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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Frischen von geschmolzenem
Eisen in einem Konverter, bei dem zunächst ein oxydierendes Gas, wie Sauerstoff,
im wesentlichen senkrecht auf die Badoberfläche aufgeblasen wird und bei dem gegen
Ende des Prozesses oxydierendes Gas mittels einer Lanze unter die Badoberfläche
gebracht wird.
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Gemäß einem bekannten Verfahren zum Frischen von Eisenschmelzen (österreichische
Patentschrift 175 580) wird in einem ersten Verfahrensabschnitt Sauerstoff
auf die Badoberfläche aufgeblasen, der nicht in das Metallbad eindringen soll, während
in einem zweiten Verfahrensabschnitt Sauerstoff mittels einer in das Bad eintauchenden
Lanze in das Bad eingeblasen wird. Der Nachteil bei diesem bekannten Verfahren besteht
darin, daß die beim zweiten Verfahrensabschnitt sich bildenden Reaktionsprodukte
des direkt in das Metallbad eingeblasenen Sauerstoffs nicht ausreichend schnell
abgeführt werden können, so daß sich unerwünschte Einschlüsse bzw. Einlagerungen
bilden. Die Notwendigkeit des Einblasens von Sauerstoff mit einer in das Metallbad
eingetauchten Lanze beruht jedoch auf der Tatsache, daß bei dem während des zweiten
Verfahrensabschnittes bereits verhältnismäßig niedrigen Kohlenstoffgehalt die Reaktionsgeschwindigkeit
und die Badbewegung beträchtlich herabgesetzt sind, was bei weiterem Aufblasen von
Sauerstoff auf die Badoberfläche zur Folge hätte, das zu große Mengen an Stickstoff
in das Metallbad gelangen würden.
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Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von stickstoffarmem
Stahl aus Roheisen und Schrott (österreichische Patentschrift 168 590) wird
gleichzeitig oder abwechselnd Sauerstoff oder ein 02-Co2-Gemisch auf die Badoberfläche
aufgeblasen und in das Bad selbst eingeblasen, um die Badbewegung und damit die
Durchmischung so zu fördern, daß bei kurzer Blaszeit und ohne Beheizung von außen
ein gleichförmiges, gut vergießbares Stahlbad erzeugt wird. Auch diesem bekannten
Verfahren haftet der Nachteil an, daß die ,durch das Einblasen des Sauerstoffs sich
bildenden Reaktionsprodukte des Sauerstoffs nicht ausreichend schnell entfernt werden,
so daß sich Einlagerungen und Einschlüsse im Metall bilden können.
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Es ist bereits weiterhin bekannt, zum Zwecke einer besseren Kohlenstoffabscheidung
während der Sauerstoffzufuhr den Konverter zu kippen.
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Bei einem als »LD«-Verfahren bekannten Verfahren zur Herstellung von
Kohlenstoffstahl (USA.-Patentschrift 2 800 631) wird ein Schmelzbad aus Eisen
oder Eisen und Schrott von oben angeblasen, indem ein *Strom aus außerordentlich
reinem Sauerstoff mit hoher Geschwindigkeit in senkrechter Richtung auf die Ober--fläche
des Schmelzbades gerichtet wird. Oxydierbare Bestandteile des Bades bilden dabei
eine Energiequelle, durch die das Bad in flüssigem Zustand gehalten wird, bis die
gewünschte Vergütung erreicht ist.
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Dieses bekannte Verfahren erweist sich zwar für die Herstellung von
Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,05 bis etwa 10/, als zufriedenstellend,
je-
doch nicht für die Herstellung von Stählen mit äußerst ,geringem Kohlenstoffgehalt
und einem Stickstoffgehalt unter 0,006 0/,. Insbesondere hat es sich gezeigt,
,daß es nicht vorteilhaft ist, das LD-Verfahren für die Herstellung einer Siliziumeisenlegierung
mit einem Kohlenstoffgehalt von nicht mehr als 0,035 "/, zu verwenden, die
zu kornorientiertem Siliziumbandstahl verarbeitet werden kann.
