wird das Calciumsilicium in Stücken oder in pulveriger Form aufgestreut.
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In der Praxis hat sich folgender Weg als zweckmäßig erwiesen: Zunächst
schmilzt man Nickel bzw. bei Herstellung einer Eisen-Chrom-Nickel'-Legierung Nickel
und Eisen ein, wobei man Nickeloxyd bzw. Nickel- und Eisenoxyd so, lange beigibt,
bis ein sehr niedriger Kohlensitoffigehalt erreicht ist. Durch dieses ,an sich bekannte
Frischen entfernt man auch die im Einsatz vielfach befindlichen schädlichen Gase.
Gleichzeitig wird hierdurch das Bad überoxydiert: Man. zieht die aus dem Einsatz
gebildete Schlacke ab und gibt auf das offene Bad Calciumsilicium, bis das Bad blank
und ruhig ist. Die sich hierbei bildende Sehlacke wird zweckmäßigerweise -wiederum
abgezotgen und das Chrom in Form von Chrommetall oder Ferrochrom nachgesetzt. Das
Bad wird durch Aufnahme der im Chrommetall: bzw. Ferrochrorn stets befindlichen
Oxyde wieder trübe. Daher ist es zweckmäßig, die gebildete Schlacke nochmals abzuziehen
und erneut Calciumsilicium aufzugeben, bis das Bad mit Schlacke vol'l'ständig abgedeckt
ist. Sofort setzt eine lebhafte Reaktion unter Bildung ,einer dünnflüssigen Schlacke
ein. Man gibt so lange Calciumsilicium bei, bis das' Bad blank ist. Es können dann
die gegebenenfa11s erwünschten weiteren Zusätze an Mangan, Silicium usw. gemacht
werden, worauf das Bad nötigenfalls nochmals mit Calciumsplücium behandelt und das
oxydfreie Bad abgegossen wird. Man erreicht damit den gleichen Endzustand wie bei
der Erschmelzung unter Wasserstoff bzw. im Vakuum, unter Vermneidung der bei diesen
bekannten Verfahren auftretenden Schwierigkeiten.
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Bei richtiger Handhabung des Verfahrens gelingt ges sogar, ,aus Schrott,
d. h. also durch Umschmelzen von Chrom-Nickel- bzw. Chrom-Nickel-Eisen-Legierungen.,
vol'Twertigfe Schmelzen im sauren Hochfrequenzofen zu erhalten, vollwertig im Hinblick
auf die Verarbeitungsmöglichkeit und hinsichtlich der Güte.