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VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON LEGIERUNGEN; ENTHALTEND VANADIN Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Hüttenwessen und genauer auf Verfahren
zur Herstellung von Legierungen, enthaltend Vanadin.
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Gegenwärtig verwendet man zum Stahllegieren beverzugt Ferrovanadin,
das in Elektroöfen nach silikoaluminothermischen Verfahren durch Schmelzen gewonnen
wird. Der Schmelzvorgang umfaßt hauptsächlich zwei Perioden: Reduktions- und Raffinierperioden.
Als Ergebnis der Reduktion von Vanadinoxiden erhält man zuerst eine Legierung, enthaltend
bls 35 Gew.% Vanadin und von 9 b1s 12 Gew.% Silizium; danach wird die Schlacke,
enthaltend etwa 0,35 Gew.% Vanadinoxide abgegossen. Nach dem Abglessen der Schlacke
wird die Legierung in demselben Ofen raffiniert, indem dieser Legierung Vanadinpentoxyd
und Kalk hinzugefügt wird. Es wird Ferrovanadin, enthaltend von 35 bls 50 Gew.%
Vanadin, von 0,5 bis 0,7 Gew.% Kohlenstoff, bis 2 Gew.% Silizium und Schlacke mit
Vanadinoxidengehalt bis 14 Gew.%, die in der Charge der nachfolgenden Schmelzung
augenutzt
wird, erhalten.
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Nach diesen Verfahren findet jedoch die Reduktion von Vanadinoxiden
gleichzeitig mit dem Schmelzen des Einsatzes statt, infolgedessen werden, schwer
reduzierbare sauerstoffärmere Vanadinoxide gebildet die in Silikate gebunden sind,
aus denen Vanadin schwer reduzierbar ist. Außerdem erfolgt die Reduktion nur auf
der Grenzfläche Metall-Schlacke. Diese Kontaktfläche von Metall und Schlacke ist
nicht hinreichend, weshalb sie die Ursache einer niedrigen Reduktionsgeschwindigkeit
bildet.
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infolge des andauernden Verbleibens des zu erschmelzenden Metalls
im Elektroofen und dessen Kontaktes mit Elektroden wird eine Legierung mit einem
hohen Kohlenstoffgehalt hergestellt.
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Da im Ofen das Schmelzen des Einsatzes und die Reduktion von Vanadinoxiden
gleichzeitig erfolgen, erreicht die Temperatur im Ofen im Durchschnitt 1650°C. Diese
Temperatur ist zur Herstellung von Legierungen mlt mehr als 50 Gew.% Vanadingehalt
nicht ausreichend.
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Außerdem werden im Verlaufe der Reduktion von Vanadinoxiden im Ofen
Schlacken gebildet, die die Auskleidung des Ofens zerstören.
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Es ist ein aluminothermisches Verfahren zur Herstellung von Legierungen
mit Vanadingehalt außerhalb des Ofens bekannt. Dieses Verfahren ermöglicht es, Legierungen
mit bis 80 Gew.% Vanadingehalt und bis 0,1 Gew.% Kohlenstoffgehalt herzustellen.
Für die Verwirklichung dieses Verfahrens sind jedoch kostspieliges Vanadinpentoxyd
und
hochwertiges Aluminium mit einem niedrigen Gehalt an Beimengungen erforderlich.
Die Produktivität dieses Prozesses ist nicht hoch, wie bei allen außerhalb des Ofens
sich vollziehenden aluminothermischen Verfahren zur Herstellung von Legierungen.
Als Folge der niedrigen Produktivität ergeben sich hohe Herstellungskosten der zu
erschmelzenden Legierung. Das niedrige Ausbringen von Vanadin in die Legierung erhöht
ebenfalls seine Herstellungskosten.
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Mit anwachsendem Bedarf an Legierungen mit Vanadungehalt zum Legierung
von Stählen und Legierungen mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt und einem hohen
Vanadingehalt ist die Notwendigkei, ein wirtschaftliches und hochproduktives Verfahren
zur Herstellung von solchen Legierungen zu schaffen , gegeben.
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Zweck der vorliegenden Erfindung ist die Beseitigung der genannten
Schwierigkeiten.
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39r Erfindung die Aufgabe zugrunde eln Verfahren zur Herstellung
von Legierungen, enthaltend Vanadin'mit einer Reihenfolge der Arbeitsgänge und mit
einem Verhältnis der Komponenten in der Schmelze zu schaffen, die es ermöglichen,
eine Legierung mit einem höheren Vanadingehalt und einem niedrigen Kohlenstoffgehalt
im Vergleich zu den Legierungen, dls nach bekannten Vorfahren hergestellt werden,
zu erhalten sowie auch deren Herstellung zu verbilligen.
