DE394853C

DE394853C - Process for the production of stainless steel

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Publication number: DE394853C
Application number: DEH87683D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1920-12-04
Filing date: 1921-11-11
Publication date: 1924-05-12

Description

Verfahren zur Herstellung von rostfreiem Stahl. Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von rostfreiem Stahl und bezweckt, die Schwierigkeiten zu überwinden, welche bei der Erzeugung von Eisenlegierungen, die einen geringen Kohlenstoffgehalt aufweisen, auftreten. Es ist bekannt, Metalloxyde in Form von Erzen sowie auch Salze des Chroms, Wolframs, Nickels, Mangans usw. nach der aluminothermischen Methode mit reduzierenden Metallen, wie Aluminium oder Magnesium, zu mischen und mit dein geschmolzenen Metall, z. B. Eisen, durchzumischen. Das aluminothermische Gemisch wird dabei in fein vermahlenem Zustande hinzugefügt und vor der Einwirkung entzündet, wobei beträchtliche Wärmemengen entwickelt und das Metalloxyd reduziert wird, wonach sich das abgeschiedene Metall mit dem geschmolzenen Eisen legiert. Es ist ferner bekannt, zwecks Herstellung von verfeinerten Eisenchromlegierungen das rohe Chromeisen der Einwirkung des Windes in einem Konverter u. dgl. zu unterwerfen und mit der Schmelze vor oder nach dem Abstechen aus dem Konverter das aluminothermische Gemisch durchzumischen, welches z. B. eine Chromverbindung enthält, zu dem Zweck, eine bestimmte Menge desselben in die endgültige Legierung hineinzubrin-en. Diese bekannten Verfahren gehen notwendigerweise von einem leicht entzündlichen, d. h. fein -gepulverten aluminothermischen Gemisch aus, was die Kosten vergrößert und den Nachteil bringt, daß sich die Schlacke in der ganzen Masse der Schmelze bildet, welche das durch Reduktion ausgeschiedene Metall einhüllt und beim Aufschwimmen auf die Oberfläche mitreißt. Ein großer Teil der voluminösen Schlacke, welche auf diese Weise in ihrem spezifischen Gewicht infolge des eingeschlossenen Metalls schwerer geworden ist, bleibt jedoch in der Schmelze längere Zeit bestehen und wird beim Abstechen von der geschmolzenen Masse mitgerissen, so daß die Stichlöcher verstopft werden. Während diese bekannten Verfahren zu den sogenannten Einbadeerfahren zählen, d. h. solchen, bei welchen die Reduktion des Metalls und dessen Legierung mit der Hauptmasse der Schmelze in einem einzigen Arbeitsgang bewerkstelligt werden, gibt es bekanntlich noch Zweibadverfahren, d. h. solche, bei welchen das zu legierende Metall oder Metallegierung vorgängig, d. h. in einem getrennten Arbeitsgang hergestellt und dann in einem zweiten Arbeitsgang der Hauptmasse, z. B. dem Stahl, hinzugefügt wird. Dieses Zweibadverfahren gestattet allerdings eine sehr genaue Regelung der Menge und der Zusammensetzung des zu legierenden Metalls, ist aber offenbar umständlich und kostspielig.Process for the production of stainless steel. The invention relates focuses on a process for the production of stainless steel and aims to overcome the difficulties to overcome which in the production of iron alloys that have a low Have carbon content occur. It is known to use metal oxides in the form of Ores as well as salts of chromium, tungsten, nickel, manganese etc. after the aluminothermic Method of mixing and reducing metals such as aluminum or magnesium with your molten metal, e.g. B. iron to mix. The aluminothermic Mixture is added in a finely ground state and before the action ignites, developing considerable amounts of heat and reducing the metal oxide after which the deposited metal will alloy with the molten iron. It is also known for the production of refined iron-chromium alloys to subject the raw chrome iron to the action of the wind in a converter and the like and with the melt before or after tapping from the converter, the aluminothermic Mix the mixture, which z. B. contains a chromium compound for the purpose of to bring a certain amount of it into the final alloy. These known methods necessarily start from a highly flammable, i. H. finely powdered aluminothermic mixture, which increases the cost and has the disadvantage that the slag forms in the entire mass of the melt, which envelops the metal precipitated by reduction and when it floats carried away to the surface. Much of the voluminous slag that is on this way heavier in their specific weight due to the enclosed metal has become, however, remains in the melt for a long time and becomes with Parting carried away by the molten mass, so that the needle holes clogged will. While these known procedures are part of the so-called bathing experience, d. H. those in which the reduction of the metal and its alloy with the Main mass of the melt can be done in a single operation, there As is well known, it is still a two-bath process, d. H. those where the alloy to be alloyed Metal or metal alloy beforehand, d. H. produced in a separate operation and then in a second step the main mass, e.g. B. the steel added will. This two-bath process, however, allows very precise regulation of the lot and the composition of the metal to be alloyed, but is apparently cumbersome and expensive.

