DE1508197A1 - Verfahren zur Herstellung von Manganlegierungen,insbesondere von Ferromanganlegierungen - Google Patents

Description

Verfahren zur Herstellung von Manganlegierungen, insbesoni dere von Ferromanganlegierungen

Die Erfindung betrifft die Herstellung von Manganlegierungen, insbesondere von Ferromanganlegierungen.

Ferromangane mit niedrigem oder mittlerem Kohlenstoffgehalt werden unter Verwendung mehrerer elektrischer Öfen hergestellt, wobei ein Ofen dem Zwecke dient, ein Manganerz zwecks Erzeugung einer rohen Membranlegierung zu schmelzen und ein weiterer Ofen dazu dient, diese Ausgangslegierung zu verfeinern und ein kommerziell verwertbares Produkt mit niedrigem oder mittelhohem Kohlenstoffgehalt zu erzeugen. Unter niedrigem Kohlenstoffgehalt wird im nachfolgenden ein Gehalt von 0,4 Gew.-^ Kohle bezeichnet, während unter mittelhohem Kohlenstoffgehalt ein. solcher Gehalt zwischen O^ Gew.jS bis 2 Gew.-^ Kohlenstoff verstanden wird. Derartige Perro-

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manganlegierungen werden in weitem Umfang zur Erzeugung von Stahl verwendet, bei denen ein niedriger Kohlenstoffgehalt wichtig ist, beispielsweise bei nichtrostenden Stahlen, ist eine Ferromanganlegierung niedrigen Kohlenstoffgehaltes sehr wichtig, da es im allgemeinen ökonomischer ist, den Kohlenstoff aus einer verhältnismäßig geringen Manganlegierungsmenge zu entnehmen als den gesamten Kohlenstoff aus einer viel größeren Stahlmenge zu entfernen.

Die Erfindung bezweckt eine besser ökonomisch arbeitende Anordnung zur Herstellung von im kommerziellen Sinn hochgradig feinen Ferromanganen innerhalb des niedrigen bis mittelhohen Kohlenstoffgehaltes, wobei gemäß einer Ausführungsform relativ hochmanganhaltige Schlacke zur Behandlung der rohen Manganausgangslegierung verwendet wird und dann Einblasen von Sauerstoff zusammen mit der Einführung von Manganerz in die Ausgangsschmelze erfolgt, so daß Ferromangan mit einem geringen Gehalt an verschiedenen Verunreinigungen, wie Silizium und Kohlenstoff und mit einem hohen Mangangehalt erfolgt.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Ferromanganlegierungen mit niedrigem oder mittelhohem Kohlenstoffgehalt.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren ist ökonomischer als die im allgemeinen verwendeten Verfahren und liefert Ferromangan·,

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Reiches einen hohen Mangangehalt und einen geringen Anteil Verunreinigungen aufweist.

Die Erfindung sieht insbesondere vor, daß eine rohe Ferromanganausgangslegierung mit hochwertiger Manganschlacke behandelt wird, wonach die Schlacke entfernt wird und Sauerstoff zugleich mit der Zugabe von Manganerz und Kalk zu der Schmelze erfolgt, und zwar in solcher Weise, daß dadurch der Verlust an Mangan durch Verdampfen niedrig gehalten wird.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß eine rohe Ferromanganausgangslegierung mit hochwertiger Manganschlacke behandelt wird und danach die Schlacke entfernt wird und oxydierendes Gps eingeblasen wird und zugleich Manganerz und Kalk der Schmelze zugeführt wird, wodurch einiges Mangan von dem zugegebenen Manganerz gewonnen wird.

V/eitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Von den Figuren zeigen:

Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Schmelzgefäßes, welches das Siblasen von Sauerstoff und die Zugabe von Manganerz und Kalk zu der Grundschmelze vorsieht;

Figur 2 ein Schema der Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens;

Figur 3 eine graphische Darstellung, die den prozentualen Siliziumgehalt der Legierung (Abszisse) in Abhängigkeit der Zündtemperatur wiedergibt.

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Die nachfolgenden Gleichungen charakterisieren die bei dem Verfahren sich ergebenden Reaktionen:

1. Siliziummanganlegierung (Grundmetall) plus hochmanganwertige Schlacke = Siliziummanganzwischenlegierung (reduziertes Silizium + mehr Mangan) plus relativ niedriger Manganschlacke.

2. Siliziummanganzwischenlegierung plus Sauerstoff plus Manganerz (MnO„ und/oder Mn_?0,) plus gebranntem Kalk (GaO) = Niedrig-Silizium hochwertig Eisenmanganlegierung plus hochwertiger Manganschlacke.

1. Mangansiliziumlegierung (Grundmetall) plus hochwertiger Manganschlacke = Mangansiliziumzwischenlegierung (reduziertes Silizium und höherwertig Mangan) plus relativ niedrig wertiger Manganschlacke.

2. Mangansiliziumzwischenlegierung plus Sauerstoff plus Manganerz (MnO_? und/oder Mn_?0^) plus gebranntem Kalk (GaO) = niedrig Silizium wertiger und hochgradig Ferromangan wertige Legierung plus hochwertiger Manganschlacke.

einer bevorzugten Ausführungsfοrm des erfindungsge Verfahrens zur Erzeugung einer Manganlegiaung, bei

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spielsweise Ferromangan, wird zunächst eine verhältnismäßig rohe Ferromanganausgangslegierung, die besonders geeignet zur Verfeinerung ist, dadurch hergestellt, daß eine geeignete Eisenmanganverbindung reduziert wird, beispielsweise Manganerz und zwar beispielsweise in einem elektrischen Ofen üblicher Bauart, so daß der Kohlenstoffgehalt der Gründiegierung auf einem Niveau gehalten wird, welches im allgemeinen für die endgültige kommerziell verbindbare Perromanganlegierung zulässig ist. Die geschmolzene Grundlegierung, die auf diese Weise erzeugt wrde, wird dann so behandelt, daß der Mangangehalt der Ausgangsschmelze erhöht wird und gleichzeitig der Siliziumgehalt verringert wird, wobei ein oxydierendes Gebläse zusammen mit der Zugabe von Manganerz und anderen Schutzmitteln, wie z. B. gebranntem Kalk erfolgt.