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Dlese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung von Legierungen,
enthaltend Vanadin, bei dem
Schmelzen eines Einsatzes, bestehend
aus Vanadin- und Kalziumoxiden, im Ofen und Reduktion von Vanadinoxiden in der Schmelze
mit Silizium erfolgen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Einsatz, der einen
Gehalt an Vanadinoxiden von 25 bis 35 Gew.% in der Schmelze gewährleistet, geschmolzen
und diese Schmelze aus dem Ofen in einen Behalter abgegossen wird, in dem die Reduktion
mit Silizium erfolgt, wobei Silizium in einer Menge eingeführt wird, die zur Reduktlon
von Vanadlnoxlden, welche in der Schmelze enthaltor slnd hinreichend ist.
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Die Reduktion von Vanadinoxiden aus der Schmelze außerhalb des Ofens
stellt einen niedrigeren Kohlenstoffgehalt in Mengen von 0,005 bls 0,03 Gew.% in
der Legierung sicher, was sich daraus ergibt, daß der Kontakt zwischen der desoxydierten
Schmelze mit Elektroden des Ofens entfällt.
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Bei der Reduktion von Vanadinoxiden in der Schmelze, und nicht aus
dem festen Einsatz erhöhen slch die Reduktionsgeschwindigkeit von Vanadin sowie
der Gehalt an Vanadin in der Legierung.
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Da im Ofen der Einsatz nur geschmolzen wird und die Reduktion außerhalb
des Ofens erfolgt, beflnden sich die Vanadlnoxlde in der Schmelze nur in einer Wertigkeitsstufe,
u. z. in Form V2O5 zusammen mit Kalziumoxiden, weshalb die Auskleidung des Ofens
nicht zerstört wird.
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Es wurde gefunden, , daß eineSchmelze mit den genannten Gehalt an
Vanadinoxiden die optimale ist. Ein Einsatz,
der einen Gehalt an
Vanadinoxiden in der Schmelze unter 25 Gew.% gewährleistet, ist schwer schmelzend,
so daß dessen Schmelzen mit elnem erhöhten Elektroenergieverbrauch verbunden ist.
Bei elner Erhöhung des Gehaltes an Vanadinoxiden in der Schmelze über 35 Gew.% erweist
sich der Wärmeinhalt der Schmelze zur Verwirklichung des Reduktionsprozesses als
unzureichend.
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Das Reduktionsmittel kann in die Schmelze im schmelzflüssigen Zustand
eingeführt werden.
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Deshalb können in die Schmelze während des Schmelzprozessos feste
Stoffe, beispielsweise Abfälle, die beim Vergießen der Legierung anfallen, oder,
falls erforderlich, Eisen zusätzlich eingeführt werden, wodurch die Ausbringung
der Legierung erhöht oder deren Zusammensetzung geändert werden kann, Das von Reduktionsmittel
kann als stückiges mit einer Stückgröße nicht über 80 mm in die Schmelze eingeführt
werden.
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Die Warme, die im Verlaufe de Reduktlon entwickelt wlrd, reicht zum
Schmelzen des Reduktionsmittels und zur Sicherstellung einer hohen Reduktionsgeschwindigkeit
bei Einhaltung der genannten Stückgröße aus.
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Zweckmäßig wird die Reduktion von Vanadinoxiden so durch lange gefiihrt,
bis eine Schlacke mit einem Gehalt an Vanadinoxiden von 1 bls 10 Gew.% geblldet
wird, wonach die Schlacke in einen anderen Behälter abgegossen, in den in dieser
Schlacke die Reduktion von Vanadinoxiden weitergeführt wird.
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Somit kann auf der Schlackenhalde der Gehalt an Vanadlnoxiden bis
zu 0,5 Gew.% und weniger gesenkt werden.
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Zweckmäßig werden in die genannte Schmelze im Verlaufe des Reduktionsprozesses
von Vanadinoxiden zusätzlich Vanadinoxide in einer Menge, die zur Oxydation von
Restsilizium ausreicht, eingeführt.
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Dles ermöglicht elne Steigerung der Ausbringung der Leglerung und
eine Senkung des Siliziumgehaltes.
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Als Einsatz, enthaltend Vanadinoxide, kann Konverter-Vanadin-Schlacke,
die zuvor mit Kohlenstoff bei einer Temperatur von 900 bis 100000 gebrannt und aus
der im Veriaufe des Schmelzvorganges Eisen entfernt worden ist, verwendet werden.
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Die angereicherte Konverter-Schlacke ist billiger als Vanadinpentoxyd,
bei deren Verwendung erhält man jedoch Legierungen mit einem niedrigeren Vanadingehalt.
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Zur Erläuterung der Erfindung werden nachstehend Ausführungs beispiele
des Verfahrens beschrieben.
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Beispiel 1 Es erfolgt das Schmelzen im Ofen eines Einsatzes, vor,
der das Erhalten einer Schmelze, enthaltend 30 Gew.% Vanadinpentoxyd und Kalziumoxide
/Kalk/, gewährleistet.
