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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von auf gewöhnliche Weise erschmolzenem Eisen oder Stahl, der aus einem Siemens-Martinofen oder aus einem anderen Schmelz-oder Raffinierofen in eine Giesspfanne oder in einen anderen Behälter abgestochen worden ist. Zweck des Verfahrens ist, durch Einwirkung eines elektrischen Stromes die in dem Metallbade vorhandenen Schlacken, Gase oder sonstigen Verunreinigungen zum Aufsteigen an die Oberfläche des Metallbades zu bringen, bevor das gereinigte Metall am Boden des Behälters abgelassen wird.
Es ist schon vorgeschlagen worden, fertig gemachten, geschmolzenen Stahl vor dem Gusse durch elektrische Mittel zu erhitzen, um ihn von beigemengtem Gas und Schlacke zu befreien. Zu diesem Zwecke hat man ein seichtes Metallbad von oben mittels eines elektrischen. Flammenbogens erhitzt, der zwischen über dem Bade angeordneten Elektroden und der sich auf der Oberfläche des Metallbades ansammelnden Schlacke überging, Beim Ausgiessen des Metalls durch Kippen des Behälters war es jedoch unvermeidlich, dass sich Schlacke wieder mit dem geschmolzenen Metall vermischte, wodurch dessen Güte beeinträchtigt wurde.
Es sind auch Anordnungen bekannt, um Stahl in einer Giesspfanne mit elektrischem Strom zu behandeln, wobei ein oder mehrere elektrische Flammenbogen zwischen der als Elektrode wirkenden Schlacke und einer Schicht geschmolzener Reinigungsschlacke auf der Oberfläche des Metallbades gebildet werden. In diesem Falle muss das Metall derart fliessen, dass jeder Teil mit der Schicht aus Reinigungsschlacke in innige Berührung, nämlich an den Flammenbogen tritt und auch an anderen Teilen der Schicht und nur kurze Zeit hohen Temperaturen ausgesetzt ist, worauf er durch andere Teile des Metallbades ersetzt wird, welche in der Nähe des Flammenbogens an die Schlacke herankommen.
Zu diesem Zwecke muss das Metall aufwärts und abwärts fliessen. Ferner ist vorgeschlagen worden, Stahl in einer Giesspfanne elektrischer Hitze zu unterwerfen, indem Elektroden durch den Deckel der Giesspfanne eingeführt werden oder indem man das Metall durch einen Induktionsstrom erhitzt, so dass der Stahl während einer beträchtlichen Zeitdauer auf der gleichen Temperatur oder auf einer etwas höheren Temperatur erhalten wird, als jene, bei welcher er aus dem Ofen abgestochen wird. Mit diesem Vorgehen wurde bezweckt, dass Ferro-Mangan und andere Zusätze ihre volle Wirkung ausüben, dass Gase aus dem Metallbade entweichen und beigemengte Schlacke und andere Verunreinigungen an die Oberfläche des Bades steigen, sowie dass das Stahlbad sich vollständig beruhigt, worauf es aus der Giesspfanne ausgegossen wird.
Zum Unterschied von diesen Verfahren besteht die Erfindung im Wesen darin, dass das geschmolzene Metall, bevor man es am Boden des Behälters in Formen ablässt, in dem Behälter, in dem es ein tiefes Metallbad bildet, der Einwirkung eines elektrischen Stromes mit hoher Ampèrezahl unterworfen wird, der das ganze Bad seiner vollen Tiefe nach durchdringt und bewirkt, dass an seinem Boden eine Anzahl Zonen stärkster Hitze entstehen, welche über dem Boden des Behälters verteilt sind und mit den unten befindlichen Anteilen des Metallbades in Berührung stehen, um dieses zu erhitzen. Die Wirkung des Stromes
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wird aufrecht erhalten, damit Schlacke und andere Gase enthaltende Verunreinigungen an die Oberfläche des 1Iebllbades steigen können, bevor das gereinigte Metall am Boden des Behälters abgezogen wird.
Man erzielt auf diese Weise fehlerfreie Blöcke oder Gussstücke und kann aus diesen Gegenstände herstellen, die praktisch frei von Verunreinigungen durch Schlacke und andere Fremdkörper und Fehlern sind und über den ganzen Querschnitt ein gleichmässiges Gefüge zeigen-
Bei der praktischen Durchführung dieses Verfahrens wird durch den im erwähnten Behälter enthaltenen flüssigen Stahl möglichst sofort ein elektrischer Strom von grosser Stromstärke geleitet, um den Stahl auf der erwünschten Temperatur zu erhalten oder sogar noch in der Temperatur zu steigern. Zu diesem Zwecke ist gemäss der Erfindung der Boden des Behälters mit Leitern versehen, die eine oder mehrere Elektroden oder Pole von geeigneter Form darstellen und schnell mit einer elektrischen Leitung'verbunden oder von dieser gelöst werden können.
