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Verfahren zur Herstellung von alterungsbeständigem Eisen oder Stahl.
Für die Erzeugung von alterungsbeständigem Eisen oder Stahl sind bereits verschiedene Wege bekannt. Die Alterungsbeständigkeit wird z. B. dadurch erzielt, dass das Eisen oder der Stahl bei der Erschmelzung und Einhaltung bestimmter Bedingungen mit Desoxydationsmitteln weitgehender behandelt wird, als es sonst beim Erschmelzen gewöhnlicher Eisen- und Stahls orten üblich ist. Ein anderer Weg zur Erreichung der Alterungsbeständigkeit besteht in vergütender Wärmebehandlung (Abschrecken und Anlassen), sodann auch in Warmverformung bei Temperaturen in der Nähe des oberen Umwandlungspunktes. Schliesslich kann Alterungsbeständigkeit auch durch gewisse metallische Beilegierungen, z. B. von Chrom, Nickel, Kupfer usw., erreicht werden.
Alle diese Verfahren bewirken eine Verteuerung der Gegenstände, die aus alterungsbeständigem Eisen oder Stahl hergestellt werden sollen, denn sie bedingen sämtlich zusätzliche Massnahmen bei der normalen Erzeugung, wodurch die Kosten des Enderzeugnisses natürlich erhöht werden. Dies trifft besonders zu für die Erreichung der Alterungsbeständigkeit durch Beilegierung, durch besondere Wärmebehandlung und durch Formgebung unter Einhaltung besonderer Temperaturgebiete.
Dazu kommt noch, dass bei Anwendung bekannter Desoxydationsmittel leicht Einschlüsse, z. B. bei Aluminium Tonerdeeinschlüsse, entstehen können, die, im Eisen oder Stahl verbleibend, an Bruchflächen derselben unganze Stellen hervorrufen können, die die Verwendung des Stückes in Frage stellen.
Da die Zugabe der beim Verfahren zur Erzeugung alterungsbeständiger Stähle durch weitgehende Desoxydation wirksamen Desoxydationsmittel in der Regel kurz vor dem Abstich im Ofen oder nach dem Abstich in der Pfanne erfolgt, bleibt für den Desoxydationsvorgang oft nur sehr geringe Zeit übrig, weshalb es leicht eintreten kann, dass die Alterungsbeständigkeit der Schmelze nicht erreicht wird.
Ein weiterer Übelstand, der sich bei der Erzeugung von alterungsbeständigen Eisen-und Stahlsorten, übrigens auch bei der Erzeugung von Eisen-und Stahlsorten, für die Alterungsbeständigkeit nicht verlangt wird, zeigt, ist der Umstand, dass die Schlacke des Schmelzbades nicht nur in gewollter Weise unerwünschte Bestandteile des Bades, zu denen in erster Linie Schwefel und Phosphor gehören, aufnimmt, sondern auch Bestandteile, deren Verbleiben in dem zu erzeugenden Eisen oder Stahl erwünscht ist. Bei dem üblichen Schmelzprozess wird zur Entfernung von Schwefel und Phosphor aus dem Bade in der Regel reichlich Kalk nach dem Niederschmelzen des Einsatzes eingesetzt, wodurch eine basische Schlacke mit der gewünschten Aufnahmefähigkeit für Schwefel und Phosphor gebildet wird.
Zu den Bestandteilen, die unerwünschterweise in diese basische Schlacke gehen, gehört u. a. das
Mangan des Einsatzes. Es ist deshalb bei der am häufigsten angewendeten Führung des Schmelzprozesses üblich, dass man als Ersatz des in die Schlacke übergetretenen und für das Bad verlorengegangenen Mangans gegen Ende des Prozesses dem Schmelzbad durch Zusatz von Ferromangan neuerlich Mangan zuführt, um die gewünschte Endzusammensetzung zu erhalten. Durch die Zugabe von Ferromangan gegen Ende des Schmelzprozesses entstehen, ähnlich wie bei der obenerwähnten Zugabe von Desoxydationsmitteln, schädliche Einschlüsse, die als Mangansulfide und Mangansilikate in dem erstarrenden
Eisen oder Stahl verbleiben können und dann deren Verwendbarkeit beeinträchtigen.
Ausserdem bedingt der Zusatz von Ferromangan gegen Ende des Schmelzprozesses, wie er bei den im Siemens-Martin-Betrieb bekannten Schmelzverfahren in der Regel angewendet wird, auch noch eine erhebliche Erhöhung der
Kosten des Erzeugnisses.
