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Bei der bekannten Veredelung von Stahl durch heftige Durchwirbelung des Stahles mit einer vorher aufgeschmolzenen, sehr dünnflüssigen Schlacke, welche die Auflösung oder Abbindung der Verunreinigungen herbeizuführen vermag, wird die Schlacke im Stahl ganz fein verteilt und versprüht, so dass sich eine Art Emulsion bildet. Die Abtrennung der Schlacke vom Stahl erfolgt z. B. durch blosses Absetzenlassen. Wird das Verfahren zur Entfernung von im Stahl gelösten Oxyden angewendet, so schliesst sich daran eine Regenerierung der gebrauchten Schlacke, die zufolge ihrer Oxyd entfernenden Wirkung selbst an Oxyden angereichert worden ist, um sie neuerdings zur Entfernung der Oxyde verwenden zu können.
Wirtschaftlich hat diese Regenerierung grosse Bedeutung, da sie eine Ersparnis an Rohmaterial und an Energie ermöglicht, welch letztere aufgewendet werden muss, um die Schlacke aufzuschmelzen und auf die zur Durchführung des Verfahrens nötige Temperatur zu bringen. Die Ersparnis beim Rohmaterial ist besonders dann gross, wenn die Schlacke kostspielige Materialien, wie z. B. Magnesium-oder Titanoxyd, enthält.
Die Regenerierung von Schlacken, die an Oxyden, wie z. B. FeO, MnO od. dgl., durch heftige Durchmischung mit Stahl angereichert wurden, ist jedoch eine verhältnismässig langwierige und kostspielige
Operation, wenn man die üblichen Verfahren anwendet ; bei diesen wird die Desoxydierung der Schlacke entweder mit Hilfe von Kohle, die aus den Elektroden von Öfen mit elektrischen Lichtbogen stammt, bewerkstelligt oder durch Zusatz von Reduktionsmitteln, wie Kohle, Kalziumkarbid, Aluminium usw., die man auf die Oberfläche der Schlacke aufbringt.
Da hiebei die Schlacke während der ganzen Dauer der Reduktion erhitzt werden muss, bedingt der langsame Verlauf einen grossen Energieverbrauch, anderseits ist nicht genügend Zeit vorhanden, die Schlacke, die bei der ersten Operation in Verwendung stand. vor Beginn der nächsten Operation zu regenerieren, wodurch es nötig wird, mehrere Schlackenöfen aufzustellen und sehr grosse Mengen Schlacke zu verwenden.
Erfindungsgemäss wird die Regenerierung der Schlacke durch eine heftige Durehmischung zwischen der sehr dünnflüssigen, aufgeschmolzenen, oxydierten Schlacke und dem Reduktionsmittel ohne Anwendung äusserer Erhitzung bewerkstelligt, wodurch eine möglichst feine Zerteilung der Schlacke herbeigeführt wird, die mit dem Reduktionsmittel heftig emulgiert wird. Um in kurzer Zeit eine wirksame Reduktion herbeizuführen, wird das Reduktionsmittel in einem Zustand feinster Verteilung, zweckmässig in Pulverform oder in aufgeschmolzener Form, mit der Schlacke in Berührung gebracht. Als Reduktionsmittel kommen verschiedene Stoffe in Betracht, beispielsweise Kohlenstoff, Kalziumkarbid.
Aluminium, Silizium, Mangan, Ferrotitan, Kalzium usw. oder Verbindungen oder Mischungen dieser verschiedenen Stoffe. Von Wichtigkeit ist es, dass die Durchmischung und die heftige Durchdringung zwischen Schlacke und Desoxydationsmittel oder Desoxydationsmitteln so lebhaft als möglich sind. um eine sehr gründliche Berührung zwischen Schlacke und Desoxydationsmittel zustande zu bringen.
Unter diesen Bedingungen findet eine sehr rasche Desoxydation der Schlacke ohne Zufuhr äusserer Wärme statt.