Insbesondere sieht die Erfindung die Verwendung einer verhältnismäßig stark siliziumhaltigen Grundlegierung, beispielsweise einer Siliziummanganlegierung oder einer Mangansiliziumlegierung vor, bei der der Mangangehalt zwischen etwa 52% bis 7Oft liegt und der Siliziumgehalt zwischen 15% und 37% liegt und ein Kohlenstoffgehalt bis zu 3,5% Kohlenstoff, zweckmäßigerweise zwischen 0,1% bis 3,3% Kohlenstoff vorliegt, wobei diese Legierung in einem elektrischen Ofen hergestellt wird und mit hochmanganhaltiger Schlacke, die in einem zuvorigem Erhitzungsprozeß hergestellt wurde behandelt wird; es wird dann die Schlacke entfernt und die geschmolzene Legierung in einem Gefäß, das

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basisch oder mit Magnesiumoxyd ausgekleidet ist, einem oxydierenden Gebläse ausgesetzt, wobei gleichzeitig eine innige Mischung eine/s Manganerzes mit gebranntem Kalk der Schmelze zugegeben wird, so daß der Siliziumgehalt der Schmelze wesentlich reduziert wird, während ein größerer Mangananteil in den endgültigen kommerziellei Ferromanganprodukt gewonnen wird und man eine verhältnismäßig hochmanganhaltige Schlacke zwecks Verwendung in dem nächsten Schmelzprozess erhält. Es kann dann die hochreine Ferromanganlegierung aus dem Gefäß entfernt werden und in Schmelzformen gegossen werden, wobei die hochmanganhaltige Schlacke in dem Gefäß zurückgehalten wird zwecks Verwendung in einer neuen Menge geschmolzener Grundlegierung in dem Gefäß, damit diese neue Schmelzmenge mit der Schlacke behandelt wird; es kann auc-h die Schlacke für einen anderen Zweck in ein anderes Gefäß übergebracht werden.

Die Ausgangsschmelze vor dem Zusatz von Schlacke kann eine bestimmte Zeitspanne, beispielsweise 75 Minuten oder mehr in ihrem Zustand belassen werden, damit eine Trennung eines Teiles des Kohlenstoffes von der Lösung stafffindet und dadurch der Kohlenstoffgehalt in dem AuBgangsmaterial eingestellt wird.

Im nachfolgenden werden einige Beispiele der Anwendung der Erfindung bei der Herstellung von Ferromanganlegierungen die einen gewünschten Anteil an Kohlenstoff und Silizium

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• haben "beschrieben.

Beispiel I:

Eine Schmelzcharge von 2 270 kg einer Siliziummanganlegierung von der Zusammensetzung: 60,20 $ Mn, 17,60$ Si, und 1,61$ C wurde in einem elektrischen Ofen hergestellt. Die Schmelze wurde dann in eine mit Magnesiumoxyd ausgekleidete Schmelzpfanne gebracht, die eine Temperatur von 1 343 G⁰ hatte. Die Schmelze wurde dann einem oxydierenden ■"■-%"'.^: ■ ^j-J 1"J-'j if: Sauerstoff mit einer Durchschnittsströmtmgsgeschwindigkeit von 11,3 m /Minute ausgesetzt, v/obei die Sauerstoff strömung auf die Oberfläche der geschmolzenen Masse gerichtet wurde, während gleichzeitig eine innige Mischung von 1 770 kg Manganerz mit 635 kg gebrannten Kalkes mit einer Geschwindigkeit von 181 kg der Mischung pro Minute zugegeben wurde. Darauf wurde eine Ferromanganlegierung der folgenden Zusammensetzung erhalten: Mangan 79»2 Gew.-?»
Silizium O,63Gew.-%
Kohlenstoff 1,62 Gew.-$

Beispiel II:

Eine Charge von 2 130 kg einer Siliziummanganlegierung von der Zusammensetzung: 66,70 $ Mangan, 17,7 % Silizium und 1,41 °/o Kohlenstoff wurde in einen) elektrischen Ofen bei einer Temperatur oberhalb 1 543 ⁰C hergestellt und

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dann in einem mit Magnesiumoxyd ausgekleideten Tiegel oder

einer solchen Pfanne mit 133 m Sauerstoff bei einer Geschwindigkeit von 11,3 πι Sauerstoff pro Minute angeblasen, während gleichzeitig 1 070 kg Manganerz mit 726 kg Kalk bei einer Geschwindigkeit von ungefähr 136 kg pro Minute zugegeben wurde.

Es ergab sich eine Ferromanganlegierung der nachfolgenden gewichtsmäßigen Zusammensetzung: Mangan 78,2 $ Silizium 4,1 $ Kohlenstoff 1 ,26 $.