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Bei der Durchführung des LD-Verfahrens wurde gefunden, daß bei genügend
langem Anblasen des Schmelzeisenbades von oben, um den Kohlenstoffgehalt auf weniger
als 0,05 0/0 zu senken, der Sauerstoff mit den oxydierbaren Bestandteilen
des Bades bei so niedrigen Kohlenstoffgehalten nicht genügend stark reagiert, um
wirksam Abgase in Mengen zu erzeugen, die verhindern, daß zusammen mit dem Sauerstoff
Luft in das Schmelzbad einströmt.
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Unter solchen Bedingungen und insbesondere in Fällen, in denen der
Kohlenstoffgehalt des Bades auf etwa 0,035 0/, herabgesetzt worden ist, führt
ein solches zusammen mit dem Anblasen des Sauerstoffs erfolgendes Eindringen von
Luft in das Bad der entstehenden Legierung einen schädlichen Stickstoffgehalt zu.
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Bei der Herstellung gefeinten Stahls nach dem LD-Verfahren und unter
Verwendung eines lotrechten Sauerstoffstromes zum Erreichen eines Kohlenstoffgehaltes
von nicht mehr als 0,035 0/, wurde weiterhin gefunden, daß dem Bad die nötige
Fließbarkeit und Badbewegung fehlen, die erforderlich sind, um ein Gleichgewicht
zwischen Schlacke und Metall herzustellen, da das eigentliche Wesen des Verfahrens
darin besteht, die Bildung einer Emulsion aus Schlacke und Metall zu fördern. So
werden Schlackenteilchen eingeschlossen und verbleiben als Einschlüsse in dem gefeinten
Metall, wenn es zu Blöcken erstarrt. Solche Einschlüsse sind insbesondere dann schädlich,
wenn aus dem vergüteten Metall eine Siliziumeisenlegierung hergestellt werden soll,
da die Einschlüsse in solcher Form vorliegen, daß beim Legieren des vergüteten Metalls
mit Silizium ein beträchtlicher Teil dieser Einschlüsse in dem Stahl und dem entstehenden
erstarrten Block zurückgehalten und eingeschlossen bleibt.
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Die Anwesenheit solcher Einschlüsse in dem gefeinten Metall oder einem
beim Legieren mit Silizium erhaltenen Siliziumeisenblock ist äußerst unerwünscht.
Insbesondere haben solche Einschlüsse einen schädlichen Einfluß auf die Güte des
kornorientierten Bandstahls, der aus der mit dem gefeinten Metall erzeugten Siliziumeisenlegierung
hergestellt wird. Die Einschlüsse können die Entwicklung eines sekundären Kornwachstums
in solchem Siliziumeisenstahl und die Entwicklung der Materialtextur oder -struktur
ändern und dadurch die Wattverlustwerte und die Permeabilität des endgültig erhaltenen
Bandstahls ungünstig beeinflussen. Darüber hinaus führt gerade die Anwesenheit dieser
Einschlüsse in dem erhaltenen Stahlband zu höheren Wattverlusten und verminderter
Permeabilität, da die Gefahr besteht, daß durch sie die Wandverschiebung der magnetischen
Elementarbereiche (Grenzverschiebung der sogenannten Weißschen Bezirke) beschränkt
wird. Weiterhin werden die Oberflächeneigenschaften der aus solchen Siliziumeisenlegierungsblöcken
hergestellten Bänder verschlechtert wodurch ein richtiges Aufbringen eines isolierenden
Überzugsmaterials, wie es bei solchen Bändern verwendet wird, verhindert wird.