Man hat deshalb zur Rückgewinnung des Mangans aus der Schlacke versucht, dem flüssig gewor- denen Einsatz Schweissschlacke oder Eisenerz, in manchen Fällen auch beide, zuzusetzen. Der Zusatz
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von Eisenerz ist seit langem unter der Bezeichnung Erzen"bekannt und erfolgte früher, ohne an eine Manganrückgewinnung aus der Schlacke zu denken, zum Zwecke der Herabminderung des Kohlenstoffgehaltes der Schmelze.
Die Kieselsäure des Erzes beeinflusst die Zusammensetzung der Schlacke, was neuerdings als Mittel zur Manganrückgewinnung benutzt wird, indem man entsprechend dem Kieselsäuregehalt des Erzes bzw. der Schweissschlacke die nach dem Erzen"zugegebene Kalkmenge bemisst, um eine Schlacke von geringerer Basizität zu erhalten mit einem Konzentrationsverhältnis, welches ein Abstossen des von der Schlacke aufgenommenen Mangans zur Folge hat. Während des Prozesses wird das Mangan etwa folgendermassen beeinflusst : Beim Einsatz des Eisenerzes oder der Schweissschlacke wird das Mangan des Bades zum grossen Teil verschluckt..
Es erfolgt also eine Verminderung des Mangangehaltes des Bades und gleichzeitig eine Erhöhung'des Mangangehaltes der Schlacke, während bei Annäherung an den günstigsten Konzentrationspunkt der Schlacke rückläufig eine Verminderung des 1tfangangehaltes der Schlacke ; und Erhöhung des Mangangehaltes des Bades erfolgt. Mit dieser Rück- gewinnung von Mangan aus der Schlacke ist gegenüber den noch zumeist angewendeten Verfahren ohne jede Manganiückgewinnung aus der Schlacke bereits ein wirtschaftlicher Vorteil verbunden.
Als Nachteile treten dabei auf, dass durch die Zugabe von Eisenerz oder Schweissschlacke dem Bade zusätzlicher Sauerstoff zugeführt wird, dessen Entfernung nach bekannten Erkenntnissen erforderlich und erwünscht ist, und es durch die Zugabe von Kalk nach dem"Erzen"zu einer Zeit, in der die Temperatur des Bades sehr hoch ist, fraglich wird, ob die dem Kalk zugedachte Rolle der Aufnahme von Schwefel und Phosphor aus dem Bade in genügender Weise erfüllt werden kann.
Bei allen diesen Verfahren wird in der Regel dickflüssige Schlacke erzeugt, wodurch die Schnelligkeit des Prozesses, der sieh zwischen Schlacke und Bad abspielen soll, ungünstig beeinflusst wird. Es wird deshalb in vielen Fällen notwendig, dieser dickflüssigen Schlacke Flussspat zuzusetzen, um sie dünnflüssig zu machen und dadurch die gewünschte Schnelligkeit der Reaktionen zu erzielen. Zum Dünnflüssigmachen einer durch Zugabe von Erz mit Sauerstoff angereicherten Schlacke hat man auch bereits vorgeschlagen, der Schlacke geringe Sandmengen zuzusetzen. Hiedurch wurde lediglich eine Beschleunigung des Frischprozesses erreicht, während die zugesetzten Sandmengen nicht ausreichend waren, um die Basizität der Schlacke merklich zu beeinflussen.
Jedenfalls war es notwendig, um ein technisch einwandfreies Erzeugnis damit zu erzielen, der Schmelze vor Beendigung der Charge Ferromangan zuzusetzen.
Demgegenüber gelingt es gemäss der Erfindung, die Schwierigkeiten der älteren Verfahren zu vermeiden und die damit erstrebten Vorteile, wie Kostensenkung durch Verminderung des Ferromanganzusatzes und die Erzielung eines alterungsbeständigen Eisens oder Stahles ohne über gewöhnliches Mass hinausgehende Anwendung von Einschlüsse verursachenden Desoxydationsmitteln, in einer für den praktischen Betrieb leicht durchführbaren Weise zu erreichen.
Bei dem vorliegenden Verfahren wird anfangs in der bisher allgemein bekannten üblichen- Weise vorgegangen. Der Einsatz wird, wie beim Roheisenschrott- oder Roheisenerzverfahren üblich, unter Beachtung der gewünschten Endzahlen für Mangan, Kohlenstoff usw. zugestellt und gleich mit einer so grossen Kalkmenge eingesetzt, wie sie für den ganzen Prozess erforderlich ist. Der ganze Einsatz kann dann in jedem normalen basischen Siemens-Martin-Ofen in üblicher Weise niedergeschmolzen werden, wobei sich infolge des reichlichen Kalkzusatzes eine basische Martinschlacke bildet.
