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Verfahren zur Erzeugung von Stahl oder Flußeisen im' Martinofen aus
schwefel-und phosphorreichem Einsatz. Das im nachstehenden beschriebene Martinschtnelzverfahren,
mit welchem auch. schwefel-und phosphorreiches Roh- und. Alteisen zu vorzüglichem,
reinen Flußeisen bzw. zu Stahlsorten aller Härte- und Dehnungsgrade aufgearbeitet
-,werden können, und das die Möglichkeit bietet, gegebenenfalls an Roheisen und
Ferromangan bedeutend zu sparen, setzt sich aus einer Reihe von an sich bekannten
Maßnahmen zusammen, die aber in ihrer ganz bestimmten, erfindungsgemäßen Reihenfolge
und Anwendungsart eine fortschrittliche Wirkung erzielen. Nur durch strenge Einhaltung
der unten angeführten Einsatzmethode gelingt es, eine- genügende Entphosphorung
und Entschwefelung sowie eine besonders wirksame Aufkohlung des Einsatzes ohne Vorbehandlung
des Einsatzes und ohne Unterbrechung des Verfahrens im Ofen" selbst durchzuführen,
was mit den bisher bekannt gewordenen Verfahren nicht möglich ist.
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Während ein höherer Phosphorgehalt des Einsatzes dem basischen Martinverfahren
keine besonderen Schwierigkeiten bietet, weil durch entsprechenden Kalkzusatz eine
stark basische, entphosphorend wirkende Schlacke gebildet werden kann, versagen
bei gleichzeitig vorhandenem größeren Schwefelgehalt, wie er z. B. im Gegensatz
zu den aus schwedischen Erzen gewonnenen Roheisen bei dem aus steirischen Erzen
erzielten Rohstoff vorkommt, die üblichen Einschmelzverfahren zur Entfernung der
schädlichen Bestanfdteile aus der geschmolzenen; Metallmasse vollständig, und man
m,uß dann zu kostspieligen und zeitraubenden Vorbehandlungen des Einsatzeisens greifen.
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Insbesondere wichtig für die Erreichung sicherer und zweckmäßiger
Entschwefelung und Entphosphorung ist, daß bei Beginn des Einsetzens eine roheisensparende
Graphit-oder Kohlenstofflage mit eingebracht und dadurch der Schwefelgehalt des
Einsatzes herabgedrückt wird, und daß ferner nach Erzie-Iung des .gewünschten, Minimalgehaltes
an Phosphor und Schwefel die Aufkohlung des Einsatzes nach nötigenfalls erfolgtem
Schlakkenabstich im Ofen selbst derart erfolgt, daß das kohlenstoffliefernde Mittel
entweder mittels gegen Schmelzung und Zündrückschläge gesicherter Düsenrohre bei
beiläufig zwei Atmosphären Druck in Gasform eingeblasen oder in fester Form in beschwerten
Holzkästen in das Bad eingesenkt wird. Dadurch daß nach der üblichen Bedeckung des
Ofengrundes mit Kalksteinen eine Lage Graphit als gutes Reduktions- und Kohlungsmittel
eingesetzt wird, kann der erforderliche Roheiseneinsatz, der nicht selten hohen
Schwefelgehalt aufweist, vermindert und infolgedessen der Schwefelgehalt des Gesamteinsatzes
verringert werden. In einer in vielen Fällen sehr vorteilhaften Roheisenersparnis
ist aber nicht der Hauptzweck des ersten Kohlenstoffeinsatzes zu erblicken; dieselbe
kann sogar z. B. dann gar nicht erwünscht sein, wenn Roheisen von höherem Mn- und
Si-Gehalt zur Verfügung steht, weil bekanntlich die Entschwefe-
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an einen bestimmten Mn- und Si-Gehalt des Einsatzes gebunden ist. Es empfiehlt sich,
den Einsatz derart zu wählen, daß im vollen Einsatz etwa z Prozent Ferromangan und
0,5 Prozent Silizium enthalten sind, was eben durch entsprechende Beimischung
von mangan- und silizi.umreichem Roh- oder Spiegeleisen leicht zu erzielen ist.