Das Verfahren gemäß vorliegender Erfindung gehört zu den Einbadverfahren, vermeidet jedoch die genannten Nachteile derselben und gestattet, damit die Vorteile der Zweibadmethode zu verbinden. Dies wird dadurch erreicht daß die Reduktion der Metalloxyde mit Hilfe des aluminothermischen Gemisches, welches zu diesem Zwecke von besonderer Beschaffenheit gewählt wird, nicht in der Masse des geschmolzenen Stahles usw., sondern abseits davon, und zwar in einer getrennten, auf dem Stahlbad schwimmenden Schicht vorgenommen wird, durch welche, da diese Schicht in leichtflüssigem Zustande erhalten wird, das reduzierte Metall, welches schwerer ist als diese Schicht, von selbst zu der darunter befindlichen Masse hindurchsickert und sich in reinem Zustande, gleichsam als wenn es nach der Zweibadmethode für sich erzeugt worden wäre, mit der letzteren legieren kann.The method according to the present invention belongs to the one-bath method, however, avoids the mentioned disadvantages of the same and thus allows the advantages the two-bath method. This is achieved by reducing the Metal oxides with the help of the aluminothermic mixture, which for this purpose of particular consistency is chosen, not in the bulk of the molten one Steel etc., but apart from it, in a separate one, on the steel bath floating layer is made through which, since this layer is in slightly liquid State is obtained, the reduced metal, which is heavier than this layer, seeps through by itself to the mass below and becomes pure Conditions as if it had been produced for itself according to the two-bath method would be able to alloy with the latter.

Die praktische Ausführung gestaltet sich derart, daß auf der Oberfläche der geschmolzenen Hauptmasse (Eisen, Stahl), nachdem die zuerst auf der Schmelze schwimmenden Schlacken entfernt worden sind, eine künstliche Schlackenschicht erzeugt wird, die annähernd das gleiche spezifische Gewicht wie das aluminothermische Reduktionsgemisch besitzt und auf welche dieses letztere aufgebracht wird, mit der Wirkung, daß sich die Reduktion getrennt von der Hauptmasse abspielt und die Bestandteile des Gemisches an der unmittelbaren Berührung mit dem geschmolzenen Eisen gehindert und inmitten der hocherhitzten Schlackenschicht in bekannter Weise unter Abscheidung des freien Metalls für sich ausgeschieden werden.The practical execution is such that on the surface the main molten mass (iron, steel) after which first on the melt floating slag has been removed, an artificial slag layer is created which has approximately the same specific weight as the aluminothermic reduction mixture and to which this latter is applied, with the effect that the reduction takes place separately from the main mass and the components of the mixture prevented from direct contact with the molten iron and in the midst of it the highly heated slag layer in a known manner with the deposition of the free Metal can be excreted by itself.

Von besonderer Wichtigkeit ist bei dieser Arbeitsmethode der Umstand, daß das Reduktionsgemisch, welches bekanntlich bei der exothermisch verlaufenden Reaktion sehr bedeutende Wärmemengen entwickelt, diese letzteren nicht, wie dies bei den bekannten aluminothermischen Verfahren der Fall ist, sofort auf die ganze Masse, d. h. auf die Stahlschmelze übertragen muß, sondern in erster Linie der künstlich erzeugten Schlackenschicht zuführt, wodurch diese in außerordentlich leichtflüssigem Zustande erhalten wird.Of particular importance with this working method is the fact that that the reduction mixture, which is known to occur in the exothermic Reaction develops very significant amounts of heat, the latter not like this is the case with the known aluminothermic process, immediately on the whole Mass, d. H. must be transferred to molten steel, but primarily artificially generated slag layer feeds, whereby these in extremely easy liquid Condition is preserved.

