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Verfahren zur Entkohlung von Ferrochrom
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<tb> wobeiZeit <SEP> : <SEP> Temperatur <SEP> :'10 <SEP> Stickstoff <SEP> im <SEP> Produkt
<tb> 10 <SEP> min <SEP> 10500 <SEP> C <SEP> 0,47
<tb> 10 <SEP> min <SEP> 12000 <SEP> C <SEP> 2, <SEP> 48 <SEP>
<tb> 10 <SEP> min <SEP> 13000 <SEP> C <SEP> 3, <SEP> 36
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Ahnliche Versuche, die mit Brocken von niedriggekoilltem FeCr, erhalten nach einem typischen Schmelzprozess, durchgeführt wurden, ergaben einen Stickstoffgehalt von nur 0, 09'10 nach Erhitzen in jedem Temperaturbereich, wobei die Legierung ursprünglich 0, 03 % Stickstoff enthielt.
Um die Wahrscheinlichkeit der Stickstoffaufnahme während des Erhitzens der Stücke an der Luft auf ein Minimum herunterzusetzen, wurde bereits vorgeschlagen, die Stücke nach ihrer Fertigstellung mit undurchlässigen Salzen zu überziehen, oder sie zu brennen oder mechanisch zu bearbeiten, um die äusseren Poren zu schliessen. Derartige Versuche sind-abgesehen von den, erursachten Mehrkosten - nicht erfolgreich gewesen.
Der wesentliche Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht daher in einem Verfahren zur Va- kuum-Entkohlung von hochgekohltem FeCr durch Reaktion mit einem Oxydationsmittel, bei dem ein wirkungsvoller Verschluss der Poren in dem Produkt erzielt wird, ohne dass eine Blockierung des Gasaustrittes stattfindet.
Andere Erfindungsziele und-vorteile im Zusammenhang mit dem Verfahren ergeben sich aus den Beispielen und der folgenden Beschreibung.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die Verwendung eines Oxydationsmittels in Kombination mit Schlackenbildnern die Entkohlungsreaktion fördert und am Endpunkt der Reaktion die Poren in dem Produkt wirkungsvoll verschliesst oder versiegelt.
Erfindungsgemäss wird kohlenstoffarmes Ferrochrom, d. h. solches mit einem Kohlenstoffgehalt unter 2 go, dadurch hergestellt, dass zerkleinertes, hochkohlenstoffhaltiges Ferrochrom und zerkleinertes Eisenerz in solchen Mengenverhältnissen gemischt werden, dass Eisenoxyd im Überschuss vorhanden ist in Bezug auf die zur Umsetzung on Sauerstoff mit dem im Ferrochrom enthaltenen Kohlenstoff, aus den zerkleinerten Materialien Formkörper, wie kleine Kugeln, geformt und diese Formkörper bei vermindertem Druck auf eine Temperatur erhitzt werden, die niedriger ist als die Schmelztemperatur der Formlinge, aber hoch genug, um eine Sauerstoff-Kohlenstoff-Reaktion zu bewirken, und wobei die Temperatur der Formlinge allmählich in dem Mass erhöht wird, in welchem der Kohlenstoffgehalt sinkt.
Das wesentliche Merkmal der Erfindung besteht darin, dass bei Erreichung eines Kohlenstoffgehaltes des Ferrochroms von 2 % oder weniger die Formlinge allmählich auf etwa 13750 C erhitzt werden, um die Gangmaterialien im Eisenerz zum Schmelzen zu bringen. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, dass bei den Temperaturen bis 12500 C bei Drucken von höchstens 2500 J1 gearbeitet, bei der Erhitzung auf 13500 C der Druck aber auf etwa 75 J1 gesenkt wird.
Nach der Erfindung wird somit ein niedriggekohltes Ferrochrom durch Umsetzung mit einem Oxydationsmittel, insbesondere Eisenerz, erhalten, das genügende Mengen Schlackenbildner enthält, und wobei die angewandte Menge Eisenerz derart gewählt wird, dass es einen Überschuss über die zur Reaktion erforderliche Menge Sauerstoff enthält. Dieser Überschuss soll etwa 30 % gegenüber der Theorie betragen.