Als Gegenelektrode oder-Pole dienen eine oder mehrere Platten, Stangen o. dgl. aus leitendem Material, die leicht so an das flüssige Metall angelegt werden können, dass beim Schliessen des elektrischen Stromes, an den die Elektroden oder Pole angeschlossen sind, ein elektrischer Strom durch den flüssigen Stahl in voller Tiefe hindurchgeleitet wird.
Die Ausführung und der elektrische Anschluss der Elektroden können beliebig gestaltet werden. Die unteren Elektroden können auch an den Seiten des Behälters nahe am Boden statt durch den Behälterboden selbst eingeführt werden. Auch kann die Anordnung so getroffen sein, dass eine oder einige Elektroden durch den Boden, eine oder die anderen dagegen seitlich in den Behälter eingeführt werden.
Als Behälter kann eine gewöhnliche Stahlguss-Giesspfanne oder ein sonstiges ortsbewegliches oder ortsfestes Gefäss dienen, in dem sich ein im Vergleich zum wagrechten
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der Schlacke und Verunreinigungen zur Oberfläche des Stahlbades gestatte t Wichtig ist das Abziehen des reinen Stahls vom Boden oder unteren Teil des Behälters. Die Entleerung kann z. B. durch einen seitlichen Abstich in eine Giesspfanne oder durch eine Bodenöffnung unmittelbar in die Gussformen erfolgen, ohne dass ein abermaliges Vermischen mit der Schlacke oder den sonstigen Verunreinigungen beim Abstich zu befürchten ist. Diese Bedingung ist wesentlich für die Erhaltung der beim vorliegenden Verfahren erzielten reinen Stahlmasse.
Der Behälter ist gewöhnlich mit einem bekannten feuerfesten Futter verkleidet, beispielsweise mit feuerfestem Ton, der ein saures Futter darstellt. Der Boden wird zweckmässig durch Abrundungen an die inneren Behälterwandungen angeschlossen.
Bei der Durchführung des erwähnten Verfahrens hat es sich vorteilhaft erwiesen, zuerst die flüssige Stahlmasse im Behälter mit einer dicken, beispielsweise 15 bis 25 cm starken Schlackenschicht zu bedecken, die leicht dem Abstichofen o. dgl. entnommen werden kann. Diese Schlackenschicht wird wenigstens an ihrer Oberfläche bald erstarren, so daB hienach das flüssige Metall beim Reinigungsverfahren gegen störende Einwirkungen der Aussenluft geschützt ist. Der elektrische Strom wird dann durch die Schlackenschicht eingeleitet.
Steht eine Schlackenschicht von genügender Dicke nicht zur Verfügung, so wird zwischen der oder den Elektroden und der flüssigen Stahlmasse ein elektrischer Lichtbogen erzeugt, um eine Berührung der Teile zu vermeiden und genügend Widerstände im Stromkreis zu haben. Der Behälter kann mit einem Deckel ausgerüstet sein, der jedoch gewöhnlich weggelassen wird.
In der Zeichnung ist Fig. i eine Seitenansicht und Fig. 2 ein Grundriss einer Anlage zur praktischen Ausführung der Erfindung, bei der zwei Behälter Verwendung finden, der eine für das Reinigungsverfahren, der andere zum Giessen. In Fig. 1 sind auf der einen
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behälter in Seitenansicht und Schnitt, Fig. 4 im Grundriss, in dem auf der einen Seite die Steinauskleidung weggelassen ist, und Fig. 5 in Vorderansicht ; Fig. 6 ist eine Ansicht und Fig. 7 ein Grundriss einer anderen Ausführungsform des Reinigungsbehälters ; Fig. 8 bis 10 sind den Fig. 3, 4 und 5 entsprechende Ansichten desselben. Fig. 11 zeigt eine untere Elektrode für den Behälter in grösserem Massstabe.
Bei der Ausführung nach den Fig. i bis 5 ist der Behälter 1 mit einem sauren Futter 2, beispielsweise aus feuerfestem Ton, verkleidet. Der Behälter ruht mit Stützen 3
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Boden des Behälters 1 und dessen Futter 2 sind Elektroden 6 geführt, die aus eisernen Bolzen bestehen. Die Elektroden sind durch Kupferbänder 7 mit den Bändern 8 leitend verbunden, deren obere umgebogene Enden 8a Kontakte bilden, die sich gegen die Kontaktstreifen 9 auf den Trägern 4 legen. Sobald der Behälter 1 auf den Tägern 4 aufruht, wird
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durch das Eigengewicht des Behälters nebst Inhalt eine gute Berührung zwischen den Leitern 8a und 9 und mithin eine günstige elektrische Verbindung geschaffen. Die Verbindung kann noch durch zwischen Leiter 8a und 9 gelegte Scheiben aus weichem, gut leitendem Stoff, z. B. Blei, verbessert werden.
