AT122930B - Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffarmen Metallen oder Metallegierungen aus deren oxydischen Erzen. - Google Patents

Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffarmen Metallen oder Metallegierungen aus deren oxydischen Erzen.

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AT122930B
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Emil Gustaf Torvald Gustafsson
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Emil Gustaf Torvald Gustafsson
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Description


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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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AT122930D 1926-09-27 1927-09-26 Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffarmen Metallen oder Metallegierungen aus deren oxydischen Erzen. AT122930B (de)

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