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Verfahren zur Herstellung von sauerstoffarmem Stahl.
Um möglichst sauerstoffarme Metalle zu erhalten, ist schon vorgeschlagen worden, in einem
Induktionsofen, der durch ein elektrisches Feld die Durchwirbelung des Metalls bewirkt, eine im festen Zustande aufgegebene Schlacke zu benutzen, wobei gleichzeitig dem Metall selbst Desoxydationsmittel zugesetzt sind. Die Schlacke hat hiebei die Aufgabe, die im Metall als Reaktionsprodukte des Desoxydationsvorganges entstandenen Einschlüsse aufzunehmen.
Die Wegschaffung des Sauerstoffes aus Stahlbädern durch die Verwendung fester Schlacken allein begegnet in der Praxis Schwierigkeiten, welche die Herauslösung der im Stahlbad gelösten Oxyde, die man sogar mit sauren Schlacken bewirken könnte, beträchtlich verringern. Gibt man eine feste Schlacke in einen solchen Induktionsofen auf, wobei es gleichgültig ist, ob der Stahl selbst im festen oder im ver- flüssigten Zustande aufgegeben wird, so befindet sich das Metall mit der atmosphärischen Luft in Be- rührung, bevor die Schlacke geschmolzen ist und oxydiert sich sehr rasch.
Selbst wenn die Schlacke schon geschmolzen ist, findet rasehe Oxydation an der Oberfläche des heftig bewegten Metallbades statt ; denn letzteres ist gegen die Einwirkung der Luft nicht geschützt, und es bildet sich Eisenoxyd, wobei sieh das Bad gleichzeitig mit gelöstem Oxyd anreichert. Auf dieses Eisenoxyd wirken die zur Bildung der Schlacke zugesetzten Körper, z. B. Kieselsäure und Glas, verschlackend, und man erhält so schliesslich auf der Badoberfläche eine geschmolzene Schlacke. Die so gebildete Schlacke enthält aber beträchtliche Mengen Eisenoxyd, was ihre Fähigkeit, im Bade gelöstes Eisenoxyd aufzunehmen, vermindert und sogar praktisch vernichten kann, insbesondere wenn diese Schlacke langsam niedersehmilzt.
Eine kräftige Desoxydationswirkung der Schlacke kann auf diese Weise n'chat erhalten werden. Es wäre wohl möglich, mindestens teilweise den Stahl gegen Oxydation zu schützen, indem man vorher Mangan oder Chrom in das Bad einbringt, aber auch in diesem Falle wird trotzdem während des Schmelzens der Schlacke Eisenoxyd gebildet, wenn auch in geringerer Menge, und überdies ein Verlust an Mangan oder Chrom eintreten, deren Oxyde die Schlacke verunreinigen, so dass ihre Aufnahmefähigkeit für die verschiedenen Oxyde von Eisen, Mangan oder Chrom aus dem Bad stark herabgesetzt wird. Es ist daher klar, dass man die Oxydation der verschiedenen Bestandteile des Bades durch die Luft von Anfang an vermeiden muss.
Es wäre theoretisch möglich, mit einer in festem Zustand aufgegebenen Schlacke, übrigens nur bei einer Verlängerung der Arbeitsdauer, zu besseren Desoxydationsergebnissen zu gelangen, wenn man die eingeführte Schlackenmenge vermehrt, um eine Verdünnung der Metalloxyde in einer grösseren Schlackenmenge herbeizuführen ; aber abgesehen von der Kostenerhöhung, welche dieser Vorgang mit
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ofen die Schlacke nur durch Vermittlung des Metalls erhitzt und daher eine dicke Schichte fester Schlacke immer schlecht geschmolzen wird, zumindest in den obengelegenen Teilen.
Dadurch wird die gesamte Schlackenmasse gehindert, in Reaktion zu treten, und die Diffusion der Bestandteile in ihre tieferen Schichten sehr stark beeinträchtigt, so dass das Aufgeben einer grösseren Menge fester Schlacke überhaupt nicht vorteilhaft ist, sobald man nicht für die Schlacke selbst besondere Heizeinrichtungen vorsieht.
