DE407249C - Verfahren, einem Metall oder einer Legierung Waerme zuzufuehren - Google Patents

Description

• Verfahren, einem Metall oder einer Legierung Wärme zuzuführen. Die "Erfindung, die ein Verfahren betrifft, einem von geschmolzener Schlacke bedeckten, vorzugsweise in geschmolzenem Zustand befindlichen Metall (womit nicht nur reine Metalle, sondern auch Nietallegierungen gemeint sind) Wärme zuzuführen, beruht auf folgender Beobachtung: Wenn in einem Gefäß, beispielsweise einem Ofenraum, ein Bad von geschmolzener Schlacke vorhanden ist, in das das eine Ende einer Stange aus Metall, beispielsweise Eisen, hineingesteckt wird, und wenn ein hinreichend starker elektrischer Strom von der Spitze der in das Schlackenbad hineingesteckten Stange in das Schlackenbad übergeht, so schmilzt die Metallstange an der Spitze ab und das dadurch gebildete geschmolzene Metall sinkt, wenn das spezifische Gewicht desselben das spezifische Gewicht der geschmolzenen Schlacke übersteigt, durch da: Schlakkenbad zum Böden des Gefäßes hinab. Die Temperatur des so erhaltenen geschmolzenen Metalls liegt nun merkwürdigerweise wesentlich über dem Schmelzpunkt desselben. Ls hat sich z. B. möglich erwiesen, diese; geschmolzene Metall se> überhitzt zu erhalten. daß es nunmehr pro Geicichtseinheit eine mehr als doppelt so große Warmemengr enthält al# bei seinem Schmelzpunkt.
• Diese Erscheinung wird nach den. vorlicgenden Verfahren ausgenutzt, uni einem \ (.j:l Schlacke bedeckten, vorzugsweise in geschmolzenem Zustand befindlichen Metall "'ärn:e zuzuführen. 11tan bedeckt hierbei das gegebenenfalls in geschmolzenem Zustand befindliche Metall, welchem man Wärme zuzuführen wünscht, mit einem Schlackenbad von geeigneter Dicke, steckt in dieses Schlackenbad einen Teil eines zweckentsprechend geformten Körpers, beispielsweise das eine Ende einer Stange, bestehend aus einem Metall, dessen spezifisches Gewicht höher ist als das des Schlackenbades und dessen Sclunelzpunkt die Temperatur des unter dem Schlakkenbade befindlichen Metalls nicht allzusehr untersteigt (eine Stange von demselben Metall wie dasjenige, dem man Wärme zuzuführen wünscht, erfüllt natürlich diese Bedingungen), und bewirkt in der--einen oder andern bekannten Weise (beispielsweise dadurch, daß inan den in das Schlackenbad hineingesteckten Körper und das Schlackenbad tnlt je einem Pol eines Transformators, der elektrischen Strom von für den einzelnen fall geeigneter Spannung und Stärke liefern kann, in elektrisch leitende Verbindungsetzt ), daß ein hinreichend kräftiger eiektrischer Strom zwischen dem in das Schlakkenbad hineinge;tecktcn Metallkörper und dem Schlackenbad hindurchgeht. Hierbei wird der in das Schlackenbad hineingesteckte Teil de, 'Metallkörper: abgeschmolzen und das geschmolzene Metall sinkt in überhitztem Zustand durch die Schlacke zu dem unter der Schlacke befindlichen -Metall hinab und gibt, während es sich gegebenenfalls mit demselben legiert, Wärme an dasselbe ab. Dadurch, daß man allmählich in dein -Maße, als der Metallkörper abschmilzt. ihn in die Schlacke «-eiter einführt, kann man natürlich; so lange wie es wünschenswert ist, dem unter der Schlacke befindlichen -Metall Wärme zuführen.
• Eine besondere Ausführungsform des Verfahrens ist folgende: -Man führt allmählich dem Schlackenbade gleichzeitig mit der Zufuhr (oder abwechselnd mit der Zufuhr) von elektrischer Energie das Metall, welchem ntan --lärme zuzuführen wünscht, in fester oder flüssiger Form zu. Das zugeführte Metall sinkt durch die Schlacke hindurch und kommt in Berührung mit dem hier befindlichen, von dem stromzuführenden Metallkörper herstammenden überhitzten Metall und nimmt Wärme auf. Durch Regelung des Verhältnisses zwischen der -Metallmenge, die von dem stromzuführenden Metallkörper zugeführt wird, und der Metallmenge, die in anderer Weise zugeführt wird, kann man bewirken, daß diese letztere, wenn sie in fester Form zugeführt wird. schmilzt und sich mit dem übe ihitzten, von dem stromzuführenden Metallkörper herstammenden Metall legiert. a Der Wert der Erfindung dürfte hinreichend deutlich klargelegt werden durch die nachfolgende Beschreibung der Anwendung auf ehe Darstellung von chromreichem Eisen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt mit beispielsweise etwa 1.1 Prozent Chrom und mit weniger als o,o5 Prozent Kohlenstoff.
