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Verfahren zur Erzeugung von kohlenstoffarmen Eisen-Chrom-Legierungen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von kohlenstoffarmen
Eisen-Chrom-Legierungen, wie rostfreiem Chromeisen oder Chromstahl, durch oxydierendes
Blasen eines geschmolzenen, Eisen, Chrom und durch Oxydierung ausscheidbare Verunreinigungen,
wie Kohlenstoff und Silicium, enthaltenden rohen Stammetalls, und ihr Gegenstand
besteht darin, daß der durch Blasen zu behandelnden Chrom-Eisen-Legierung ein' Metall
zugefügt wird, das bei der Blastemperatur leichter oxydierbar ist als Chrom und
schwerer oxydierbar als die durch das Oxydieren zu entfernenden Verunreinigungen,
und daß dieses Metall in dem periodischen -System nicht links vom Chrom steht. Als
solche =Schutzmetalle kommen gemäß der Erfindung hauptsächlich Mangan oder Wolfram
in Betracht.
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Das in erster Linie zu verwendende '.Mangan unterscheidet sich grundsätzlich
und auffallend von den bei ähnlichen bekannten Verfahren verwendeten im periodischen
System links vom Chrom liegenden Elementen dadurch, daß es leichter oxydierbar ist
als Chrom, aber gleichzeitig bezüglich der Oxydierbarkeit zwischen diesem Metall
und dem der Verunreinigung liegt, die durch das Blasen entfernt werden sollen.
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Plan kann es deshalb betrachten als im geringstmöglichen Ausmaß störend
bei der Oxydation der Verunreinigung und gleichzeitig schützend für das Chrom währendder
Oxydation dieser Verunreinigungen. Diese Zumischung des Mangans erfolgt vorzugsweise
in der Form von Eisenmangan oder einer anderen geeigneten manganhaltigen Legierung
in genügender Menge, um die Oxydation des Chroms während des darauffolgendenBlasens
auf den möglichen Geringstwert herabzusetzen. Man kann auch die das Chrom schützende
Zumischung während der Bereitung des Stammmetalls zusetzen, indem eine reduzierbare
Verbindung des Chroms in Gegenwart von Eisen (beispielsweise eine Eisen-Chrom-Verbindung
wie Chromeisenstein) und in Gegenwart des Schutzstoffes oder einer reduzierbaren
Verbindung davon reduziert wird. Beispielsweise kann die Reduktion ausgeführt werden
in Gegenwart von Eisenmangan oder einer oxydischen Manganverbindung.
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Eine ähnliche Wirkung wie mit Mangan wird durch Verwendung von -Wolfram
erreicht, das aber weniger vorteilhaft ist als dieses, besonders wegen der hohen
Gestehungskosten, der geringeren Schutzwirkung und der Tatsache, daß in dem gereinigten
Metall verbleibende Wolframreste, wenn sie ein geringes Maß überschreiten, die Anwendungsmöglichkeit
des Fertigmetalls beschränken.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird dem Blasvorgang
ein Rohmetall zugrunde gelegt, das abgesehen von dem Schutzmetall Silicium als einzige
überschüssige oxydierbare Verunreinigung enthält.
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Bei sonst gleichen Bedingungen läßt sich
Silicium
leichter als Kohlenstoff durch einen oxydierbaren Blasvorgang ausscheiden, und da
Silicium, z. B. Ferrosilicium, von geringem Kohlenstoffgehalt ohne Schwierigkeit
beschafft werden kann, erweist sich die vorzugsweise Ausführungsform des Verfahrens
als ein Mittel, um auf wirtschaftliche Art ein gereinigtes Erzeugnis mit niederem
Kohlenstoffgehalt in einfacher und praktisch unmittelbarer Weise zu erhalten. Die
besondere Zusammensetzung des Stammetalls, wie sie bei der Herstellung mit Hilfe
von Silicium als Reduktionsmittel erzielt wird, kann nicht unmittelbar von dem Hochofen
oder dem Kupolofen erhalten werden, und die Temperatur, bei welcher die Reduktion
stattfindet, ist hinreichend, um die Oxydation der Verunreinigungen in der rohen
Legierung durch einen Blasvorgang zu erhalten, ohne daß es nötig wäre, ein besonderes
:.Mittel zur Erhöhung der Temperatur bei dem Blasvorgang anzuwenden.
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Bei einer Ausführungsform des Verfahrens kann das als Schutzmittel
dienende, leichter als Chrom reduzierbare Metall dem Stammetall schon bei seiner
Herstellung zugefügt werden.