Die bei der Reduktion aus dem z. B. Aluminium enthaltenden Reduktionsgemisch entstehende Tonerdeschlacke besitzt ferner die Eigenschaft, die Leichtflüssigkeit der so künstlich hergestellten Schlackenschicht zu erhöhen, hat ferner ein geringeres spezifisches Gewicht als die letztere, schwimmt auf dieselbe hinauf und kann durch zusätzliche Wärmezuführung l in dauernd flüssigem Zustand erhalten werden, so daß die ganze Schlackenmasse einschließlich der schwer schmelzbaren Bestandteile, wie Magnesia in leichtflüssigem hocherhitzten Zustande gehalten werden kann und, ohne das reduzierende Metall am Durchtritt zu dem Eisenbade zu hindern, dauernd auf der Oberfläche gehalten und vor dem Vermischen mit dem letzteren gehindert wird. Auf diese Weise können die schädlichen Erzbestandteile in der Schlacke zurückgehalten werden, während sie selbst nicht nur als ein das Schmelzen des Erzes bzw. des Reduktionsgemisches bewirkendes Flußmittel, sondern auch als eine Schutzschicht für die Hauptmasse der Stahlschmelze in dem Falle dient, wenn das Schmelzen in einem elektrischen Ofen mittels Kohlenelektroden oder in einem Ofenherd mittels Heizgase erfolgt, wobei in ersterem Falle die Aufnahme von Kohlenstoff und im letzteren die Einwirkung des Kohlenoxyds verhindert wird.The reduction from the z. B. aluminum-containing reduction mixture The resulting alumina slag also has the property of being light liquid To increase the so artificially produced slag layer also has a smaller one specific gravity than the latter, floats up to the same and can through additional heat supply l can be obtained in a permanently liquid state, so that the whole slag mass including the difficult-to-melt components, such as Magnesia can be kept in a slightly liquid, highly heated condition and without to prevent the reducing metal from passing through to the iron bath, permanent on the Surface and is prevented from mixing with the latter. on this way the harmful ore constituents can be retained in the slag while they themselves are not just a smelting of the ore or the reduction mixture effecting flux, but also as a protective layer for the bulk of the Molten steel is used in the case when melting in an electric furnace takes place by means of carbon electrodes or in a furnace hearth by means of heating gases, wherein in the former case the absorption of carbon and in the latter the action of the Carbon oxide is prevented.

Zwecks praktischer Ausführung des Verfahrens wird die Hauptmasse »(Eisen, Stahl) z. B. in einem Elektroofen geschmolzen und die sich zuerst bildende Schlacke beseitigt, wonach die künstliche Schlacke auf der Oberfläche der Schmelze erzeugt wird. Sobald die letztere eine Temperatur erreicht hat, die in Zusammenwirkung mit den durch die exothermische Reaktion des Reduktionsgemisches frei gemachten Kalorien genügend ist. um die Reaktion einzuleiten, d. h. ohne das thermische Gemisch zum Entzünden zu bringen, die Bestandteile des Gemisches, vor allem das Erz zu schmelzen, wird das Gemisch auf die Schlackenschicht aufgebracht. Das bei der Reduktion der im Erz enthaltenen l1etalloxyde entstehende Metall scheidet sich durch i Eigengewicht von der geschmolzenen Schlacke ab und sinkt in das Eisenbad herab, während die übrigen Bestandteile des Erzes in der Schlackenschicht verbleiben. Auf diese Weise kann die Hauptmasse sowohl mit Chrom wie mit Wolfram, Nickel, Mangan usw. durch Einführung der betreffenden Metalloxyde usw. in die geschmolzene künstliche Schlackenschicht legiert werden.For the purpose of practical execution of the procedure, the main mass » (iron, steel) z. B. melted in an electric furnace and the first formed slag is eliminated, after which the artificial slag is generated on the surface of the melt. As soon as the latter has reached a temperature which, in conjunction with the calories set free by the exothermic reaction of the reduction mixture, is sufficient. in order to initiate the reaction, ie without igniting the thermal mixture, to melt the constituents of the mixture, especially the ore, the mixture is applied to the slag layer. The metal produced during the reduction of the metal oxides contained in the ore separates itself from the molten slag by its own weight and sinks into the iron bath, while the other constituents of the ore remain in the slag layer. In this way the bulk can be alloyed with both chromium and tungsten, nickel, manganese, etc. by introducing the relevant metal oxides, etc. into the molten artificial slag layer.

