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oder Stahl, und Eisenlegierungen, bei welchem eine Oxyderz und Reduktionsmittel enthaltende Beschikkung unter Bildung von Metall und Schlacke in einem elektrischen Ofen geschmolzen wird, welcher mit einer oder mehreren über dem Bad angebrachten, abwärts gerichteten, heb-und senkbaren Elektroden versehen ist. Das Verfahren ist besonders vorteilhaft, wenn die Beschickung auf einem Sehlackenbad
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Schlackenbad schwimmend oder liegend. Das Schlackenbad kann gebildet werden, ehe die Beschickung eingeführt wird oder während des Verlaufes der Sclmelzung und nimmt dann allmählich während der Schmelzung wegen der aus der Beschickung gebildeten Sehlacke an Tiefe zu.
Die Erfindung soll bei Verfahren der angegebenen Art verwendet werden, wenn zu ihrer Durch-
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wendung gelangen, während ihre Verwendung für Laboratoriumsöfen nicht beabsichtigt ist.
Bei angestellten Schmelzungen von Beschickungen, die Eisenerz, Holzkohle oder Steinkohle und Kalk in zur Erreichung einer geeigneten Schlacke und eines gewünschten Kohlenstoffgehaltes im Eisen abgepassten Verhältnissen enthielten, wobei die Beschickungen entweder aus Briketts der feinzerkleinerten Rohmaterialien oder aus einer mehr oder weniger guten Mischung abgepasster Mengen der mehr oder weniger feinkörnigen Rohmaterialien bestanden, hat sich gezeigt, dass die im Ofen zwischen einer Elektrode und dem Metallbad, bzw. im Anfang der Schmelzung dem Ofenboden angewendete Spannung in einem gewissen Verhältnis zu der angewendeten Stromstärke stehen soll, d.
h., dass der Widerstand zwischen der Elektrode und dem Metallbad einen gegebenen Wert haben soll, um das beste Sehmelzresultat zu
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von der Elektrometalltype, ist dieser Widerstand immer bei einem Wert gehalten worden, der für die erfolgreiche Durchführung des oben angeführten Reduktionsprozesses nicht genügt, n. zw. ist die an- gewendete Spannung im Verhältnis zu der angewendeten elektrischen Energie zu niedrig gehalten worden.
Die Spannung zwischen zwei Elektroden wird in Stahlöfen gewöhnlich bei 110 bis 120 Volt gehalten, wenn dreiphasiger Wechselstrom und drei Elektroden verwendet werden. Die für einen Ofen bestimmter Grösse erforderliche Leistung wird durch die zugeführte Stromstärke geregelt, u. zw. z. B. bei Verwendung in Dreieck geschalteter Elektroden gemäss der Gleichung :
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ofen genügt.
Derselbe niedrige Widerstand oder noch niedrigerer ist auch bei den gewöhnlichen Roh- eisenöfen der Elektrometalltype üblich, in welchen die Spannung zwischen jeder Elektrode und dem
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Eisenbade bei Verwendung einer Stromstärke von 12.000 bis 16.000 Ampere normal 30 bis 40 Volt beträgt. was einem Ohmschen Widerstand von etwa 0. 0025 Ohm entspricht.
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gegebener Type bei Durchführung von Prozessen der erwähnten Art, wodurch eine wirksamere Ausnutzung der zugeführten elektrischen Energie, sowie des Ofens selbst, ein besserer Verlauf des ganzen metallur- gischen Prozesses und ein geringerer Elektrodenverbraueh ermöglicht werden.
Diese Vorteile werden gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass der elektrische Strom während des hauptsächliche Teiles der Schmelzung dem Ofen mit einer solchen Spannung zwischen der Elektrode, bzw. jeder Elektrode und dem Metallbad, bzw. am Anfang der Schmelzung dem Ofenboden im Verhältnis zur zugeführten elektrischen Energie zugeführt wird, dass der Gesamtwiderstand im Lichtbogen und in der Schlacke mindestens 0.020 Ohm per Elektrode beträgt.
In diesem Zusammenhang wird mit dem Ausdruck ,,Ohmscher Widerstand" das Verhältnis zwischen
Spannung und Stromstärke und mit dem Ausdruck ,,Schmelzung" die Zeit zwischen zwei Abstichen gemeint.
Beim Betrieb des Ofens mit einem Ohmschen Widerstand, der niedriger als 0. 020 Ohm per Elek- trode ist, hat sich gezeigt, dass der Prozess wohl durchgeführt werden kann, jedoch mit Schwierigkeit, dass aber, im Vergleich mit einem Ofenbetrieb mit höherem Widerstand, der Stromverbrauch und der Elektrodenverbrauch erheblich höher werden, die Reduktion langsamer verläuft und die Temperatur am Boden des Ofens die Neigung hat, allzu hoch zu werden, welch letzterer Umstand den Bestand des Ofens beeinträchtigt.