Erfindungsgemäss werden diese verschiedenen Nachteile vermieden und gelangt man zu viel besseren Ergebnissen sowie zu einer wirksamen und raschen Oxydation der Schlacke, deren Verbrauch auch ein geringerer ist, indem man synthetisch hergestellte, dünnflüssige Schlacken benützt, welche sich dazu eignen, zufolge ihres geringen Eisenoxydgehaltes aus dem Stahlbad das Eisenoxyd herauszulösen. Diese
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Schlacken werden gleichzeitig mit dem geschmolzenen Stahl aufgegeben oder. mindestens sobald nach dem Aufgeben des Stahles, dass sich dieser durch Berührung mit der Luft nicht merklich oxydieren kann, in einer Menge, die genügt, um das Metall zu bedecken.
Letzteres ist daher von Anfang an durch die Schichte geschmolzener Schlacke gegen den oxydierenden Einfluss der atmosphärischen Luft geschützt, und die Behandlung des Stahles mit der Schlacke wird von Anfang an ausgeführt und dann fortgesetzt unter der schützenden Sehlackendeeke. So findet keine unnütze Bildung von Oxyden des Eisens, Mangans oder Chroms statt, so dass also die Wirkung der Schlacke zur Gänze der Entfernung der im Stahlbad
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Auf diese Weise kann man einen äusserst weitgehenden Desoxydationsgrad des Stahles erreichen, ohne dass man in welcher Weise auch immer durch reduzierende Körper auf die Schlacke einwirken müsste,
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also nicht nur eine Oxydation des Stahles durch die Luft, sondern auch eine Oxydation der Sehlaeke, so dass diese fähig bleibt, den Sauerstoffgehalt des Stahles herabzusetzen.
Es ist gefunden worden, dass die Behandlung um so rascher vor sich geht, je dünnflüssiger-unter sonst gleichen Bedingungen-die Schlacke ist und um so heftiger die Bewegung des Metalls unter dem Einfluss des elektrischen Feldes stattfindet.
Zufolge der Verwendung von sauren Schlacken, die freie Kieselsäure enthalten und arm an Eisenoxyden sind, findet gleichlaufend mit der Desoxydation eine Anreicherung des Metalls an Silizium durch einfache Wirkung der Schlacke statt, ohne dass man auf diese ein Reduktionsmittel einwirken lässt, so dass man infolgedessen ohne Zusatz von Silizium oder Aluminium ruhiges Metall vergiessen kann, welches
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enthaltenden Stahl erzielt werden, wie dies aus einem der nachstehenden Beispiele hervorgeht.
Um den Unterschied zwischen dem vorliegenden Verfahren und den bekannten Verfahren zu zeigen, sind nachstehend zwei Beispiele angegeben. Das eine betrifft das Arbeiten mit fester Schlacke, das andere das Arbeiten mit geschmolzener Schlacke von der beanspruchten Zusammensetzung. Die Verfahren beider Beispiele sind in einem Hochfrequenzofen mit 150 kg Inhalt und einer Frequenz von 1000 Perioden durchgeführt worden.
Beispiel l : Der Ofen wird mit 150 kg weichem Stahl beschickt. Sobald das Metall geschmolzen und an der Oberfläche entschlackt ist, setzt man ungefähr 10 kg feste Kieselsäure in Form von Sand und 10 kg gewöhnliches weisses Glas zu, welche beide Stoffe praktisch frei von FeO sind und gewöhnlich benützt werden, um in Hoehfrequenzöfen die Schlacke zu bilden. Das Metall ergab bei der Analyse 0-09% C, 0-045% Si, 0-18% Mn und 0-053% 0. Die Schlacke brachte lange zum Schmelzen und blieb, insbesondere nach oben hin, sehr zäh. Ihre Zusammensetzung nach dem Schmelzen war bei einer möglichst
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Glasbestandteile. Mit Rücksicht auf den hohen Gehalt an FeO ist eine derartige Schlacke zur Desoxydation durchaus ungeeignet.
