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Verfahren zur Herstellung eins sauerstoffarmen Stahles durch Behandlung
des Stahles mit einer schmelzflüssigen sauren, nicht reduzierenden Schlacke Zur
Herstellung von sauerstoffarmem Stahl gibt es bisher nur ein Verfahren, um die im
Stahl gelösten Metalloxyde ohne sonstige Veränderung des Stahls aus diesem zu entfernen.
Dieses Verfahren besteht in der Behandlung des Stahls mit einer nicht reduzierenden,
die im Stahl gelösten Metalloxyde, insbesondere das Eisenoxydul, lösenden Schlacke.
.Man arbeitet dabei im allgemeinen .so, daß man das Stahlbad im Ofen längere Zeit
unter einer Decke der oxydlösenden Schlacke hält. Dieses Verfahren ist kostspielig
infolge der langen Behandlungsdauer, die erforderlich ist, um zu genügend sauerstoffarmen
Stählen. zu gelangen.
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Eine andere Möglichkeit sauerstoffarmen, aber hoch kohlenstoffhaltigen
Stahl herzustellen, besteht in der Reduktion der im Stahl gelösten Metalloxyde durch
Kohlenstoff, wobei sich Kohlenoxyd bildet, das entweicht. Dieses Verfahren erfordert
ebenfalls eine längere Behandlung im .Ofen.
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Die sogenannte Desoxydation von Stahl durch Zusatz von anderen Reduktionsmitteln
als Kohlenstoff führt nicht zu sauerstoffarmem Stahl. Durch diese Reduktionsmittel
wenden wohl die im Stahl gelösten Metalloxyde reduziert. Es bilden sich dabei aber
Sauerstoffverbindungen der verwendeten Reduktionsmittel, die zum Teil in Form von
Einschlüssen im Stähl bleiben, dessen Güte durch sie nachteilig beeinflußt wird.
Es ist auch bereits bekannt,. Stahl in Schlacke einzugießen, um unter Kochen und
Entgasung eine Desoxydation zu erreichen.. Dabei ist aber nicht wie bei der Erfindung
die Nötwendigkeit der Anwendung einer hinreichenden Energie zur Erzielung einer
innigen Durchwirbelung der Armut der Schlacke an Fe 0 und der gleichzeitigen Dünnflüssigkeit
derselben erkannt worden.
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Die Erfindung besteht in der Erkenntnis, daß alle diese. Nachteile
der bekannten Desoxydationsverfahren beseitigt werden und in einer außergewöhnlich
kurzen Frist ein weitgehend vom Sauerstoff befreiter Stahl mit großer Regelmäßigkeit
und unbedingter Sicherheit erhalten wird, wenn man den Stahl mit einer dünnflüssigen,
sauren, nicht redu-. zierenden,. weniger als 5 °/a Ei$enoxydül enthaltenden und
daher Eisenoxydul atts dem Stahl aufnehmenden Schlacke durch so heftiges Eingießen;
des Stahles in dickem Strahl in das Schlackenbad, daß sich ein -emulsionsartiges
Gemisch von Schlacke und Stahl bildet, innig durchwirbelt. Das so gebildete
innige
Gemisch entmischt sich nach ganz kurzer Zeit wieder unter Bildung von zwei übereinandergelagerten
Schichten. Der Stahl ist dann sauerstoffarm und kann sofort. vergossen werden. Die
durch die inn,K, Durchwirbelung in einem Zeitraum von wer'*-'*'
gen Minuten
erzielte Wirkung ist außee7'= gewöhnlich gut. So gelingt es z. B. durch die erfindungsgemäßeDurchwirbelung
in etwa i bis 2 Minuten, den Sauerstoffgehalt eines Stahles von 0,072 auf
0,0z¢11/, herabzusetzen, ohne daß der Stahl sonst wesentlich verändert worden ist.
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Die erfindungsgemäße innige D.urchwirbelung von Stahl mit Schlacke
kann außer durch Eingießen des Stahles in dickem Strahl in ein Schlackenbad auch
dadurch herbeigeführt werden, daß Stahl und Schlacke gemeinsam in dickem Strahl
in eine Gießpfanne so heftig eingegossen werden, daß eine emulsionsartige Mischung
entsteht, oder es kann durch geeignete mechanische Mittel eine innige, zur Bildung
emulsionsartiger Gemische führende Durchwirbelung von Schlacke mit dem Stahl herbeigeführt
werden.
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Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird der Stahl vor der Durchwirbelung
mit der Schlacke einer Rückkohlung unterworfen. In diesem Falle kann man mit einer
Schlacke von geringerem Aufnahmevermögen oder mit geringeren Schlackenmengen von
gleichem Aufnahmevermögen für Eisenoxyd ein gleiches oder ähnliches Ergebnis wie
ohne Rückkohlung erzielen. Es gelingt dann sogar, wesentlich niedrigere Sauerstoffgehalte
des Stahles als beim Arbeiten ohne Rückkohlung zu erzielen, wenn man mit gleichen
oder selbst kleineren Mengen von gleichwirkender Schlacke arbeitet.
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Die Zusammensetzung der -Schlacken, die gemäß der Erfindung Anwendung
finden, kann innerhalb weiter Grenzen schwanken; Voraussetzung ist nur, daß die
Schlacken weniger als 5 0/, Eisenoxydul 'enthalten, um das im Stahl gelöste FeO
aufnehmen zu können. Ihre Wirkung ist um so energischer, je höher ihr Aufnahmevermögen
für Fe 0 ist, d. h. je saurer.und je ärmer an Eisenoxydul sie sind, jedoch unter
der Voraussetzung, daß sie genügend dünnflüssig sind, um die innige Durchwirbelung
erzielen zu können. Zur Erhöhung der Dünnflüssigkeit können den Schlacken in an
sich " bekannter Weise Schmelz- und Flußmittel zugesetzt werden. Besonders dünnflüssig
sind Tonerde und gegebenenfalls noch Kalk enthaltende saure Schlacken, ferner saure
Schlacken mit Alkalioxyd- oder Erdalkalioxydgehalt oder beiden.