Je höher der Widerstand gehalten wird, umso besser werden die Reduktion und Schmelzung der Beschickung auf oder in dem Sehlackenbad vor sich gehen. Schmelzungen sind dementsprechend mit sehr gutem Erfolg mit Ohmschen Widerständen bis auf 0.06 Ohm per Elektrode und in allen dazwischenliegenden Stufen, z. B. 0.022, 0. 025, 0. 030, 0. 035, 0.040, 0. 045, 0. 050 usw. Ohm per Elektrode, durchgeführt worden. Beim Reduzieren und Schmelzen in einem elektrischen Ofen von z. B. 3000 von einer brikettierten oder sonstwie stückig gemachten Beschickung, enthaltend eine Mischung
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jeder der drei Elektroden und dem Metallbade betrieben wurde. In noch grösseren Öfen, z.
B. von 5000 KW oder mehr, ist es indessen aus praktischen Gründen schwer, den Widerstand auf den höchsten Werten, z. B. über 0.040 Ohm, zu halten, da die Spannungen zwischen den Elektroden, d. h. die Hauptspannungen, dabei bis auf solehe Höhe steigen, dass Schwierigkeiten bezÜglich der Isolierung der Elektroden und
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das Gewölbe des Ofens abgeschwächt wird und eine entsprechend grössere Anzahl von Kühlstellen und Stromzuführungsvorrichtungen erforderlich werden. In solchen sehr grossen Öfen kann es notwendig sein, sieh mit niedrigeren Widerständen per Elektrode, z. B. 0.020 bis 0. 030 Ohm, zu begnügen, obwohl höhere Widerstände wünsehenswerter wären.
Insbesondere wenn Beschickungen reduziert und oder geschmolzen werden sollen, die nicht aus einer brikettierten oder sonstwie stückig gemachten Mischung der feinverteilten Rohmaterialien, sondern aus einer mehr oder weniger losen Mischung dieser Rohmaterialien bestehen, hat es sich als notwendig erwiesen, den Ofen mit hohem Widerstand zu betreiben.
Für solche Beschickungen soll ein Widerstand von mindestens 0. 025 Ohm verwendet werden, wobei aber Widerstände höherer Werte zweckmässiger sind.
Es hat sich auch erwiesen, dass der Widerstand zwischen der Elektrode, bzw. jeder Elektrode und dem Metallbad abhängig von der Natur des zu gewinnenden Metalles variiert werden kann. Wenn z. B. Eisenlegierungen aus einer Eisenerzbeschiekung und einer anderen, Oxyderz des Legierungsmetalles enthaltenden Beschickung hergestellt werden sollen, welche Beschickungen in beliebiger Reihenfolge nacheinander reduziert und geschmolzen werden können, kann der beim Reduzieren und Schmelzen der Eisenerzbeschickung zu verwendende Widerstand mit Vorteil von dem beim Reduzieren und Schmelzen der Legierungsmetallbesehickung zu verwendenden verschieden sein. Als eine allgemeine Regel kann gesagt werden, dass der Widerstand umso niedriger gehalten werden soll, umso schwerer das zu gewinnende Metall bzw.
Legierung zu reduzieren und oder zu schmelzen ist.
Der Grund dafür, dass bei den in Betracht kommenden Prozessen der Ohmsche Widerstand so viel höher als in gewöhnlichen elektrischen Stahl- oder Roheisenöfen gehalten werden soll, liegt in der besonderen Weise des Reduzierens und oder Schmelzens der Beschickung schwimmend oder liegend auf
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verhältnismässig hoher Widerstand immer vorhanden ist, der mit der Höhe des Bades wächst, muss deshalb ein ziemlieh hoher Widerstand zwischen der Elektrode und dem Metallbad eingelegt werden, d. h.
die Spannung muss im Vergleich zu der zugeführten elektrischen Energie hoch sein, weil sonst, falls man die Stromstärke mit Hilfe automatischer Regulatoren, welche auch die Lagen der Elektroden im Verhältnis zum Metallbad regeln, automatisch konstant hält, die Elektroden in das Schlackenbad ein-
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tauchen werden, so dass keine Lichtbogen gebildet werden. Die Temperaturverteilungskurve eines Lichtbogens zeigt deutlich, dass der Lichtbogen eine gewisse, nicht unerhebliche Länge haben muss, um eine gute Wärmeverteilung über das Bad hin zu erhalten.
Die Erwünschtheit eines langen Lichtbogens und die verhältnismässig hohe Sehlaekenschiehte sind somit die Ursachen, warum ein grosser Widerstand oder, in andern Worten ausgedrückt, eine grosse Verhältniszahl zwischen Spannung und Stromstärke hervorgebracht werden muss. Liehtbogenbetrieb während des Reduzierens und oder Sehmelzens bringt ausserdem den Vorteil mit sich, dass die Elektrode mit der Beschickung nicht in Berührung kommt, was von besonderer Bedeutung ist, wenn kohlenstoffarmes kohlenstoffaufnehmendes Metall bzw. Legierung gewonnen werden soll.
