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Verfahren zur Einführung von Silizium in zu vergiessenden Stahl.
Bei Untersuchungen über die Einwirkung von schmelzflüssigen, z. B. etwa 50-60% Sitz enthaltenden Schlacken auf Stahl wurde festgestellt, dass in gewissen Fällen während des Giessens eine heftige Gasentwicklung stattfindet. Giesst man z. B. einen kohlenstoffhaltigen unruhigen Stahl, der gegebenenfalls Mangan enthalten kann, auf eine amBoden einer Giesspfanne befindlichen Schlacke der oben genannten Art unter Bedingungen, die nachstehend näher beschrieben werden, so kann man selbst dann, wenn der Guss langsam durchgeführt wird, eine Gasentwicklung feststellen, die zu einer heftigen Bewegung führt, die der beim Sieden der Schlacke auftretenden Bewegung gleicht und um so auffälliger ist, je dünnflüssiger die Schlacke ist.
Schlacken der obengenannten Art lassen Gase nicht leicht durch, führen vielmehr im Gegenteil in einem derartigen Falle zu starker Schaumbildung. Gleichzeitig findet eine innige Durchmischung an der Berührungsfläche zwischen der Schlacke und dem Metall statt. Auf Grund dieser Gasentwicklung können Teilreaktionen zwischen dem Metall und der Schlacke in sehr kurzer Zeit durchgeführt werden, es ist aber erforderlich, dass das Metall sanft und langsam auf die Schlacke aufgegossen wird, denn bei heftigem und schnellem Giessen wird nicht nur Schlacke, sondern auch Metall infolge der Heftigkeit der Reaktion aus der Pfanne herausgeschleudert.
Es wurde nun untersucht, worauf diese Erscheinung zurückzuführen ist, unter welchen Bedingungen sie auftritt und in welchem Falle und mit welchen Massregeln es möglich ist, diese Erscheinung praktisch auszunutzen, um weitgehende Reaktionen zwischen der Schlacke und dem Metall in kurzer Zeit durchzuführen, also Reaktionen, die zur Herstellung von sauerstoffarmem Stahl und gleichzeitigen Einführung von Silizium aus der Schlacke in den Stahl verwendet werden können, so dass, nach dem Absitzen der Schlacke, der Stahl gegossen werden kann und ruhig bleibt, ohne zwingenden Zusatz von weiteren Beruhigungsmitteln in den Kokillen.
Bei diesen Untersuchungen wurden folgende Feststellungen gemacht :
1. Es ist keine Beziehung zwischen der Gasbildung und dem Endgehalt des Stahles an Sauerstoff vorhanden. Es kann sich also nicht um eine Entgasungserscheinung handeln, die parallel mit der Entfernung von Sauerstoff verläuft.
2. Mit einer siliziumreichen Schlacke gleicher Beschaffenheit und von gleicher Temperatur tritt die Gasbildung nur dann auf, wenn der Kohlenstoffgehalt des Stahles eine bestimmte Mindestziffer übersteigt. Die Gasbildung wir um so heftiger, je höher der Kohlenstoffgehalt des Stahles über dieser Ziffer liegt.
3. Bei diesem gleichen Stahl mit gleichem Kohlenstoffgehalt tritt die Gasbildung erst bei einem bestimmten Mindestgehalt der Schlacke an Eisenoxydul auf. Sie wird um so stärker, je grösser der Gehalt der Schlacke an Eisenoxydul ist.
4. Bei einem gleichen Stahl und einer gleichen, an Eisenoxydul armen Schlacke treten bei gewissen Kohlenstoffgehalten des Stahles die Gasbildung und ihre Folgen erst auf, wenn man eine stark überhitzte Schlacke anwendet. Sie werden um so stärker, je höher die Überhitzung der Schlacke gegangen ist.
Bei weichen oder halbweichen Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt von 0'3% oder weniger und mit Schlacken, die 50-60% Kieselsäure und beispielsweise 1% Eisenoxydul enthielten, war es unmöglich, diese Gasbildung zu erzielen, selbst beim Arbeiten mit Schlacken, die in einem Elektroofen bis über die Schmelztemperatur des Stahles erhitzt worden waren.
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Mit den gleichen Schlacken treten bei einem Stahl, dessen Kohlenstoffgehalt 1% beträgt, Gasentwicklung und ihre Folgen sehr leicht schon dann auf, wenn die Schlacke eine Temperatur hat, die etwas über der Schmelztemperatur des Stahles liegt, u. zw. auch dann, wenn man den Stahl langsam auf die Schlacke giesst. Bei Stählen, die 0-3-0-5% Kohlenstoff enthalten, treten mit den gleichen Schlacken die Gasbildung und ihre Folgen auf, wenn die Schlacke stark überhitzt ist, dagegen nicht, wenn man ohne diese Überhitzung der Schlacke arbeitet.