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Aus wirtschaftlichen Gründen ist es vorteilhaft, die benutzten Schlaöken
zur Entfernung der aufgenommenen OXyde mit einem Reduktionsmittel zu behandeln,
um sie erneut für die Durchwirbelung verwenden zu können. Beispiele 1. In eine Gießpfanne
wurden 120o kg Schlacke folgender Zusammensetzung eingegossen: Si O$ . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 68,2o0/, Alp 0 . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 11,92 °/, CaO . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8,o8°(, MnO . . . . . . . .
. . . . . . . . . 4, t9 0/,). Fe 0 .. . . . . . . . . . . . . . . . . 0,2501.
NaQ0 . . . . . . . . . . . . . . . . . 7,000/0 In diese Schlacke wurden 14 Tonnen
nicht desoxydierten Stahles mit o,020°/, C, 0,010.0/e Si und 0,025'/, Mn in dickem
Strahl eingegossen.
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Durch das Eingießen des Stahles in die Schlacke in einer Zeit von
etwa einer Minute wurde eine innige Durchwirbelung erzielt. Unmittelbar darauf wurde
der sich sofort absetzende Stahl zu Blöcken vergossen, unter Zusatz von kleinen
Mengen Aluminium in die Kokillen. Schon ein Zusatz von 0,o6°/, Aluminium reichte
aus, um ein Steigen des Stahles in den Kokillen zu verhindern, was ein Beweis für
seinen niedrigen Sauerstoffgehalt ist.
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Die verwendete Schlacke kann auch 57,80®/o Si 0v 15,6o0/, Al.
,03, 12, 50 0/11 Ca O, 4,074/o Mn O, 2,0411/, Fe O und 8,0o 0/, Nay O enthalten.
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2. Ein Stahl mit a,o5o0/, C, o,oio0/, Si und o,04211/, Mn wurde nach
Entfernung der Schlackendecke aus dem Ofen durch Zusatz vonAnthrazit bis auf einen
Kohlenstoffgehalt von o,47511/, rückgeholt. Dieser Stahl wurde ohne vorherige Desoxydation
in dickem Strahl in eine Gießpfanne gegossen, die i2ookg Schlacke enthielt. Die
Schlackenzusammensetzung war 70 0/, Si 0" 25'/, Na= O und 5 °(, Ca O.
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Der Stahl wurde sofort nach dem Absetzen unter Zusatz von Alumin;um
in Kokillen gegossen. Ein Zusatz von o,oi °/, Aluminium reichte aus, um ein Steigen
des Stahles in den Kokillen zu verhindern.
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3. 15 Tonnen Stahl mit o,02511/, Sauerstoff wurden ohne vorherige
Desoxydation in dikkem Strahl in 2500 kg Schlacke mit. 620/, Si0y, i811/,A1303,
2o11/, MgO und 11,5°/, Fe0 in eine Gießpfanne eingegossen. Nach dem Absetzen wunde
ein Stahl mit o,oo2'/, O erhalten, der nach dem Gießen auch ohne Zusatz von Aluminium
ir. den Kokillen nicht stieg.
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4. Eine nicht desoxydierte Stahlschmelze mit etwa o,072°/, Sauerstoff
und etwa
0,035% Kohlenstoff wurde durch 'Rückkohlung auf einen Kohlenstoffgehalt
von 0,255 0/0 gebracht. Ihr Sauerstoffgehalt nach der Rückkohlung betrug,
o,0240/0. Diese Stahl schmelze wurde heftig und in dickem Strahl in ein Schlackenbad
eingegossen, das sich in einer Gießpfanne befand. Die Schlacke war sauer, nicht
reduzierend, dürjnflüss-ig und arm an Eisenoxydul. Sie enthielt 52 0% Si 02, 15
0/0 A1203, 180/0- Mg 0, 5 % Ca O, 8,5/« 0MnO und 1,5% Fe0.
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Gleich nach dem Eingießen des Stahles in das Schlackenbad trennte
sich das Gemisch in zwei Schichten Der Stahl wurde sofort aus der Gießpfanne in
Kokillen gegossen. Um ein Steigen des Stahles in der Kokille zu verniesden, genügte
ein Zusatz von 2o g Aluminium auf 500 kg Stahl in der Kokille. Der Sauerstoffgehalt
des so erhaltenem Stahles betrug o,oo60/0.
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Bei der Entfernung von P und _Si aus in der Birne hergestelltem Stahl
hat man schon vorgeschlagen, gefrischten Stahl aus der Birne in einrn flüssige basische
Schlacke enthaltenden Behälter so einzugießen, daß der Stahl durch die Schlacke
hindurchgehe Man hat Zum gleichen Zwecke weiter vorgeschlagen, gefrischten Stahl
und flüssige basische Schlacke aus getrennten Behältern in einen gemeinsamen Behälter
einzugießen, und zwar zweckmäßig .den Stahl in mehreren dünnen Strahlen, um eine
weitgehendeDurchmischung von Stahl und Schlacke zu erzielen. Der so behandelte Stahl
wird nach Trennung von der Schlacke mit Ferromangan oder Spiegeleisen in üblicher
Weise desoxydiert. Eine Entfernung von Sauerstoff in Vorm von Fe0 oder MnO aus dem
Stahl findet bei diesem F. Verfahren aber nicht statt.