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Die gleichen Methoden, wie sie in den bisherigen Öfen ausgeführt wurden, sind auch auf die Herstellung von Stahl im Hochfrequenzofen übertragen worden. Bei den Verfahren, welche bisher bekanntgeworden sind, wird vorerst durch einen Frisehprozess unter einer mehr oder weniger porösen Schlacke ein weiches Flusseisen hergestellt, welches nachher durch Zusetzen der bekannten Desoxydationsmittel gereinigt wird. Als besonderer Vorteil des Hochfrequenzofens wird hervorgehoben, dass es damit gelingt.
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Kohlenstoff, welcher in den bisherigen Schmelzöfen praktisch nicht erreichbar ist, durch reinigende
Zusätze in kurzer Zeit vollkommen rotbruehfrei zu machen.
Infolge der elektromechanischen Durch- misehung des Stahlbades im Hochfrequenzofen sollen sich die gebildeten Desoxydationsprodukte besser als in irgendeinem andern Ofen ausscheiden. Bei diesem Verfahren muss der Zeitpunkt, wann die Des- oxydation beendigt ist. genauestens beobachtet werden, da sonst durch den unvollständigen Abschluss des Bades von der Luft bei der angewendeten lockeren Schlacke leicht eine neuerliche Oxydation des Bades eintreten kann. in welchem Falle der ganze Erfolg in Frage gestellt wäre.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisen oder Stahl im Siemens-Martin-Ofen oder Elektroofen, insbesondere Hochfrequenzofen, als Endprodukt, Vorlegierung oder Grundstoff für Legierungen und besteht darin, dass das Raffinieren ohne Zusatz von Desoxydationsmitteln unter bestmöglichem Ausschluss von Luft mittels einer neutralen, praktisch nicht desoxydierenden Schlacke.
Vakuums oder neutraler Atmosphäre mit Durchmischung des Bades und bei möglichst hohen Temperaturen durchgeführt wird. wobei die den Luftabschluss bewirkende neutrale, praktisch nicht desoxydierende Schlacke ihre Zähigkeit erhöhende Zusätze. wie Glas. und ihren Schmelzpunkt erniedrigende Zusätze bekannter Art enthalten kann und vorzugsweise bereits das Einschmelzen des Eisens oder Stahles unter bestmöglichem Ausschluss von Luft vorgenommen wird.
Das nachfolgend beispielsweise für den Hochfrequenzofen beschriebene erlindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Eisen oder Stahl verwendet eine von den bisherigen Schmelzmethoden grundlegend abweichende Arbeitsweise für die Durchführung der Desoxydation und Entgasung.
Erfindungsgemäss wird vorzugsweise bereits beim Einschmelzen der Charge eine Schlacke besonderer Zusammensetzung angewendet, welche einen sehr niedrigen Schmelzpunkt und eine ausserordentliche Zähigkeit hat, so dass das Metall schon beim Beginn des Verfahrens von der Luft gut abgeschlossen und eine übermässige Sauerstoff-und Gasaufnahme vermieden wird. Ist der Phosphorgehalt im Einsatz so hoch, dass zuerst eine Entphosphorung notwendig ist. oder kann aus einem andern Grunde die Sonder-
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des Einsatzes, also als erste Schlacke. eine übliche Schlacke angewendet werden, doch erfordert dann der weitere Verfahrensverlauf mehr Sorgfalt. Zeit und Kosten.
Die bei basischer Zustellung des Ofens zu verwendende Sonderschlacke hat zweckmässig folgende Zusammensetzung :
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<tb>
<tb> 1-50 <SEP> Glas.
<tb> 1-2000 <SEP> Eisenoxyd,
<tb> 1- <SEP> 500 <SEP> Flussspat.
<tb>
Rest <SEP> Kalk.
<tb>
Eine Sonderschlacke von z. B. folgender Zusammensetzung hat sieh gut bewährt : 40%, Glas.
100"Eisenoxyd.