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Eine Siliziumeisenlegierung, auf die sich die vorstehenden Ausführungen
bezogen und die in der Industrie meist als Siliziumstahl bezeichnet wird, wurde
bis jetzt nach dem Martinofen-Verfahren hergestellt, das im allgemeinen mit Sauerstoff
arbeitet, wie dies in der USA.-Patentschrift 2 752 235 beschrieben ist. Ein
solches Martinofen-Schmelzverfahren ermöglicht zwar die Herstellung von gefeintem
Metall für Siliziumeisenblöcke, die zu kornorientiertem Siliziumbandstahl verarbeitet
werden können; jedoch
ist die durch das Schmelzen und Frischen des
Stahls im Martinofen-Verfahren bedingte Zeitverzögerung ein beträchtlicher Nachteil,
der bei der industriellen Herstellung von Siliziumstahl überwunden werden muß. Wie
jedoch bereits ausgeführt, ist das bekannte LD-Verfahren für die Herstellung von
Siliziumstahl nicht gut geeignet, so daß bis jetzt kein Verfahren bekannt ist, das
die Vorteile, jedoch nicht die Nachteile sowohl des bekannten LD-Verfahrens als
auch des bekannten Martinofen-Verfahrens für die Herstellung von Siliziumstahlblöcken
aufweist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Frischen
von geschmolzenem Eisen zu schaffen, welches nicht mit den Nachteilen der bekannten
Verfahren behaftet ist, wobei es insbesondere darum geht, den Kohlenstoffgehalt
des Metalls bis auf 0,035 0/, herabzusetzen und zu verhindern, daß dabei
Schlackeneinschlüsse entstehen oder daß in dem erhaltenen Metall Stickstoff absorbiert
ist.
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Zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe wird ein Verfahren
vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zunächst oxydierendes Gas, wie
Sauerstoff, in an sich bekannter Weise mit solcher kinetischer Energie mittels eines
Blasrohres aus einer Entfernung zwischen 15 cm und 2 m auf die Badoberfläche
geblasen wird, daß es unter die obere Schlackenschicht und in den mittleren Bereich
des Bades eindringt, die oxydierbaren Verunreinigungen oxydiert werden, bis der
Kohlenstoffgehalt bis auf etwa 0,06 bis 0,20 0/, verringert ist, daß der
senkrechte Sauerstoffstrom hierauf unterbrochen, der Konverter zur Vergrößerung
der Badoberfläche um eine waagerechte Achse in eine geneigte Lage gekippt wird und
daß danach Sauerstoff durch eine zur Badoberfläche geneigte, in das Bad eintauchende
Lanze mit einer geringeren Geschwindigkeit als zuvor auf die Badoberfläche nunmehr
in das Bad eingeblasen wird und daher kein Luftstickstoff ins Innere des Bades eindringen
kann und daß dieses Einblasen bis zur Verringerung des Kohlenstoffgehaltes auf höchstens
0,035 "/,) durchgeführt wird.
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Das Kippen des Konverters im zweiten Verfahrensabschnitt dient der
Vergrößerung der Badoberfläche, d. h. der Grenzfläche zwischen Metallbad
und aufschwimmender Schlacke. Dieser Oberflächenvergrößerung kommt eine besondere
Bedeutung zu, die jedoch nichts mit dem bekannten Kippen von Konvertern oder einer
geringen Badtiefe zu tun hat und die bisher auch nicht erkannt wurde. Die Vergrößerung
der Badoberfläche bewirkt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, daß die Einschlüsse,
die durch das Einblasen von Sauerstoff mittels eingetauchter Lanze als Reaktionsprodukte
entstehen, besser und schneller entfernt werden; dabei ist nicht, wie bei den bekannten
Verfahren, die bessere Kohlenstoffabscheidung das Ziel. Bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren ergibt sich jedoch infolge des geringeren Kohlenstoffgehaltes und der
damit verbundenen Verringerung der Reaktionsfähigkeit das Erfordernis, durch eine
eintauchende Lanze weiterzublasen. Ein weiteres kräftiges Aufblasen auf die Badoberfläche
würde jedoch beträchtliche Stickstoffmengen in das Metallbad gelangen lassen.
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Nach Beendigung des Einblasens von Sauerstoff in das Metallbad kann
vorteilhafterweise die Schlacke von der Badoberfläche abgezogen und es können gewünschte
Legierungsbestandteile in das Bad eingebracht und durch Aufrichten des Konverters
mit dem Badinhalt vermischt werden. Um Siliziumeisenlegierungen herzustellen, die
zu kornorientiertem Siliziumeisenband und -blech verarbeitbar sind, können als Legierungsbestandteile
Ferrosilizium und Ferromangan in solchen Mengen zugesetzt werden, daß sie dem geschmolzenen
Eisen einen Siliziumgehalt von 2,5 bis 4,00/, und einen Mangangehalt von
0,035 bis 0, 10 % geben.