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Die dem vorliegenden Verfahren eigentümliche Kohlungsweise, welche
im Gegensatz zu anderen roheisensparenden Verfahren im Ofen erst nach Erlangung
reinen Flußeisens durchgeführt wird, überwindet die sonst auftretenden Schwierigkeiten
und stellt sich als äußerst einfach und raschwirkend dar.
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Bei der zumeist üblichen Verwendung von festen Kohlungsmitteln in
der Pfanne erfolgt eine unvollständige Aufnahme des KohlenL-stoffes, weshalb selten
der gewünschte, bestimmte Härtegrad erreicht werden kann.. Zudem findet während
des Gießens noch immer eine Verbrennung und Gasentwickhing statt, so d.aß der Stahl
selten ganz porenfrei wird.. Bei jenen bekannten Methoden, wo zur Vermeidung dieser
Übelstände im Ofen selbst mit festem kohlenstoffreichen Stoff gekohlt wird, erweisen
sich die üblichen Kolilungsklötze als zu leicht, schwimmen infolgedessen ganz oder
doch zum Teil in der Schlackenschicht und werden daher vom Metallbade nur unvollkommen
aufgezehrt. Verwendet man um dem zu steuern, nach einem Vorschlage, mit Kohlenpulver
vermengte Stahlpakete, so benötigt man zur Aufkohlung eines größeren Stahlbades,
eine so große Menge davon, da.ß das Stahlbad derart abgekühlt wird, daß eine Wiedererhitzung
desselben auf die Gießtemperatur nötig wird., wobei der eingebrachte Kohlenstoff
wieder verloren geht. .
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Allen Anforderungen entsprechen dagegen die Kohlungskisten oder -klötze
nach vorliegender Erfindung auf einfache Weise dadurch, daß sie aus bekannter Kohlungsmasse
bestehend, auf der Oberseite einen Hohlraum oder eine Ausnehmung zur Aufnahme von
Belastungsmitteln aufweisen. Nach der. rasch erlolgten Verflüssigung der Belastungsstücke
bleibt die geschmolzene Masse derselben in der von ihr eingenommenen Mulde im Kohhingsklotz
zurück und fließt nicht ab, wodurch die Belastung eine gleichmäßige bis zum Durchbruch
durch die schon zum größten Teil aufgezehrte Stampfmasse bleibt, so daß sich die
Kohlung rascher vollzieht und die Ausnutzung des Kohlungsmittels eine vollständigere
ist, indem bloß geringe Rückstände bleiben. Auf, welche Art die Formgebung und Festigung
-der Kohlun-smasse erfolgt, ist nicht von Wesenheit. So kann dieselbe in hölzerne,
das Beschwerungseisen enthaltende Kästen eingestampft und samt diesen in das Bad
eingesenkt werden oder die Kohlungsklötze werden in gußeisernen Formen unter Luftabschluß
gebrannt. Die noch einfachere Kohlung mittels kohlenstoffreicher Gase, Flüssigkeiten
oder Dämpfe unterscheidet sich ebenfalls vorteilhaft von den zuweilen angewendeten
Kohlungen, bei denen Kohlenstaub oder Azetylengas in das Schmelzbad geblasen werden,
indem sie einfacher und ungefährlich ist. Die Kohlenwasserstoffe (Leuchtgas, Generatorengas
o. dgl.) Petroleum oder Öl können direkt einer zum Ofen führenden Leitung entnommen
und mittels schamotteumkleideter und mit Zündrückschlagsicherung versehener Düsenrohre
in das Flußeisenbad entweder für sich oder gemengt mit die Verbrennung verlangsamender
und das Bad günstig beeinflussender Kohlensäure eingeblasen werden.
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Der Vorgang beim Einsetzen und Einschmelzen ist beispielsweise der
folgende: r. Auf der Herdsohle- des Martinofens wird eine Kalksteinschicht, etwa
8o kg pro Tonne °Einsatz, ausgebreitet und gut erhitzt. Dieser unterste Kalksteinzusatz
bezweckt, dlaß nach erfolgter Aufschmelzung, der Kalk die darüber befindliche Schmelzmasse
durchdringen muß und hierbei wirkungsvoll zur Ausnutzung gelangt.