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Die Schmelze wird aus dem Ofen in eine Pfanne ab6egossen, dann abgewogen
und pro be 2 t Schmelze werden 350 kg schmelzflüssiges Ferrosilizium mit 75 Gew.%
Siliziumgehalt eingeführt.
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Danach werden in die Schmelze 200 kg Gemlsch;. bestehend aus Vanadinpentoxyd
und
Kalk, sowie 100 kg metallisches Abfallmaterial eingeführt.
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Als Ergebnis erhält man 535 kg Ferrovanadin, enthaltend 70 Gew.%
Vanadin und 0,015 Gew.% Kohlenstoff. Der Gehalt an Vanadinoxiden beträgt in der
Schlacke weninger als 1,0 Gew.%.
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Belsplel 2 Die Schmelze aus Vanadinoxiden mit Kalk wird aus dem Ofen
in eine Pfanne abgegossen.
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Pro je 2 t Schmelze aus Vanadinpentoxyd und Kalk wird 320 kg schmelzflüssiges
Ferrosilizium genommen. Es wird eine Legie rung mit 58 Gew.% Vanadixj und 0,02 Gew.%
Kohlenstoff sowie Schlacke ke mit 5 Gew.% Vanadinoxiden erhalten. Diese Schlacke
wird in einen anderen Ofen eingegossen, in dem Ferrosilizium geschmolzen worden
ist. Im Ofen wird Ferrosilizium, enthaltend 1 Gew.% Vanadin und Schlacke, mit weniger
als 0,3 Gew.% Vanadinoxiden erhalten. Das erhaltene Ferrosilizium wird zur Reduktion
von Vanadin bei der nächsten Schmelz e verwendet.
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Beispiel 3 Das Verfahren wird wie im Beispiel 1 beschrieben verwirklicht,
aber anstelle schmelzflüssigen Ferrosiliziums wird fetes zerkleinertes FerrosllXzlun
mit einer Stückgröße nicht über 50 mm genommen.
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Beispiel 4 Pro je 2 t Schmelze wlrd 400 kg Ferrosilizium, enthaltend
75 Gew.% Silizium genommen, es wurden 490 kg legierung, enthaltend
75
Gew.% Vanadin, und 4,2 Gew.% Silizium erhalten. Die Schlacke wird abgegossen und
dem Metall ein Gemisch, bestehend aus Vanadinpentoxyd und Kalk zugegeben. Als Ergebnis
der Wechselwirkung des Gemisches mit Metall senkt sich der Gehalt an Silizium auf
bis 1 Gew.%.
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Beispiel 5 Pro je 2 t Schmelze wird 300 kg Ferrosilizium in stückiger
Form mit einer Stückgröße bls 80 mm genommen. Es bilden sich Schlacke mit Gehalt
an Vanadinoxiden von 8 Gew.%, die zum Erschmelzen von Ferrovanadin in einem Elektroofen
nach silikothermischem Verfahren verwendet wlrd, und Ferrovanadin, enthaltend 57
Gew.% Vanadln und 0,01 Gew.% Kohlenstoff.
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Dom Einsatz können Stoffe, in denen Oxide anderer Metalle enthalten
sind, hinzugefügt werden, wenn es erforderlich ist, Legierungen, die außer Vanadin
auch Chrom, Mangan, Nickel, Wolfram, Mölibdän und Niob enthalten, zu erhalten.
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Außer den erwahnten Beispielen kann dem Erschmelzen ein Einsatz unterworfen
werden, der in der Schmelze einen Gehalt an Vanadinoxiden von 25 bls 35 Gew.% sicherstellt.
Dabei wird in die Schmelze das siliziumhaltige Reduktionsmittel in einer entsprechend
größeren Menge, als es im Beispiel 1 angegeben ist, ein geführt, falls in der Schmelze
über 30 Gew.% Vanadinoxide oder in einer geringeren Menge, falls in der Schmelze
unter 30 Gew.% Vanadinoxide erhalten werden müssen. Die Menge des Reduktlonsmittels
wird
gemäß Reaktion
im stöchiometrischen Verhältnis bereichnet.
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Der Nutzfaktor der Verwendung von Silizium als Reduktionsmittel beträgt
etwa 100%.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Reduktion von Vanadinoxiden
in der Schmelze so lange durch geführt, bis eine Schlacke, enthaltend von 1 bls
10 Gew.% Vanadinoxide gebildet wird, wonach die Schlacke in einen anderen Behälter
abgegossen und darin in dieser Schlacke die Reduktion von Vanadinoxidan weitergeführt
wird.
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Als Einsatz, in dem Vanadinoxide enthaltend sind, wird Konverter-Vanadin-Schlacke
verwendet, die zuvor mit Kohlen stoff bei einer Temperatur von 900 bls 100000 gebrannt
und aus der im Verlaufe des Schmelzvorganges Eisen entfernt worden ist.