Im erstgenannten Beispiel war die gewichtsmäßige Zusammensetzung der Schlacke wie folgt: SiO₂ 28,0$ MgO 7,0$ GaO 27,5$ HnO 38,06$

Im zweiten Beispiel war die gewichtsmäßige Zusammensetzung der Schlacke wie folgt: SiO₂ 33.00$ GaO 31,50$ MnO 30,44$

-von 2720 kg Siliziummanganlegierung von der

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gewichtsmäßigen Zusammensetzung 64,5 $ Mangan, 17,9% Silizium und 3,33 $ Kohlenstoff wurde jn üblicher Weise in einem elektrischen Ofen hergestellt. Diese Ausgangsschmelze wurde bei einer Temperatur von ungefähr 1343 ⁰C abgezapft und 12 Minuten lang in einer Pfanne gehalten und wurde dann in eine mit Magnesiumoxyd ausgekleidete Pfanne oder einen solchen Tiegel gebracht, in welchem von einem vorherigen Schmelzvorgang her eine starkmanganhaltige geschmolzene Masse enthalten war. Eine derartige starkmanganhaltige Schlacke hatte gewichtsmäßig die nachfolgende Zusammensetzung:
MnO 44,80$
SiO₂ 19,50$
GaO 24,00$
MgO 10,00$

Es wurden dann die geschmolzene Ausgangslegierung zusammen mit der starkmanganhaltigen Schlacke zwischen zwei Tiegeln hin und her gegossen, wobei jeder Tiegel mit Magnesiumoxyd ausgekleidet war und ein mehrmaliges Hin- und Hergießen erfolgte, beispielsweise vier mal, damit das Manganoxyd der Schlacke mit dem Silizium in der Ausgangsschmelze vollständig reagieren konnte. Der Tiegel X, vergl. Figur 2, in welchem schließlich die Misohung der Schlacke und der Schmelze blieb, wurde dann eine kurze Zeitspanne, beispielsweise 5 Minuten beiseite gestellt, damit sich die

und Schlacke von dem geschmolzenen Metall trennen konnte/es

wurde dann der Tiegel dekantiert und von dem Tiegel die ver-

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brauchte Schlacke entfernt.

Das geschmolzene Metall hatte "bei dieser Zwischenphase gewichtsmäßig die Zusammensetzung: Mangan 75,6 % ; Silizium 9,45 $> ; Kohlenstoff 1,45 %.

Die entfernte verbrauchte Schlacke hatte in diesem Zustand ein Gewicht von 1810 kg und gewichtsmäßig die nachfolgende Zus ammens e t zung:

MnO 27,50$

SiO₂ 33.00%

CaO 25,50%

MgO 9,00%

Darauf wurde die als Zwischenprodukt erhaltene Legierung in dem Begel einer Sauerstoffströmung von 227 kg ausgesetzt und zwar mit einer ungefähren Strömungsgeschwindig-

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keit von 8,5 bis 9,9 m pro Minute und unter einem Druck von 10,5 kg/ cm . Es wurde der Sauerstoff auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalles mittels eines Sauerstoffgebläses, wie in Figur 1 dargestellt, gerichtet und gleichzeitig wurde eine Mischung von 2040 kg Manganerz und 771 kg gebranntem Kalk mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 163 kg pro Minute zugegeben. Dadurch wurden 2490 kg einer konzentrierten mittelmäßig viel Kohlenstoff enthaltenden Ferromanganlegierung und eine Menge verhältnismäßig hochmanganhaltiger Manganschlacke erhalten. Die Schlacke und die

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^a wurden schließlich durch Dekantieren der Gefäße getrennt und es wurde zunächst die Schlacke in ein Gefäß Y, wie in Figur 2 gezeigt, gegossen, damit die Schlacke bei einem weiteren Schmelzvorgang verwendet werden kann, während die geschmolzene Legierung für die Zwecke des Gießens in Gußformen in eine Pfanne gebracht wurde.

Die endgültige Ferromanganlegierung ergab eine Analyse von a1,6$Mangan, 1,18$ Silizium und ungefähr 0,96$ Kohlenstoff. Die Schlacke relativ hohen Mangan&ehaltes, die durch das oxydierende Gebläse erzeugt wurde und durch die gleichseitige Zugabe von Manganoxyd und Kalk hat eine Zusammensetzung von 31,1$ MnO, 26$ SiO₂, 23,0$ GaO und 20,0$ MgO.

C/as Manganerz, welches zweckmäßigerweise im vorstehenden zur Anwendung gelangt hat einen hohen Mangangehalt und ein hohes Verhältnis von Mangan zu Eisen. Als ein Beispiel irr;, sog. rhodesisches Erz zu nennen, welches üblicherweise die nachfolgende Zusammensetzung hat: 53$bis 59$ Mangan, 1j2$ bis 1,4$ Eisen, 2$% bis 3,8$ Siliziumdioxyd, 0,69$ >is 3,0$ Aluminiumtrioxyd (Al₀O,,) und eventuell Beimengungen vcn Phosphor, beispielsweise 0,02$ bis 0,06$ Phosphor. Es ist au beachten, dai auch andere Arten Manganerz verwendet v/erden können, deren Mangangehalt in dem Erz im wesentlichen "oe stimmt ist durch den Gewinnungsort. Beispielsweise könnte ^rrongo-Erz verwendet werden, bei diesem Erz ist jedoch der • lingc-j-prczeritsstz in, wesentlichen etwas gering or (47$ bis .":':$ Kanaan) und es enthält im allgemeinen einer, höherer. .;.^oei.:. "-^;.-7iur .:icxyd (3,0$ bis 6 , 0°£ > .

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Die Zugabe des Erzes und des gebrannten Kalkes erfolgt mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 136 kg bis 240 kg pro Minute wenn es sich um das Grundmetall handelt, wie es in den Beispielen gekennzeichnet ist und um entsprechende Tiegelgrößen, wobei Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit von 2,83 bis 11,3 m pro Minute zugeführt wird.