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z. Darauf kommt gute, schwefelreine Kohle in Form von Graphit, Holzkohle,
Steinkohle oder Anthrazit, wovon ro kg beiläufig >-oo kg Roheisen zu ersetzen vermögen,
so daß das Roheisenerfordernis geringer wird, was neben den Ersparungsrücksichten
auch den Vorteil mit sich bringt, daß die schädlichen Einsatzbestandteile, die hauptsächlich
durch das Roheisen eingeführt werden, von vornherein eine -Verminderung erfahren.
Der Kohlenstoffzusatz wirkt zudem reduzierend auf die während des Schmelzens entstehenden
Oxyde, so daß auch der Abbrand dadurch kleiner wird. Graphit eignet sich zu diesem
Zwecke am besten, indem er sehr langsam verbrennt. Um ein vorzeitiges Verbrennen
zu vermeiden, wird die Kohlenschicht rasch mit gebranntem Kalk zugedeckt.
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3. Möglichst rasch wird hierauf eine Lage Alteisenklein- oder Metallspäne
eingebracht, um den Graphit noch besser zu verdecken. Dann wird der Ofen ausgiebig
erhitzt.
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Nun wird das Roheisen eingeworfen. und neuerdings gut erhitzt.
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5. Hierauf wird der Rest des Metalleinsatzes eingebracht, und zwar
in Gestalt von Stahlabfällen, Eisenabfällen oder Alteisen, darauf wieder, so wie
nach jeder der vorangegangenen Teileinsätze, der Ofen erhitzt, wodurch ein rascheres
Aufschmelzen der Charge erzielt wind: Die Mengenverhältnisse zwischen Roheisen und
Alteisen o. dgl.
richten sich nach gewünschtem Gesamtkohlenstoffgehalt
des metallischen Einsatzes.
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6. Alles wird mit reinem, gebrannten Kalk oder auch mit Kalkstein
zugedeckt, wozu ungefähr 15 kg für die Tonne Einsatzerforderlich sind. Diese Bedeckung
hat den Zweck, während des Schmelzens die Aufnahme von Schwefel aus der Ofenflamme
zu verhindern, da die Verwandschaft des freien Eisens und des Eisenoxydes zum Schwefel
viel größer ist als jene des Kalkes.
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Nach dem hiermit beendigten Einsetzen wird, wie bei gewöhnlichen Einsätzen,
das Schmelzen vervollständigt, nachdem vorerst noch je nach Bedarf ein Flugmittel,
z. B. .gebrannte Lehmziegel oder gut gebrannter Lehm, zugesetzt worden ist. Die
Schlacke soll nicht dickbreiig, aber auch nicht zu dünnflüssig sein. Das genannte
Flugmittel hat den Vorteil, daß es die Schlacke neutral gestaltet, wodurch die Ofenwände
nicht so stark angegriffen werden, wie bei Verwendung anderer Flugmittel.
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B. Nach Aufschmelzen des Einsatzes kommt auch der Graphit noch teilweise
zur Wirkung, indem er, noch nicht vollständig verbrannt, sich unter der Schlackendecke
ausbreitet und reduzierend auf die in der Schlacke enthaltenen Oxyde einwirkt; wodurch,
sowie durch den Zusatz des Flugmittels, die Schlacke für Schwefel aufnahmsfähiger
wird und daher bald nach dem Aufschmelzen zu etwa zwei Drittel ihrer Masse mit eigens
dazu hergestellten Holzkrücken in ein vor die Ofentüre gebrachtes Gefäß abgezogen
werden kann.
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9> Behufs Bildung einer neuen Schlacke wird reiner Kalk, 16 kg für
die Tonne Einsatz oder zerkleinerter Kalkstein, 30 kg für die Tonne Einsatz
zugesetzt. Die gebildete, zweite Schlacke ist rein basischer Natur und dalher für
Phosphor aufnahmsfähiger, wie die erste. Sie bewirkt infolgedessen die Entphosphorung
des Bades, welche, bei Eintritt Ales Rotbruches vollzogen ist. Gleichzeitig wird
mit dieser zweiten Schlacke dem Bade wieder ein Teil des Schwefels entzogen, wodurch
eine Rückphosphorung bei der folgenden Kohlung desselben nicht eintritt. Der Einsatz
soll mit beiläufig o,2 bis 0,3 Prozent C einschmelzen.