Ein besonders einfaches Mittel zur Durchführung dieses Vorganges besteht darin, dass man das Reduktionsmittel in eine Giesspfanne oder einen ähnlichen Behälter einführt, gegebenenfalls nachdem man auf den Boden des Gefässes eine kleine Menge Schlacke eingebracht hat, um zu verhindern, dass das
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oder die Reduktionsmittel am Behälter haften, und hierauf die zu reduzierende Schlacke in energischer Weise auf das Reduktionsmittel aufgiesst, derart, dass es mit der Schlacke eine richtige Emulsion bildet.
Das Reduktionsmittel kann auch zugleich mit der Schlacke energisch in einen Behälter eingegossen werden.
Eine andere sehr günstige Ausführungsform besteht darin, dass man ein beliebiges Metall, insbesondere den vorher durch die Schlacke desoxydierten Stahl, dazu verwendet, um eine innige Berührung zwischen der Schlacke und dem Reduktionsmittel herzustellen. Verwendet man dabei Reduktionsmittel, die im Stahl nicht löslich sind, so werden diese entweder der Schlacke oder dem Metall zugesetzt, welche in einem beliebigen Behälter in zwei Schichten übereinander gebracht werden. Eine lebhafte Durchmischung wird dann zwischen Schlacke und Metall z. B. so hervorgebracht, dass man die ganze Masse entweder in einer Giesspfanne oder im Behälter selbst, wenn dieser eine dazu geeignete Gestalt besitzt, plötzlich umkehrt, z. B. indem man durch eine mechanische Vorrichtung den Behälter plötzlich in Bewegung setzt.
Unter diesen Bedingungen wird das Metall zufolge der feinen Verteilung, welche es sowohl bezüglich der Schlacke als auch des Desoxydationsmittels bewirkt, den gewünschten innigen Kontakt zwischen diesen beiden Stoffen herstellen und so zu einer nahezu augenblickliehen Desoxydation der Schlacke führen. Setzt man dem Metall lösliche Desoxydationsmittel, wie z. B.
Silizium, Aluminium,
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oder anderm Stoff entspricht, den man im fertigen Stahl zu erhalten wünscht. Der Zusatz von Silizium, Aluminium oder Titan zum Metall hat keine Nachteile, da der Stahl, der durch heftige Durehwirbelung mit der Schlacke bereits weitgehend desoxydiert ist, keine oder doch keine nennenswerten Einschlüsse bilden kann.
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reicheren Oxyden durch Reduktion befreien, sondern auch gleichzeitig in den Stahl Legierungskomponenten einführen, deren Oxyde in der Schlacke enthalten sind. Will man z.
B. in den Stahl zugleich mit der Regenerierung der Schlacke Silizium und Mangan einführen, so wird eine siliziumhaltige Schlacke verwendet, der man entweder zu Beginn oder nach der erstenDurchmischung, die zum Zweck der Desoxydierung des Stahles stattfindet, Manganoxyd und nach der der Desoxydation des Stahles dienenden heftigen Durehwirbelung eine bestimmte Aluminiummenge zusetzt.
Diese wird derart berechnet, dass eine Reduktion der Oxyde stattfindet, mit welchen sich die Schlacke während der ersten Durchmischung angereichert hat, eine solche Menge Siliziumdioxyd reduziert wird, die dem in den Stahl einzuführenden Siliziumgehalt entspricht, und gleichzeitig diejenige Menge von Manganoxyd reduziert wird, die dem in den Stahl einzuführenden Mangangehalt entspricht. Unter diesen Bedingungen wird nach der zweiten Durchmischung des mit Aluminium und Schlacke versetzten Stahles das angestrebte doppelte Ergebnis
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den Stahl.