1% Flussspat.
49% Kalk.
Bei saurer Zustellung des Ofens wird an Stelle dieser Sonderschlacke vorzugsweise irgendeine bekannte saure Selllacke verwendet, die ihre Zähigkeit erhöhende Zusätze, wie z. B. Glas, und ihren Schmelzpunkt erniedrigende Zusätze, wie z. B. Kalk oder Magnesit, enthält. Diese sauren Sonderschlaeken können beispielsweise folgende Zusammensetzungen haben :
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<tb>
<tb> 10#50% <SEP> Glas,
<tb> Rest <SEP> Quarz.
<tb> zu <SEP> Glas.
<tb> 5-400 <SEP> ;. <SEP> 31agnpsit.
<tb>
Rest <SEP> Quarz.
<tb>
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<tb>
<tb>
10-5000 <SEP> Glas.
<tb>
5#15% <SEP> Kalk.
<tb>
Rest <SEP> Quarz.
<tb>
10#50% <SEP> Glas.
<tb> 5-20% <SEP> Manesit.
<tb> a-10% <SEP> Kalk.
<tb>
Rest <SEP> Quarz.
<tb>
Der niedrige Schmelzpunkt ist von besonderem Vorteil, da im Hoehfrequenzofen die Schlacke nur vom Bad aus geheizt wird und daher immer kälter ist als das Metall. so dass sie häufig nicht genügend flüssig wird. Schlacken mit hohen Sehmelzpunkten bilden keinen genügend dichten Abschluss des Bades gegen die schädliche Einwirkung des Luftsauerstoffes. Die hohe Zähigkeit der Schlacke ist darum vorteilhaft, weil die Schlacke im Hochfrequenzofen durch die elektromagnetische Badbewegung nach dem Rand gezogen wird und leicht in der Mitte auseinanderreisst, wodurch ebenfalls die Luft mit dem flüssigen Metall in Berührung kommt. Durch die Anwendung derartiger Schlacken ist somit bereits beim Einschmelzprozess ein weitgehender Abschluss des Stahles von der Luft gewährleistet.
Nach dem Einschmelzen wird die Schlacke entfernt und das Bad unter einer neuaufgebrachten Sonderschlaeke bei möglichster Vermeidung jeder Uberoxydation weiterbehandelt, wobei zur Entfernung des restlichen Sauerstoffes und Gases erfindungsgemäss ein grundsätzlich anderer Weg als bisher eingeschlagen'wird.
Die bisherigen Verfahren verwenden, wie erwähnt. nachdem die Entkohlung beendigt ist, zur Zerstörung der Sauerstoff-und Gasreste als desoxydierende Zusätze Stoffe. welche eine grössere Verwandtschaft zum Sauerstoff haben, wodurch feste bzw. gasförmige Desoxydationsprodukte entstehen.
Es wurde nun erkannt, dass der Hochfrequenzofen die Ausnutzung der chemisch-physikalischen Gesetze nach einer andern Richtung hin ermöglicht. Es ist bekannt. dass die Reaktionsgeschwindigkeit einer
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und endlich durch langandauernde Durchmischung (z. B. durch Kochen). Die Erkenntnis, dass sich durch die Anwendung dieser Gesetze auf den Hochfrequenzofen ohne Anwendung irgendwelcher des- oxydierender Zusätze eine weitgehende Entoxydation (Zerstörung des Sauerstoffiiberschusses) und
Entgasung eines weitgehendst entkohlten Eisens erreichen lassen. bildet einen wesentlichen Teil der vorliegenden Erfindung.
