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Bei einer gasförmigen Verbindung oder einer Verbindung, die einen gasförmigen Zustand annehmen kann, ist der Dissoziationadruck sowohl von der Temperatur, als auch von dem Drucke des Gases abhängig. Die Wirkung des Druckes auf ein Gas, das durch Dissoziation Sauerstoff abgibt (beitpielsweise COg = CO + 0), ist die umgekehrte, wie die der Temperatur, indem der Druck den Dissoziationsdruck des Gases erniedrigt, wogegen die Temperatur ihn erhöht. Der Dissoziationsdruck einer gasförmigen Verbindung kann auch dadurch geregelt werden, dass man der gasförmigen Verbindung ein oder mehrere der gasförmigen Produkte von der Dissoziation hinzufügt.
Das Verfahren zur Berechnung des Verhältnisses von Sauerstoff, welcher bei einer gegebenen Temperatur aus einer Sauerstoffverbindung, beispielsweise Kohlendioxyd, freigemacht wird, ist bekannt und bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung. Um den Dissoziationsdruck wirklich festzustellen, kann man die von Prof. Walter Nernst (Göttinger Nachrichten 1906) aufgestellten Formeln benutzen.
Um den notwendigen Dissoziationsdruck in der gasförmigen Verbindung zu erhalten, wählt man zweckmässig ein Gas, das einen höheren Dissoziationsdruck bei der Arbeitstemperatur besitzt, als gewünscht wird und erniedrigt alsdann den Dissoziationsdruck, indem man mit dem Gase eins von den Gasen mischt, welches aus der Dissoziation der Verbindung resultiert. Bespielsweise wird 1 Volumen Kohlendioxyd bei hoher Temperatur teilweise in Kohlenoxyd und Sauerstoff dissoziiert. Das Verhältnis des so dissoziierten Kohlenstoffdioxyds kann durch Hinzumischen von Kohlenoxyd reguliert werden, indem man auf diese Weise die Menge des zu dissoziierenden
Kohlendioxyds verringert.
Vorzugsweise benutzt man als Verdünnungsmittel ein Gas, welches als ein starkes Reduktionsmittel auf die Oxyde des zu raffinierenden Metalles wirkt und welches das Streben hat, als Reduktionsmittel auf die Schmelze zu wirken, die mit dem zu behandelnden
Material eingeschlackt wird. In der Praxis fand man, dass Hochofengas, welche sowohl Kohlen- oxyd, als Kohlendioxyd enthalten, den notwendigen Sauerstoffdruck für die Entfernung des unerwünschten Elementes besitzen, und dass diese Gase die schlackebildenden Bedingungen herbeiführen, die der Entfernung von Phosphor und Schwefel günstig sind.
Will man gewisse oxydierbare Elemente im Metall zurückbehalten, und bloss Schwefel und ähnliche schlacke- bildende Verunreinigungen entfernen, will man beispielsweise Kohlenstoff im Stahl zur Gewinnung eines hochgekohlten Stahls zurückbehalten, so benutzt man ein Gas, welches bei einer Temperatur des Bades das Element, welches man zurückbehalten will, nicht oxydiert. Ein derartiges Gas, welches nur wenig oder ss'ar kein Kohlendioxyd oder eine andere Sauerstoffverbindung enthält. aber einen hohen Gehalt an Wasserstoff und Methan hat. gewinnt man im Generator bekannter
Konstruktion.
Um ein Gas mit geeignetem Sauerstoffdruck zu erhalten, wird die Vermischung gewöhnlich in der Weise vorgenommen, dass man jedes Gas von bekannter Zusammensetzung aus einem besonderen Kompressor in einen gemeinsamen Behälter einbläst und die Geschwindigkeit der einzelnen Bestandteile entsprechend regelt.
Das Verfahren wird vorzugsweise in einem elektrischen Ofen ausgeführt, um die Temperatur
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gestellt, und zwar zeigt
Fig. 1 einen Grundriss eines dem Heroultofen ähnlichen Ofens,
Fig. 2 einen Schnitt nach Linie : 1-2 der Fig. 1,
Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch einen Induktionsofen und Fig. 4 einen Grundriss des Ofens nach Fig. 3.
In den Fig. 1 und 2 besteht die Vorrichtung zur Regelung der Zusammensetzung des gasförmigen Gemisches aus zwei Gebläsen 7 und 2, die mit einem gemeinsamen Behälter 3 in Ver-
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Schlacke 12 hindurch in das Metallbad 11 ein. Die Kohlenelektroden sind mit einer geeigneten F, lektrizitätsquelle verbunden und die Leitungen werden in bekannter Weise hergestellt.
Um den Gasdruck innerhalb der Ofenkammer zu regulieren, benutzt man einen Ventilator 9 zum Absaugen der Gase durch den Schornstein 6.
