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Da die Güte des Stahles von dem höheren oder niedrigeren Grade der erreichten Desoxydation unmittelbar abhängt, bildet, abgesehen von der Entphosphorung und der Entschwefelung, die Desoxy- dation des Stahles eine Hauptaufgabe bei der Stahlerzeugung, das ist die weitgehendste Wegschaffung der gelösten Metalloxyde und oxydierten nichtmetallischen Einschlüsse, die sonst suspendiert bleiben und beim Erstarren eingeschlossen werden, z. B. Einschlüsse von Tonerde, Silikaten, Titanaten usw.
Die Lösung dieser Aufgabe bedingt, dass im Zeitpunkte des Zusatzes von Si, Al oder Ti das Bad schon recht wenig gelöstes FeO und MnO enthält, da sonst die Zusätze diese Oxyde reduzieren und durch ihre
Oxyde Einschlüsse hervorrufen.
Man unterscheidet zwei grosse Gruppen von Verfahren zur Herstellung von blasenfreiem Metall :
1. Verfahren, bei welchen man von reinen Ausgangsstoffen ausgeht und sucht, das Bad so wenig wie möglich vor den Beendigungsoperationen zu oxydieren. Hiezu gehört das Arbeiten im Martinofen mit saurer Ausfütterung, im elektrischen Ofen mit einfacher Schmelzung, im Tiegel oder im Hochfrequenzofen, wobei die Aufgabe durch möglichste Vermeidung der Oxydbildung gelöst wird.
2. Verfahren mit kräftiger Anfangsoxydation des Einsatzes ; zu diesen gehören die Arbeitsweisen im Thomasofen, Martinofen mit basischem Futter und elektrischen Raffinierofen, die durchwegs mit billigen Ausgangsstoffen durchführbar sind. In diesem Falle bedarf es aber, je nach der verwendeten Vorrichtung, vor dem Zusatz der üblichen Desoxydationsmittel einer mehr oder weniger weitgehenden Desoxydation. Die Beschaffenheit der erhaltenen Erzeugnisse ist demzufolge eine mehr oder weniger gute und wird eine bessere, wenn man vom Thomas-Verfahren bis zum elektrischen Ofen fortschreitet.
Erzeugnisse von guter Beschaffenheit können damit aber nur durch lange und demzufolge kostspielige Operationen erhalten werden.
Bei harten Stählen wird die Desoxydation vor dem Zusatz der eigentlichen Desoxydationsmittel zum Teil mittels zugesetzten Kohlenstoffes und durch Auskochen des entstehenden CO und zum Teil durch die lösende Wirkung der Schlacke hervorgerufen. Bei weichen Stählen bewirkt man diese Vor- desoxydation ausschliesslich mitHilfevon Schlacken, deren Lösungsvermögen das im Bad gelöste FeO nach und nach durch Diffusion wegschafft. Die Schlacke wirkt auf der Oberfläche des Metallbades unmittelbar in Berührung mit diesem, indem sie sich mit ihr ins chemische Gleichgewicht setzt ; Eisenoxyd diffundiert aus den unteren Schichten gegen die Oberfläche, und wenn man für kontinuierliche Desoxydation der Schlacke Sorge trägt, kann man bei grossem Zeitaufwand dem Bade den Sauerstoff kontinuierlich entziehen.
Das treffendste Beispiel für dieses Verfahren ist das Arbeiten mit kohlenstoffhaltiger Schlacke im elektrischen Ofen.
Bei Kohlenstoffstählen wird die Desoxydation gleichzeitig durch die Einwirkung von Kohlenstoff und durch die der Schlacke bewerkstelligt. Die Desoxydation durch Kohlenstoff hat übrigens den Übelstand einer ungleichmässigen Wirkung des zugesetzten Kohlenstoffes, indem sich ein Teil desselben im Bade auflöst, während der andere in Form von CO frei wird, was nachträgliche Berichtigungen erfordert, um auf den für den Stahl gewünschten Kohlenstoffgehalt zu gelangen, und auch eine Verlängerung der Arbeiten im Gefolge hat.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein einfaches, rasches und billiges Verfahren, um den grössten Teil des im Stahlbad gelösten FeO und MnO wegzuschaffen und um sehr rasch, von einem oxydierten
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Metallbad ausgehend, ein genügend desoxydiertes Metall für die Endzusätze (Si, AI, Ti usw. ) zu erhalten, wobei die Einschlüsse auf ein Mindestmass herabgesetzt werden und der Stahl daher eine ähnliche Beschaffenheit aufweist wie etwa im elektrischen Ofen erzeugter Stahl.