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i o. Unter der Decke dieser zweiten Schlacke wird das Bad bis zu Spuren
beginnenden Rotbruches gekocht, worauf der z@Veite Schlackenabzug erfolgt.
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i i. Danach wird mit der Aufkohlunig begonnen, indem man Spiegeleisen
und graues Roheisen in Mengen von beiläufig je 17 kg für die Tonne Einsatz zusetzt.
Während diese Kohtungsmittel für die Herstellung von .Flugeisen genügen; wird für
die Stahlbereitung die Kohlung in wirksamster Weise durch direkte Einführung von
Kohlenstoff in das Badinnere vervollständigt, was mit Hilfe einer der nachstehenden
Methoden bewirkt wird.
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a. Einsenkung von Kohlungskästen. Aus Abfallbrettern werden flache,
prismatische oder nach oben hin verengte, ungefähr i m lange, 1-/Z m breite und
'/4 m hohe, offene Kisten hergestellt, auf deren Grund: Roheisenplatten gelegt werden,
die auf irgendeine Weise, etwa mit Draht am Boden befestigt oder auch dadurch: festgehalten
werden, daß quer über die Roheisenplatten Flacheisen gelegt werden, :die durch an
die Längsseiten der Kisten.innenwand genagelte Holzleisten niedergehalten sind.
Hierauf werden die gebildeten Hobelräume sowie der darüber befindliche leere Kistenraum,
bis zum Rande mit Ko:hlungsmasse ausgestampft, die man sich vorzugsweise auf folgende
Weise bereitet: ein gepulvertes Gemisch von % Graphit und 3/4 Holzkohle, Koks, Anthrazit,
Petrolkoks oder Retortenkohle wird gut durcheinander gemengt, hierauf mit heißem,
reinem Teer als Bindemittel übergossen und auf einer heißen Eisenplatte abermals
durcheinander gemengt. An Stelle eines Deckels genügt es, Randleisten aufzunageln,
welche die Masse beim darauffolgenden Wenden der Kästen um 18o° am Herausfallen
hindern. Die gewendeten, also mit der offenen Seite nach unten :gekehrten Kästen
werden vorsichtig, um ein Kippen zu vermeiden, auf die Badoberfläche gelegt. Infolge
der Eisenbeschwerung sinken sie in das Bad ein und bringen die Kohlungsmasse durch
die Schlackendecke, hindurch sofort in das Metallbad, wodurch eine sehr rasche Aufkohlung
erfolgt. Nach Verbrennung der Holzumhüllung ist der Kohlu.ngsklotz schon so fest
gebrannt, daß er nicht mehr auseinanderfällt und vom Stahlbade langsam aufgezehrt
wird.
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Diese Kohlungskästen bieten einen vollwertigen und wohlfeilen Ersatz
für die bekannten Karburitstöckel, wie solche insbesondere in den Elektroöfen benutzt
werden; ihre Nutzwirkung beträgt etwa 40 Prozent an Kohlenstoff. Vorteilhaft ist
es, sich Kästen: mit einem Gewichte von 4o bis 6o kg anzufertigen und davon immer
einen Vorrat zu halten.
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b. Einblasen von kohlenstoffreichen Flüssigkeiten oder Gasen in das
Bad.
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Mittels durch die Herdtür eingeführter, in mehrere; verschieden gerichtete
Düsen endigender Metallrohre, welche mit Schamotte
ummantelt sind
und durch biegsame Schläuche an die Ö1- oder Gasbehälter angeschlossen sind, wird
Petroleum oder Öl vorgewärmt oder in Gasform oder auch von Schwefel gereinigtes
Generatorgas unter einemDruck von beiläufig a Atmosphären in das Bad eingeblasen,
wodurch der gewünschte Kohlenstoffgehalt erreicht wird. Durch Einschaltung eiries
Drahtgitters in das Düsenrohr sind Zündrückschläge in die Zuleitung zu vermeiden.