Die praktische Durchführung des Verfahrens geht weiters folgend vor sich :
Das durch die zähe und dünnflüssige Schlacke von der Luft gut abgeschlossene und bereits nahezu vollständig entkohlte Bad wird bis zur höchsten, im Hochfrequenzofen praktisch möglichen Temperatur erhitzt und dann durch längere Zeit bei dieser hohen Temperatur der elektromechanischen Mischwirkung ausgesetzt. Durch diese äusserst hohe Temperatur, welche höher ist als die sonst bei der Herstellung von Eisen und Stahl (auch im Hochfrequenzofen) üblichen Temperaturen, wird die Schmelze ausser- ordentlich dünnflüssig und kann nunmehr durch die Einwirkung der automatischen elektromechanischen
Durchmischung vollständig selbsttätig ausreagieren und entgasen.
Das nach diesem Verfahren herge- stellte Fertigmaterial weicht in seinem Verhalten wesentlich von den nach bekannten Schmelzverfahren hergestellten weichen Eisen-und Stahlsorten ab. Es fliesst vollkommen ruhig, ohne zu sprühen, aus dem
Probelöffel in die Kokille und zeigt weder während des Flusses noch auch bei der nachfolgenden Er- starrung irgendwelche Anzeichen einer nachträglichen Gasabseheidung. Es ist somit praktisch voll- kommen entgast und verhält sieh in dieser Beziehung wie ein mit Silizium beruhigtes Eisen. Auch ist es ausgezeichnet schmiedbar und vollkommen rotbruchfrei, somit ein Erzeugnis von ganz hervor- ragender Güte.
Bei einer derartig durchgeführten Schmelzung betrug z. B. der Kohlenstoffgehalt nach dem Ein- schmelzen unter der angeführten zähen Schlacke 0'05% und der Mangangehalt 0-25 o. Nachdem dieses
Eisen erfindungsgemäss weiterbehandelt wurde, war der Kohlenstoff durch die Umsetzung mit dem restlichen Sauerstoff auf 0-030 gefallen, während der Mangangehalt unverändert blieb. Der Umstand. dass der Mangangehalt vollständig unverändert geblieben ist, beweist, dass die Behandlung erfindungs- gemäss unter Luftabschluss vor sich gegangen ist.
Dieses Material ist von ganz besonderer Reinheit. frei von Schlackeneinschlüssen, weitgehend oxydfrei und entgast, daher für alle jene Zwecke besonders geeignet, für die bisher ein besonders reines und weiches Material, wie Elektrolyteisen, Armco-Eisen. antiremanentes Eisen, nichtalterndes Eisen u. dgl., verwendet wurde.
Dieses Verfahren ist selbstverständlich nicht auf die Herstellung eines so niedriggekohlten Eisens mit dem vorstehend beispielsweise angegebenen Mangangehalt als Endprodukt beschränkt. Das im Hochfrequenzofen erfindungsgemäss hergestellte Eisen ist vielmehr auch ein hervorragendes Ausgangsprodukt für die Herstellung sämtlicher anderer Eisen-und Stahlsorten. Es kann z. B. im gleichen Verfahrensgang (oder auch nach Wiedereinschmelzen) durch einfaches Zulegieren einer Mangan-Kohlen- stoff-Legierung auf ein Flusseisen mit hoher Tiefziehfähigkeit von besonderer Giite verarbeitet werden. Anderseits kann z.
B. durch Zusatz von Silizium ein Transformatorenmaterial mit besonders niedrigem
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Kohlenstoffgehalt und infolge der hohen Schlackenreinheit auch günstigen Wattverlustzahlen hergestellt werden.
Qualitätsstähle werden im Elektroofen gewöhnlich in der Weise hergestellt, dass der Einsatz nach dem Einschmelzen zunächst auf ein weiches Eisen entkohlt wird. Die Einschmelzsehlaeke wird dann abgezogen. worauf mit diesem Eisen durch Aufkohlen und Legieren die Stähle der verschiedensten Zusammensetzung frisch aufgebaut werden. Wie erwähnt, ist es beim Einschmelzen bzw. bei der Entkohlung des Einsatzes unvermeidlich, dass eine übermässige Sauerstoffaufnahme stattfindet. Es sind daher für den Elektroofen zahlreiche Verfahren bekanntgeworden. welche den Zweck haben, den Stahl durch einen besonderen Schlackenprozess zu desoxydieren und zu entgasen.