Nach fünf Minuten langem Durchwirbeln des Metalls in Anwesenheit der Schlacke zeigte eine dem Bad entnommene Probe einen Sauerstoffgehalt von 0-071%, also einen höheren als der vorhin bei der Analyse bestimmte, woraus hervorgeht, dass das Metall nicht nur nicht desoxydiert, sondern sogar an Sauerstoff angereichert worden ist.
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Schmelzen entstandene Schlacke wird sorgfältig entfernt, dann giesst man auf das Metallbad ungefähr 35 kg einer vorher geschmolzenen Schlacke von nachstehender Zusammensetzung : 16% Si0 0-99% FeO, 36-9% ALOg, 31-3% TiO, 3-2% MnO, 6-6% CaO, 1% MgO. Diese Schlacke ist sehr arm an Eisenoxyd.
Unmittelbar nach dem Schmelzen zeigt das Metall bei der Analyse :
0-08% C, 0-04% Si, 0-13% Mn und 0-049% 0. Das Bad wird ungefähr 15 Minuten lang mittels des elektrischen Feldes kräftig durchgewirbelt. Proben, die man dann einerseits aus dem Metall, anderseits von der Schlacke entnimmt, zeigen bei der Analyse :
Metall : 0-08% C, 0-26% Si, 0-09% Mn und 0-005% 0.
Schlacke : 21-6% SiO, 2-55% FeO, 31-6% AI, 0 : 3-6% MnO, 6-1% CaO, 1-4% MgO, 30-1% TiO,.
Die Schlacke hat also tatsächlich eine sehr beträchtliche desoxydierende Wirkung ausgeübt. Sie hat sich an FeO angereichert, und der Sauerstoffgehalt des Metalls ist binnen 15 Minuten sehr beträchtlich zurückgegangen.
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zusammengesetzten Schlacken, die das Metall gleich zu Beginn der Behandlung schützen, weitaus bessere Ergebnisse als man bei dem gewöhnlichen Verfahren erzielt, da es dabei gleichzeitig möglich ist, einen
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bindung der Schlacke mit Oxyden, welche durch die Einwirkung der Luft auf das Metall gebildet werden, bevor dieses mit geschmolzener Schlacke bedeckt ist.
Das vorliegende Verfahren benötigt, wie man sieht, sehr dünnflüssige Schlacken, die von Anfang des Vorganges an wirksam und sehr arm an Eisenoxyden sind. Die Dünnflüssigkeit erhält man durch
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entsprechende Regelung der Zusammensetzung der Schlacke. Gute Ergebnisse kann man mit Schlacken erzielen, welche enthalten : 55-65% SiO, 5-15% Al. Og, 15-30% CaO oder 45-65% Size AI2Oa, 4-25% MgO oder ungefähr 70% Si02, ungefähr 25% Na20 und ungefähr 5% CaO.
Man erhält auch dünnflüssige Schlacken, die für das Verfahren vollständig geeignet sind, indem man Flussmittel verwendet, z. B. Titandioxyd in einer Menge von 5-90%. So geben Schlacken mit 70% TiO, und 30% CaO oder Schlacken, die 45-65% Si02, 17% Ti02, 4-20% CaO, 4-25% Al20a und 4-25% MgO enthalten, infolge ihrer Dünnflüssigkeit sowie ihres gleichzeitig vorhandenen hohen Aufnahmevermögens für Oxyde ganz ausgezeichnete Ergebnisse. Andere geeignete Flussmittel sind Flussspat oder Borsäure oder ihre Verbindungen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von sauerstoffarmem Stahl durch Behandlung eines Stahlbades in einem elektrischen Induktionsofen mit einer sauren, schmelzflüssigen, Eisenoxydul aus dem Stahl extrahierenden Schlacke, dadurch gekennzeichnet, dass eine synthetisch hergestellte, dünnflüssige, eisenoxydarme Schlacke unter heftiger, durch Einfluss des elektrischen Feldes stattfindender Bewegung zur Einwirkung gebracht wird, wobei von Anfang der Behandlung an eine Oxydation des Bades durch die atmosphärische Luft und dadurch eine Verminderung des Sauerstoffaufnahmevermögens der Schlacke verhindert wird.