Der zur Anwendung gelangende Sauerstoff kann technischer Sauerstoff sein und eswird durch ein wassergekühltes Gebläserohr oberhalb des Legierungsspiegels in das die Zwischenlegierung enthaltende Gefäß eingeführt. Die Zuführung von Sauerstoff hat ein Durchrühren und Anfachen der Reaktion der Schmelze in dem Gefäß zur Folge. Die Reaktion ist exotherm und vergrößert daher die Temperatur der Schmelze, und dabei wird das Manganerz und der zugegebene Kalk in der Schmelze geschmolzen. Die Zugabe von Sauerstoff und Erz und Kalk zu der als Zwisclmprodukt erhaltenen Schmelze bewirkt eine sichtbare Reaktion mit Entwicklung eines dicken dunkelroten Rauches, der begleitet ist von einem regen Brennen der Funken. Wenn das Einblasen von Sauerstoff andauert, ändert der Rauch seine Farbe von dunkelrot zu blaßweiß und am Ende des Einblasvorganges nimmt die entwickelte Rauchmenge bis zu einer schwachen Fahne ab.

Wenn die SauerstoffStrömungsgeschwindigkeit, die zur Einwirkung auf die als Zwischenprodukt erhaltene Schmelze ge-

b 11,3 m⁵ pro Mi

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bracht wird oberhalb 11,3 m⁵ pro Minute liegt und die Zu-

führungsgeschwindigkeit von Manganerz und Kalk zu der Schmelze oberhalb 227 kg pro Minute liegt, so besteht Gefahr, daß sich bildende Schlacke überfließt. Wenn ein Überfließen von Schlacke erfolgt, bevor die berechnete Menge Manganerz und Kalk und Sauerstoff zugegeben sind, verringert eine Verringerung der Sauerstoffströmung auf

ungefähr 4,25 m pro Minute bei gleichbleibender Zuführungsgeschwindigkeit an Erz und Kalk die Reaktionsgeschwindigkeit der Schlacke und dadurch kann man die Reaktion wieder unter Kontrolle bekommen.

Wenn bei der beschriebenen Herstellungsweise Schlacke und geschmolzenes Ausgangsmetall hin und her gegossen wird, um ane Behandlung des Metalles mit der Schlacke zu bewirken, so ist doch zu beachten, daß an Stelle dessen auch andere Methoden verwendet werden können. Es kann beispielsweise ein Drehen oder Schütteln der Schmelze erfolgen und es kann auch die Schmelze durch andere Mittel, beispielsweise ein inertes Gas wie Stickstoff in Bewegung versetzt werden; derartige inerte Gase können auch anstelle von Sauerstoff bei der Zugabe von Manganerz und Kalk benutzt werden, zu dem Zwecke die Schmelze in Bewegung zu setzen und sie umzurühren,

Ein weiterer zweckmäßigerweise anzuwendender Zwischenschritt besteht darin, daß nachdem die Ausgangslegierung mit Schlacke hohen Mangangehaltes, die aus einem vorherigen Schmelzvorgang gewonnen wurde, behandelt wurde und nachdem Sauerstoff und Manganerz und Kalk der als Zwischenprodukt

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erhaltenen Legierung zugesetzt wurde, die endgültige Legierung und die in konzentrierter Form Mangan enthaltende Schlacke mehrmals umgegossen werden, beispielsweise vier mal zwischen zwei basisch ausgekleideten Gefäßen hin uid her gegossen wird oder in anderer Weise gemischt wird, bevor die Schlacke abgetrennt wird, wodurch sich offenbar eine Erhöhung des Mangangehaltes in der endgültigen Le- * gierung ergibt und eine Reduktion des Silizium in der die endgültige Legierung bildendeiSchmelze.

Beispiel IV;

Eine Charge von 2180 kg Siliziummanganlegierung bestehend aus 68,1 i* Mangan und 19,0 56 Silizium und 1,30 % Kohlenstoff wurde in einem elektrischen Ofen hergestellt und bei einer Temperatur von ungefähr 1343 C in eine Pfanne gebracht. Die Legierung wurde in der Übergangspfanne ungefähr 12 Minuten lang gehalten und dann in einen basisch ausgekleideten Tiegel gebracht, der eine konzentrierte Manganschmelze von einem früheren Schmelzvorgang enthielt, wobei die Schmelze folgende Analyse hatte:49,7 ft MnO, 22,5 i> SiO ₂, 20,0 $> CaO und 5,0 fo MgO. Es wurden die Ausgangsschmelze und die Schlacke vier mal hin und her gegossen zwischen zwei basisch ausgekleideten Tiegeln, damit eine vollständige Durchmischung der Schlacke und der Schmelze erfolgte und das Manganoxyd der Schlacke mit dem Silizium in der Legierung reagierte. Die Grundschmelze hatte dann ■ vorübergehend eine Zusammensetzung von 68,7 # Mangan, 9,4 %·

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Silizium und 1,09 $ Kohlenstoff. Es wurden ungefähr 1360 kg Schmelze aus dem Tiegel durch Abgießen entfernt und die abgegossene Schmelze hatte nach ihrer Entfernung die nachfolgende Zusammensetzung: 29,5 % MnO, 36, 5 # SiOp, 25,0$ GaO und 7,2 $ MgO. Es wurde dann die als Zwischenprodukt gebildete Schmelze in dem Tiegel mit 204 kg Sauerstoff bei einer Geschwindigkeit von ungefähr 8,5 m bis 9,9 m pro Minute angeblasen und gleichzeitig wurde eine Mischung von 2040 kg Manganerz und 771 kg Kalk mit einer mittleren Geschwindigkeit von 200 kg pro Minute zugegeben.