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Weitere in den Patentansprüchen behandelte Merkmale ergeben sich aus
der folgenden Beschreibung, wobei das erfindungsgemäße Verfahren an Hand der Zeichnung
beispielsweise näher erläutert wird. Es zeigt F i g. 1 eine Ansicht eines
üblichen Konverters in lotrechter Anordnung, wie er zur Durchführung eines Teiles
des erflndungsgemäßen Verfahrens verwendet wird, und F i g. 2 eine Ansicht
des Konverters nach F i g. 1
in umgekippter Lage, wie sie zur Durchführung
eines anderen Teiles des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird.
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Zwar betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Frischen von geschmolzenem
Eisen in einem Konverter, bei dem der Kohlenstoffgehalt des gefrischten Eisens auf
weniger als
0,035 0/, herabgesetzt wird, ohne daß Schlackeneinschlüsse entstehen
oder Stickstoff absorbiert wird; besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren
jedoch für die Herstellung von Siliziumeisenlegierungen mit einem durchschnittlichen
Siliziumgehalt von etwa
2,5 bis 40/" vorzugsweise von etwa
2,9 bis
3,4 0/,. Das Verfahren ist im folgenden unter besonderer Berücksichtigung der Herstellung
von Siliziumeisenlegierungen beschrieben. Es istjedoch zu beachten, daß das Frischen
des Eisens bis zu dem Punkt, an dem die Legierungszusätze dem gefeinten Eisen beigegeben
werden, auch bei der Herstellung anderer gefrischter Eisenlegierungen anwendbar
ist. Zur Erläuterung der Erfindung wird auf die folgende Tabelle hingewiesen, in
der ein bevorzugter allgemeiner Bereich und eine typische spezifische Analyse des
Siliziumeisenlegierungsstahls aufgeführt sind, bei dessen Herstellung das erfindungsgemäße
Verfahren besonders vorteilhaft verwendbar ist.
| Allgemeiner Typische Zu- |
| Bereich 1 sammensetzung |
| Gewichtsprozent |
| Silizium . ....... 2,90 bis 3,400/, 3,150/, |
| Kohlenstoff . . . . . 0,020 bis 0,035 0,028 |
| Mangan ........ 0,035 bis 0,10 0,065 |
| Schwefel ........ 0,035 max. 0,020 |
| Phosphor ..... » 0,005 bis 0,020 0,008 |
| Aluminium ..... 0,05 max. 0,01 |
| Kupfer ......... 0,050 bis 0,30 0,080 |
| Nickel ......... 0,030 bis 0,15 0,050 |
| Zinn ........... 0,005 bis 0,020 0,010 |
| Eisen .......... auf 100 0/, auf 100 0/0 |
Siliziumeisenlegierungsstähle dieser Art werden seit Jahren erfolgreich nach dem
Siemens-Martinofen-bzw. Herdfrisch-Verfahren hergestellt, wobei das bereits obengenannte
Frisch- oder Feinverfahren der USA.-Patentschrift 2
752 235 eingesetzt wird.
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Die erhaltenen Blöcke werden dabei gemäß den Anweisungen der USA.-Patentschriften
1965 559,
2 084 337, 2 599 340 und 2 867 557 zu kornorientiertern
Siliziumbandstahl verarbeitet.
Gemäß der Erfindung wird heißes,
geschmolzenes Eisen, wie es in einem Hochofen oder einem Heißwind-Kupolofen erzeugt
wird und das einen Kohlenstoffgehalt von etwa 4 11/0 aufweist, zusammen mit einer
bestimmten Menge Stahlschrott oder Eisenerz mit üblichen Mitteln in einen Konverter
10 gemäß F i g. 1
eingeführt, der mit einer (nicht gezeichneten) feuerfesten
Auskleidung versehen ist. Das Verhältnis von geschmolzenem Eisen zu Schrott und/oder
Eisenerz bestimmt sich meist durch die Metalloidbestandteile des geschmolzenen Eisens.
