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Verfahren zur Herstellung von legiertem Stahl oder Eisen, insbesondere Chromstahl oder-Eisen.
Bei der Herstellung von legiertem Stahl oder Eisen verwendet man Legierungszusätze in Form von Verbindungen, die im Verlaufe des Herstellungsverfahrens reduziert werden. Man hat bereits vorgeschlagen, dem Metallbad das hiezu dienende Reduktionsmittel einzuverleiben und das Bad auf die Reaktionstemperatur zu erhitzen, wie auch das Reduktionsmittel und die zu reduzierende Verbindung gesondert zuzugeben. Nach der Erfindung wird nun in die auf dem Metallbad gebildete Schlackensehichte das zu legierende Metall in Form einer Verbindung eingeführt und zur Reduktion der Verbindung des Legierungsmetalles ein Reduktionsmittel von solcher Dichte verwendet, dass es durch die Sehlackenschichte in das Metallbad sinkt, so dass die Reaktion an der Berührungsfläche der Metall-und Schlaekensehichte eintritt.
Das Verfahren nach der Erfindung kann in folgender Weise ausgeübt werden : Der Stahl oder das Eisen, zu welchem das Legierungselement zugefügt werden soll, wird zunächst in einem gewöhnlichen Stahlofen, z. B. einem Martinofen oder einem elektrischen Ofen, geschmolzen. Darauf wird zunächst das Reduktionsmittel, welches aus einem kohlenstoffhaltigen Material, wie z. B. Roheisen oder entphosphortes Roheisen, bestehen oder auch ein metallisches Reduktionsmittel, wie Silizium, Mangan, Kalzium, Magnesium od. dgl., sein kann, dem geschmolzenen Stahl zugesetzt und ihm genügend Zeit gelassen, um sich vollkommen in der Masse des geschmolzenen Metalles zu verteilen. Wenn diese Reduktionsmittel der'Oberfläche des Bades zugefügt werden, sinken sie schnell durch die Schlackensehichte in das Metallbad hinab.
Die Menge des zuzusetzenden Reduktionsmittels wird so bemessen, dass sie ausreicht, die erforderliche Menge des beizulegierenden Elementes aus der im nächsten Stadium des Prozesses zugefügten Verbindung zu reduzieren. Diese Verbindung wird dann in dem richtigen Verhältnis oder in geringem Überschuss, vorzugsweise in Anwesenheit von Kalk oder von Kalk, Flussspat und Borax als Flussmittel, zugesetzt. Der Zweck und die Wirkungsweise des Flussmittels ist, eine Schlacke mit der Gangart der das Legierungselement enthaltenden. Verbindung zu erzeugen, wobei das Flussmittel von solcher Natur ist, dass es durch Bildung einer chemischen Verbindung das durch die Oxydation des Reduktionsmittels gebildete Produkt entfernt. Das praktisch durch das Flussmittel erzielte Ergebnis ist daher die Entfernung des Reduktionsmittels aus dem fertigen Stahl. Ein Kalldlussmittel verbindet sich z.
B. mit dem Siliziumdioxyd, welches gebildet wird, wenn Silizium als Reduktionsmittel verwendet wird, und neutralisiert dieses Siliziumdioxyd. Das spezifische Gewicht des rohen Legierungsmateriales ist derart, dass es in der Sehlackenschichte verbleibt. Die Gangart des Rohmateriales und das Flussmittel, welche sich bei der Ofentemperatur verbinden, bilden eine nichtmetallische flüssige Schichte über dem metallischen Stahlbad und in Berührung mit diesem. Die reduzierende Wirkung tritt dann an der Berührungsfläche der nichtmetallischen und der metallischen flüssigen Massen ein.
Im allgemeinen ist es zweckmässig, das Reduktionsmittel dem geschmolzenen Stahl zuerst und hierauf das das beizulegierende Element enthaltende Rohmaterial zuzusetzen. Die Toleranzgrenze im fertigen Stahl für die Elemente ; wie Kohlenstoff oder Silizium, welche das Reduktionsmittel bilden, sind gewöhnlich viel enger als die Toleranzgrenze des beilegierten Elementes ; dadurch, dass das Reduktionsmittel zuerst eingeführt wird, können die Mengen durch aufeinanderfolgendes Zusetzen von rohem Legierungsmaterial genau kontrolliert werden, bis das Reduktionsmittel in dem gewünschten Grad entfernt ist.
Anderseits kann, wenn die Toleranzgrenzen für das beizulegierende Element eng sind, das Verfahren umgekehrt werden und das das beizulegierende Element enthaltende Rohmaterial zusammen mit dem Flussmittel zuerst zugesetzt und dann erst das Reduktionsmittel in aufeinanderfolgenden Portionen zugefügt werden, bis die gewünschte Legierungsgrenze erreicht ist.
Das am meisten angewendete metallische Reduktionsmittel ist Ferrosilizium, jedoch kann auch reines Silizium oder irgend eine Siliziumlegierung, z. B. eine solche, welche eines der beizulegierenden Metalle enthält, vorteilhaft benutzt werden. So kann z. B. für die Herstellung von Edelstahl eine Siliziumehromlegierung in den geschmolzenen Stahl eingeführt und ihr Siliziumgehalt benutzt werden, um eine weitere Menge Chrom aus dem dem Bade zugesetzten Chromerz zu reduzieren. Eine solche Siliziumchromlegierung kann aus ungefähr 30-45% Chrom, 25-30% Eisen und 25-40% Silizium bestehen. Dieses Vorgehen ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn ein hochlegierter Stahl hergestellt werden soll.