Beispielsweise wird das Verfahren in folgender Weise ausgeführt: Der Ofen wird mit io ooo kg Eisenspänen (welche im wesentlichen kohlenstofffrei oder auch schwach kohlenstoffhaltig sein können) und mit 8 bis io Prozent Kalkstein beschickt, wonach die Masse zum Schmelzen gebracht wird. Die sich zuerst bildende Schlacke wird vollständig entfernt, um Unreinigkeiten zu beseitigen, welche sonst in das Eisen zurückgelangen können. Das so gereinigte Schmelzbad wird mit einem Gemisch von 6oo kg Kalkstein, i8o kg Flußspat und i2o kg Eisenhammerschlag überdeckt. Es wird nun Wärme zugeführt, und zwar so lange, bis diese künstliche Schlackenschicht vollständig geschmolzen ist, worauf, sobald die zur Reduktion erforderliche Temperatur erreicht ist, die Schlackenschicht allmählich mit einem Gemisch von q.500 kg Chromeisenstein (grobgemahlen und kaIziniert) mit r Zoo kg Aluminium (von grobkörniger Beschaffenheit) versetzt wird. Es tritt nun inmitten der Schlackenschicht als eines Reaktionsmediums und Trägers die Reaktion zwischen dem Metalloxyd und dem Reduktionsmittel ein, welche so viel Wärme entwickelt, daß innerhalb weniger Minuten nach dem Zusatz des ganzen Reduktionsgemisches die vollständige Reduktion des Metalloxydes beendigt ist und das reduzierte Metall aus der leichtflüssigen Schlackenschicht in das Eisenbad herabsinkt. Sobald gegen Ende des Reduktionsvorganges die Schlackenschicht beginnt, zähe zu werden, ist es erforderlich, noch eine zusätzliche Wärme zuzuführen, um die Schlacke noch weiter genügend flüssig zu halten und auch um die ganze Masse zwecks Verfeinerung der Legierung kurze Zeit zu erhitzen. nie Erhitzung kann elektrisch oder auch durch Heizgase in einem Ofenherd erfolgen, jedoch ist es vorteilhaft, für die Herstellung von z. B. rostfreiem Stahl die Verwendung von Kohlenstoff für die Herstellung des Schmelzherdes zu vermeiden. Zwecks zusätzlicher Wärmezuführung verwendet man mit Vorteil derart angeordnete Kohlenelektroden, daß sie der Schlackenschicht genähert werden können, so daß ein elektrischer Bogen gebildet und dadurch aufrechterhalten werden kann, daß die genannteFor example, the method is carried out in the following way: The Furnace is filled with 10000 kg of iron filings (which are essentially carbon-free or can also have a low carbon content) and loaded with 8 to 10 percent limestone, after which the mass is melted. The slag that forms first is completely removed to remove impurities that would otherwise be in the Iron can get back. The melt pool cleaned in this way is mixed with a mixture of 600 kg of limestone, 180 kg of fluorspar and 120 kg of hammer blow covered. It is now supplied with heat, until this artificial layer of slag is completely melted, whereupon as soon as the temperature required for reduction is reached, the slag layer gradually with a mixture of q.500 kg chrome iron stone (coarsely ground and calcined) with r Zoo kg aluminum (of a coarse-grained consistency) is moved. It now occurs amid the slag layer as a reaction medium and carrier initiates the reaction between the metal oxide and the reducing agent, which so much heat developed that within a few minutes of adding the whole thing Reduction mixture, the complete reduction of the metal oxide is complete and the reduced metal sinks from the lightly flowing slag layer into the iron bath. As soon as the slag layer begins towards the end of the reduction process, it becomes viscous it is necessary to add additional heat to the slag to keep still enough liquid and also to the whole mass for the purpose of refinement to heat the alloy for a short time. It can never be heated electrically or through Heating gases are made in a furnace hearth, however, it is advantageous for the preparation from Z. B. stainless steel the use of carbon for the manufacture of the Avoid melting centers. For the purpose of additional heat supply one uses with Advantage of such arranged carbon electrodes that they come closer to the slag layer can be so that an electric arc is formed and thereby maintained can be that said

Claims

PATENT CLAIMS: r. Process for the production of stainless steel by means of a mixture of metal oxides etc. with reducing agents such as aluminum etc., characterized in that on the surface of the molten steel etc. an artificial, light-flowing slag layer is produced, on which the reduction mixture is applied, of this type , that the latter is protected from direct contact with the molten steel and is only converted in the known `` '' ice in the middle of the highly heated slag layer, with the free metal being separated, which then sinks into the molten steel.

2. The method according to claim r, characterized in that the production of the artificial slag layer according to Removal of the slag formed first takes place.

3. The method according to claim r and 2 using the electric furnace, characterized in that the artificial Slag layer formed from materials that conduct heat and electricity well becomes, and that against earth of the reduction process the electrodes of the toughened ones Slag layer approached and the latter with stirring by the electric arc is additionally heated. Slag layer as a good conductor of electricity and heat works. If the chrome iron stone does not contain the required amount of manganese, it can Magan ore can be added to the mixture.