Bei der dargestellten Ausführungsform sind getrennt voneinander eine Anzahl von Elektroden 6 durch den Boden der Pfanne 1 hindurchgeführt. Die Elektroden können in der in den Fig. 3 und 11 dargestellten Weise ausgeführt werden. Sie bestehen aus eisernen Bolzen, deren inneres Ende 6 etwa auf eine Länge von 10 bis I5 cm schmäler im Durchmesser (etwa 15 mm) ausgeführt ist, um die Temperatur dieses Teiles beim Einführen des elektrischen Stromes bis zum Schmelzpunkt steigern zu können.
Der äussere Teil 6 a der Elektrode hat einen grösseren Durchmesser und ist in eine Stange 6b von noch grösserem Durchmesser eingeschraubt. Der Teil 6b hat einen Vierkantkopf 6 c, um ihn beim Festschrauben oder Lösen besser festhalten zu können Der Teil 6 b bildet eine Verlängerung der Teile 6, 6a der Elektrode und ist aus Metall hergestellt. Er ist fest zwischen Metallbüchsen oder-hülsen 6d, 6e am Boden der Pfanne eingeklemmt.
Die ganze Elektrode könnte natürlich auch aus einem Stück gefertigt sein.
Die zwei Sätze von Kontaktstreifen 9 sind durch Leiter 10, 10 a mit je einem Ende je einer Sekundärspule 11 oder H a der beiden Einphasentransformatoren verbunden, deren Primärwicklungen mit 12 und 12 a bezeichnet sind. Die oberen, meist aus Graphit gefertigten
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Zu dem Zwecke ist jeder Träger 15, 15 a senkrecht verschiebbar an einem Gestell 17 geführt und wird von einem Seil 18 o, dgl. gehalten, das um Rollen 19 zu einer Winde 20 führt. Durch Drehung der Windtrommel kann die Höhenlage der Elektroden 13 und 13 a eingestellt werden. Auch eine selbsttätige Einstellung der Elektroden ist ausführbar, Das
Gestell 17 ist um eine senkrechte Achse drehbar, damit die oberen Elektroden nach dem
Anheben über den Behälter 1 leicht in oder aus Gebrauchsstellung verschwenkt werden können.
Die oberen Elektroden 73 und 13 a stehen durch erforderlichenfalls biegsame Kupferleitungen 21 und 21 a mit den freien Enden der Sekundärspulen 11 und ils der beiden
Transformatoren in Verbindung, an deren andere Enden die unteren Elektroden 6 angeschlossen sind. 27 ist der Hauptschalter ; 29, 30, 31, 32 sind Messinstrumente.
Bei der Anordnung nach den Fig. 1 bis 5 ist der Behälter zum Reinigen der Stahl- masse mit einem seitlichen Abstich 36 versehen, durch den der flüssige Stahl nach der
Reinigung in eine beispielsweise an einem Kran hängende gewöhnliche Giesspfanne abgelassen werden kann. Bei der Ausführung nach den Fig. 6 bis 10 besitzt der Behälter 1 Abfluss- öffnungen 38 am Boden, von dem aus der reine Stahl unmittelbar in die Gussformen fliessen kann.
In manchen Fällen können auch die an die unteren Elektroden angeschlossenen Leiter 7 so eingerichtet sein, dass sie unmittelbar auf Kontaktstreifen aufgesetzt werden können, die in diesem Falle auf Trägern am Boden der Grube 5 befestigt und mit den Stromzuführungen 10 und 10 a verbunden sind. Die Anordnung und der Anschluss der oberen Elektroden 13 und 13a können dieselben bleiben, wie an Hand der Fig. i und a beschrieben wurde.
In den Behälter 1 wird flüssiger Stahl von der Güte eingebracht, wie er bisher unmittelbar zu Blöcken oder sonstigen Formen von Öfen aus vergossen wurde, sowie eine dicke Schlackenschicht (etwa 15 bis 25 cm stark). Hierauf werden die oberen Elektroden eingestellt und dann wird ein elektrischer Strom durch die Schlacke und Stahlmasse hindurchgeführt.
Mit der in der Zeichnung dargestellten Einrichtung wurden folgende Erfolge erzielt :
Es wurden etwa 40 t flüssiger Stahl im normalen Endzustand aus einem einfachen Siemens-Martinofen mit offenem Herd und saurem Futter in einen zylindrischen Behälter von etwa 2 M lichtem Durchmesser und 3 m lichter Tiefe gebracht, der ebenfalls mit saurem Material gefüttert war. In den Boden des Behälters waren zehn stehende Eisenelektroden 6 von der in den Fig. 3 und ii dargestellten Form eingelassen, die mit je einem Ende der Sekundärspulen 11, lla von zwei Transformatoren verbunden waren, deren Spannung von je 65 auf je H0 Volt gesteigert werden konnte.