Die Bestandteile (Ferrochrom und Erz) werden zerkleinert, zweckmässig auf eine Korngrösse von 0, 048 cm und kleiner, und innig mit einer genügenden Menge eines Bindemittels gemischt, so dass sie in die gewünschte Form gepresst werden können, wie zu Kugeln, Würfeln. Die Formlinge werden sodann bei etwa 2000 C getrocknet und einem Vakuumofen aufgegeben, der auf etwa 2500 J1 Hg evakuiert und auf etwa 12500 C erhitzt wird, welche Temperatur unterhalb des FeCr-C-Eutektikums bei 2, 72 % C und 12650 C liegt. Bei dieser Behandlung setzt in bekannter Weise die Entkohlung ein und sie wird fortgesetzt, bis der C-Gehalt der Formlinge auf etwa 2 2'10 gesunken ist. Alsdann wird die Temperatur allmählich erhöht und gleichzeitig das Vakuum auf etwa 75 li Hg gebracht.
Bei der Temperaturerhöhung unter Verminderung des Druckes erfährt die Entkohlungsreaktion eine Geschwindigkeitserhöhung und der C-Gehalt sinkt auf 1, 0, 0, 1 und schliesslich auf die gewünschte Höhe von ungefähr zoo Das Produkt wird dann unter Vakuum oder in inertem Gas abgekühlt. Bei der Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens ist sorgfältige Regelung der Reaktionstemperatur erforderlich, um die schlackenartigen Bestandteile im halbflüssigen Zustand zu halten, so dass das in den Formkörpern entwickelte Kohlenmonoxyd einen freien Weg zur Oberfläche des Formkörpers findet, so lange bis die Reaktion beendet ist.
Wenn die Temperatur nicht genau geregelt wird, setzt sich das schlackenartige Material in einem frühen Stadium der Reaktion zu-
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sammen und"blüht"aus der Oberfläche des Formkörpers aus. Es ist wichtig, dass die Reaktionstemperatur so eingestellt wird, dass sie unterhalb jener liegt, bei welcher das FeCr während der Reaktion schmilzt. Wenn es hingegen gegen das Ende der Reaktion zu geht, wobei sich niedriggekohltes FeCr bildet, wird die Temperatur der Formkörper weiter erhöht, um das schlackenbildende Material weiter zu verflüssigen, das sich in den Poren der Formstücke befindet, und so einen besseren Porenverschluss im fertigen Produkt zu erzielen.
Die Menge an schlackenhaltigem Oxydationsmittel wird natürlich durch den Kohlenstoffgehalt des hochgekohlten FeCr bestimmt, wobei es lediglich erforderlich ist, den für das Entkohlen des FeCr erforderlichen Sauerstoff zu errechnen und dann die für die Erzielung eines Überschusses erforderliche Menge Erz vorzusehen.
Zusätzlich zum Eisenerz können andere, natürlich vorkommende Erze, welche Schlackenbildner enthalten, wie z. B. Mangan-, Chrom-und Nickelerze, erfindungsgemäss verwendet werden. Oxydiertes, hochgekohltes FeCr ist als Oxydationsmittel gleichfalls geeignet. Wenn das Oxydationsmittel kein oder eine ungenügende Menge Si02 zum Verschluss der Poren in den Formstücken enthält, kann Si02 als getrennter Bestandteil der Mischung zugegeben werden. Si02 kann in solchen Mengen vorhanden sein, dass es sowohl Sauerstoff wie auch Schlacke liefert.
Um die erfindungsgemäss erzielte porenverschliessende Wirkung zu erläutern, wurden Formstücke aus einer Mischung von zerkleinertem hochgekohltem FeCr und Eisenerz hergestellt. Diese wurden, wie oben beschrieben, im Vakuum bei geregelter Temperatur erhitzt. Die Formstücke aus niudriggekohltem FeCr wurden an der Luft bei erhöhten Temperaturen erhitzt und ihr Stickstoffgehalt wie folgt bestimmt :
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<tb> Zeit <SEP> : <SEP> Temperatur <SEP> :'10 <SEP> Stickstoff <SEP> in <SEP> den
<tb> Formkörpern
<tb> 10 <SEP> mia <SEP> 10500 <SEP> C <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP>
<tb> 10 <SEP> min <SEP> 12000 <SEP> C <SEP> 0, <SEP> 025 <SEP>
<tb> 10 <SEP> min <SEP> 13000 <SEP> C <SEP> 0, <SEP> 055 <SEP>
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verschlossenen Poren wie auch durch die Dichte unterschieden werden.