Die praktische Erfahrung hat jedoch ergeben, dass keines dieser Verfahren geeignet ist. aus einem stark überoxydierten Eisen einen vollständig
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bereits im Einschmelzprozess auf ein möglichst sauerstoff-und gasarmes Eisen hinzuarbeiten. Die Herstellung von Qualitätsstählen im Hochfrequenzofen erfolgt entweder durch Umschmelzen von reinen
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basischem Herd bei Verwendung gewöhnlichen Einsatzes in gleicher Weise. wie vorstehend für den Elektroofen geschildert wurde. Hieraus ergibt sich. dass bei der Herstellung von Qualitätsstählen, ähnlich dem Elektrostahlverfahren. auch im Hochfrequenzofen der Erschmelzung eines besonders reinen Eisens eine massgebende Bedeutung zukommt.
Dieses Problem erscheint durch die gegenständliche Erfindung einfach und mit vollem Erfolg gelöst.
Bei der Herstellung von Qualitätsstählen im Hoehfrequenzofen wird erfindungsgemäss, z. B. wie folgt, vorgegangen : Es wird vorerst in der bereits beschriebenen Art. vorzugsweise unter der angegebenen
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entfernt und unter einer neuen Sonderschlaeke das Bad entkohlt. Hierauf wird die Temperatur bis auf das höchstzulässige Mass gesteigert und das Eisen bei dieser Temperatur unter der elektromechanischen Mischwirkung ausgaren gelassen. Nachdem die Sehöpfproben die Beendigung der Reaktion anzeigen,
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ausserordentlich hohen Reinheitsgrad.
Dieses Verfahren bezieht sich in erster Linie auf den Hoehfrequenzofen, kann aber in jedem ändern einschlägigen Ofen angewendet werden, wenn einerseits die notwendig hohe Temperatur, anderseits die Durchmischung des Bades hinreichend erzielt wird. Hiebei kann der Abschluss des Bades von der Luft auch in irgendeiner andern Weise, z. B. durch Vakuum oder durch Anwendung einer neutralen Atmosphäre, erfolgen.
Das Entgasen von Eisen-und Stahlbädern im Elektroofen durch Vakuum und mechanisches Mischen ist bereits vorgeschlagen worden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Eisen oder Stahl im Siemens-Martin-Ofen oder Elektroofen. ins- 'besondere Hoehfrequenzofen, als Endprodukt, Vorlegierung oder Grundstoff für Legierungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Raffinieren ohne Zusatz von Desoxydationsmitteln unter bestmöglichem Aus- schluss von Luft mittels einer neutralen, praktisch nicht desoxydierenden Schlacke. Vakuums oder neutraler Atmosphäre mit Durchmischung des Bades und bei möglichst hohen Temperaturen durchgeführt wird.
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The same methods used in previous furnaces have also been applied to the manufacture of steel in high frequency furnaces. In the methods that have become known so far, a soft flux iron is first produced by a hair-cutting process under a more or less porous slag, which is then cleaned by adding the known deoxidizing agents. A particular advantage of the high-frequency furnace is emphasized that it succeeds.
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Carbon, which is practically unattainable in the previous melting furnaces, through cleaning
To make additives completely free of red brew in a short time.
As a result of the electromechanical diameter of the steel bath in the high-frequency furnace, the deoxidation products formed are said to separate out better than in any other furnace. With this method, the point in time at which the deoxidation is complete must be. must be carefully observed, otherwise the incomplete closure of the bath from the air can easily result in renewed oxidation of the bath with the loose slag used. in which case the whole success would be in question.
The invention relates to a process for the production of iron or steel in the Siemens-Martin furnace or electric furnace, in particular a high-frequency furnace, as an end product, master alloy or base material for alloys and consists in refining without the addition of deoxidizing agents with the best possible exclusion of air by means of a neutral , practically non-deoxidizing slag.