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Nachdem der Schrott und das heiße flüssige Eisen in den lotrecht angeordneten
Konverter 10 eingeführt worden sind, wird eine Sauerstofflanze in Form eines
Düsenstocks 12 mit einem Innendurchmesser von etwa 2,5 cm oder mehr in den
offenen oberen Bereich des Konverters hineinbewegt, um einen lotrechten Sauerstoffstrom
unmittelbar aus dem Düsenstock auf das heiße Eisen 14 zu richten, wobei zu beachten
ist, daß beim Zünden des Sauerstoffs gebrannter Kalk und in manchen Fällen Fluorit
oder Flußspat zugesetzt werden, um eine Schlackenschicht 16 in einer Menge
von etwa 68 bis 130 kg pro Tonne Eisen zu erzeugen. Der gebrannte
Kalk dient vorzugsweise dazu, einen geringen Phosphorgehalt zu erzielen, während
geringe Mengen Fluorit dazu verwendet werden können, um gegebenenfalls die Schlackenbildung
zu beschleunigen und damit die Dephosphorisierung zu fördern.
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Das lotrechte Einblasen von Sauerstoff erfolgt vorzugsweise im mittleren
Bereich der Oberflächenschicht des Schmelzbades, um den entstehenden Reaktionsbereich
des Bades auf eine örtlich stark begrenzte Zone zu beschränken, die sich in einem
beträchtlichen Ab-
stand von der feuerfesten Auskleidung des Konverters
10 befindet. Durch die Reaktion wird dabei dem Bad eine praktisch kreisförmige
Bewegung erteilt, wodurch die Bereiche des Schmelzbades, die von dem Reaktionsbereich
abliegen, in den Reaktionsbereich hineingebracht werden. Während des lotrechten
Anblasens von Sauerstoff auf das Metallbad kann die Temperatur des Schmelzbades
dadurch auf etwa 1580 bis etwa 1600'C gehalten werden, so daß dem
Metallbad Walzzunder oder pelletisierter Zunder und in manchen Fällen Schrott zugesetzt
werden kann.
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Beim lotrechten Anblasen des Schmelzbades wird das freie Ende der
lotrecht angeordneten Sauerstofflanze 12 meist in einem Abstand von etwa
15 cm bis etwa 2 m über der Oberfläche der auf dem Schmelzbad entstandenen
Schlackendecke gehalten, und der Sauerstoff wird durch die Lanze mit einer Geschwindigkeit
von etwa 70,8 bis etwa 141,6 m3/Min. und unter einem Druck von etwa 8,4 bis
etwa 12,25 kg/CM2 und vorzugsweise unter einem Druck von etwa 10,5
kg/cm2 eingeführt, so daß der Sauerstoff die Schlackenschicht 16 und die
Oberfläche des geschmolzenen Metalls unter der Schlackenschicht durchdringt. Der
Sauerstoff reagiert schnell mit den oxydierbaren Bestandteilen des geschmolzenen
Eisens, und das Anblasen des Sauerstoffs wird fortgesetzt, bis der Kohlenstoffgehalt
des Eisenbades bis auf etwa 0,06 bis 0,20 %
herabgesetzt ist. Bei diesem
Gehalt verbleiben noch genügende Mengen oxydierbarer Bestandteile in dem Schmelzbad,
um bei dem noch zu beschreibenden weiteren Einblasen von Sauerstoff zu verhindern,
daß Stickstoff aufgenommen wird und um das nötige Maß an Fließbarkeit und Badbewegung
aufrechtzuerhalten, das für das gewünschte Gleichgewicht von Schlacke und Metall
erforderlich ist. Eine theoretische Erklärung der durch das lotrechte unmittelbare
Einblasen von Sauerstoff bewirkten Reaktion findet sich in der USA.-Patentschrift
2 800 631.
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Vorzugsweise wird so lange Sauerstoff in lotrechter Richtung eingeblasen,
bis der Kohlenstoffgehalt des Eisenbades auf eine Menge zwischen 0,08 und
etwa 0,10 "/, herabgesetzt worden ist. Eine solche Herabsetzung erfolgt bei
einer Schmelzbadmenge von 37 t in einer Zeit von etwa 20 Minuten. Natürlich
ist die Blaszeit je nach Änderungen der Menge des zu frischenden Eisenbades
und der Menge des während des lotrechten Einblasens verwendeten Sauerstoffs verschieden;
je-
doch wird in jedem Falle gemäß der Erfindung das lotrechte Blasen unterbrochen,
wenn der Kohlenstoffgehalt des Bades auf eine vorbestimmte Menge von etwa
0,06 bis 0,20 und vorzugsweise von etwa 0,08 bis 0,10 % abgesunken
ist.