Nachdem Anblasen der als Zwischenprodukt erhaltenen Schmelze mit gleichzeitiger Beigabe von Erz und Kalk wurde die Mischung vier mal zwischen zwei basisch ausgekleideten Tiegeln hin und her gegossen, damit eine gründliche Durchmischung der Schlacke und der geschmolzenen Legierung in dem Tiegel stattfand. Der Tiegel wurde dann abgegossen, um die Schlackenschicht zu entfernen, wobei die Schlackenschicht die nachfolgende Zusammensetzung hatte: 56,8 $ NnO, 17,5 f° SiO₂, 18,5 i» OaO und 8,0 $> MgO. Es wurde dann die geschmolzene endgültige Legierung von dem Tiegel in eine Gießpfanne übergebracht, damit das Gießen in^ie gewünschte Form erfolgen konnte. Auf diese Weise wurden 2225 kg einer Ferromanganlegierung mit hohem Mangangehalt und mittlerem Kohlenstoffgehalt erzeugt, die die nachfolgende Zusammensetzung hatte: 80,3 $> Mangan, 2,66 $> Silizium und 1,61 $ Kohlenstoff.

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Beispiel V:

Eine Charge von 2400 kg einer Mangansiliziumlegierung bestehend aus 55»2 $ Mangan und 37, 3 % Silizium und 0,26 $ Kohlenstoff, die in einem elektrischen Ofen hergestellt wurde, wurde in einenbasisch ausgekleideten Tiegel gebracht, In dem basisch ausgekleideten Tiegel befand sich hoch-manganhaltige Schlacke von einem früheren Schmelzvorgang her, wobei die Schlacke die nachfolgende Zusammensetzung hatte: 36,6 $ MnO, 30,0 $ SiO₂, 27,5 $ CaO und 8,0% MgO.

Die Mischung der Schlacke und der geschmolzenen Legierung wurde ungefähr vier mal zwischen zwei basisch ausgekleideten Tiegeln hin und her gegossen, wobei eich eine Schmelze als Zwischenprodukt ergab, die aus 73,0$ Mangan und 23,7$ Silizium und 0,07$ Kohlenstoff bestand. Es wurde das Gefäß abgegossen und ungefähr 4080 Kg Schlacke entfernt, wobei die abgenommene Schlacke eine Zusammensetzung von 11,6 % MnO, 50,0 $ SiO₂, 30,0 $ CaO und 7,0 $ MgO hatte. Es wurde dann die als Zwischenprodukt erhaltene Schmelze in dem Tiegel mit 15-1 kg Sauerstoff angeblasen und zwar mit einer Geschwindigkeit von 2,83 bis 5,66 m pro Minute, wobei gleichzeitig 3630 kg Manganerz und 1540 kg Kalk mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 168 kg pro Minute zugegeben wurde. Der Inhalt des Tiegels wurde dann zwischen zwei basisch ausgekleideten Gefäßen ungefähr vier mal hin und her gegossen,und danach wurde das dte Schmelze enthaltende Gefäß dekantiert und die Sohlaoke entfernt; die

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analysierte Schlacke bestand aus 34,2 # MnO, 26,5 $ SiO_?, 29,0 °/o GaO und 6,0 jS MgO. Die endgültige Legierung mit wenig Kohlenstoff und wenig Silizium hatte die nachfolgende Analyse: 91,5 $ Mangan, 1,30 % Silizium und 0,11 Ji Kohlenstoff. Diese endgültige Legierung wurde in eine Schmelzpfanne gebracht und in mit Sand ausgekleideten Schmelzformen gegossen, wobei sich etwa 3010 kg einer hoch-konzentrierten ferromanganlegierung ergaben.

Beispiel VI:

Eine Charge von 2130 kg einer Mangansiliziumlegierung von der Zusammensetzung: 56,7 i» Mangan, 36,5 $> Silizium und 0£0 i> Kohlenstoff wurde in einem elektrischen Ofen hergestellt und in einer Pfanne übergebracht, wo die Charge 50 Minuten lang gehalten wurde und dann in einen basisch ausgekleideten Tiegel gebracht. In dem basisch ausgekleideten Tiegel befand sich eine Schmelze einer hochgradig manganhaltigen Schlacke von einem früheren Schmelzvorgang her, wobei diese Schlacke eine Zusammensetzung von 35,7 $ MnO, 35,0 # SiO₂, 26,0 fi CaO und 5,7 # MgO hatte. Die Schlacke und die Grundlegierung wurden innig vermischt durch etwa vier-maliges Hin- und Hergieflen zwischen zwei basisch ausgekleideten Tiegeln, wodurch sich eine Zwischenlegierung ergab mit einem Gehalt von 75,2 i» Mangan, 18,8 # Silizium und 0,07 # Kohlenstoff. Der Tiegel wurde abgegossen und es wurden ungefähr 2720 kg Schlacke entfernt, die eine Zusammensetzung wie folgt hatte: 20,8$ MnO,

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39,0 <fo SiO₂ , 26,0 i» OaO und 7,6 MgO.