Fig. 3 und 4 zeigen einen Induktionsofen von bekanntem Typ. Ein Stahlmantel 14 schliesst die Windungen Wandungen 1. ein, die einen Schenkel des Transforamtorkernes umgeben.
Dieser Kern ist mit einer oder mehreren Spulen 17 versehen. die als Primärleitung für den Transformator dienen, während die Sekundärleitung aus dem Metallbade 18 innerhalb der Ofen- kammer 7. 9 besteht. Die Kammer 79 ist mit einem Deckel versehen, der zweckmässig eine Mehrzahl Abteilungen 20 hat. Von der Hauptleitung 21 wird durch ein Ventil 22 der Zutritt des Gases
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Bei der Anwendung des Verfahrens für die Gewinnung von Stahl wird eine Charge aus geschmolzenem Roheisen oder bereits teilweise gereinigtem Eisen in den elektrischen Ofen eingefüllt und die Temperatur des Bades so eingestellt, dass die zurückzuhaltenden Elemente eine verhältnismässig niedrige Affinität für Sauersto haben.
Während man die Temperatur so reguliert, wird ein Gas in das Metallbad eingeblasen, das einen zur Oxydation des oder der bestimmten, zu entfernenden Elemente des Bades geeigneten Diasoziationsdruck besitzt. Auf diese Weise kann beispielsweise Kohlenstoff oxydiert und ohne Entfernung von Silizium beseitigt werden, oder das Silizium kann ganz oder teilweise entfernt werden, während der Kohlenstoff zurückbleibt, oder beide Elemente können nach einander oder in einer einzigen Operation entfernt werden, je nachdem dies gewünscht wird. In gleicher Weise kann man auch andere Elemente z. B. Phosphor oxydieren..
Wünscht man zwei oder mehr oxydierbare Elemente nach einander zu entfernen, so wird das zu behandelnde Gemisch auf fortschreitend wechselnde Temperaturen erhitzt, indem man die Zufuhr von elektrischer Energie abändert, wobei jede verschiedene Temperatur derjenigen entspricht, bei welcher das zu entfernende Element eine höhere Affinität für Sauerstoff besitzt, als die zurückzubehaltenden Elemente haben. Das Bad wird alsdann der Einwirkung eines Gases unterworfen, das einen Dissoziationsdruck hat, der zur Oxydation der genannten Elemente geeignet ist, aber zur Oxydation der anderen Elemente nicht hinreicht.
In der Praxis wurde gefunden, dass ein Gasgemisch, welches aus 15% Kohlendioxyd, 20% Eohlenoxyd, 1% Sauerster und inerten Gasen besteht, wobei das Gas unter einem Überdruck von etwa 0'33 Atm. steht, bei einer Temperatur von etwa 1812 C den Kohlenstoff fast vollständig entfernt, ohne Gefahr das Eisen zu überblasen. Die Oxydation wird so lange fort- gesetzt, bis eine gezogene Probe anzeigt, dass das Metall genügend gereinigt ist.
Das Verfahren ist auch für die Gewinnung von Stahl1egielUngell anwendbar, bei welchen das legierende Metall oder die Metalle aus einem oder mehreren der nachstehenden Elemente bestehen, nämlich aus Mangan, Titan, Silizium, Nickel, Kobalt, Molybdän, Wolfram, Chrom usw.
Bei den leichter reduzierbaren Metallen der oben erwähnten Reihe kann man niedrig gekohlten
Stahl durch das vorliegende Verfahren direkt aus dem Erz oder aus Roheisen gewinnen. Zum
Beispiel kann man niedrig gekohlten Manganstahl erhalten und soweit bekannt, ist die direkte
Gewinnung desselben bisher noch niemals erreicht worden. Bei der direkten Gewinnung von
Stahllegierungen beginnt man entweder mit dem Erz oder mit Roheisen, welches die in die
Legierung eintretenden Metalle enthält, In der Regel enthält solches Material gewisse Ver- unreinigungen, wie Kohlenstoff, Silizium, Schwefel und Phosphor und man kann alle diese Ver- unreinigungen bis zu einem gewissen Glade entfernen während man in dem Bade das Metall zurückbehält, das man mit dem Eisen zur Herstellung der Stahllegierung vereinigen will.
Ist das zu legierende Metall bei hohen Temperaturen flüchtig. so arbeitet man bei einer so niedrigen
Temperatur, um immer noch das erforderliche Verhältnis zwischen den zurückzuhaltenden und den zu entfernenden Elementen aufrecht zu erhalten. Um die oxydierbaren Verunreinigungen zu entfernen, wird das Metallbad mit einem Gas behandelt, das bei diesen Temperaturen einen
Dissoziationsdruck besitzt, welcher es im Vergleich mit der Verunreinigung, die n an durch
Oxydation entfernen will, zu. einem Oxydatiol1smittel macht, aber ein nicht oxydierendes oder sogar ein reduzierendes Mittel im Vergleich mit den Elementen ist. welche man im Bade zurück- behalten will.