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Ist der Kohlenstoff auf die genannten Menge herabgesetzt worden, so
wird das Anblasen von Sauerstoff in lotrechter Richtung unterbrochen und die lotrechte
Lanze 12 aus dem Konverter 10 entfernt woraufhin der Konverter
10 um seine Achse 18 in einem Winkel aus der Lotrechten in eine Lage
gemäß F i g. 2 gekippt wird. Es ist ersichtlich, daß sich beim Kippen des
Konverters 10 in der beschriebenen Weise das Metallbad 14 und die Schlackenschicht
16 längs der Seitenwand des Konverters bewegen und die Tiefe des Bades verringert
wird, während die Oberflächenbereiche des geschmolzenen Metalls 14 und der darüberliegenden
Schlackendecke 16, wie noch zu beschreiben ist, gegenüber den Oberflächenbereichen
des heißen Metalls und der Schlackenschicht in dem Konverter 10 mit lotrechter
Anfangslage und während der ersten lotrechten Anblaszeit vergrößert werden. Ein
Eintauch-Düsenstock 20 mit einem inneren Durchmesser von etwa 2,5 cm wird
dann unter einem Winkel zu der Oberfläche des Schmelzbades in das geschmolzene
Metall eingeführt, um Sauerstoff unter einem Druck von etwa 4,2 bis etwa 8,4 kg/CM2
in einem gewissen Abstand von der feuerfesten Auskleidung des Konverters
10 unter die Oberfläche des Schmelzbades zu blasen. Im Falle eines Eisenbades
von 37 t, dessen Kohlenstoffgehalt auf etwa 0,10 "/, herabgesetzt
worden ist und das eine Temperatur von etwa 1590'C aufweist, wird der Sauerstoff
dem Metallbad durch den eingetauchten Düsenstock mit einem Druck von etwa
6,3 kg/cm2 zugeführt, was einer Geschwindigkeit von etwa 19,5 m3/Min.
oder einer Menge von etwa 26 kg Sauerstoff pro Minute entspricht. Unter solchen
Bedingungen genügt für das Sauerstoffeinblasen eine Zeit von etwa 17 Minuten,
um den Kohlenstoffgehalt auf etwa 0,02 % herabzusetzen, ohne dabei den Stickstoffgehalt
des Bades zu erhöhen, wobei zu beachten ist, daß ein solches Metallschmelzbad im
allgemeinen einen Stickstoffgehalt von etwa 0,002 bis etwa 0,004 %
besitzt.
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Es wurde gefunden, daß durch das Kippen des Konverters 10 und
die Verwendung eines Sauerstoffdüsenstocks 20, dessen Ende in das Metallbad eingetaucht
ist, und durch Verwendung eines geringeren Sauerstoffstromes als beim lotrechten
Anblasen die Reaktionsgeschwindigkeit etwas geringer ist als während des lotrechten
Anblasens, jedoch stellt dies einen Vorteil dar, da die Badbewegung im allgemeinen
abnimmt, wenn niedrigere Kohlenstoffgehalte erreicht werden. Zu Beginn des Einblasens
mit eingetauchtem Düsenstock befinden sich immer noch genügend oxydierbare Bestandteile
in dem Metallbad, um in dem
Bad genau bestimmte Reaktionen zu erhalten,
wobei diese Reaktionen des Sauerstoffs mit den oxydierbaren Bestandteilen in einer
ausgedehnteren Zone erfolgen als beim lotrechten Anblasen und ihre Geschwindigkeit
geringer ist als die während des lotrechten Anblasens. Dabei befindet sich jedoch
der Reaktionsbereich so weit von der feuerfesten Auskleidung des Konverters
10 entfernt, daß eine Beschädigung der Auskleidung vermieden wird. Da der
Konverter 10 umgekippt ist und so während des Einblasens mit eingetauchtem
Düsenstock ein flacheres Bad mit einem größeren Oberflächenbereich schafft, haben
die Produkte der Reaktion des Sauerstoffs mit den oxydierbaren Bestandteilen eine,
verhältnismäßig kleinere Entfernung bis zu der Schlackendecke zurückzulegen, und
der größere Oberflächenbereich des Bades sowie seine geringere Tiefe ermöglichen
es, daß Schlackeneinschlüsse sich schneller aus dem Metall nach oben in die Schlackendecke
bewegen, Da der Düsenstock 20 in das Metallbad eingetaucht ist, so besteht natürlich
während der weiteren Einführung von Sauerstoff in das Bad während der Zeit der langsameren
Reaktion keine Gefahr, daß Luft in das Metallbad eingeführt oder in dieses eingeschlossen
wird, so daß das gefrischte Metallbad praktisch stickstofffrei ist und der erhaltene
Stickstoggehalt in jedem Fall unter etwa 0,004 "/, liegt.
