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Verfahren zur Herstellung von kohlenstoff-und siliziumarmen Eisenlegierungen, insbesondere von
Ferroehrom oder Ferromangan.
Bei der Herstellung von Eisenlegierungen, insbesondere von Ferrochrom oder Ferromangan, durch Reduktion eines geeigneten Erzes mit Kohle ist es selbst beim Arbeiten mit unzureichenden Mengen von Kohle unmöglich, Legierungen mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt zu erhalten. Die Entfernung des Kohlenstoffes aus der durch Reduktion des Erzes erhaltenen Legierung durch Oxydation durch die gebildete Schlackendecke, die infolge unvollständiger Reduktion des Erzes sehr oxydreich ist, führt zu einer beträchtlichen Oxydation des Chroms, Mangans oder sonstigen mit dem Eisen legierten Be-
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passten Siliziumlegierungen durch, so erhält man zwar kohlenstoffarme, aber dafür Silizium enthaltende Legierungen. In diesem Falle muss man aus diesen kohlenstoffarmen Legierungen das Silizium entfernen.
Dasselbe ist der Fall bei den kohlenstoffarmen, aber siliziumreiehen Legierungen, die man durch gleichzeitige Reduktion des Erzes und von Kieselsäure durch Kohlenstoff erhält und in denen der Siliziumgehalt mit fallendem Kohlenstoffgehalt steigt. Diese Entfernung des Siliziums aus den Legierungen, die im allgemeinen durch Oxydation mit Hilfe, einer an Oxyden der mit dem Eisen legierten Metalle der Legierung reichen Schlacke durchgeführt wird, bereitet grosse Schwierigkeiten. Je weiter man hiebei die Entfernung des Siliziums aus. der Legierung treibt, desto ärmer wird die Schlacke'an reduzierbaren Oxyden. Die Reaktion wird. dann träge und der Austausch zwischen der geschmolzenen Legierung und der Schlacke geht immer langsamer vor sich.
Man muss infolgedessen, gegebenenfalls mehrfach, neue Schlacke aufbringen, um die Entfernung des Siliziums aus der Legierung durchführen zu können ; Diese Massnahmen, d. h. das Abziehen der Schlacke, gefolgt von der Aufbringung einer neuen Schlaekeneharge, bringen die Legierungssehmelze zur Abkühlung, die um so kälter und um so zähflüssiger wird, je weiter ihr Siliziumgehalt schon herabgesetzt ist. Eine erneute Erhitzung der Legierung ist kostspielig, auch wenn sie im Elektroofen durchgeführt wird, in welch letzterem Falle der Kohlenstoffgehalt der Legierung durch ihre Berührung mit den Elektroden wieder steigt.
Zur Herstellung von kohlenstoff-und siliziumarmem Ferrochrom und Ferromangan hat man auch schon vorgeschlagen, kohlenstoffarmes, aber siliziumreiches Ferroehrom oder Ferromangan unter einer chrom-bzw. manganoxydreiehen Schlacke mit Luft zu verblasen. Dabei lässt sich aber, insbesondere dann, wenn der Siliziumgehalt sehr weit herabgesetzt werden soll, eine nicht unerhebliche Oxydation des Chroms oder Mangans der Legierung nicht vermeiden, und die Ausbeuten sind deshalb schlecht, selbst wenn ein Teil des oxydierten Chroms oder Mangans der Legierung durch Chrom oder Mangan ersetzt wird, das durch Reduktion der in der Schlacke vorhandenen Oxyde durch das Silizium der Legierung entsteht.
Alle diese Nachteile bei der Herstellung von kohlenstoffarmen und siliziumarmen Eisenlegierungen, wie Ferrochrom oder Ferromangan, werden erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass man eine in üblicher Weise hergestellte schmelzflüssige kohlenstoffarme und siliziumreiche Eisenlegierung mit einer dünnflüssigen oxydierenden Schlacke ohne Zufuhr gasförmiger Oxydationsmittel innig und so heftig durchwirbelt, dass ein emulsionsartiges Gemisch von Schlacke und Legierung entsteht. Durch diese Durchwirbelung, die z.
B. durch heftiges Eingiessen der Legierung in dickem Strahl in ein in einer Giesspfanne befindliches Schlackenbad oder durch gemeinsames Eingiessen von Schlacke und Legierung in dickem Strahl in eine Giesspfanne oder durch heftiges Blasen eines Systems von Schlacke und Legierung mit einem inerten Gas bewirkt werden kann, wird eine so weitgehende Verteilung von Schlacke und Legierung erzielt, dass die für die Entfernung des Siliziums günstigste Lage des Gleichgewichtes zwischen Schlacke und Legierung in einer ganz kurzen Frist von beispielsweise nur einigen Minuten erreicht wird.
Die zur erfindungsgemässen Behandlung der Legierungen dienende Schlacke kann in einem geeigneten Ofen in solcher Menge und von solcher Zusammensetzung erschmolzen werden, als erforderlich ist, damit das gewünschte Gleichgewicht bei der nachfolgenden Durchwirbelung mit der Eisenlegierung erzielt wird, wodurch ohne Schwierigkeiten handelsübliche Siliziumgehalte von 0'5 bis 1% oder darunter in den Legierungen erzielt werden.