Bei diesen verhältnismässig niedrigen Temperaturen entfernt ein 14% Kohlen- dioxyd und 18% Kohlenoxyd enthaltendes Gas den Kohlenstoff bis zu 0'05%, ohne die Metalle
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mittels eines Gebläses den Druck in der Ofenkammer vermindern und auf diese Weise den Kohlenstoff als Sauerstoffverbindung entfernen.
Diese Methode zur Erhöhung der Wirkung, indem man den Druck der auf dem Bade lastenden Gase vermindeit, ist ganz besonders in den Fällen
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eine andere a) kalische Erde oder Flussspat oder ein Gemisch derselben auf dem Bade geschmolzen. D :' das Gas keitie Oxydation des Eisens hervorruft, so gestattet die Abwesenheit von Eisen- oxyd) n der Schlacke die Entfernung des Schwefels.
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zu äberblasen. Es gelingt unter diesen Bedingungen gleichzeitig den Phosphor im Besaemerstahl von 0-096% auf 0-0) 9% und den Schwefel von 0'Ü41% auf 0-013% ohne Oxydation des Eisens zu reduzieren.
Bei der Herstellung von niedrig gekohltem Stahl aus Roheisen wird das basische Roheisen in den elektrischen Ofen eingebracht, Kalk als Zuschlag behufs Bildung einer Schlacke zugefügt und das Bad dann mit dem Gase behandelt, das einen geeigneten Dissoziationsdruck besitzt,
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Es wurde auch gefunden, dass man Schwefel aus Roheisen bis zu einem Gehalt von weniger als 0'005% entfernen kann, indem man Kalk oder ein Gemisch von Kalk und Flussspat dem Roheisen hinzufügt, das Gemisch auf eine Temperatur von annähernd 13250 C erhitzt und dasselbe mit einem Gase behandelt, welches einen hohen Prozentsatz an Reduktionsgas, beispielsweise 20% Kohlenoxyd, 12% Kohlendioxyd mit einem Rest von nicht oxydierenden Gasen enthält. Um Phosphor bei solch verhältnismässig niedriger Temperatur zu entfernen, muss man eine mehr leichtflüssige Schlacke haben.
Zu diesem Zwecke kann man Kieselsäure hinzufügen. Die Schlacke kann alsdann bis zu 30% Kieselsäure enthalten und bei einer Temperatur von annähernd 14000 C und einem Gasgemisch von der eben angegebenen Zusammensetzung erhält man eine befriedigende Abscheidung des Phosphors und Schwefels aus dem zu behandelnden 1'1etal1gemisch.
Zur Gewinnung von niedrig gekohltem Manganstahl wird eine Charge von geschmolzenem Spiegeleisen oder einer anderen Form von Ferromangan, die einen solchen Gehalt an Mangan besitzt, dass in dem zu gewinnenden Stahl der gewünschte Gehalt an Mangan vorhanden ist. in den Tiegel eines elektrischen Ofens eingeführt, und zwar zweckmässig eines Induktionsofens geinäss Fig. 3 und 4 der Zeichnung. Eine sorgfältige Temperaturregelung ist hiebei notwendig,
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erhaben werden.
Pas innerhalb der oben angegebenen Temperaturgrenzen aufrechtzuerhaltende Bad wild
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Beseitigung des Kohlenstoffs, Siliziums, Schwefels und Phosphors, bei einer Temperatur von 1500"C, ohne den Gehalt von Eisen und Mangan merklich zu verringern. Ist eine besonders vollständige Entfernung des Schwefels und Phosphors erwünscht, so wird das Gasgemisch gegen das Ende der Operation abgeändert, indem man demselben einen höheren Gehalt an Reduktionsgas gibt. z. B. 40% Kohlcnoxyd und 40% Wasserstoff.
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ohne Oxydation des Siliziums geeignet ist.
PATENT-ANSPRÜCHE: l. Verfahren zum Raffinieren von Metallen, insbesondere von Roheisen durch Verblasen in einem beheizbaren Konverter, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verblasen ein Gasgemisch verwendet wird. welches ein bei den Arbeitsbedingungen (Druck und Temperatur) oxydierendes und ein reduzierendes Gas enthält, und zwar in einem solchen Verhältnis, dass die Sauerstoff- tension des Gasgemisches bei den bestehenden Bedingungen geringer ist, als der Dissoziations- druck der Oxyde jener Elemente, die nicht oxydiert werden sollen.