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Wie im Falle des lotrechten Anblasens, durch das zuerst der Kohlenstoffgehalt
in dem Metallbad herabgesetzt wird, ändert sich natürlich auch bei Verwendung des
eingetauchten Düsenstocks die Einblaszeit bei Änderung der Größe des Metallbades
und der Sauerstoffmenge, die während des Einblasens des eingetauchten Düsenstocks
verwendet wird, um den Kohlenstoffgehalt wirksam auf einen vorbestimmten, unter
0,035 "/, liegenden Wert zu verringern. In jedem Fall strömt der Sauerstoff
durch den eingetauchten Düsenstock 20 mit geringerer Geschwindigkeit ein als während
des lotrechten Sauerstoff-Anblasvorganges, wodurch die Reaktion in dem Metallbad
verlangsamt .wird und Schlackeneinschlüsse aus dem Metallbad in die Schlackendecke
aufsteigen können. Die Wärme des Metallbades wird während dieser Abnahme des Kohlenstoffgehaltes
durch die chemischen Reaktionen aufrechterhalten, so daß es möglich ist, in dem
Schmelzbad eine Temperatur von etwa 1590'C, plus oder minus 17'C,
aufrechtzuerhalten.
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Nachdem das Eisenbad wie vorstehend beschrieben gefrischt worden ist,
so daß ein Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,035 0/, vorliegt, kann das
gefrischte Eisen mit verschiedenen Legierungselementen legiert werden, oder, falls
außerordentlich reines Eisen hergestellt werden soll, kann das gefrischte Metall
aus dem Konverter mittels geeigneter Gießpfannen in Gußformen gegossen werden. Bei
der Herstellung von Siliziumstahl wird der das gefrischte Eisen enthaltende Konverter
10
um seine Kippachse 18 in eine Lage gekippt, in der das gefrischte
Eisen durch eine Abzapföffnung 22 in eine (nicht dargestellte) Gießpfanne fließt,
oder das Material wird durch eine Anzahl von Gießpfannen geleitet, in denen vorbestimmte
Mengen von Ferrosilizium und Ferromangan zugesetzt werden, um die gewünschte Silizium-
und Mangananalyse zu erhalten. Wird das gefrischte Eisen fortschreitend durch eine
Anzahl von Gießpfannen geleitet, so ist ersichtlich, daß nur ein Teil des erforderlichen
Ferrosiliziums und Ferromangans in der ersten Gießpfanne zugesetzt zu werden braucht,
während weitere erforderliche Mengen Legierungsmaterial während der folgenden Umgieß
vorgänge zugesetzt werden.
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Bei dem Legieren gefrischten Eisens zur Herstellung einer Siliziumeisenlegierung
mit vorbestimmten Mengen Silizium und Mangan wird nach der Erfindung ein neues und
vorteilhaftes Verfahren angewandt, bei dem der Konverter 10 gekippt und die
Schlackenschicht von dem in dem Konverter enthaltenen Bad abdekantiert wird, woraufhin
vorbestimmte Mengen Ferrosilizium und Ferromangan dem gefrischten, noch in dem Konverter
befindlichen Eisenbad zugesetzt werden. Nach Zugabe dieser Substanzen wird der Konverter
um seine Kippachse 18 hin- und herbewegt, und dadurch wird der Konverterinhalt
viel besser gemischt, und der erhaltene Stahl weist nach dem Erstarren eine einheitliche
Zusammensetzung auf. Da es schwierig ist, die Schlacke vollständig abzudekantieren,
ist es am besten, das Metallbad in dem Konverter mit einer Menge gebrannten Kalks
zu bedecken, um zu verhindern, daß Verunreinigungen aus der ursprünglichen Schlacke,
die in dem Konverter zurückgeblieben sein können, zurückkehren.