Die als Zwischenprodukt erhaltene Schmelze in dem Tiegel wurde dann mit 159 kg Sauerstoff angeblasen und zwar mit einer Geschwindigkeit von ungefähr 2,83 bis 4,25 m pro Minute, wobei gleichzeitig 3630 kg Manganerz und H10 kg Kalk bei Geschwindigkeiten zwischen 191 kg bis 240 kg pro Minute zugegeben wurden. Der Inhalt wurde dann durch Hin- und Hergießen zwischen zwei basisch ausgekleideten Tiegeln, etwa vier mal, gemischt, wonach durch Abgießen die Schlacke entfernt wurde. Die analysierte Schlacke hatte eine Zusammensetzung von 36,6 # MnO, 30,0 $> SiO₂, 27,5 5^ CaO und 8,0 # MgO. Die Zusammensetzung der endgültigen wenig Kohlenstoff und wenig Silizium enthaltenden Ferromanganlegierung in dem Tiegel war wie folgt: 90,1 $ Mangan, 0,84 $> Silizium und 0,09 # Kohlenstoff. Die endgültige Legierung wurde in eine Pfanne übergebracht und in mit Sand ausgekleidete Formen gegossen, wobei sich etwa 2900 kg einer hochgradigen Metallegierung ergaben.

Beispiel VIIt

Eine Charge von 2270 kg einer Mangan-Siliziumlegierung von einer Zusammensetzung von 60,7 Ί* Mangan, 31,2 $> Silizium und 0,80 # Kohlenstoff wurde in üblicher Weise in einem elektrischen Ofen hergestellt und in eine Schmelzpfanne übergebracht und 75 Minuten darin gehalten und dann in einen basisch ausgekleideten Tiegel gebracht bei einer Tempe-

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ratur die in der Nahe des Erstarrungspunktes liegt. In dem basisch ausgelegten Tiegel befand sich hochprozentige geschmolzene Manganschlacke von einer früheren Verarbeitung, wobei die Schlacke eine Zusammensetzung wie folgt hatte: 59,1 i° MnO, 21,5 # SiO₂, 16,0 # CaO und 1,0Jt MgO.

Die Schlacke und das Grundmetall wurden dadurch miteinander durchmischt, daß die Schmelze vier mal zwischen zwei basisch ausgelegten Tiegeln hin und her gegossen wurde, wodurch sich eine Zwischenlegierung der nachfolgenden Zusammensetzung ergab: 81,9 i» Mangan, 10,0 $>■ Silizium und 0,1 # Kohlenstoff. Der Tiegel wurde abgegossen und dadurch die Schlacke entfernt, wobei die entfernte Schlacke die nachfolgende Zusammensetzung hatte: 35,6 # MnO, 36,0 i» SiO₂, 19,0 Jt CaO und 1,0 ia MgO, wobei das Gewicht etwa 3180 kg betrug.

Das als Zwischenschritt gewonnene Metall in dem Tiegel wurde mit 231 kg Sauerstoff angeblasen und zwar mit einer Geschwin-

■x.

digkeit von ungefähr 5,66 m pro Minute, wobei gleichzeitig 4080 kg Manganerz und 100 kg Kalk mit einer Durchschnitts-_Ος.2_'.:.y^.ia -gkeit von 168 kg pro Minute zugegeben wurden. Der Inhalt wurde gemischt oder ungefähr vier mal zwischen basisch ausgelegten Ti ein hin und her gegossen und ea wurde dann das die Sehe'- enthaltende Gefäß abgegossen und die Schlacke entf^rv-υ. Die für weitere Schmelzungen aufbewahrte Schi⁵-; e ne Zusammensetzung von 62,4 i» MnO, 18,5 9^ ^;0,_:, nd 1 ,0 i» MgO. Sie als Endprodukt anfallende

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3^;erromanganlegierung von niedrigem Kohlenstoff- und nieürigem Siliziumgehalt hatte die nachfolgende Zusammensetzung: 91,5 $ Mangan, 0,15 i° Silizium, und 011 5^ Kohlenstoff. Die Legierung wurde in G-ußformen geschmolzen und es ergab sich auf diese Weise eine Menge von 1500 leg legierten Metalles.

Es ist offensichtlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren damit beginnt, geschmolzene Siliziummanganlegierung oder Mangansiliziumlegjerung, die beispielsweise einem elektrischen Ofen entnommen ist, vor dem Abkühlen zu verarbeiten, wodurch bereits eine Ersparnis an Brennstoff bedingt ist. Die hochmanganhaltige Schlacke, die von der Perromanganschmelze nach der Oxydation und der Zugabe von Erz und Kalk entnommen wird, wird zur Behandlung einer weiteren Charge der rohen Metallegierung in geschmolzener Form aufbewahrt, beispielsweise bei einer Temperatur zwischen 1316 und 1427 ⁰G. Dies kann unter Anwendung eines Hilfsofens erfolgen, bis die Schlacke wiederum bei einem Legierungsvorgang verwendet wird, es kann auch eine Charge nach der anderen so schnell verarbeitet werden, daß die hochmanganhaltige Schlacke keine Gelegenheit hat sich abzukühlen. Die erfindungsgemäße Herstellungsweise verringert die investierten Kapitalkosten, da es nioht erforderlich ist, die üblicherweise vorgesehene Anzahl elektrischer Öfen anzuwenden. Es können geringe Mengen hergestellt werden, so wie es der

ist
Verkauf rechtfertigt und es/nicht erforderlich große In-

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---,11: wird zugegeben um die Temperatur do: L;.:firnfa :;.:■ z\i j:ΐeuer«, und oei der finaktion Üiliziurooxyd ί<. bi'idon. Es .it ovf orderlich, das biliziumoxyd zu neutrs :..isie^en, zu . :m Zwecke eine Umkehr der Reaktion zu verhindern und zu erhindern, ü&ii Si.'-izaurnoxyd die basiccne Askleiaung de :■ iegel angreift. Das Auftreten von Schlacke in o-juaurafora -■Flhrend des Aufblasens von Sauerstoff bedeutet i.:n allgenj-:ii-3n, daü die Schlacke zu sauer ist. iäine Blaseni;i^dung wird ■sregelt durch die aextliche Beigabe von Kalk.