Vacuum or neutral atmosphere with mixing of the bath and at the highest possible temperatures. the neutral, practically non-deoxidizing slag causing the air exclusion to increase its toughness additives. like glass. and may contain additives of a known type which lower their melting point and preferably the iron or steel is already melted with the best possible exclusion of air.
The method according to the invention for the production of iron or steel described below for the high-frequency furnace, for example, uses a method of operation that differs fundamentally from the previous melting methods for carrying out the deoxidation and degassing.
According to the invention, when the batch is melted, a slag of special composition is preferably used which has a very low melting point and extraordinary toughness, so that the metal is sealed off from the air at the start of the process and excessive oxygen and gas absorption is avoided. Is the phosphorus content in use so high that dephosphorization is necessary first. or for some other reason the special
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of use, i.e. as the first slag. a conventional slag can be used, but then the further course of the process requires more care. Time and cost.
The special slag to be used for basic lining of the furnace has the following composition:
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<tb>
<tb> 1-50 <SEP> glass.
<tb> 1-2000 <SEP> iron oxide,
<tb> 1- <SEP> 500 <SEP> fluorspar.
<tb>
Remainder <SEP> lime.
<tb>
A special slag of z. B. the following composition has proven to be good: 40%, glass.
100 "iron oxide.
1% fluorspar.
49% lime.
With acidic lining of the furnace, instead of this special slag, any known acidic Sellar varnish is preferably used, which increases its toughness additives, such as. B. glass, and additives lowering their melting point, such as. B. lime or magnesite contains. These acidic special smacks can have the following compositions, for example:
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<tb>
<tb> 10 # 50% <SEP> glass,
<tb> rest <SEP> quartz.
<tb> to <SEP> glass.
<tb> 5-400 <SEP>;. <SEP> 31agnpsit.
<tb>
Remainder <SEP> quartz.
<tb>
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<tb>
<tb>
10-5000 <SEP> glass.
<tb>
5 # 15% <SEP> lime.
<tb>
Remainder <SEP> quartz.
<tb>
10 # 50% <SEP> glass.
<tb> 5-20% <SEP> manesite.
<tb> a-10% <SEP> lime.
<tb>
Remainder <SEP> quartz.
<tb>
The low melting point is of particular advantage because in the high frequency furnace the slag is only heated from the bath and is therefore always colder than the metal. so that it often does not become sufficiently liquid. Slags with high melting points do not form a sufficiently tight seal against the harmful effects of atmospheric oxygen. The high toughness of the slag is advantageous because the slag in the high-frequency furnace is drawn towards the edge by the electromagnetic bath movement and is easily torn apart in the middle, whereby the air also comes into contact with the liquid metal. The use of such slags ensures that the steel is largely sealed off from the air during the melting process.
After melting down, the slag is removed and the bath is treated further under a newly applied special slag while avoiding any overoxidation as far as possible, whereby according to the invention a fundamentally different path than before is taken to remove the remaining oxygen and gas.
Use the previous procedures as mentioned. after the decarburization has ended, to destroy the oxygen and gas residues as deoxidizing additives. which are more closely related to oxygen, resulting in solid or gaseous deoxidation products.
It has now been recognized that the high-frequency furnace enables the chemical-physical laws to be exploited in another direction. It is known. that the reaction speed of a
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and finally by long-term mixing (e.g. by cooking). The realization that by applying these laws to the high frequency furnace without the use of any deoxidizing additives, extensive deoxidation (destruction of the excess oxygen) and
Let degassing of a largely decarburized iron be achieved. forms an essential part of the present invention.
The practical implementation of the procedure also proceeds as follows:
The bath, which is well sealed off from the air by the viscous and thin-bodied slag and has already been almost completely decarburized, is heated to the highest temperature practically possible in a high-frequency furnace and then subjected to the electromechanical mixing effect for a long time at this high temperature. Due to this extremely high temperature, which is higher than the usual temperatures in the manufacture of iron and steel (also in high-frequency furnaces), the melt becomes extremely thin and can now be controlled by the automatic electromechanical
Thoroughly react and degas completely automatically.