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Die erforderlichen Zusatzmengen Ferrosilizium und Ferromangan, die
dem geschmolzenen Metall entweder unmittelbar in dem Konverter oder in der Gießpfanne
oder den Gießpfannen zugesetzt werden, um in der endgültigen Legierung die gewünschten
Silizium- und Mangangehalte herbeizuführen, sind leicht zu bestimmen, da während
der Verringerung des Kohlenstoffgehaltes häufig Proben auf den Mangangehalt
gemuht werden, und eine schnelle Analyse dieser Proben des ver ten Metalls zeigt
nicht nur güte den Kohlenstoffgehalt, sondern auch den Silizium-und Mangangehalt
des vergüteten Metalls an. So werden je nach den Ergebnissen der Analyse
solche Mengen an Ferrosilizium und Ferromangan verwendet, daß in dem erhaltenen
Metall ein Siliziumgehalt von 2,5 bis 4 0/, und vorzugsweise 2,9 bis
3,4 0/, -und ein Mangangehalt von 0,035 bis 0,100/, vorliegt. Gleich, ob
das Ferrosilizium und das Ferromangan in dem Konverter oder in den Gießpfannen zugesetzt
werden, wird die erhaltene Metallverbindung nach Legieren des gefrischten Metalls
mit diesen vorbestimmten Silizium- und Manganmengen gemäß üblicher Gießereipraxis
in Gießformen gegossen, um Blöcke oder Barren von vorbestinunter Form und Größe
herzustellen, wie sie für die spätere industrielle Verarbeitung, insbesondere im
Walzwerk, erforderlich sind.
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Die aus dem gefrischten und legierten Eisen hergestellten Siliziumeisen-Metallblöck-e
haben eine Zusammensetzung, die im wesentlichen der Tabelle entspricht, wobei zu
beachten ist, daß die in der fertigen Legierung vorhandenen Kupfer-, Nickel- und
Zinnmengen von dem Gehalt des während des Frischens verwendeten Schrottmaterials
an diesen Elementen abhängen. Da die erhaltenen Blöcke keine Einschlüsse aufweisen,
die ein sekundäres Kornwachstum unterdrücken könnten, so können diese Blöcke oder
aus ihnen hergestellte Brammen oder Bleche oder heiße Bänder leicht zu kornorientiertem
Siliziumbandstahl verarbeitet werden, wobei die in den genannten USA.-Patentschriften
beschriebenen Verfahren verwendet werden. Ein solches kornorientiertes Siliziumstahlband
mit einer Dicke von etwa 0,356 mm hat bei einer Kraftflußdichte von
15 Kilogauß bei 60 Hertz einen Wattverlust von weniger als etwa 1,454
W/kg und hat bei einer magnetischen Feldstärke
von 10 Oersted
eine Permeabilität von etwa 18 Offl.
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Das gefrischte Eisen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und der Siliziumeisenlegierungsstahl,
die nach dem erfmdungsgemäßen Verfahren erhalten werden, sind höherwertig, als wenn
sie nach dem bekannten LD-Verfahren hergestellt werden. Ein nach der Erfindung hergestellter
Siliziumeisenlegierungsstahl hält den Vergleich mit einem nach dem Martinofen-Verfahren
hergestellten Siliziumeisenlegierungsstahl gut aus, hat dabei jedoch den Vorteil,
daß bei seiner Herstellung beträchtliche Ersparnisse gemacht werden, da bis zur
Herstellung des endgültigen Gußblockes gegenüber dem Martinofen- oder Herdfrisch-Verfahren
beträchtliche Mengen an Zeit eingespart werden. Die Erfindung ist vom Fachmann leicht
in die Praxis umzusetzen, da sich die Geschwindigkeit und die Zeit der Sauerstoffzufuhr
sowie die Erhaltung des Wärmegleichgewichts in dem in einem Konverter gegebener
Größe und einem in diesem gegebenen Schmelzbad gefrischten Metall leicht berechnen
lassen.