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Rostfreier Stahl oder rostfreies Eisen kann nach der Erfindung unmittelbar
hergestellt werden, indem man die Reduktion der Chromverbindung vorzugsweise mittels
eines Siliciumreduziermittels in einem Bad von geschmolzenem Eisen oder Stahl bewirkt,
das im wesentlichen frei von Kohlenstoff ist oder nicht mehr Kohlenstoff enthält,
als in dem Enderzeugnis verlangt wird. Dieses Bad wird so zusammengesetzt, daß ein
Stammetall für das Blasen erzeugt wird, welches geeignet ist, als Reinerzeugnis
nach dem Blasen eine rostfreie Eisen-Chrom-Verbindung zu ergeben. Es kann auch ein
Eisen-Chrom von vornherein erzeugt und dann mit der geeigneten :.Menge von Eisen
oder Stahl und dem Schutzmetall geschmolzen werden, worauf die Schmelze einem Blasverfahren
unterworfen wird. ,Man kann auch das Eisen-Chrom und das Schutzmetall vor dem Zusammenschmelzen
mit Eisen oder Stahl dem Blasvorgang aussetzen. Das Schutzmetall kann in jeder Stufe
des Verfahrens zugesetzt werden, beispielsweise während der Bereitung des Stammetalls,
wesentlich ist nur, daß der Zusatz des Schutzmetalls vor dem Blasen erfolgt.
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Die Menge des als Schutzstoff dem Stammmetall zuzusetzenden Metalls
hängt von den besonderen Umständen, wie der Zusammensetzung des Fertigerzeugnisses
und dem Gehalt des Stämmetalls an oxydierbaren Verunreinigungen, ab. Verwendet man
ein rohes Stammetall von solcher Zusammensetzung, daß als Beinerzeugnis rostfreies
Chromeisen oder rostfreier Chromstahl erwartet werden kann, z. B. ein Metall mit
einem Chromgehalt von g bis 16 Prozent, so muß der Mindestanteil an Mangan als Chromschutzstoff
etwa zwei Drittel der vorhandenen Gesamtmenge der oxydierbaren Verunreinigungen,
wie beispielsweise Kohlenstoff und Silicium, betragen. Halten sich diese Verunreinigungen
unter 3,5 Prozent, so muß der Schutzstoffzusatz nicht wesentlich geringer sein als
2,5 Prozent. Eisen-Chrom-Verbindungen von höherem Chromgehalt als rostfreies Metall,
beispielsweise Ferrochrom, bedürfen trotz des höheren Chromgehalts eines nur geringen
Manganzusatzes. Beim Ansteigen des Kohlenstoffgehaltes der Schmelze kann es empfehlenswert
sein, den Anteil an Mangan bei geringerem wie bei höherem Chromgehalt zu erhöhen.
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Das Reduktionsmittel kann in der Form von Briketten hergestellt werden,
die dann auf die Temperatur erwärmt werden, die zur Einleitung der Reaktion notwendig
ist. Die durch die Verbindung der Oxyde und des Siliciumreduziermittels erzielte
Hitze ermöglicht eine Durchführung des Verfahrens mit einem Mindestmaß von äußerer
Erwärmung. Geeignete Flußmittel, wie Kalk und Flußspat, können zur Erleichterung
der Reaktion verwendet werden. Die Reduktion mit Eisensilicium wird vorzugsweise
in Gegenwart von Kalkstein oder gebranntem Kalk bewirkt, der mit dem oxydierten
Silicium zusammen eine Schlacke bildet.
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Ein Eisensilicium von hohem Siliciumgehalt, beispielsweise 8o bis
go Prozent, wird bevorzugt, weil hierdurch eine kräftige Einwirkung und ein Erzeugnis
von höherem Gehalt an Nichteisenmetallen erzielt wird.
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Die Reduktion kann in einem beliebigen Ofen ausgeführt werden, in
dem die erforderlichen Temperaturen erzielt werden, z. B. ist ein elektrischer Ofen
geeignet. Für geringe Mengen kann ein Tiegelofen verwendet werden.