Alle diese Feststellungen haben zu der Schlussfolgerung geführt, dass die in gewissen Fällen beim Aufgiessen von Stahl auf kieselsäurereiche Schlacken eintretende und zu einer heftigen Bewegung führende Gasbildung auf die Bildung von Kohlenoxyd zurückzuführen ist, das durch Reduktion gewisser Bestandteile der Schlacke durch den Kohlenstoff des Stahles entstanden ist. Diese Bestandteile der Schlacke sind Eisenoxydul, Manganoxydul oder Kieselsäure und Sauerstoffverbindungen, die wesentlich leichter reduzierbar sind als Kalk, Magnesia, Titandioxyd, Tonerde, Natriumoxyd und andere in der Schlacke vorhandene Bestandteile.
Es findet eine tatsächliche Oxydation des Kohlenstoffes statt, obwohl die Ergebnisse bei der Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes von Proben vor und nach der Reaktion nicht immer so stark voneinander abweichen, dass sie nicht als Analysenfehler oder Ungenauigkeiten bezeichnet werden können. Diese Geringfügigkeit der Unterschiede im Kohlenstoffgehalt spricht aber nicht gegen die Auffassung, dass die aufgetretene und festgestellte Durchmischung von Schlacke und Metall auf Oxydation des Kohlenstoffes unter Bildung von Kohlenoxyd zurückzuführen ist, denn es genügt schon die Oxydation sehr kleiner Kohlenstoffmengen, um ein grosses Gasvolumen bei der herrschenden Temperatur von 1500 C zu erzeugen, das zu der festgestellten innigen Durchmischung und zu der heftigen Bewegung von Schlacke und Metall führt.
Je höher die Temperatur der Schlacke und auch die des Metalles liegt, um so mehr wird die endothermische Reduktion durch den-Kohlenstoff begünstigt und'um'so stärker werden die in'der Schlacke vorhandenen Silikate dissoziiert, weshalb'die Schlacken bei gleicher Zusammensetzung bei hoher Temperatur einen höheren Gehalt an freien Oxyden haben, wodurch die Reduktion begünstigt wird.
Wie bereits oben ausgeführt wurde, wird der Kohlenstoff durch die Schlackenbestandteile FeO, MnO oder SiO oxydiert. Das im Stahl vorhandene Mangan wird gleichzeitig neben dem Kohlenstoff
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beispielsweise unter 20% liegt.
Damit ein brauchbares Ergebnis erzielt wird, müssen die Kohlenoxydbildung und die gleichzeitig verlaufende Oxydation des Mangans wesentlich auf Kosten der Kieselsäure der Schlacke verwirklicht werden, wodurch man einen siliziumreicheren Stahl einerseits und eine einen höheren Gesamtgehalt an MnO und FeO anderseits aufweisende Schlacke erhält, indem das Eisen selbst Kieselsäure reduziert.
Gute Ergebnisse wurden erzielt mit Stählen, deren Kohlenstoffgehalt über 0-3% liegt und mit Schlacken, die arm an Eisenoxydul sind. Es wurde weiter festgestellt, dass bei Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt von 0-3 bis 0. 50/"'eine-Überhitzung der Schlacke über den Schmelzpunkt des Stahles hinaus, beispielsweise auf Temperaturen von etwas über 16000 C, erforderlich ist. In diesem Falle hat man eine solche erhebliche Anreichung des Stahles an Silizium erzielen können, dass er ohne Schwierigkeiten gegossen werden konnte und unter einer Holzkohlenschichte absolut ruhig blieb, ohne dass weitere Beruhigungsmittel, wie Silizium, Aluminium oder Titan, zugesetzt werden mussten.
Für Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt über 0-5% war eine so starke Überhitzung der Schlacke
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2. Unter ähnlichen Bedingungen wie im Beispiel 1 wird ein Stahl mit 0-630% C, 0-010% Si und 1. 440% Mn auf eine grosse Menge von schmelzflüssiger Schlacke gegossen, die 52% SiO, 0-73% FeO und 5% MnO enthält. Die Gasbildung ist sehr heftig und führt zu den gleichen Erscheinungen, wie im Beispiel 1. Der nach dem Absitzen der Schlacke gegossene Stahl enthält 0-610% C. 0-122% Si und 0. 96% Mn. Er ist also wesentlich siliziumreieher. Der Sauerstoffgehalt beträgt 0. 003%. Die Schlacke enthält 43% Si0 2-5% FeO und 10-5% MnO.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Einführung von Silizium in zu vergiessenden Stahl mit mindestens 0-3% Kohlenstoff durch Behandlung desselben mit einer schmelzflüssigen, sauren, kieselsäurehaltigen, eisenoxydularmen Schlacke, dadurch gekennzeichnet, dass man den Gehalt der Schlacke an Kieselsäure und an Eisenoxydul und die Temperatur der Schlacke dem jeweiligen Kohlenstoffgehalt des Stahles so angepasst auswählt, dass die hauptsächlich durch die bei Berührung von Schlacke und Stahl eintretende Reduktion der Kieselsäure der Schlacke durch den Kohlenstoff des Stahles bewirkte Entwicklung von Kohlenoxyd ausreicht, um eine heftige Durchmischung und dadurch eine sehr schnelle Reaktion zwischen der Schlacke und dem Metallbad zu erzielen, wobei die Heftigkeit, mit der man den Stahl auf die Schlacke einwirken lässt, derart mässig ist,
dass ein Überlaufen von Metall sowie von Schlacke über den Rand der Giesspfanne sicher vermieden wird.