^r gasförmige der geschmolzenen Legierung zugeführte Sauer-

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stoff entfernt auch Silizium aus der legierung und "bewirkt ein Durchrühren und Bewegen der Schmelze, während Erz und Kalk zugegeben wird« Die Reaktion ist exotherm und die erzeugte Wärme "begünstigt das Schmelzen des Manganerzes und des Kalkes. Je mehr Sauerstoff als Erz zugeführt wird, um so weniger "braucht gasförmiger Sauerstoff zugeführt werden. Liegen günstige Verhältnisse mit geringen Wärmeverlusten vor j so kann gasförmiger Sauerstoff an der Reaktion ausgeschaltet werden und Gas nur zum Durchrühren verwendet werden.

Im Hinblick auf den Siliziumgehalt der Mangan-Siliziumausgangslegierung scheint ein Verhältnis zwischen Silizium-• gehalt und der Temperatur der Zündung der Schmelze zu "bestehen. Mangan-Silizium mit 22,4 i° Siliziumgehalt zündet (ignites) mit Schwierigkeiten bei 1371 0. Wenn die Legierung einen höheren Prozentsatz Silizium hat, beispielsweise 24»4 io Silizium so erfolgt die Zündung "ignition" langsam "bei 2560 0. Wenn die Temperatur der Mangan-Siliziumlegierung bei ungefähr 21 $,bis 23 $ Siliziumgehalt höher als 1427 ⁰O nach der Reaktion mit der hochprozentig Mangan enthaltenden Schlacke ist, vollzieht sich die Zündung mit Sauerstoff ziemlich schnell. Ein Siliziumghalt von wenigstens 31 $> bis 33 fo in der ursprünglichen Mangan-Siliziumlegierung vor der Behandlung mit Schlacke ist im allgemeinen erforderlich, um in der endgültigen Manganlegierung mit niedrigem Kohlenstoffgehalt einen Kohlenstoff anteil von 0,1 fo

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oder weniger zu erzielen. Es wurde -daher festgestellt, daß eine angemessene bzw. erforderliche Zündtemperatur der als Zwischenprodukt anfallenden Schmelze ungefähr wie folgt auf-grund von Figur 3 charakterisiert werden kann: Zündtemperatur in ⁰O = 946 ⁰O + 19,2⁰G mal Prozentsatz Silizium in der Schmelze;unter Bezugnahme auf Figur 3 erfolgt die Zündung der ursprünglichen Mangan-Siliziumschmelze im allgemeinen in der Fläche oberhalb der Linie, während in der Fläche unterhalb der Linie eine solche Zündung nicht erfolgt. Mit anderen Worten, nimmt die Temperatur, die für die ZüncLuüg der geschmolzenen das Zwischenprodukt bildenden Legierung erforderlich ist, linear mit der Zunahme an Siliziumgehalt in. der Legierung zu. Die im hohen Maße Mangan enthaltende Schlacke, die zur Reaktion mit der ursprünglichen Legierung verwendet wird, sollte .auf einer vorbestimmten Temperatur mittels einer zusätzlichen Heizvorrichtung gehalten werden. Mit Silizium-Mangan als Ursprungslegierang ergeben sich keine besonderen Probleme hinsichtlich der Erzielung der Zündung bei dem Anblasen mit Sauerstoff und der Wachbehandlung mit Schlacke.

Die nachfolgende Tabelle enthält Chargen und zugehörige JLnalysenwerte bei einer kontinuierlichen Produktion handelsfähiger Ferromanganlegierungen drei interessierender Komponenten-Zusammensetzung, die als Produkte A, B und 0 bezeichnet sind. Diese Informationen wurden von Untersuchungen mit numerischen programmgesteuerten Rechenmaschinen erhalten ' und stellen die optimalen Bedingungen für eine kontinuieiLi^che

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JC 1708

Herstellung derartiger Produkte dar.

Das Produkt A der Tabelle ist eine wenig Silizium und mittelmäßig viel Kohlenstoff enthaltende Ferromanganlegierungj mit mindestens 80 % Mangan und maximal 0,3 % Silizium und maximal 1 ,5 % Kohlenstoff.

Das Produkt B der Tabelle stellt eine wenig Kohlenstoff enthaltende ferromanganlegierung dar, deren Mangangehalt mindestens 85. % ist und der Siliziumgehalt maximal 1 ,5 % und der Kohlenstoffgehalt maximal 0,3 % .

Das Produkt 0 der Tabelle zeigt eine ferromanganlegierung mit wenig Kohlenstoffgehalt und zwar mit mindestens 85 % Mangan und maximal 1,5 % Silizium und maximal 0,1 % Kohlenstoff.

