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Ausführungsform eines elektrischen Ofens zur Stahlerzeugung.
Vorliegende Erfindung betrifft verschiedene Ausgestaltungen an elektrischen Öfen, welche zur Erzeugung von Stahl bestimmt sind. Sie erlaubt gleichzeitig und ununterbrochen folgende Operationen auszuführen, welche alle zum Fertigstellen des Stahles dienen : Das Schmelzen, Oxydieren der Verunreinigungen, Reduktion des gelösten Eisenoxydes, Wieder- kohlen oder Einfuhren jener Elemente, welche im fertigen Stahle enthalten sein sollen.
Die Zeichnung stellt eine beispielsweise Ausführungsform eines die angegebenen Be- dingungen erfüllenden Ofens dar. Fig. 1 und 2 sind Querschnitte und Fig. 3 ist eine Draufsicht.
Der Ofen besteht der Hauptsache nach 1. aus einem Tiegel, in welchem das Schmelzen und die oxydierende Reinigung erfolgen, 2. aus einer Reduktions-und Wiederkohlungs- abteilung, 3. aus einer Abteilung, in welcher dem Stahle genau die verlangte Zusammensetzung erteilt wird.
Die Elektroden 1 der ersten Abteilung sind mit einer der Klemmen der Elektrizhätsquolle verbunden, während die Elektroden'2 und 3 der anderen Abteilungen mit der anderen Klemme parallel geschaltet sind. Von den Elektroden kommend, durchsetzt der Strom, wenn er zum Metalle geht, eine Schlackenschichte, die an der Metalloberfläche einen Widerstand bildet, welcher die Wärmewirkung des Stromes hervorruft. Die Metallbäder stehen durch Öffnungen B miteinander in Verbindung, deren Querschnitt so klein ist, dass das Metall, welches unter dem Einflusse des Jouleschen Wärmeeffektes steht, in keinem Falle erstarren oder fest bleiben kann.
Die einzelnen Abteilungen der Ofenanlage sind, ihrer Funktion entsprechend, aus- gekteidet. Jener Teil der Sohle und der Seitenwandungen der Oxydationsabteilung, weiche beständig mit dem Metalle in Berührung stehen, sind, je nachdem das zu raffinierende Metall phosphorhä1tig ist oder nicht, aus basischen oder aus sauren Materialien hergestellt, während jener Teil, der mit der Schlacke in Berührung kommt, aus neutralem Stoffe, z. B. Chromeisenstein, bestehen muss. Bei den anderen Abteilungen nimmt man vorteilhaft
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und für den oberen Teil Chromeisenstein.
Um die Ofenanlage in Betrieb zu setzen, führt man durch die Öffnung geschmolzenes Roheisen ein, welches sich in den drei Abteilungen verteilt oder man legt auf die Ofensuhlen Abfalleisen und in die Verbindungskanäle B Eisenstücke. Hierauf lässt man die Ftammcnbogen überspringen, führt nach und nach die Stoffe ein, welche nach dorn Schmelzen die Schlackenschichte der Bäder liefern, in welchen sich der Joulesche Wärme- effekt einstellt.
Das oxydierende Bad der ersten Abteilung wird vom Erze oder einer eisenoxydreichen Schlacke gebildet, welcher man, wenn das zu raffinierende Metall phosphorreich ist, Kalk zusetzt. Die Bäder der anderen Abteilungen sind von neutraler Zusammensetzung und durch Kohlenstoff wenig reduzierbar, Kalzium- und Magnesiumaluminat, welche man durch mischen von Bauxit mit Kalkstein oder mit Dolomit erhält, liefern hier günstige Ergebnisse.
Zusatz von Flussspat macht sie leichter schmelzbar und dünnnussiger.
Die Ofenanlage arbeitet folgendermassen : In der Oxydationsabteilung benndet sieh die intensivste Heizzone natürlich nahe an der Berührungsfläche des Metalles und der Schlacke und in dieser Gegend erfolgt die Reduktion der Oxyde auf Kosten des Siliziums,
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des Manganes und des Kohlenstoffes des Metallbades. Je nach der Menge der vorhandenen reduzierbaren Oxyde ist die Reaktion mehr oder weniger lebhaft und gibt sich durch eine Wirbelbewegung des Bades zu erkennen, welche das Metall durcheinanderrohrt und die Oxydation erleichtert, indem die Bertlhrungsflächen unaufhörlich erneuert werden.
Durch sparsame Einführung von Eisenoxyd oder Hammerschlag unterhält man die Oxydation und regelt deren Stärke und Geschwindigkeit. Zufolge der hohen Temperatur findet die Abscheidung des Kohlenstoffes rasch statt und erfolgt fast gleichzeitig wie die des Siliziums und dos Mangans.
