AT46377B - Verfahren zum Raffinieren von Metallen, insbesondere von Roheisen. - Google Patents

Description

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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.

Claims (1)

1. 2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, dass als oxydierendes Gas eine durch Wärme dissoziierbare Sauerstoffverbindung verwendet und gegebenen falls durch Beimischung der Dissoziationsprodukte die Dissoziation geregelt wird.

   @ 3. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die Beimischung dersreduzierendenDissoziationsproduktes. <Desc/Clms Page number 5>

   4. Auaführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gasgemisch ganz oder teilweise aus Kohlendioxyd und Kohlenoxyd besteht.

   5. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4-, angewandt auf die Reinigung von Manganlegierungen und Herstellung von Manganstahl direkt aus Spiegeleisen oder manganhaltigem Roheisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur auf einem Punkt erhalten wird, bei welchem eine übermässige Verflüchtigung des Mangans nicht stattfindet.

   6. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch die Regelung des Gasdrucks innerhalb des Konverters.

   7. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch l bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall bei fortschreitend wechselnder Temperatur verblasen wird, wobei die einzelnen Temperaturstufen so gewählt werden, dass immer nur ein bestimmtes Element bezw. bestimmte Elemente oxydiert wird bezw. werden.

   8. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Behandlung mit dem Gasgemisch die unerwünschten Elemente teilweise dadurch entfernt werden, dass man das erhitzte Material der Einwirkung eines Gases mit relativ hohen oxydierenden Eigenschaften unterwirft.

   9. Ausführungsfonn des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 8, in Anwendung auf ein Schwefel oder Phosphor oder beide Elemente enthaltendes Rohmetall, dadurch gekennzeichnet, dass man einen mit Schwefel und Phosphor schlackebildende Verbindungen eingehenden Zuschlag dem Material vor oder während der Behandlung hinzufügt.