Man kann zur erfindungsgemässen Durchwirbelung der siliziumhaltigen Legierungen aber auch die oxydhaltige Schlacke verwenden, die bei der Herstellung der Legierungen, beispielsweise durch Reduktion von Erzen mit Silizium oder Siliziumlegierungen oder durch gleichzeitige Reduktion von Erzen und Kieselsäure durch Kohlenstoff, erhalten worden ist und infolge ihres
Oxydgehaltes das in die Legierungen gegangene Silizium oxydiert und so aus den Legierungen entfernt.
Wenn man die bei dieser Arbeitsweise erhaltenen Siliziumgehalte der behandelten Legierungen noch weiter herabsetzen will, kann man sie noch einmal mit einer sehr oxydreichen Schlacke erfindungsgemäss
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durchwirbeln. Die dabei anfallende Schlacke, die noch oxydierend ist, kann dann wieder zur Durch- wirbelung von siliziumreichen Legierungen verwendet werden.
Die Art der Zustellung des Behälters oder der Vorrichtung, worin die erfindungsgemässe innige
Durchwirbelung von Schlacke und Legierung durchgeführt wird, beeinflusst nicht das gewünschte Ergebnis, weil die Arbeitsdauer viel zu kurz ist.
Auch die Temperatur der Legierungssehmelze ist ohne grossen Einfluss. Es genügt, dass die Legierung zu Beginn der Behandlung leichtflüssig genug ist, da die durch die augenblickliche und weitgehende
Oxydation des Siliziums frei werdende Wärme diese Leichtflüssigkeit der Legierung bis zum Ende der
Behandlung aufrechterhält.
Die Menge an Schlacke, die man anwenden muss, hängt lediglich von dem Siliziumgehalt der siliziumhaltigen Legierung ab, die vom Silizium befreit werden soll, wobei der Siliziumgehalt wiederum vom Kohlenstoffgehalt der Legierung abhängt, die man herstellen will.
Bei den erfindungsgemäss hergestellten Eisenlegierungen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt kann die Entfernung des Siliziums aus der Legierung trotz der kurzen Behandlungsdauer so weit getrieben werden, wie man es wünscht, d. h. bis auf Gehalte zwischen 0-02 und 0'1% Silizium, was allen Anforderungen der Industrie genügt.
Die Ergebnisse sind gleich-und regelmässig, wenn man unter gleichen Arbeitsbedingungen arbeitet, d. h. immer mit den gleichen Mengen von gleichartiger Legierung und gleichartiger Schlacke sowie unter gleichen Arbeitsbedingungen für die Durehwirbelung.
Beispiele :
600 kg Legierung, die 48-35% Silizium, 16-22% Eisen, 35-20% Chrom und 0-082% Kohlenstoff enthält, werden mit Hilfe einer aus 3200 kg Chromerz vorher in einem Ofen erschmolzenen Schlacke, die 29-83% Cr. Og, 6-86% AI, Os, 3-21% SiO, 45-73% CaO, 6-96% FeO und 7-25% MgO enthält, vom Silizium befreit, indem man die Schlacke und die Legierung gleichzeitig heftig in eine Giesspfanne giesst, die sofort nach dem Eingiessen der beiden Komponenten der Giessstelle zugeführt wird. Zwischen dem Eingiessen in die Giesspfanne und dem Vergiessen der Legierung liegt eine Zeit von vier Minuten. Der zuerst gegossene Ingot hat einen Siliziumgehalt von 0-89% und einen Kohlenstoffgehalt von 0-068%.
In einem einzigen Arbeitsgange hat man 980 kg marktfähige Legierung der gleichen Beschaffenheit erhalten.
In einem Ofen werden 300 kg der nachstehenden Legierung eingebracht : 37'20% Chrom, 12-30% Eisen, 49-53% Silizium und 0-10% Kohlenstoff. Ausserdem chargiert man 800 kg Chromit im Gemisch mit 720 kg Kalk. In diesem Ofen erhält man eine Legierung folgender Zusammensetzung : 69-80% Chrom, 29-05% Eisen, 0'51% Silizium und 0'08% Kohlenstoff.
Die anfallende Schlacke wird in eine Giesspfanne abgezogen, und sobald dieser Vorgang beendet ist, wird das im Ofen verbliebene Metall schnell in einem dicken Strahl in die Schlacke in der Giesspfanne eingegossen. Dabei findet eine innige Mischung und Durehwirbelung von Schlacke und Metall statt.
Die Arbeitsdauer beträgt eine Minute, und man erhält eine Legierung folgender Zusammensetzung : 70-50% Chrom, 28-90% Eisen, 0-07% Kohlenstoff und 0-08% Silizium. Man hat also in wenigen Sekunden eine sehr weitgehende Entfernung des Siliziums erzielt, was auf die innige Berührung der ganzen, vom Silizium zu befreienden Legierung mit der oxydierenden Schlacke zurückzuführen ist, die sich im Ofen über der Legierung gebildet hat.