Der reichliche, mit dem Einsatz aufgegebene Kalkzusatz kann sich besonders bei den niedrigen Temperaturen im ersten Teil dés Schmelzprozesses günstig auswirken, indem hiedurch eine weitergehende Reinigung von Schwefel und Phosphor erzielt wird als bei portionsweisem Einsatz des Kalkes während der weiteren Dauer des Prozesses. Ist der Schmelzprozess weit genug fortgeschritten, so dass der zumeist stückig eingesetzte Kalk an die Oberfläche treibt, so wird erfindungsgemäss, z. B. durch Zugabe von Sand, feuerfestem Material, Glas od. dgl. in bisher nicht üblicher grosser Menge, Kieselsäure in einer derartigen Menge zugeführt oder gebildet, dass die Basizität der teils vorhandenen, teils noch sich bildenden basischen Schlacke beträchtlich vermindert wird, ohne der Schlacke einen sauren Charakter zu verleihen.
Es bildet sich hiedurch eine Schlacke, deren Konzentrationsverhältnis am besten geeignet ist, um ein Übertreten des Mangangehaltes aus dem Bade in die Schlacke zu verhindern und bereits übergetretenes Mangan aus der Schlacke zu reduzieren, ohne jedoch einen beachtlichen Rücktritt von Schwefel und Phosphor aus der Schlacke in das Bad zuzulassen. Es wird also durch das vorliegende Verfahren spätere Zugabe von Ferromangan vermieden und auch das sonst übliche Erzen"überflüssig mit seiner jedenfalls unerwünschten Sauerstoffzuführung zum Bade.
Eine weitere günstige Auswirkung der Ansäuerung der ursprünglich stark basischen Schlacke durch reichlichere Zugabe von Sand od. dgl. ist in der Zerstörung von Eisen-Sauerstoff-Verbindungen in der Schlacke zu erblicken, wodurch eine Verminderung des Eisengehaltes der Schlacke erzielt wird, was gleichbedeutend ist mit erhöhtem Ausbringen an Stahl bei diesem Prozess gegenüber dem Ausbringen bei den bisher bekanntgewordenen Prozessen zur Herstellung von Stahl im normalen basischen SiemensMartin-Ofen.
Da während aller Vorgänge nach dem vorliegenden Verfahren die Verschlackung des Mangans möglichst vermieden wird, so ist auch die Gefahr von Einschlüssen im fertigen Stahl in Form von Mangue-
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sulfiden oder Mangansilikaten ausgeschlossen, wie auch die Gefahr von Tonerdeeinschlüssen, da auch Aluminiumzusatz vermieden wird. Der schädigende Einfluss derartiger Einschlüsse auf die physikalischen Eigenschaften des Stahles ist genügend bekannt, um die Vorteile, die das vorliegende Verfahren bietet, erkennen zu lassen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist darin zu erblicken, dass die durch Zugabe von grösseren Mengen Sand od. dgl. dünnflüssig gemachte Schlacke alle Reaktionen zwischen Bad und Schlacke mit gewünschter Schnelligkeit abspielen lässt, so dass ein verteuernder Zusatz von Flussspat oder ähnlichem Material überflüssig wird.
Zur Erläuterung der Erfindung wird nachstehend an Hand eines Diagrammes ein der Erfindung entsprechendes Ausführungsbeispiel beschrieben.
EMI3.1
<tb>
<tb>
Charge <SEP> Nr. <SEP> 4279. <SEP> Einsatz
<tb> Stahleisen <SEP> ................................................ <SEP> 17 <SEP> 300 <SEP> kg
<tb> Kernschrott................................................ <SEP> 35 <SEP> 200 <SEP> kg
<tb> Anderer <SEP> Schrott <SEP> 11000 <SEP> kg
<tb> Schwellen <SEP> 8 <SEP> 000 <SEP> kg
<tb> Manganerz.................................................. <SEP> 500 <SEP> kg
<tb> Gebrannter <SEP> Kalk <SEP> .......................................... <SEP> 2 <SEP> 000 <SEP> kg
<tb> Gesamteinsatz.............................................. <SEP> 69 <SEP> 000 <SEP> kg
<tb> Sand <SEP> 240 <SEP> kg
<tb> Schmelzdauer <SEP> : <SEP> 7 <SEP> Stunden <SEP> 15 <SEP> Minuten.