Der flüssige Stahl wurde mit einer Schlackenschicht von etwa 15 bis 25 cm Dicke bedeckt, die an der Oberfläche schnell erstarrte, da der Behälter oben von der Luft bestrichen wurde. Die beiden oberen Elektroden 13 und 13 a bestanden aus Graphit und waren etwa 1-06 m voneinander entfernt. Jede hatte einen Durchmesser von etwa 20 cm und stand mit den anderen Enden der Sekundärspulen 11, 11 a in Verbindung. Die Elektroden wurden an die erstarrte Schlackenschicht herangeführt. Die Primärspulen der Transformatoren wurden mit zweiphasigem Wechselstrom von 2200 Volt
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Spannung und 50 Perioden in der Sekunde erregt. Die Spannung in dem an die Elektroden 6 und 13, 13 a angeschlossenen Sekundärstromkreis betrug anfänglich 80 Volt und wurde später auf etwa 65 Volt herabgesetzt.
Unter der Einwirkung des elektrischen Stromes schmolz die obere Schlackenschicht unterhalb der Elektroden, so dass diese weiter in die Schlackenschicht eingeführt werden konnten, bis eine gleichmässige Stromzuführung von etwa 3400 Amp. am Anfang erreicht war, die später bis zu 4200 Amp. für jede Phase durch Änderung der Spannung gesteigert wurde. Der Strom musste hiebei noch durch eine zwischen den oberen Elektroden und dem Stahlbad befindliche Schlackenschicht hindurchtreten. Die Einwirkung des Stromes wurde. nachdem ein gleichmässiger Durchfluss erreicht war, noch etwa 20 Minuten fortgesetzt. Bis zur gleichmässigen Gestaltung waren etwa 10 Minuten vom Beginn der Stromzuführung verflossen.
Nach dieser Behandlung wurde der flüssige Stahl vom Boden des Behälters in eine Giesspfanne 37 gegossen.
Infolge des kleinen Querschnittes der oberen Enden 6 der unteren Eisenelektrode und des Stromes von hoher Ampèrezahl wirken die oberen Enden jeder Elektrode als metallische Widerstände, die durch den starken Strom, der während des Reinigungsprozesses durch sie fliesst, schmelzen und eine örtlich begrenzte Zone intensiver Erhitzung bilden, die mit dem der Reinigung unterworfenen Metall in Berührung ist und die Durchführung dieser Behandlung erleichtert.
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Elektroden statt. Gleichzeitig fand eine beträchtliche Gasausstossung statt, die mitunter so heftig war, dass die erstarrte Schlackenschicht angehoben und durchbrochen wurde, wodurch die Gase frei wurden. Aus der durchlochten Schlackenschicht entwich zeitweilig auch Gas unter der Einwirkung des hohen Druckes, das dann mit heller Flamme brannte, deren Farbe sich häufig stark änderte.
Der nach dem beschriebenen Verfahren hergestellte Stahl erwies sich bedeutend besser als der in bekannter Weise hergestellte. Er war, was deutlich zu sehen war, frei von schädlichen Verunreinigungen, Gasblasen und Schlackeneinschlüssen. Diese Wirkung ist allein dem vorliegenden Verfahren zuzuschreiben und dem Umstande, dass der Stahl nach der Behandlung vom Boden des Behälters abgezogen wurde in einer Weise, dass keine Schlackenteilchen mitgerissen werden konnten.
Auch die für diese Behandlung aufzuwendenden Kosten sind gering. Die Behandlung der 40 t Stahl in der oben bezeichneten Weise verursachte z. B. einen Aufwand von etwa 245 Kilowattstunden.
PATENT-ANSPRÜCHE : I. Verfahren zur Entfernung von Schlacke und Gasen aus in gewöhnlicher Weise erschmolzenen fertigen Eisen-oder Stahlbädern, die aus einem Siemens-Martinofen oder aus einem anderen Schmelz- oder Raffinierofen in eine Giesspfanne oder in einen anderen Behälter abgestochen wurden, um hier der Einwirkung eines elektrischen Stromes unterworfen zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass man das geschmolzene Metall, ehe es vom Boden des Behälters in die Gussformen abgelassen wird, in dem Behälter der Einwirkung eines elektrischen Stromes von hoher Ampèrezahl derart aussetzt, dass er durch die ganze beträchtliche Tiefe des Bades geht und gestattet, dass an dessen Boden eine heisseste Zone gebildet wird, die in dem Metallbade aufsteigt und es in seiner ganzen Masse verflüssigt.