In einem Prozess der vorliegenden Art hat der Widerstand in der Schlacke die wichtige Aufgabe, die zum Aufrechterhalten der Temperatur in der Schlacke und dem darunterliegenden Metall erforderliche Wärme zu entwickeln. Wenn der Strom durch die Schlacke geht, wird eine erhebliche Wärmemenge darin zufolge des Widerstandes entwickelt, so dass die Schlacke genügend warm wird, um das Metall im erforderlichen Grad zu erhitzen und auch Wärme an die auf der Oberfläche der Schlacke schwimmende oder liegende Beschickung abzugeben. Je schwer schmelzbarer das zu gewinnende Metall ist, umso wärmer muss selbstverständlich das Metall am Boden des Ofens gehalten werden, um dort nicht zu erstarren.
Bei der Herstellung von Legierungen, die einen hohen Gehalt an Legierungsmetall enthalten, z. B. kohlenstoffarmes Ferroehrom oder rostfreies Eisen mit 13 bis 15% Chrom, muss somit ein verhältnismässig grosser Teil des Widerstandes per Elektrode in die Schlacke gelegt werden. Der Gesamtwiderstand in der Schlacke und im Lichtbogen soll indessen während des hauptsächlichen Teiles der Schmelzung mindestens 0.020 Ohm per Elektrode oder besser noch höher sein.
Da bei Schmelzprozessen vorliegender Art, bei welchen die Beschickung auf das Schlackenbad im Ofen entweder ununterbrochen oder in dem Prozess angepassten Zwischenräumen eingeführt wird, die
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der Schmelzung stetig anwächst, würde dies, wenn der Gesamtwiderstand im Lichtbogen und in der Schlacke konstant gehalten wird, bedeuten, dass der Spannungsfall im Lichtbogen und damit der Widerstand des Lichtbogens sich stetig vermindern würde. Um dies zu vermeiden, ist es zweckmässig, einen geeigneten Teil der Schlacke ein-oder mehrmals während der Sehmelzung abzustechen oder in anderer Weise zu entfernen.
Von diesem Gesichtspunkt aus gesehen, ist ein ununterbrochenes Abstechen der Schlacke am zweckmässigsten, so dass die Sehlaekenschiehte auf einer bestimmten Höhe gehalten wird, was aber ziemlieh schwer durchzuführen ist. Bei Verwendung kippbarer Öfen ist es jedoch verhältnis-
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Prozesses stattzufinden braucht. Die Höhe der Schlaekenschiehte wird dabei zweckmässig derart ab- gepasst, dass der Widerstand der Sehlacke nur die zum Warmhalten des Metallbades und der Schlacke erforderliche Wärme liefert.
Die Erhöhung des Widerstandes und folglich des Spannungsfalles im Schlackenbad während des Verlaufes der Schmelzung kann indessen auch in anderer Weise als durch Abstechen der Schlacke kompensiert werden, u. zw. z. B. durch Vergrösserung der Spannung zwischen Elektrode und dem Metallbad
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dessen Länge aufrecht erhalten werden kann. Bei unveränderter Stromstärke wird dabei die dem Ofen zugeführte elektrische Energie erhöht. Solche Regelung der Spannung kann z. B. durch Veränderung der Schaltung der Transformatoren oder der Verhältniszahl der Wicklungen durch Verwendung von geeigneten Zapfstellen an den Transformatoren erreicht werden.
Wenn die elektrische Energie konstant gehalten werden soll, was gewöhnlieh der Fall ist, muss die dem Ofen zugeführte Stromstärke vermindert werden, u. zw. in demselben Grad wie die Spannung erhöht wird, was durch Einregulierung der Elektrode, am besten mittels automatischen Regulators, auf eine solche Lage, die sowohl dem höheren Spannungsfall als der verminderten Stromstärke entspricht, erzielt wird.
Die Stromzufuhr wird somit zweckmässig durch Veränderung der Spannung und der Lagen der Elektroden im Verhältnis zum aMetallbade derart geregelt, dass der Gesamtwiderstand im Lichtbogen und in der Schlacke zwischen jeder Elektrode und dem Metallbade in demselben Masse erhöht wie der Einzelwiderstand im Schlaekenbade gesteigert wird, d. h. der Widerstand des Lichtbogens wird während des Verlaufes der Schmelzung konstant gehalten.
Die Nachteile eines erhöhten Widerstandes zufolge der anwaehsenden Höhe des Schlackenbades während der Schmelzung werden selbstverständlich kleiner, wenn die Schlacke ein hohes elektrisches Leitungsvermögen hat. Es ist somit möglich, auch durch zweckmässige Anpassung der Zusammensetzung der Schlacke diese Nachteile zu kompensieren, u. zw. z. B. durch Bildung einer stark basischen Schlacke oder dadurch, dass der Schlacke ein höherer Gehalt an Metalloxyden gegeben wird, welche letztere Massnahme in solchen Fällen von besonderem Vorteil ist, wenn es sich um die Gewinnung von Metallen mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt handelt, z. B. Eisen oder Eisenlegierungen mit einem unter 0. 05% gelegenen Kohlenstoffgehalt.
Öfen, in welchen das Verfahren gemäss der Erfindung durchgeführt werden soll, nebst zugehörigen elektrischen Transformatoren und Leitungen usw. können entweder für hohe Betriebsspannungen, z. B. 110 bis 220 Volt zwischen der Elektrode, bzw. jeder der Elektroden, bzw. jeder der Elektroden und dem
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