-
Das Zulegieren von Chrom, beispielsweise 0,3 bis 30/, Cr, zu
Eisenschmelzen geschieht im allgemeinen durch Einbringen von Ferrochrom in die Schmelze,
jedoch ist die Löslichkeit- von Ferrochrom in Stahl-und Eisenschmelzen bekanntlich
nicht sehr gut. Für derartige Gattierungsarbeiten sind elektrische Öfen erforderlich,
um ein Aufkohlen des Metalls während der Gattierung zu vermeiden. Um die Lösungsgeschwindigkeit
von Ferrochrom in Eisen- und Stahlschmelzen zu erhöhen, hat man auch bereits exotherm
wirkende Massen benutzt.
-
Diese sind ein Gemisch von Oxydations- und Reduktionsmitteln, deren
Reaktion miteinander bei den Temperaturen von Eisen- und Stahlschmelzen exotherm
abläuft und dabei-Chrom freigesetzt wird. Bei dieser exothermen Reaktion muß genügend
Wärmeenergie entwickelt-werden, daß der Wärmeverlust durch Einbringen der kalten
Masse kompensiert wird. Es ist darauf zu achten, daß die bei der exothermen Reaktion
freigesetzte Wärmeenergie nicht zu groß ist, um einen zu starken Verbrauch an den
doch relativ kostspieligen Reduktionsmitteln zu vermeiden. Schließlich ist darauf
zu achten, daß bei der Einbringung von derartigen Massen in die Schmelze eine bei
der Arbeitstemperatur dünnflüssige Schlacke gebildet wird. Als Reduktionsmittel
sind bereits Aluminium, Silicium, Calcium und deren Legierungen untereinander oder
mit Eisen und Chrom bekanntgeworden. Als Oxydationsmittel dienten die Nitrate, Chromate,
Bichromate von Natrium, Kalium oder Calcium. So wurde z. B. eine exotherm reagierende
Masse zur Zulegierung 'von Metallen in Schmelzen bekannt,- bei der als Oxydationsmittel
Natriumnitrat bzw. Natriumbicarbonat, dann Aluminium, als Beschleuniger Kalk, Kryolith,
Aluminiumfluorid, Natriumcarbonat, Natriumsilicat und Natriumaluminat und als Träger
des Legierungselements die Ferrolegierung angewandt wurde. Abgesehen davon, daß
diese Komponenten hohe Einstandspreise mit sich bringen und damit das Erzeugnis
kostenmäßig belasten, ist die Möglichkeit der Aufstickung der Schmelze durch Einbringung
von Nitraten gegeben.
-
Man hat auch bereits als Oxydationsmittel ein Chromerzkonzentrat verwendet,
das einer thermischen Behandlung bei einer Temperatur von über 1200°C unterworfen,
zur Anreicherung ausgelaugt und dann in einer thermischen Behandlung oxydiert worden
war. Dies ist ein recht langwieriges und schwer zu überwachendes Verfahren: Die
Erfindung betrifft nun exotherm reagierende Zuschläge zum Zulegieren von Chrom in
Eisen-und Stahlschmelzen, bestehend aus einem Gemisch von Aluminium, Ferrochrom;
einer oxydierten Chromverbindung und mindestens einem Desoxydationsmittel; sie ist
dadurch gekennzeichnet, daß die oxydierte Chromverbindung ein bei einer Temperatur
zwischen 800 und 1100°C in Gegenwart von Calciumoxyd und Natriumcarbonat mit Luft
behandeltes Chromerz ist, in dem der Calciumgehalt 18 bis 260/, und der Natriumgehalt
1 bis 90/, beträgt und der Oxydationsgrad, berechnet als Gewichtsverhältnis
des 6wertigen Chroms zum Gesamtchromgehalt des oxydierten Chromits, zwischen 50
und 950/, liegt, und als Desoxydationsmittel Silicium, Calcium, Mangan, Magnesium
und/oder deren Legierungen, insbesondere Silicocalcium enthalten ist. Der Chromgehalt
des Ferrochroms liegt zweckmäßigerweise über 600/,). Der Chromanteil des Ferrochroms
wird im allgemeinen so bemessen, daß er mehr als 6001., vorzugsweise mehr als 800/"
der gesamten Chrommenge in der Masse ausmacht. Die Gehaltsgrenzen für die Komponenten
sind so zu verstehen, daß sie analysenbedingte Abweichungen umfassen.
