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Zusatzmittel zur Einbringung von Legierungselementen in geschmolzenes Eisen oder Stahl
Die Erfindung bezieht sich auf ein Mittel zur Einbringung von Legierungselementen in geschmolzenes Eisen oder Stahl.
Legierungselemente wurden üblicherweise in der Form von Eisenlegierungen, die Mischungen oder Verbindungen der Legierungselemente mit Eisen oder Eisen und Silizium darstellen, dem geschmolzenen Stahl zugesetzt. Es ist besonders bei der Herstellung niedrig legierter Stähle üblich, Ferrolegierungen direkt zur Giesspfanne des geschmolzenen Stahles zuzuführen. Auf diese Weise kann der Schmelzprozess bei der Stahlherstellung gekürzt und die Ausbeute der Legierungselemente genauer geregelt werden.
Im allgemeinen sind Legierungselemente, die hohe Schmelzpunkte oder eine relativ geringe Löslichkeit in dem geschmolzenen Stahl haben, als Zusatz zur Giesspfanne nicht zufriedenstellend. Die zur vollständigen Lösung solcher Legierungselemente benötigte Zeitspanne kann so lange sein, dass dadurch die übermässige Oxydation der Legierungselemente bewirkt, eine Ausscheidung der Legierungselemente in dem Endprodukt hervorgerufen oder schwere Schlackenbüdungen in der Giesspfanne zufolge des Abkühlens des geschmolzenen Stahles verursacht werden.
Nach einem bereits bekannten Verfahren zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten wird dem geschmolzenen Stahl eine Mischung von Legie- rungselementen und einem Material mit be- merkenswerter exothermer Wärmeentwicklung bei der Temperatur des geschmolzenen Stahles zugesetzt, wobei die Verbrennung des die Hitze- entwicklung verursachenden exothermen Materials dem aus dem Zusatz der Legierungselemente normaler Weise sich ergebenden Temperatur- abfall entgegenwirkt. Grössere Nachteile dieses
Verfahrens bestehen darin, dass die Verwendung der vorgeschlagenen exothermen Mischungen oftmals die Bildung von voluminösen Schlacken verursacht, welche ein Einschliessen der Legie- rungselemente bewirkt und dadurch ihre voll- ständige Einverleibung in den geschmolzenen
Stahl hintanhält.
Ausserdem können diese un- erwünschten Schlackenteilchen in den geschmol- zenen Stahl eingeschlossen werden, wodurch die Reinheit des erhaltenen metallischen End- produktes nachteilig beeinflusst wird.
Die Erfindung zielt darauf ab, ein Zusatzmittel herzustellen, durch welches legierte Stähle durch rasche Einverleibung von Legierungselementen mit hohem Schmelzpunkt oder schwerer Löslichkeit in geschmolzenem Stahl mit einer hohen perzentuellen Ausbeute der Legierungselemente und einer möglichst geringen Bildung von Schlacke erzeugt werden können.
Das erfindungsgemässe Mittel besteht in seiner allgemeinen und bevorzugten Form aus folgenden Bestandteilen :
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<tb>
<tb> Gehalt <SEP> in <SEP> Bevorzugter
<tb> wetten <SEP> Grenzen'Gehalt
<tb> Legierungselemente
<tb> (als <SEP> elementares <SEP> Metall
<tb> oder <SEP> Eisenlegierung) <SEP> 60-85% <SEP> etwa <SEP> 70%
<tb> Manganerz <SEP> (Mn <SEP> O. <SEP> J <SEP> 10-30",, <SEP> 20"o
<tb> Silicid <SEP> 1-1000 <SEP> 30/ <SEP> ()
<tb> Natriumsilikat <SEP> l-10% <SEP> (),)
<tb> (der <SEP> Wert <SEP> bezieht <SEP> sich <SEP> auf
<tb> eine <SEP> Lösung <SEP> von <SEP> 22 <SEP> <SEP> Be,
<tb> enthaltend <SEP> 4-11% <SEP> Na20
<tb> und <SEP> 16-24%, <SEP> Si <SEP> 0.,)
<tb>
Das erfindungsgemässe Mittel kann in agglomeriertem Zustand, z.
B. als Brikett oder Brocken, für deren HerstciU'ig vorzugsweise eine Natriumsilikatlösung als Bindemittel verwendet wird, oder verpackt in Beuteln bzw. anderen geeigneten Behältern und als lose Mischung verwendet werden.
Die Verwendung des Mittels in Form loser Mischungen ist nicht von Bedeutung. Wenn es wegen seiner wegschmelzenden Eigenschaften verwendet wird, soll es in wasserfreier, d. h. getrockneter Form vorliegen. Um das Mittel in Brikettform herzustellen, sollen die Bestandteile vorzugsweise so zerkleinert werden, dass sie durch ein Hunderter-Maschensieb (0. 149 mm Öffnungen) hindurchgehen.