The behavior of the finished material produced by this process differs significantly from the soft iron and steel types produced by known melting processes. It flows completely calmly without spraying out of the
Test spoon into the mold and shows no signs of subsequent gas separation either during the flow or during the subsequent solidification. It is practically completely degassed and behaves in this respect like iron that has been calmed with silicon. It is also excellently forgeable and completely free from red fracture, making it a product of very high quality.
In such a performed melting z. B. the carbon content after melting under the tough slag mentioned 0'05% and the manganese content 0-25 o. After this
Iron was further treated according to the invention, the carbon had fallen to 0-030 as a result of the reaction with the remaining oxygen, while the manganese content remained unchanged. The fact. that the manganese content has remained completely unchanged, proves that the treatment according to the invention took place in the absence of air.
This material is of a very special purity. Free of slag inclusions, largely oxide-free and degassed, therefore particularly suitable for all those purposes for which a particularly pure and soft material, such as electrolyte iron, Armco iron, was previously used. anti-permanent iron, non-aging iron, etc. Like., was used.
This process is of course not limited to the production of such a low-carbon iron with the manganese content specified above as an end product. The iron produced in accordance with the invention in the high-frequency furnace is rather an excellent starting product for the production of all other types of iron and steel. It can e.g. B. can be processed in the same process step (or after remelting) by simply adding a manganese-carbon alloy to a mild iron with high deep-drawing properties of particular quality. On the other hand, z.
B. by adding silicon a transformer material with a particularly low
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Carbon content and, due to the high slag purity, also favorable watt loss figures can be produced.
Quality steels are usually manufactured in an electric furnace in such a way that the insert is first decarburized onto a soft iron after it has been melted down. The melt-in sheet is then peeled off. whereupon the steels of various compositions are freshly built up with this iron by carburizing and alloying. As mentioned, when the insert is melted down or decarburized, it is inevitable that excessive oxygen uptake takes place. Numerous processes have therefore become known for the electric furnace. which have the purpose of deoxidizing and degassing the steel through a special slag process.
However, practical experience has shown that none of these methods is suitable. from a strongly overoxidized iron one completely
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work towards an iron that is as low in oxygen and gas as possible during the melting process. The production of quality steels in the high frequency furnace is done either by remelting pure
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basic stove when using normal use in the same way. as described above for the electric furnace. From this it follows. that in the production of quality steels, similar to the electric steel process. The melting of a particularly pure iron is also of decisive importance in the high-frequency furnace.
This problem appears to be solved simply and with complete success by the present invention.
In the production of quality steels in the high frequency furnace according to the invention, for. B. proceed as follows: It is initially in the manner already described. Preferably under the specified
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removed and decarburized the bath under a new special door. The temperature is then increased to the maximum permissible level and the iron is allowed to simmer at this temperature under the electromechanical mixing effect. After the ear probes indicate the end of the reaction,
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extremely high degree of purity.
This process is primarily related to the high frequency furnace, but can be used in any other relevant furnace if, on the one hand, the necessary high temperature and, on the other hand, sufficient mixing of the bath is achieved. The bath can also be closed off from the air in some other way, e.g. B. by vacuum or by using a neutral atmosphere.
The degassing of iron and steel baths in the electric furnace by vacuum and mechanical mixing has already been proposed.
PATENT CLAIMS:
1. Process for the production of iron or steel in the Siemens-Martin furnace or electric furnace. in particular high frequency furnace, as an end product, master alloy or base material for alloys, characterized in that the refining without the addition of deoxidizing agents with the best possible exclusion of air by means of a neutral, practically non-deoxidizing slag. Vacuum or neutral atmosphere with mixing of the bath and at the highest possible temperatures.