Infolge der gewählten Zirkutationsart geht das in der ersten Abteilung raffinierte Metall dann in die zweite Abteilung, wo die Reduktion des gelösten Eisenoxydules und die Wiederkohlung des Metalles stattfinden. Das für diese beiden Operationen benutzte Reduktion- bxw. Kohlungsmittel wird in der Art hergestellt, dass man Eisen oder Stahl in einem elektrischen Ofen bei Anwesenheit eines grossen Kohlenstoffüberschusses schmilzt. Bringt
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züi 70/0 Kohlenstoff aufnimmt, weichen es nach dem Abkühlen zum Teile in gebundenem Zustande behält, während der Rest als Graphit eingelagert bleibt.
Die Regelung der Wiederkohlung oder die durch die Natur des schliess ! ich her- zustellenden Stahles erforderlichen Zusätze werden in der dritten Abteilung vorgenommen, wo man Proben nimmt, deren Untersuchung gestattet, die erhaltene Stablart zu be- urteilen und einen Anhaltspunkt über die Zusätze liefert, welche behufs Behebung von Mängeln zuzufügen sind.
Während im Martin-Ofen unbedingt stark manganhältiges Roheisen oder Silizospiegel verwendet werden muss, um Oxydation des Metalles vor dem Abstiche zu verhindern, wird dies hier fast unnötig. In den letzten beiden Abteilungen ist ja der Stahl jedem oxydierenden Einflüsse entzogen, denn er steht mit der Luft gar nicht in Berührung und neben ihm ist bloss eine neutrale Schlacke vorhanden, Überdies kann letztere bei Anwendung von Aluminaten unter dem Einflusse der hohen Temperatur und des vorhandenen Kohlenstoffes eine geringe Menge Aluminium liefern, welches sich in dem Stahlbade verteilt und den Sauerstoff aufnimmt, in welcher Form auch immer derselbe vorhanden ist.
Das Aufgeben der festen Materialien und die Wegschaffung überschüssiger Schlacke erfolgt durch die Türen C, der Abstich des Stahles durch die Öffnung D, welche in bestimmter Höhe über der Sohle angebracht ist,
Zum Abstiche senkt man die Elektroden 3 und taucht sie in das Metallbad, gleichzeitig hebt man die Elektroden 1, um die Betriebsspannung aufrecht zu erhalten. Während des Abstiches taucht man die Elektroden 3 tiefer ein, so dass der : Metallspiegel oberhalb der Abstichöffnung gleich hoch bleibt. Sobald die Elektroden den Boden des Tiegels berühren, sinkt der Metallspiegel, der nicht mehr erhalten worden kann, bis die Schlacke in dem ausfliessende Strahle erscheint, welchen man in diesem Augenblicke abstellt.
Die soeben erklärte Operation hat beträchtliche Wichtigkeit. Da das Eintauchen der Elektroden jede Niveauungloichboit zwischen der zweiten und dritten Abteilung verhindert, so kann keine Vermischung der sich in verschiedenen Phasen der Raffinierung befindlichen Metalle stattfinden und man sticht bloss grünéllich raffiniertes und auf die vorher bestimmte Zusammensetzung gebrachtos Metall ab.
Man berücksichtigt die von dem Stable während des Eintauchens der Elektroden aufgenommene Kohlenstoffmenge. Da die Dauer eines Abstiches nahezu gleich bleibt, so wird immer ungefähr die gleiche Kohlenstoffmenge gelöst und man kann ein Endprodukt von innerhalb enger Grenzen gehaltener vorausbestimmter Zusammensetzung sicher erreichen.
Nach dem Abstiche hebt man die Elektroden 3 und taucht die Elektroden 1 in das
Metall ein : ein Teil des oxydierten Metalles fliesst von der ersten in die zweite Abteilung. während der in der zweiten gekohlte Rtahl in die dritte dringt. Man bringt so die Spiegel der Bäder auf ihre normale Höbe, indem die in der ersten Abteilung eingesenkten Elek- troden einfach an Stelle des soeben abgestochenen Stahles treten. Wenn man in diesem
Zeitpunkte Roheisen in die erste Abteilung giesst, indem man gleichzeitig die Elektroden 1 hebt, so füllt das eingeführte Metall den von den Elektroden freigegebenen Raum, ohne aber direkt in die zweite Abteilung eindringen zu können, da kein merkbarer Niveau- unterschied vorhanden ist.
Die einzelnen Operationen bleiben also vollständig gesondert und voneinander unabhängig und können in ununterbrochenem Betriebe aufeinander folgen, um so mehr als die Materialien ungefähr die Reaktionstemperatur bewahren, indem die Ab- teilungen so gross sind, dass bei jedem Abstiche bloss ein Teil des vorhandenen Metalles entfernt wird, während der zurückbleibende Teil als Wärmeüberträger dient.
Schliesslich wird bemerkt, dass das in der ersten Abteilung oxydierte Metall in die zweite fliesst, ohne die mindeste Spur Schlacke mitzunehmen, was jegliche nachträgliche
Wiederbeimisehung von Verunreinigungen verhindert.