	Produkt A	Produkt B	Produkt 0
Ausgangsmangan
legierung	3060 kg	2360 kg	2360 kg
Gewicht
Analyse
Mangan	68/70%	60/62%	58/60%
Silizium	18/20%	29/30%	32/33%
Kphlenstoff(approx)	1 ,60%	0,43%	0,15%
zugegebene wiederge
wonnene Schlaoke
Gewicht	3530 kg	379 kg	4170 kg
Analyse
MnO	47,6%	30,8%	30,9%
SiO9	22,9%	30,5%	30,7%
CaO^	18,0%	27,1%	26,8%
MgO	6,5%	6,5%	6,5%

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ProGulc-; A Produkt E Produkt G

abgegebene Schlacke

ß-swiciit 3290 kg . 3540 Irg 3900 kg

Analyse

MiO 30,4$ . 18,2$ 17,4$

SiO₉ 38,0$ 40.5$ 41,0$

CaO 19,3$ 28 ',9$ 29,2$

MgO 6,9$ 6,9$ 7_SQ$

ZvJischenmetall" *~ ϊsierung

Gewicht 3380 kg 2640 tog 2680 kg

Analyse

Mangan 78*0$ 70,1$ 69,3$

Silizium 11,1$ 21,4$ 23,2$

Kohlenstoff 1,45$ 0,38$ 0,13$

Zugegebenes	Erz
Gewicht
Zugegebener	Kalk
Gfe wicht"
Zugegebener	Sauerstoff

kg 415O kg 4540 kg kg 1110 kg 1200 kg

Gewicht 122 kg 95,3^kg 95,3,fcg

sP 92 DT 71 in^ 71 ar

3580 kg 3730 kg

92,38$. 93,21$ 1,37$ 1,39$

0,28$ 0,09$

4010 kg 4120 kg

30,8$ 30,9$

30,5$ 30,7$

27,1$ 26,8$

6,5$ 6,5$

Ea dlegi e rung	3880 kg
G-ewicht
Analyse	90,13 $
Mangan	0,29 $
Silizium	1,26 $
Kohlenstoff
Endschlaoke	3830 kg
G-ewicht
Analyse	47,6$
Mno '	22,9$
SiO9	18,0$
GaO^	6,5$
MgO

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Is wurde festgestellt, daß die nachfolgenden Arbeitsbereiche bei der erfindungsgemäßen Herstellung von Ferromanganlegierungen hoher Quarlität mit niedrigem Kohlenstoff charakteristisch sind s

a) Das Gewichtsverhältnis der in dem Verfahren zur Anwen-. dung gebrachten zu einem hohen Maße Mangan enthaltenden Schlacke zu der ursprünglichen Ausgangslegierung vor dem Anblasen von Sauerstoff liegt zweckmäßigerweise zwischen 0,4 und 4,3.

b) Das Gewichtsverhältnis der ursprünglichen Ausgangslegierung zu dem zugegebenen Manganerz liegt zweckmäßigerweise zwischen 0,4 und 2,2.

c) Das Gewichtsverhältnis der ursprünglichen Ausgangslegierung zu dem zugegebenen Kalk liegt zweckmäß-gerweise
in dem Bereich zwischen 1,3 und 5,1·

d) Das Gewichtsverhältnis der ursprünglichen Ausgangslegierung zu dem angeblasenen Sauerstoff liegt etwa zwischen 9 und 25 oder mehr.

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet die Herstellung von lerromanganlegierungen mit wenig Silizium und viel
Mangangehalt und zeichnet sich dadurch aus, daß es ein
sär Ökonomisches Verfahren ist, verglichen mit der bisherigen Herstellung derartiger Legierungen.

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Claims (10)

JO 1708 -27- Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer wenig bis mittelviel Kohlenstoff enthaltenden Ferromanganlegierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze einer Ausgangsmanganlegierung in einem basisch ausgekleideten Tiegel mit der Schmelze einer in einem hohen M^QPe Mangan enthaltenden Schlacke gemischt wird und anschließend die Schlacke von der Legierung getrennt wird und die Legierung mit einem Gas angeblasen wird, während gleichzeitig Manganerz und Kalk der geschmolzenen Legierung in solcher Weise zugegeben wird, daß sich eine Ferromanganlegierung mit einem höheren Mangangehalt und einem niedrigerem Siliziumgehalt als die Ausgangslegierung ergibt, wobei gleichzeitig in hohem Maße manganhaltige Schlacke anfällt und daß die Ferromanganlegierung von dieser Schlacke getrennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangslegierung gewichtsmäßig 52 $ bis 70 io Mangan und 15 & bis 37 $ Silizium und bis zu 3,5 1o Kohlenstoff enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die in hohem Maße Mangan ent-

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JO 1708

haltende Schlacke gewichtsmäßig zwischen 30,59 $ 47,60 ia MnO und zwischen 19 $ und 35 $ SiO_? und zwischen

16 io und 22 j6 CaO und zwisohen 1 #' und 10 $ MgO enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung der Ausgangsschmelze mit der in hohem Maße Mangan enthaltenden Schlacke dadurch erfolgt, daß die Mischung von einem Tiegel in einen anderen Tiegel gegossen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit zwischen 2,83 Ms 11,3 m pro Minute angeblasen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Manganerz und der Kalk der Schmelze mit einer Geschwindigkeit von 136 kg bis 240 kg pro Minute zugegeben wird..

7. Verfahren nach Anspmch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtsverhältnis der in hohem Maße Mangan enthalten den Sehlacke zu der Ausgangslegierung zwischen 0,4 und 4,3 1» liegt.

8« Verfahren Jiacli ί^ε ^rucli 1 oder einem der folgenden, -dadurch g % .1: e 21 nseich.net, daß das Gewichtsverhältnis der Aus gangs legierung zu dem Manganerz zwischen 0,4 i* bis 2,2 fo liegt.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der faxenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewichtβverhältnis der Legierung zu dem Kalk zwischen 1,3 und 5,1 liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die infolge des lufblasens des Gases entstehende in hohem Maße Mangan enthaltende Schlacke in geschmolzenem Zustand gehalten wird und als Beimischungsmaterial bei einer weiteren Charge geschmolzener Ausgangsmanganlegierung verwendet wird.

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