Die Einbringung des Mitteis in Stahl kann durch Zusatz desselben direkt zu einem geschmolzenen Stahlbad in einem Ofen oder auf irgendeine andere geeignete Weise erfolgen, wie z. B. durch Zusatz des Mittels zum geschmolzenen
Stahl auf der Giesspfanne. Es kann aber auch das Mittel dem Strom des geschmolzenen Stahles, wenn er in die Giesspfanne gegossen wird, zu-
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gesetzt werden. Schliesslich kann das Mittel auch in einer Giesspfanne untergebracht und das geschmolzene Metall darüber gegossen werden. Nach dem Zusatz des Mittels zum geschmolzenen Metall tritt ein fortschreitender Zerfall des Mittels ein, wobei eine lebhafte Reaktion der Spaltprodukte mit dem geschmolzenen Stahl bewirkt wird.
Während der Reaktion wird ein kleiner Anteil von flüssiger Schlacke gebildet, der weiterhin die rasche Lösung der Legierungelemente durch Wegschmelzen von hochschmelzenden Oxyden, die sich an den Legierungsteilchen gebildet haben, unterstützt, der aber keinesfalls die Legierungsteilchen einschliesst oder in anderer Weise deren schnelle Einverleibung in den geschmolzenen Stahl verhindert.
Das erfindungsgemässe Mittel wird an Hand von Beispielen beschrieben, in welchen Chrom, wie Ferrochrom, das Legierungselement darstellt, das in den geschmolzenen Stahl eingebracht werden soll. Zu diesem Zweck wurden gemä3 der Erfindung Briketts (im folgenden als Type I bezeichnet) geformt, die 80% Ferrochrom
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Natriumsilikatlösung als Bindemittel enthalten.
In den Beispielen, von welchen Angaben in der Tabelle I ersichtlich sind, wurde die Löshchkeit des erfindungsgemässen Mittels (Brikett Type I) im Vergleich mit hochkohlenstoffhaltigem Standard-Ferrochrom geprüft, das 7000 Chrom und zu Kohlenstoff aufwies, wie auch mit handelsüblichen Briketts mit exothermischer Wärmeabgabe, die im wesentlichen aus Eisen, Chrom, Silizium und Natriumnitrat (siehe in der Tabelle Mittel C) bestehen.
In den Beispielen wurden einzelne Briketts, die etwa 0-90 kg Chrom enthalten, auf der Giesspfanne zugesetzt, die etwa 56 kg geschmolzenen Stahl enthält. Der Stahl wurde in einem Lichtbogenofen hergestellt und enthielt beim Abstechen 0-15% Kohlenstoff, 0-60% Mangan und 005% Silizium.
Es sei darauf hingewiesen, dass das erfindunggemässe Mittel im Beispiel Nr. 2 sich nicht nur in kürzerer Zeit als irgendeines der anderen untersuchten Materialien auflöste, sondern auch die höchste perzentuelle Ausbeute an Chrom ergab.
Es wurde eine Vielzahl von Versuchen gemacht, bei welchen das erfindungsgemässe Mittel zur Einbringung von Legierungselementen in geschmolzenen Stahl verwendet wurde. Diese Versuche haben gleichmässig die rasche Lösung des Mittels und die hohe Ausbeute der Legierungselemente oft über 99% ergeben.
Die Zusammensetzung des erfindungsgemässen Mittels kann in weiten Grenzen innerhalb der oben angegebenen Grenzwerte variiert werden.
Ein brikettiertes Mittel zur Einbringung von Chrom in Stahl, welches aus 75 Teilen hochkohlenstoffhaltigem Ferrochrom, 18 Teilen Manganerz, 4-5 Teilen Kalzium-Silizium und 2-5 Teilen Natriumsilikat (trocken) besteht, verursachte nur einen geringen Temperatur- abfall, wenn es geschmolzenem Stahl zugesetzt wurde und löste sich überdies rasch mit einer hochprozentigen Ausbeute an Chrom.
Der Anteil der durch das erfindungsgemässe
Mittel freiwerdenden Wärmemenge wird durch den Gehalt von Manganerz in dem Mittel beein- flusst. Der Grad der exothermen Wärmeabgabe erreichte ein Maximum bei solchen Mitteln, die etwa 20% Manganerz enthalten. Dieses Kennzeichen der Erfindung wird durch die Angaben in Tabelle II erläutert, welche aus Vergleichsversuchen erhalten wurden, bei denen die Mittel zu etwa 45 4 kg Bädern des geschmolzenen Stahles bei einer Temperatur von 1600 C zugesetzt wurden. Die exotherme Wärmeabgabe des Mittels wurde durch Messen der Temperaturerniediigung in dem Bade, die sich durch den Zusatz des Mittels ergibt, bestimmt.
Die Mittel, die bei den Proben verwendet wurden, waren die gleichen wie jene nach Tabelle I, jedoch mit einem er- findungsgemässen Zusatzmittel, welches als Brikett Type II bezeichnet wird und 70 8%
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<tb>
<tb> Tabelle <SEP> I.