Die erfinduagsgemässen Formstükke haben eine scheinbare Dichte von 6, 5-7, 0, bestimmt durch Eintauchen eines mit Paraffin überzogenen Probestückes m Wasser.
Die Wichtigkeit der hohen Dichte ergibt sich sowohl aus den geringeren Verschiffungskosten wie auch aus der verbilligten Lagerung des Produktes. Die Raumerfüllung der bekannten Formstücke wird mit 2500 kg/rn3 angegeben. Die Raumerfüllung der gleichartigen erfindungsgemässen Formstücke beträgt 3575 kgjm3. Naturgemäss sind für die Verschiffung der letzteren weniger Behälter erforderlich und der Lagerraumbedarf und der Arbeitsaufwand werden für ein gegebenes Gewicht geringer sein.
Ein weiterer Vorteil des Zusatzes von'Schlackenbildnern zu dem hauptsächlichen Oxydationsmittel besteht darin, dass nur eine geringe Menge zusätzlicher Flussmittel bei der Stahlerzeugung unter Verwendung des erfindungsgemässen Materials erforderlich ist.
Ein weiterer Vorteil, der sich aus dem Zusatz von Schlackenbildnem zu dem hauptsächlichen Oxydationsmittel bei dem erfindungsgemässen Vakuum-Entkohlungsverfahren ergibt, besteht darin, dass die innige physikalische Berührung zwischen den Bestandteilen der Mischung, wie sie bisher erforderlich war, nicht so wichtig ist. Dies wurde nachgewiesen, indem eine Mischung von zerkleinertem, hochgekohltem FeCr und Eisenerz unter leichtem Druck in die Form von Blöcken des Ausmasses 6"X 8"X 8"gebracht und im Vakuum auf Reaktionstemperatur erhitzt wurde. Es entstand keine Schwierigkeit beim Entkohlen einer derartigen Mischung bis zu einem durchschnittlichen Kohlenstoffgehalt von 0, 02 li.
Typische Zusammensetzungen von Eisenerzen, die bei der erfindungsgemässen Herstellung von Formstücken verwendet wurden, sind die folgenden :
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<tb> EiscnFe3O4 <SEP> - <SEP> 92, <SEP> 60 <SEP> 5
<tb> SiO2 <SEP> - <SEP> 5,00 <SEP> %
<tb> C <SEP> - <SEP> 0,08 <SEP> 5
<tb>
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<tb>
<tb> Fie304-88, <SEP> 21 <SEP> li <SEP>
<tb> SiO- <SEP> 7, <SEP> 40 <SEP>
<tb> P2O5-0, <SEP> 03 <SEP>
<tb>
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<tb> Fe2O3 <SEP> - <SEP> 97,55 <SEP> %
<tb> Si-1, <SEP> 31% <SEP>
<tb> P <SEP> - <SEP> 0,36 <SEP> %
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PATENTANSPRÜCHE :
1.
Verfahren zur Entkohlung von Ferrochrom, bei welchem zerkleinertes, kohlenstoffhaltiges Ferrochrom und zerkleinertes Eisenerz in solchen Mengenverhältnissen gemischt wird, dass Eisenoxyd im Überschuss vorhanden ist in bezug auf die zur Umsetzung von Sauerstoff mit dem im Ferrochrom enthaltenen Kohlenstoff, aus den zerkleinerten Materialien Formkörper, wie kleine Kugeln, geformt und diese Formkörper bei vermindertem Druck auf eine Temperatur erhitzt wurden, die niedriger ist als die Scnmelz- temperatur der Formlinge, aber hoch genug, um eine Sauerstoff-Kohlenstoff-Reaktion zu bewirken, und die Temperatur der Formlinge allmählich in dem Mass erhöht wird, in welchem der Kohlenstoffgehalt sinkt, dadurch gekennzeichnet,
dass bei Erreichung eines Kohlenstoffgehaltes des Ferrochroms von 2 lo oder weniger die Formlinge allrgählich auf etwa 1375 C erhitzt werden, um die Gangmaterialien im Eisenerz zum Schmelzen zu bringen.