-
Die Chromzulegierung läßt sich mit den erfindungsgemäßen Zuschlägen
mit hoher Genauigkeit einhalten. Durch die Einstellbarkeit des Oxydationsgrades
desangewandten oxydierten Chromits, die durch Wahl der Gemisch-Zusammensetzung und
der Arbeitsbedingungen bei "der thermischen Behandlung gegeben ist, ist auch eine
für jeden speziellen Fall zweckmäßige Einstellung der von der Einschmelzlegierung
durch exotherme Reaktion entwickelten Wärmeenergie möglich. Es läßt sich somit mit
den erfindungsgemäßen Zuschlägen oder Einschmelzlegierungen das Wärmeangebot, das
Chromangebot und auch die Schlackenführung sehr präzise einstellen. Bekanntlich
sind Schlacken bei Verwendung von Einschmelzlegierungen geringen Alkaligehalts für
die Ofenzustellung wesentlich weniger aggressiv als Schlacken aus hochalkalihaltigen
Einschmelzlegierungen. Das in den erfindungsgemäßen Zuschlägen angewandte Calciumchromat
ist wenig hygroskopisch und daher einfacher als das üblicherweise angewandte Natriumbicarbonat
zu handhaben. Das Ausgangsmaterial, also Chromerz und Kalk, ist wesentlich billiger
als das synthetisch hergestellte Natriumbicarbonat, wenn man die Preise auf sechswertiges
Chrom errechnet.
-
Auch die bevorzugte Anwendung von Silicocalcium als Desoxydationsmttel
führt zu Schlacken sehr zufriedenstellender Viskosität, wodurch die..Ofenführung
wesentlich erleichtert wird.
-
Die Zugabe der erfindungsgemäßen Zuschläge zum Zulegieren von Chrom
in Eisen- und Stahlschmelzen geschieht im allgemeinen im SM-Ofen, Mischer, Konverter
oder in der Gießpfanne. Die Zuschläge sind vorzugsweise. brikettiert und daher leicht
zu dosieren. Bei oberer Aufgabe schwimmen sie auf der Metallschmelze, sinken jedoch
durch die Schlacke. Es ist damit eine innige Berührung mit dem- Metall gewährleistet,
und die Chromausnutzung beträgt mehr als 90, ja sogar mehr als 970/,.
-
Wie bereits oben erwähnt, ist die Schlackenführung bei Anwendung der
erfindungsgemäßen Zuschläge sehr günstig. Die Trennung von Schlacke und Schmelze
ist gut, so daß keine Schlacke beim Abguß in den Gießling eingebracht wird. Es treten
daher keine Gußfehler durch Schlackeneinschlüsse u. dgl. auf. Während der Zulegierung
ist die Kohlenstoff und Stickstoffaufnahme der Schmelze außerordentlich gering.
Die erfindungsgemäßen Zuschläge sind kostenmäßig günstig, da sehr billige Reaktionspartner
zur Anwendung gelangen.
-
Die in den erfindungsgemäßen Zuschlägen angewandten oxydierten Chromite
enthalten mindestens 16 Gewichtsteile Chrom auf 100 Gewichtsteile Chromit bei einem
Gehalt des Chromits an Natrium von 1 bis 9 °/o und an Calcium von 18 bis 26 °/a.
Natrium und Calcium sind in diesem oxydierten Chromit chemisch gebunden. Die Herstellung
dieses Chromits geschieht nach einem bekannten Verfahren: Die Erze und die Rohmaterialien,
wie Natriumcarbonat und mindestens ein basischer, schwerschmelzbarer Stoff -wie
Calciumoxyd, Calciumcarbonat, Magnesiumoxyd oder _Dolomit -, werden zusammengebracht
und fein gemahlen und dann einer Wärme-
Behandlung unterzogen. Der
Anteil an Chrom im Erz - berechnet auf das Gesamtgewicht der Mischung - beträgt
mindestens 0,170/,. Natriumcarbonat wird in einer Menge zwischen 15 und 400/0 der
stöchiometrisch erforderlichen Menge, berechnet auf den Chromgehalt gemäß der Gleichung
2 Cr203Fe0 -f- 4 NazCO3 + 4 CaO -I- 3,5 02 --> 4 Na2Cr04 -f- Fe203 + 4 CaCO3 eingesetzt.
Die Wärmebehandlung geschieht in Gegenwart von Luft oder Sauerstoff bei 800 bis
1100°C. Es erfolgt kein Schmelzen.
-
Es wird z. B. ein Chromerz mit 55,240/, Cr203, 14,70/0 Fe0,
13,120/, Mg0, 14,40/, A1203, 2,540/0 SiO2 und 20/, Glühverlust und einer
Korngröße von 0,125 mm verwendet, dazu handelsübliches Natriumcarbonat und Calciumoxyd,
Korngröße 0,42 mm, in einem Mengenverhältnis von 60 Gewichtsteilen CaO und 20 Gewichtsteilen
Na2C03 auf 100 Gewichtsteile Chromit; dieses Gemisch wird mit ungefähr 20 Gewichtsteilen
Wasser angemacht, unter Druck brikettiert und diese in einem Muffelofen 2,5 Stunden
bei Luftzutritt und 900 bis 950°C gebrannt. Auf diese Weise wird ein Oxydationsgrad
von ungefähr 6501, erreicht. Eine Zwangsluftführung ist nicht erforderlich,
der Ofenzug reicht im allgemeinen aus. Die Briketts sind fest und neigen nicht zum
Abrieb; sie sind durchgehend porös. Es tritt auch kein beginnendes Schmelzen ein
oder gar ein Angriff auf die Ofenzustellung. Die Zerkleinerung ist einfach.