Im folgenden Beispiel der Durchführung des Verfahrens wird zur Regenerierung eine Schlacke jener Art verwendet, die Siliziumdioxyd, Aluminiumoxyd, Magnesiumoxyd und Kalziumoxyd enthält und deren Gehalt nach der Oxydation an MnO 9-6% und an FeO 3. 37% beträgt. Auf 1000 kg dieser Schlacke, die man in eine Giesspfanne einführt, lässt man in heftigem Strahl und von beträchtlicher Höhe ungefähr 15t eines giessfertigen Stahles einfliessen, der 0. 43% Kohlenstoff, 1. 975% Silizium und 0-5% Mangan enthält, nachdem man zuvor einen Überschuss des Desoxydationsmittels in Form von 01% Aluminium zugesetzt hat.
Nach der energischen Durchwirbelung der Masse, die zufolge des heftigen Auftreffens des Metalles stattfindet, ist der MnO-Gehalt der Schlacke auf 7-6% und ihr FeO-Gehalt auf 2% gesunken ; parallel hiemit ist der Mangangehalt im Metall auf 0. 59% gestiegen.
Bei jeder Ausführungsform der Schlaekenregenerierung wird die Schlacke an Oxyd bzw. Oxyden des bzw. der verwendeten Reduktionsmittel angereichert, ausser wenn Kohlenstoff als Reduktionsmittel verwendet wird. Es ist daher im ersteren Fall notwendig, als Reduktionsmittel solche Elemente zu verwenden, deren Oxyde in der ursprünglichen Schlacke vorhanden sind, um deren Natur so wenig wie möglich zu verändern.
Da sich immer unvermeidliche Schlackenverluste bei den verschiedenen Arbeitsvorgängen ergeben, muss, um diese Verluste auszugleichen, eine bestimmteMengeder Schlackenbestandteile, u. zw. andere als die Oxyde der verwendeten Reduktionsmittel, zugesetzt werden. Wenn z. B. dne Siliziumdioxyd, Alumini m- oxyd, Magnesiumoxyd und Kalziumoxyd enthaltende Schlacke undals ReduktionsmittelAluminium-Silizium
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oxyd zu, um eine praktisch konstante Zusammensetzung der Schlacke aufrechtzuerhalten.
Das vorliegende Verfahren, das in erster Linie für die Regenerierung von Schlacke dient, die zur Desoxydierung von Stählen mittels Durchwirbelung der letzteren mit der Schlacke verwendet wurde, kann aber auch zur Regenerierung anderer oxydbeladener Schlacken dienen.
Beim Regenerieren oxydierter Schlacke, die hernach wieder zur Desoxydation oxydierten Stahles dienen soll, scheint es am zweckmässigsten, das Lösungsvermögen der Schlacke für Oxyde soweit nur irgend möglich wiederherzustellen, indem man darin das MnO und FeO so weit reduziert, bis alle Spuren davon verschwunden sind, da das Lösungsvermögen der Schlacke um so mehr wächst, je geringer der Gehalt der Schlacke an MnO und FeO ist.
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Es ist jedoch festgestellt worden, dass es vom wirtschaftlichen Standpunkt aus vorteilhafter ist, die Reduktion der Oxyde des Mangans und/oder Eisens in der Schlacke nicht bis zur Vollständigkeit durchzuführen und insbesondere den Eisenoxydgehalt nicht unter 1. 5% und/oder den Manganoxydgehalt nicht unter 3% sinken zu lassen, wenn saure Schlacken verwendet werden, die als Desoxydationsschlacken bei der energischen Durchwirbelung besonders geeignet sind, da sie für FeO und MnO ein hohes Lösungs- vermögen besitzen, d. h. dass die Mengen an dissoziiertem FeO und MnO in diesen Schlacken gering sind.