Die Behandlung des Metallbades wird mit einer synthetisch hergestellten, sauren, eisenoxydarmen und dünnflüssigen Schlacke, die Eisenoxydul aus dem Stahl extrahiert, erfindungsgemäss derart ausgeführt, dass die Schlacke heftig und innig mit der Stahlschmelze durchwirbelt wird. Sobald die Desoxydation beendigt ist, was in ausserordentlich kurzer Zeit vor sich geht, kann man den desoxydierten Stahl von der Schlacke, die die Oxyde aufgenommen hat, etwa durch Dekantieren trennen. Das Durchmischen kann in jeder beliebigen Weise durchgeführt werden, die eine innige Berührung ergibt. Beispielsweise kann man das Metall in dickem Strahl und aus genügender Höhe auf das Schlackenbad in einem Ofen oder in einer Giesspfanne oder Metall und Schlacke gleichzeitig in die Giesspfanne oder in den Ofen giessen.
Die Dauer des Giessens genügt schon zur Erreichung der Desoxydation. Man kann auch andere Mittel benutzen, um zu dem gleichen Ergebnisse zu gelangen.
Die Erfahrung lehrt, dass diese Bewegung die Reaktion, die sich zwischen zwei Flüssigkeiten von sehr verschiedener Dichte, wenn sie in zwei ruhenden Schichten übereinanderlägen, langsam abspielen würde, überaus stark beschleunigt. Die relative Bewegung zwischen der geschmolzenen Schlacke, die mit dem Metall an allen ihren Punkten ausser Gleichgewicht ist, und dem Metallbad bringt tatsächlich eine überaus weitgehende und rasche Desoxydation des Metalls mit sich. Es ist festgestellt worden, dass ein nicht einmal eine Minute dauerndes kräftiges Durchrühren mit einer geschmolzenen Schlacke, die den angegebenen Kennzeichen entspricht, dazu genügt, dass ein absichtlich überoxydiertes, besonders weiches Metall durch Zusatz von 0'06% Al beruhigt werden kann.
Ein solcher Zusatz war bisher im allgemeinen im laufenden Betriebe erforderlich, um ein Metall von gleicher Zusammensetzung nach einer langen Desoxydation von 1 oder 2 Stunden im elektrischen Ofen mit basischem Futter und mit einem vorherigen Zusatz von 0-3% Si zu beruhigen. Natürlich ist gleichzeitig eine entsprechende Anreicherung der geschmolzenen sauren Schlacke mit Eisenoxyd festzustellen.
Das vorliegende Verfahren gestattet beispielsweise, aus weichem Thomasstahl längstens in einigen Minuten ohne äussere Wärmezufuhr vor jedem Zusatz einen mindest ebenso desoxydierten Stahl zu erhalten wie weicher Stahl, der lange Zeit hindurch im basischen elektrischen Ofen desoxydiert wurde und schon Siliziumzusätze erhalten hat. Bei Kohlenstoffstahl erhält man bei diesem Verfahren eine fast vollständige Wirkung des zugesetzten Kohlenstoffes und gleichzeitig eine gute Desoxydation. Bisher ist von beruhigtem Metall gesprochen worden, man kann aber auch auf diese Weise Metallbäder desoxydieren, die im nichtberuhigten Zustande gegossen werden sollen.
Die Zusammensetzung der Schlacken, die für das Arbeiten nach dem vorliegenden Verfahren erforderlich sind, kann innerhalb sehr weiter Grenzen schwanken, nur müssen sie sehr wenig Eisenoxyd enthalten, damit sie das im Stahl gelöste FeO auflösen können ; sie wirken um so kräftiger, je gieriger sie nach FeO sind, also im Grunde genommen, je saurer sie sind, vorausgesetzt, dass sie genügend dünnflüssig sind, um sieh mit dem Metall innig vermischen zu können. Zu diesem Zwecke kann man der Schlacke, vorausgesetzt, dass man ihren sauren Charakter nicht ändert, Flussmittel zufügen, wofür Aluminiumoxyd, gegebenenfalls unter Zugabe von Kalk und bzw. oder andern Erdalkali-oder Alkaliverbindungen, in Betracht kommt.
Vom wirtschaftlichen Standpunkt aus ist es vorteilhaft, in dem Schlackensehmelzofen oxydierte Schlacken mit einem Reduktionsmittel zu behandeln, um sie neuerdings zur Desoxydation benutzen zu können.
Nachstehend sind drei Beispiele angegeben.