<tb>
ChromBe@sp@el <SEP> Löslichkeit
<tb> Zusatzmittel <SEP> ausbeute <SEP> Bemerkungen
<tb> Nr. <SEP> in <SEP> Sekunden
<tb> 1 <SEP> in <SEP> Prozent
<tb> 1 <SEP> Ferrochrom <SEP> in <SEP> Stücken <SEP> 60 <SEP> 93-0
<tb> 2 <SEP> Mittel <SEP> n. <SEP> d. <SEP> Erfindung
<tb> (Briketts <SEP> Type <SEP> I) <SEP> 46 <SEP> 97-5 <SEP> Mässige <SEP> Schlacke. <SEP> Gute <SEP> Einwirkung. <SEP> Brikett <SEP> vollständig <SEP> gelöst.
<tb>
3 <SEP> Mittel <SEP> C <SEP> (Brikett) <SEP> 57 <SEP> 94-8 <SEP> Voluminöse <SEP> Schlacke. <SEP> Rauchbildung. <SEP> Brikettstück <SEP> nach
<tb> 47 <SEP> Sekunden <SEP> auf <SEP> d. <SEP> Schlacke
<tb> schwimmend.
<tb>
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Ferrochrom mit einem normalen Kohlenstoffgehalt unter 0-1%, 20% Manganerz, 2-5% Kalzium-Silizium und 6. 7% Natriumsilikat- lösung als Bindemittel enthält.
Tabelle II.
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<tb>
<tb>
TemBeispiel <SEP> peraturNr. <SEP> Zusatzm@ttel <SEP> erniedrigung
<tb> im
<tb> Stahlband
<tb> I
<tb> 1 <SEP> Mittel <SEP> nach <SEP> der <SEP> Erfindung
<tb> (Brikett <SEP> Type <SEP> I)-25 <SEP> <SEP> C
<tb> 2 <SEP> Mittel <SEP> nach <SEP> der <SEP> Erfindung
<tb> (Brikett <SEP> Type <SEP> II)-10 <SEP> C
<tb> 3 <SEP> Ferrochrom <SEP> in <SEP> Stücken <SEP> -29 C
<tb> 4 <SEP> Mittel <SEP> C <SEP> (Brikett) <SEP> -13OC
<tb>
Es kann festgestellt werden, dass eine Er- höhung von 10% Manganerz (Brikett Type I) auf 20% Manganerz (Brikett Type II) eine beachtliche Steigerung in der exothermen Wärme- abgabe des erfindungsgemässen Mittels bewirkt.
Die Briketts Type II, welche 20% Manganerz enthalten, bewirken die grösste exotherme Wärme- abgabe von allen untersuchten Zusatzmitteln.
Die Versuchsangaben zeigen weiterhin, dass der durch das erfindungsgemässe Mittel erhaltene
Grad der exothermen Wärmeabgabe weitgehend vom Manganerzgehalt abhängig und im wesent- lichen vom Siliziumgehalt unabhängig ist, obwohl die Anwesenheit eines thermisch zersetzlichen
Silicide, wie etwa Kalzium-Silizium, eine weitere
Erhöhung der Löslichkeit des Mittels bewirkt.
Die Versuchsangaben zeigen auch, dass die exotherme Wärmeabgabe, die durch das Mangan- erz bewirkt wird, weitgehend von dem Kohlenstoffgehalt des oder der zugefügten Legierungselemente unabhängig ist. Es scheint z. B., dass kein materieller Unterschied in dem Grad der exothermen Wärmeabgabe für einen gegebenen Manganerzgehalt zwischen Mitteln, die Ferrochrom mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und solches mit hohem Kohlenstoffgehalt enthalten, besteht.
Obwohl das erfindungsgemässe Verfahren und Mittel mit besonderem Hinweis auf die Einverleibung von Chrom in geschmolzenem Stahl beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht darauf allein beschränkt und erstreckt sich auch auf die Einverleibung von vielen anderen Legierungselementen in geschmolzenem Stahl. Bei der vorliegenden Erfindung schliesst der Ausdruck Legierungselemente solche Metalle, wie Vanadin, Wolfram, Molybdän, Titan, Zirkon und beliebig andere Metalle, ein, die in Stahl zur Beeinflussung seiner endgültigen Zusammensetzung eingebracht werden sollen und in der Form von elementaren Metallen, deren Legierungen oder Ferrolegierungen, verwendet werden können.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Zusatzmittel zur Einbringung von Legierungselementen in geschmolzenes Eisen oder
Stahl, welches Legierungselemente, Kalzium-
Silizium und Mangandioxyd enthält, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Mittel aus po
Mangandioxyd, 1-10% Kalzium-Silizium, Rest
Legierungselemente, wie beispielsweise Ferro- chrom, und allfällige Verunreinigungen besteht.