Es hat sich tatsächlich gezeigt, dass solche Schlacken, auch wenn sie einen etwas höheren Gehalt an FeO und besonders an MnO aufweisen, doch bei der heftigen Durchwirbelung imstande sind, einem oxydierten Stahl, ob er nun Mangan enthält oder nicht, erhebliche Mengen FeO bzw. MnO zu entziehen und den Stahl somit wirksam zu desoxydieren. So weist eine Schlacke mit einem FeO-Gehalt von un- gefähr 2% vor Durchmischung mit dem Stahl nach der Durchmischung 5-4% FeO auf. Eine Schlacke, die vor der Durchmischung einen MnO-Gehalt von 6-96% besitzt, weist nach der Durchmischung mit einem stark manganhaltigen oxydierten Stahl einen MnO-Gehalt von 12. 42% auf und der behandelte
Stahl ist von hervorragender Qualität.
Man kann daher bei der Desoxydationsmethode der Durchmischung mit saurer Schlacke eine solche verwenden, die einen FeO-Gehalt über 1-5% und einen MnO-Gehalt über 3% besitzt. Es hat sich auch gezeigt, dass die Regenerierung von Schlacke durch Reduktion der
Oxyde ausserordentlich erleichtert und viel wirtschaftlicher wird, wenn man den Gehalt an FeO und/ oder MnO nicht unter die obenangeführten Prozentsätze bringt.
Versucht man nämlich bei saurer Schlacke, die Oxydgehalte unter diese Grenzen sinken zu lassen, so werden zu gleicher Zeit erhebliche Mengen der sauren Schlackenkomponenten, wie Kieselsäure oder Titansäure, reduziert, wobei der reduzierte Anteil dieser sauren Komponenten um so grösser ist, je mehr der Gehalt an FeO und MnO herabgesetzt wird. Überdies bringt die Reduktion der Kieselsäure einen erhöhten Bedarf an Reduktionsmitteln mit sich, ferner eine erhebliche Steigerung des Energieverbrauches und der Reaktionsdauer, wodurch sich die Kosten der Regenerierung der Schlacke und damit auch der Desoxydation mittels heftiger Durchwirbelung mit einer geschmolzenen Schlacke erhöhen.
Der Minimalgehalt von FeO und/oder MnO, bei dem es zweckmässig ist, bei der Reduktion haltzumachen, hängt wesentlich von der Anwesenheit anderer Sehlaekenbestandteile ab. Wenn z. B. eine
Schlacke reich an Aluminiumoxyd, aber nicht sehr reich an Kieselsäure ist, so ist es möglich, noch wirtschaftlich zu arbeiten, wenn die Gehalte der Oxyde unter die obenerwähnten sinken. Ist dagegen die Schlacke sehr kieselsäurereich, so ist es für ein wirtschaftliches Arbeiten vorteilhaft-wenn der Stahl vor der heftigen Durchwirbelung einen gewissen Gehalt an MnO enthält-, bei der Regenerierung den MnO-Gehalt nicht viel unter 10% sinken zu lassen.
Eine saure Schlacke weist z. B. vor ihrer heftigen Durehwirbelung mit einem oxydierten Stahl, welcher Mangan enthielt, 0-88% FeO und 0-39% MnO auf. Nach der heftigen Durchmischung mit dem oxydierten Stahl war der Gehalt folgendermassen : 52-3% SiO, 1-51% FeO, 5-06% MnO. Es wurde nun der Versuch gemacht, die Schlacke mit Hilfe von Aluminium zu regenerieren. Man erhielt einen Gehalt von 46-7% SiOs und 1-01% FeO, während der Manganoxydgehalt unverändert blieb. Es zeigt sich also, dass ohne praktisches Ergebnis hinsichtlich der Regenerierung, da ja das einzige Ergebnis ein Abfall von 0-5% FeO war, bereits eine unnütze Reduktion von 5-6% SiO stattgefunden hat.