Beim Herausziehen des Rohres aus dem Ofen ist darauf zu achten, daß das Absperrmittel
für die Zuströmung erst dann geschlossen wird, wenn die Düsen das Stahllbad verlassen:
haben, da sonst ein Verschweißen der Ausströmäffnungen eintritt. Die Kohlung muß
um o,:2 bis 0,3 Prozent höher erfolgen, als dem gewünschten Fertigerzeugnis
entspricht, weil infolge der Kohlung und des Auftragens der dritten Schlacke das
Bad stark abkühlt und gasig wird und infolgedessen Zeit gewonnen werden muß, um
das Bad zu beruhigen und dasselbe durch die Oxydierung der überschüssigen, o,2 bis
0,3 Prozent C wieder auf die nötige Gußtemperatur zu bringen. Durch den Zusatz
von Spiegelsind grauem Roheisen erzielt man starke Erhitzung, also neuerliche Aufkochung
des Bades, wodurch die Aufnahme von Kohlenstoff beschleunigt und gleichzeitig nochmals
Schwefel ausgeschieden wird.
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Die genannten Kohlungsarten im Ofen sind der in üblicher Weise hauptsächlich
in der Pfanne erfolgenden Kohlung vorzuziehen, weil dadurch eine besssere Qualität
und ein fehlerfreies Erzeugnis gewonnen wird.
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i2. Gleichzeitig mit Beginn -der Kohlung muß behufs Bildung der dritten
Schlacke gebranriter Kalk im Gewichte von beiläufig 16 kg für die Tonne Einsatz
aufgetragen werden, Diese dritte Schlack le hat Aden Zweck, um dem Bade den durch
die Kohlungsmittel eingebrachten Schwefel- und Phosphorgehalt wieder zu entziehen.
Ist der Einsatz bis zur gewünschten Temperatur bzw. Härte heruntergekocht, dann
kann er abgestochen werden.
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Still nicht, wie im oben beschriebenen Falle, Stall, sondern Mußeisen
erzeugt werden, dann wird, wie bereits erwähnt, bloß mit Spiegeleisen und Roheisen
gekohlt, der Kalk für die dritte Schlacke eingesetzt, bis zu Spuren von Rotbruch
heruntergekocht und abge-:=tochen.
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13. Zur Desoxydation wind vor Abstich in bekannter Weise rotwarmes
Ferromangan und Ferrosilizium in die Pfanne eingetragen, wodurch an Manganzusatz
gespart, eine raschere Lösung erzielt und der Stahl nicht abgekühlt wird.
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Das voranstehende Ausführungsbeispiel des Verfahrens bezieht sich
auf minderwertigen Einsatz und auf Roheisen, das sonst für tlen,Martinprozeß ungeeignet
wäre. Bei Verarbeitung reineren Gutes kann das geschiiderte Verfahren abbekürzt
werden, indem die Schlackenabzüge zum Teil oder ganz in Wegfall kommen. Überblick
über .die Ersparnisse an Roheisen. bei 18 t Einsatz.
| Roheisen- Roheisenein- |
| einsatz beim Satz bei Ver- Ersparnis gearbeitet |
| üblichen di- wendung des an Roh- auf Härte |
| rekten Ver- Kohlungsver- eisen |
| fahren fahrens |
| kg kg kg ° C |
| ix ooo 4500 6500 1,20 |
| 9 ooo 4500 4 500 0,5o bis 0,7o |
| 6 00o 4500 r500 0,o7 bis o, io |
Bei Einsätzen über o,50 Prozent C wird fast gar kein Mn gebraucht, weil die Einsätze
schon durch das Aufkohlen frei von Oxyd, Schwefel und Phosphor geworden sind; selbst
bei allerschlechtestem Einsatz gelangt man noch zu einem Gehalt an Schwefel unter
o,o4o und an Phosphor unter 0,015; bei Verwendung von .gewöhnlichen Roheisensorten
(Alpinroheisen) erreicht man einen Schwefelgehalt unter 0,03o bis 0,024 und einen
Phosphorgehalt unter o,oio, nur muß guter reiner Kalkstein und ebensolcher gebrannter
Kalk zum Einsatz verwendet werden.