-
Als Desoxydationsmittel wird Aluminium zusammen mit Silicium, Calcium,
Mangan, Magnesium und/oder deren Legierungen in zumindest für die Reduktion der
Chromite stöchiometrisch erforderlichen Mengen angewandt.
-
In den erfindungsgemäßen Zuschlägen befinden sich Aluminium und die
Desoxydationsmittel, frei oder in gebundener Form, auf die Oxyde berechnet, in Mengen
von 42 bis 45 % A1203, 36 bis 40 % Ca0, 6 bis 80/, Mg0, 7 bis 9l)/, Si02,
4 bis 60/, Na20. Man erhält eine im wesentlichen ähnlich zusammengesetzte
Schlacke, deren Schmelzpunkt bei ungefähr 1300 bis 1350°C liegt und die bei der
Arbeitstemperatur genügend dünnflüssig ist. Sie wirkt wegen ihrer Basizität auf
die Schmelze entschwefelnd.
-
In den erfindungsgemäßen Zuschlägen liegen zweckmäßigerweise 60 bis
150 Gewichtsteile Ferrochrom (hoher Reinheit mit üblicherweise 60 bis 80 % Cr, 0,015
bis 0,05 % C) auf 100 Gewichtsteile oxydierten Chromit vor. Ein Teil der durch exotherme
Reaktion aufgebrachten Wärmeenergie dient zum Einschmelzen des Ferrochroms. Es ist
auch möglich, in den erfindungsgemäßen Zuschlägen 4 bis 9 Gewichtsteile Flußspat
auf 100 Gewichtsteile Chromit anzuwenden, dieser dient in diesem Fall als Flußmittel.
-
Die erfindungsgemäßen Zuschläge weisen einen Chromgehalt von mindestens
etwa 31 bis 40 Gewichtsteile Chrom auf 100 Gewichtsteile Zuschlag auf. Die Zuschläge
besitzen eine Dichte von ungefähr 3 bis 4, die Schlackendichte beträgt etwa 2,1
bis 2,7, die aufgebrachten Zuschläge schwimmen also auf der Oberfläche der Schmelze
unterhalb der Schlacke.
-
Für die erfindungsgemäßen Zuschläge kann ein Ferrochrom mit über 600/0,
beispielsweise 60 bis 75(1/, Chrom und 4 bis 60/0 Kohlenstoff angewandt werden.
Die Chromausnutzung beträgt 95% und darüber. Die erfindungsgemäßen Zuschläge zum
Zulegieren von Chrom werden vorzugsweise mit Hilfe von 1 bis 7 Gewichtsteilen Wasser
auf 100 Gewichtsteile Zuschläge brikattiert und dann getrocknet, insbesondere bei
Temperaturen zwischen 110 und 350°C. Diese Briketts besitzen eine für die Handhabung
ausreichende Festigkeit. Abgesehen von der Einbringung der obenerwähnten Briketts
kann man die erfindungsgemäßen Zuschläge auch durch Einblasen von staubförmigem
Material in die Schmelze einbringen.
-
Folgendes Beispiel erläutert die Erfindung: 100 Gewichtsteile oxydierte
Chromverbindung, 90,4 Gewichtsteile Aluminiumpulver, 4 Gewichtsteile Silicocalcium
mit 300/, Ca, 120 Gewichtsteile Ferrochrom mit 70 % Cr und 0,03 % C und 5,3
Gewichtsteile Flußspat wurden zerkleinert, gemischt, mit 8,7 Gewichtsteilen Wasser
angemacht, brikettiert und diese bei 300°C getrocknet. Dichte der Briketts 3,30.
-
In eine 300-kg-Gießpfanne wurden die Briketts in eine Stahlschmelze
mit Arbeitstemperatur 1600°C eingebracht. Man erreichte eine Chromausnutzung des
eingebrachten Zuschlags von 950/,. Die Schlacke war dünnflüssig, Schlackenschmelzpunkt:
1300 bis 1350°C, Schlackenzusammensetzung: A1203 = 44°/o, CaO = 38 °/o, MgO = 7
°/o, SiOz = 6 °/oa Naa0=5 °/o.