Daraus folgt, dass bei dem Versuch, den ursprünglichen Gehalt an FeO und MnO wieder zu erreichen, erhebliche Mengen Reduktionsmittel notwendig gewesen wären, die das Verfahren sehr kostspielig gestaltet und dabei eine Schlacke ergeben hätten, die von der ursprünglichen Schlacke zufolge der Zerstörung des Siliziumdioxydes deutlich verschieden gewesen wäre, so dass, alles in allem genommen, das Verfahren viel teuerer als ein blosser Ersatz der Schlacke sein würde. Anderseits hat sich gezeigt, dass eine Schlacke mit gleichem Kieselsäuregehalt und einem Manganoxydgehalt von 18% leicht zu einem Manganoxydgehalt von 13% reduziert werden könnte, ohne dass eine erhebliche Reduktion der Kieselsäure stattgefunden hätte oder ein erheblicher Aufwand an Reduktionsmittel und an Energie notwendig gewesen wäre.
Das obige Beispiel zeigt, dass bei einem Kieselsäuregehalt von 52-3% die Regenerierung der Schlacke mit 5-06% MnO in wirtschaftlicher Weise nicht mehr möglich ist. Wenn aber eine Schlacke von geringerem Kieselsäure-und grösserem Aluminiumoxyd-und Kalziumoxydgehalt ursprünglich verwendet wird, wäre die Regenerierung bei ungefähr 5% MnO noch in wirtschaftlicher Weise möglich, ohne dass eine übermässige Reduktion der Kieselsäure eintritt.
Das Verfahren gemäss der Erfindung kann auch gleichzeitig zur Herstellung gewisser Eisenlegierungen verwendet werden, indem die dünnflüssige, die Oxyde der mit Eisen zu legierenden Bestandteile enthaltende Schlacke mit geschmolzenem Eisen oder geschmolzener Eisenlegierung oder einer sehmelzflüssigen Mischung von Reduktionsmittel mit Eisen oder einer Eisenlegierung heftig durchwirbelt wird.
Die heftige Durchwirbelung von Schlacke und Eisensehmelze kann z. B. erfolgen, indem man einen dicken Strahl des geschmolzenen Eisens in eine Giesspfanne herabfallen lässt, auf deren Boden sich sehr dünnflüssige Schlacke befindet. Die Bildung von Legierungen findet in sehr kurzer Zeit statt, z. B. in einer Minute für eine Beschickung von 15 t, da die Verteilung der Schlacke in dem Eisen, welche zur Bildung einer Emulsion des geschmolzenen Eisens und der geschmolzenen Schlacke führt, ausserordentlich weitgehend ist.
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Die Durchwirbelung kann auch in anderer Weise, z. B. durch mechanisches Durchrühren, herbei- geführt werden. Es ist nur notwendig, dass eine möglichst weitgehende Verteilung der Schlacke im Metall erreicht wird.
Bei dem Verfahren können basische, neutrale oder saure Schlacken verwendet werden. Die wichtigsten in Frage kommenden Schlacken enthalten Kieselsäure und gegebenenfalls Kalziumoxyd,
Aluminiumoxyd, Titanoxyd, Magnesiumoxyd, Alkali u. dgl Die Schlacke kann auch Eisen-oder Mangan- oxyd enthalten. Die ScHacken können auch Gemische von Oxyden verschiedener Metalle enthalten, die dem Eisen erfindungsgemäss zulegiert werden sollen.
Eine Ausführungsform besteht darin, dass die erhaltene Legierung nach Abtrennung der Schlacke und gegebenenfalls nach Zusatz eines Reduktionsmittels erneut mit einer dieselben oder andere oxydische
Verbindungen von mit dem Eisen zu legierenden Bestandteilen enthaltenden Schlacke innig durch- wirbelt wird.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Regenerierung verbrauchter Desoxydationsschlacke mit Hilfe eines Reduktion- mittels, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der flüssigen Schlacke und dem Reduktionsmittel, vorteilhaft durch wuchtiges Auftreffen der geschmolzenen Schlacke auf das Reduktionsmittel oder durch gleichzeitiges Eingiessen in einen Behälter, eine heftige Durchwirbelung hervorgerufen wird, wodurch die fast augenblickliche Desoxydation der Schlacke ohne Anwendung äusserer Erhitzung bewerkstelligt wird.