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Es wurde nun gefunden, daß eine allgemein brauchbare Art der Ausführung
des Verfahrens darin besteht, daß das Siliciumreduziermittel mit einem Teil der
Schlackenbildner, wie Kalkstein, entweder allein oder in Gegenwart von Eisen oder
Stahl niedergeschmolzen wird, worauf man den zu reduzierenden Teil der Beschickung
der Schmelze zusetzt. Die metallurgische Reaktion wird durch Rühren und Bewegen
des Bades unter Zufügung des Restes der Schlackenbildner unterstützt. Wenn das Wallen
des Bades infolge der Reduktion aufgehört hat, wird, falls dies noch nicht geschehen
ist, das Chromschutzmittel, z. B. Ferromangan, zugesetzt, und wenn die ganze Masse
zum Schmelzen gekommen ist, wird die Silicium, Kohlenstoff und Mangan enthaltende
Eisen-Chrom-Legierung dem Blasverfahren unterworfen.
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Das Blasen kann mittels eines kalten oder vorgewärmten Luftstromes
unter Druck oder Saugzug erfolgen. Um die Blaszeit abzukürzen oder bei einer beliebigen
Verfahrensstufe die Oxydation der Verunreinigungen in dem Metall zu unterstützen,
kann man, wie an sich bekannt,
mit dem Luftstrom Chrorneisenstein
oder eine andere oxydische Chromverbindung oder eine Base, wie Kalk, in fein gepulvertem
Zustand in das Metallbad einführen.
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Im folgenden sind zwei Ausführungsbeispiele angegeben, das eine zur
Erzeugung von Ferrochrom mit hohem Chromgehalt, das andere von rostfreiem Eisen,
beide mit geringem Kohlenstoff und Siliciumgehalt.
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Beispiel 1.
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24 kg Ferrosilicium mit 83 Prozent Silicium und o,28 Prozent Kohlenstoff
wurde niedergeschmolzen in einem elektrischen Ofen nach S n y d e r ; hierauf wurden
in Teilen nach und nach 14o kg Chromeisenerz mit 52,8 Prozent Chromsesquioxyd zusammen
mit 16 kg Kalk und lokg Flußspat in die Schmelze eingetragen. In dem Bad war der
von dem Ferrosilicium herrührende Siliciumgehalt gleichwertig 73,9 kg Chromsesquioxyd,
das verwendete Chromeisenoxyd entsprach 74,35 kg Chromsesquioxyd.
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Nach der Reduktion ergab sich folgender Metallgehalt
Diesem Ausgangsgemisch wurden 1,6 kg Eisenmangan mit 6 Prozent Kohlenstoff und 76
Prozent Mangan zugefügt, wodurch o,15 Prozent Kohlenstoff und 1,9 Prozent Mangan
in das Bad eingeführt wurden.
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Nach dem Zusammenschmelzen enthielt das Bad
Es folgte ein 2 Minuten währendes Blasen der Schmelze, wodurch eine Endlegierung
von folgender Zusammensetzung erzielt wurde
Beispiel 2.
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Es wurde ein Bad hergestellt durch Schmelzen von 4o64 kg Stahlschrott
mit 27 kg Chromeisenerz, in das 28,35 kg Siliciummangan mit 55 Prozent Mangan und
25 Prozent Silicium eingetragen wurde. Hierauf wurde in Teilen ein Gemisch von go
kg Chromeisenerz (52,8 Prozent Chromsesquioxyd) und 22,5 kg Ferrosilicium (87 Prozent
Silicium) eingetragen; es folgte dann ein weiterer Zuschlag von vo kg Chromeisenerz.
Nach Bedarf wurden nach und nach im ganzen 18 kg Kalk und 19,6 kg Flußspat eingetragen.
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Das Metall ergab folgende Gehalte
Die geschmolzene Masse wurde dann mit kalter Luft verblasen und vor dem Abstich
o,8 kg Eisenmangan mit o,2 kg Aluminium zugesetzt. Das in Formen gegossene Metall
enthielt
Das Ausbringen an diesem Reinmetall betrug 3o64 kg. Die besonderen Verfahrensbedingungen,
z. B. die Auswahl und die Menge der besonderen Mittel, werden natürlich nach den
besonderen Umständen von Fall zu Fall, z. B. durch einen einfachen Vorversuch, zu
ermitteln sein.
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Die Verwendung eines Metalls, wie Mangan, hat die Wirkung, daß eine
flüssige Schlacke erzeugt und die Oxydation des Chrom verhütet wird. Die Gegenwart
einer gewissen Menge Mangan in dem Enderzeugnis ist insofern nicht unvorteilhaft,
als das Mangan, wenn die Ferrochromlegierung einem Stahl-:oder Eisenbad zugefügt
wird, die Desoxydierung des Bades fördert und hierbei weitere Verluste an Chrom
verhindert.