Beispiel 1 : In einer Giesspfanne wird ungefähr K flüssige Sehlacke folgender Zusammensetzung gegossen : etwa 58% SiO, 15-5% AI2Og, 12-5% CaO, 4% MnO, 2% FeO, 8% Na2O ; der Zusatz von Natron dient als Flussmittel. Auf diese Schlacke giesst man 14 t Eisen mit 0-075% C, 0-04% Si und 0-095% Mn. Dieses Eisen hat man durch sehr weitgehende Verfeinerung in einem basischen elektrischen Ofen erlangt. Dem Metallbad sind vorher 250 kg einer Eisenlegierung mit 3-5% C, 6% Si und 0-73% Mn zugesetzt worden, damit ein Kohlenstoffgehalt von ungefähr 0-14% erhalten wird.
Das Aufgiessen des Metalls auf die Schlacke während einer Minute hat ein kräftiges Durchmischen zur Folge ; unmittelbar danach giesst man in Ingotformen. Ohne jeden weiteren Zusatz bildet sich unter Holzkohle ein Lunker.
Der erhaltene Stahl weist 0-145% C, 0-14% Si und 0-1% Mn auf.
Man hat also in einer Minute aus überoxydiertem Metall einen weichen Stahl erhalten, wobei als einziges Beruhigungsmittel nur 0-1% Si zugesetzt wurde. Dieses Ergebnis wäre selbst im elektrischen Ofen überaus schwierig oder gar unmöglich mit der auf die übliche Art und Weise durchgeführten Desoxydation mit Hilfe von reduzierenden Schlacken zu erreichen gewesen, selbst bei einer Dauer von mehreren Stunden. Der erhaltene Stahl ist vollkommen ruhig, ein Beweis, dass man eine sehr weit fortgeschrittene Desoxydation erreicht hat. Nach dem Vermischen zeigt die Schlacke einen Gehalt von 4-6% FeO.
Beispiel 2 : In eine Giesspfanne werden 1200 kg flüssiger Schlacke von folgender Zusammensetzung gegossen : 68-2% Si0 11-92% AI. Og, 8-08% CaO, 4-19% MnO, 0-25% FeO, 7% Na2O. Auf diese Schlacke giesst man 14 t eines Eisens mit 0-02% C, 0-01% Si und 0-025% Mn, welches einer der allerweichsten Sorten entspricht, die im grossen herstellbar sind, u. zw. mit Hilfe einer besonders weit-
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gehenden Verfeinerung, wodurch gleichzeitig das Eisen überoxydiert worden ist. Nach innigem Vermischen infolge des Giessens während einer Minute und zehn Sekunden giesst man in Ingotformen, u. zw. unter Zusatz steigender Mengen Al in den verschiedenen Formen.
Von einem Zusatz von 0'06% Al an bildet sich unter der Holzkohle ein tiefer Lunker, was ein sehr bemerkenswertes Ergebnis ist, da es eine vollständige Desoxydation anzeigt.
Beispiel 3 : Ein besonders weiches Eisen enthält 0-05% C, 0-01% Si und 0-042% Mn. Dieses Metallbad ist durch Zusatz von Anthrazit auf einen Kohlenstoffgehalt von 0-475% gekohlt worden, und zwar auf blankem Bade, ohne Bildung von Schlacke, noch Einwirkung irgendeines sonstigen Desoxydationsmittels. Das Metall wird in eine Giesspfanne auf 1200 kg Schlacke nachstehender Zusammensetzung gegossen : 70% SiO, 25% Na2O und 5% CaO. Die Ingots wurden unmittelbar mit wachsenden Zusätzen von Aluminium gegossen. Schon bei einem Gehalt von 0'01% Al, also einer ganz unbedeutenden Menge, bildet sich unter Holzkohle ein Lunker.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von sauerstoffarme Stahl durch Behandlung des Metallbades mit einer synthetisch hergestellten sauren, eisenoxydarmen, dünnflüssigen Schlacke, die Eisenoxydul aus dem Stahl extrahiert, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlacke heftig und innig mit der Stahlschmelze durchwirbelt wird, vorteilhaft, indem man den geschmolzenen Stahl in dickem Strahl und aus genügender Höhe mit Wucht auf das Schlackenbad auftreffen lässt oder indem man die flüssige Schlacke in eine Giesspfanne zu gleicher Zeit eingiesst, wie man den Stahl mit solcher Wucht eintreten lässt, dass eine Emulgierung von Schlacke im Stahl hervorgerufen wird.