<tb>
Stahlproben:
EMI3.2
EMI3.3
<tb>
<tb>
C <SEP> Mn <SEP> P <SEP> S
<tb> Probe <SEP> Nr.
<tb>
Prozent
<tb> 2 <SEP> 0-42 <SEP> 0-48 <SEP> 0#032 <SEP> 0#036
<tb> 2 <SEP> 0-40 <SEP> 0-51 <SEP> 0-041 <SEP> 0-040
<tb> 3 <SEP> 0#38 <SEP> 0#65 <SEP> 0#033 <SEP> 0#039
<tb> Vorproben <SEP> vor <SEP> dem <SEP> Abstich <SEP> @
<tb> 4 <SEP> 0#23 <SEP> 0#65 <SEP> 0#037 <SEP> 0#033
<tb> 5 <SEP> 0-17 <SEP> 0-71 <SEP> 0-043 <SEP> 0-033
<tb> 6 <SEP> 0-12 <SEP> 0-74 <SEP> 0-040 <SEP> 0-031
<tb> Probe <SEP> nach <SEP> dem <SEP> Abstich.... <SEP> 7 <SEP> 0-13 <SEP> 0-70 <SEP> 0-042 <SEP> 0-029
<tb>
Schlackenproben:
EMI3.4
<tb>
<tb> CaO
<tb> SiO2 <SEP> Fe2O3 <SEP> FeO <SEP> CaO <SEP> MnO
<tb> Probe <SEP> Nr. <SEP> SiO2
<tb> Prozent
<tb> 1 <SEP> 23-68 <SEP> 2-84 <SEP> 8#10 <SEP> 31#37 <SEP> 23#26 <SEP> 1#30
<tb> 2 <SEP> 23-66 <SEP> 2-74 <SEP> 8'38 <SEP> 31'82 <SEP> 22'64 <SEP> 1'34
<tb> 3 <SEP> 21-97 <SEP> 2-21 <SEP> 9-05 <SEP> 34-51 <SEP> 21-51 <SEP> 1-56
<tb> 4 <SEP> 22-96 <SEP> 2-53 <SEP> 7-38 <SEP> 36-56 <SEP> 20-02 <SEP> 1-60
<tb> 5 <SEP> 22-71 <SEP> 3'13 <SEP> 6'46 <SEP> 38'33 <SEP> 18'93 <SEP> 1'68
<tb> 6 <SEP> 22#80 <SEP> 2#93 <SEP> 6#82 <SEP> 38#05 <SEP> 38#66 <SEP> 1#66
<tb>
Eine Schlackenprobe wurde nach dem Abstich nicht entnommen. Die Charge Nr. 4279 wurde mit 2000kg Kalk eingesetzt, und nach dem Niederschmelzen vor der ersten Probe wurden der Schlacke 240 kg Sand zugegeben.
Aus den beiden ersten Rubriken für C und Mn ist zu entnehmen, dass die Charge mit 0'42% C und 0'48% Mn einlief. In Abständen von 15 Minuten wurden weitere Stahl-und Schlackenproben genommen. Der Verlauf der Stahlproben zeigt eine Abnahme des Kohlenstoffgehaltes und eine Zunahme des Mangangehaltes, der durch Reduktion von Probe zu Probe ansteigt. Analog ist aus den Sehlackenproben eine Abnahme des MnO-Gehaltes von 23'26 bis auf 18'66% zu ersehen. Da beim Zusatz des Sandes der eingesetzte Kalk noch nicht ganz aufgelöst war, sondern zum Teil noch auf dem Schlackenbade schwamm, war der CaO-Gehalt der Schlacke im Anfang niedrig. Er stieg aber im Laufe der weiteren Kochperiode stetig an, was auf ein allmähliches Aufschmelzen und weiterhin auf die Zuführung von weiterem Kalk aus dem Dolomitherd zurückzuführen ist.
Aus der letzten Rubrik ergibt sich das Ver- hältnis von CaO zu SiO ; es beträgt bei der ersten Probenahme 1#30 und bei der letzten 1#66. Die Schmelze wurde ohne jeden Zusatz von Ferromangan abgestochen und ausser dem Einsatzkalk keinerlei Kalk zugesetzt. Die in dem Diagramm eingezeichnete V, -Kurve gibt das Verhältnis CaO zu SiO während
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man eine hervorragende Manganreduktion.
Aus diesen Angaben ist-zu ersehen, dass nicht etwa eine sauer gemachte Schlacke, die keine Manganreduktion im Sinne der Erfindung bewirken würde, in Frage kommt, sondern dass das Verhältnis CaO zu Sie ; : nach der neutralen Seite neigt.