Das Silizium in der in den geschmolzenen Stahl einzuführenden Siliziul11chromlegierung verringert den Schmelzpunkt einer solchen Legierung derart, dass ihre Verwendung in leichter schmelzenden
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eine Schutzwirkung auf den Chromgehalt aus und verhindert ihn, sich mit den Oxyden im Metall oder mit dem in der Ofenatmosphäre vorhandenen Sauerstoff zu verbinden.
Bei der Herstellung von Spezialstählen, die mehrere Legierungskomponenten enthalten, kann das Verfahren in derselben Weise ausgeübt werden, indem die Rohmaterialien, welche die verschiedenen beizulegierenden Elemente enthalten, zusammen der Oberfläche des Stahlbades zugesetzt werden, das seinerseits das Reduktionsmittel enthält. In solchen Fällen kann ein Flussmittel getrennt zugesetzt oder die beizulegierenden Rohmaterialien können in Form solcher Verbindungen gewählt werden, dass sie in ihrer Gangart das Flussmittel enthalten.
Es kann auch eine Mehrzahl von Reduktionsmitteln verwendet werden, so eine Mischung von kohlenhaltigen und metallischen Reduktionsmitteln oder von mehreren verschiedenen metallischen Reduktionsmitteln. Es kann z. B. eine Eisensiliziumlegierung, die Kohlenstoff enthält, verwendet werden, wobei sowohl der Gehalt an Silizium als auch derjenige an Kohlenstoff für den Reduktionszweck ausgenutzt wird. Auch können iigendwelche Reduktionsmittel, die ursprünglich bereits im Stahlbad vorhanden sind, nutzbringend verwertet werden, in welchem Falle während der Reduktionswirkung eine gleichmässige Verfeinerung und ein Garwerden des Stahles eintreten.
Auch die mit dem das beizulegierende Element enthaltende Rohmaterial zugesetzten Flussmittel haben die sekundäre Wirkung einer Reinigung des Stahles von seinem Gehalt an Metalloiden, wie Schwefel und Phosphor, welche Wirkung gleichzeitig mit der Reduktion eintritt.
Gewünschtenfalls kann nach erfolgter Reduktion des das beizulegierende Element enthaltenden Rohmateriales dem Stahlbad eine weitere geringe Menge von Ferrosilizium oder Ferromangan als desoxydierendes Reinigungsmittel vor dem Abstechen zugesetzt werden, wie es bei der üblichen Herstellung von Spezialstählen geschieht.
Die Vorteile des vorliegenden Verfahrens sind besonders bemerkbar im Falle der Benutzung von Silizium als Reduktionsmittel und der Herstellung von Stählen oder Eisen mit einem hohen Gehalt an Legierungskomponenten und geringem Kohlenstoffgehalt. Als Beispiel möge hiefür die Erzeugung von Edeleisen, enthaltend 9-15% Chrom und weniger als 0'1% Kohlenstoff, angeführt werden. Die Vorteile des Verfahrens sind auch augenscheinlich bei Verwendung eines hoehoxydierenden und schwerlösbaren Legierungselementes, wie z. B. Uran, im Stahl. Da das beizulegierende Element im naszierenden Zustande und in direkter Berührung mit dem Stahlbad erzeugt wird, ist die Möglichkeit seiner Oxydierung oder Niehtlösung auf ein Minimum verringert.
Auch kann, da der Kohlenstoffgehalt des Stahles bis auf jeden gewünschten Grad während des Reduktionsvorganges verringert werden kann, der genaue Kohlenstoff-
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Reduktionsmittel verwendet, erscheinen sie im fertigen Stahl praktisch durch die Wirkung der Flussmittel beseitigt. Auf diese Weise kann mit Hilfe des vorliegenden Veifahrens Stahl bestimmter, gegebener Zusammensetzung genauer erzeugt werden, als bei der Verwendung von Eisenlegierungen zum Einführen der Legierungsmetalle. Da die wertvollen Legierungselemente in keinem Augenblick in metallischem Zustande vorhanden sind, bis sie im Stahl selbst gelöst und mit diesem legiert sind, und nach ihrer Lösung im Stahl kein Anlass vorhanden ist, den Stahl einem Oxydationsvorgang zur Entfernung von Elementen, z.
B. des Kohlenstoffes, wie bei den älteren Verfahren, zu untelweifen, besteht beim vorliegenden keine Gefahr, dass Verluste durch Oxydation eintreten, wodurch das Verfahren ausserordentlich ökonomisch wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von legiertem Stahl oder Eisen, insbesondere Chromstahl oder -Eisen, bei welchem ein Reduktionsmittel in ein Stahl-oder Eisenbad eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zu reduzierende Verbindung des mit dem Stahl oder Eisen zu legierenden Metalles in die auf dem Metallbad gebildete Schlackenschichte eingeführt und ein Reduktionsmittel von solcher Dichte verwendet wird, dass es durch die Schlackenschichte in das Metallbad sinkt, so dass die Reaktion
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