• In diesem Fall wird in einen an einen Einphasentransformator von geeigneter Größe angeschlossenen elektrischen Ofen mit züier einzigen beweglichen Elektrode, beispielsweise einen Ofen von G i r o d, aus einem anderen Ofen, beispielsweise einem Martinofen, i5oo kg geschmolzenes, 0,03 Pro-%ent Kohlenstoff enthaltendes und iin übrigen. von nennenswerten -Mengen von Verunreinigungen freies Eisen eingeführt. An der Oberfläche dieses Eisenbades wird ein Schlackenbad von geeigneter Dicke und Zusammensetzung beispielsweise dadurch erzeugt, daß mit Hilfe von elektrischer Energie, zugeführt durch die Kohleelektrode des Ofens, eine geeignete -Menge einer -Mischung von Kalk:, Quarz und Chromerz eingeschmolzen wird. Die Schlacke soll zweckmäßig in diesem Fall chronioxydlialtig sein, um eine Oxydation des Chroms des Stahlbades zu verhindern. Nachdem das Schlackenbad hergestellt ist, wird die Kohleelektrode des Ofens gegen einen runden Stab von weichem Eisen von geeigneter Länge mit beispielsweise 2o crr Durchmesser und mit einem Kohlen@tofT#o;ehalt von o.o5 Prozent ausgetauscht, worauf das freie Ende dieses Stabes in das Schlakkenbad hinuntergeführt wird. Wenn der Transformator des Ofens Strom unter einer Spannunix von 6o Volt liefert, wird cler Eisenstab so tief hinuntergeführt, ciaß die Stromstiirke ungefähr to ooo Ampere wird, entsprechend einer Belastung von etwa 500 kW. Das in die Schlacke hineingesteckte Ende des Eisentabes beginnt alsbald abzuschmelzen und die Schmelzung erfolgt unter den vorstehend angegebenen -Verhältnissen mit einer Geschwindigkeit- von ungefähr 21 = cm in der Minute, falls die Belastung des Ofens durch-allmähliche Einführung des Eisenstabes ungefähr konstant erhalten wird. Das von dem Ei_eastab abgeschmolzene Eisen wird außerordentlich stark überhitzt und erhöht, wenn es sich mit dem Eisenbade legiert, die Temperatur des Eisenbades. In den Ofen wird, gleichzeitig mit der Einschmelzung des Eisenstabes, allmählich in kleine Stricke zerschlagenes kaltes Ferrochrom mit 65 Prozent Chrom und 0,07 Kohlenstoff hineingeworfen. Diese Chromlegierung sinkt durch das Schlackenbad in das Eisenbad hinunter; nimmt von 'da Wärme auf, schmilzt und legiert sich mit dem Eisenbade. Nachdem 55o kg Chromlegierung allmählich während ungefähr einer Zeit von i',' Stunden zugeführt worden sind, ist das Bad fertig und die Stromzufuhr wird abgebrochen,-worauf der Ofeninhalt in bekannter --'eise für weitere Behandlung abgezapft wird. Aus dem Ofen erhält man dann etwa 21'. t Legierung mit etwa 14. Prozent Chrom und unter 0,05 Prozent Kohlenstoff. Der Energieverbrauch pro Kilogramm eingeschmolzenes und überhitztes -fetall wird, abgesehen von der Energie, die für die Herstellung der Schlacke verbraucht worden ist, ungefähr o,6 Kilowattstunden betragen. Würde man dagegen versuchen, die in Rede stehende Legierung durch Zuführung von Wärme durch die Kohleelektrode des Ofens unter gleichzeitiger Zufuhr einer geeigneten -Menge Ferrochrom herzustellen, so wäre der Energieverbrauch beträchtlich höher geworden, während . man außerdem nicht hätte vermeiden können, daß das Bad aus den Ofengasen Kohlenstoff , aufgenominen hätte. -' Natürlich besteht kein Hindernis, den stromzuführenden -Metallstab aus demselben Metall, das dem Grundmetall zugeführt wird, beispielswei.,e aus kohlenstoffartnein Verrochrom, herzustellen.
• Auch kann die Erfindung bei der Herstellung von Legierungen, z. f;. l.cgierungen von Kupfer und Zink, Ame,endttn@ finden. Hierbei wird eine geschmolzene Schlacke, deren S<:-linielzpunkt niedriger liegt als der Siedepunkt des Zinkes, z. B. eine Schlacke aus C'lilörmagnesium, gegebenenfalls mit Chlornatrium gemischt in einem Schmelztiegel hergestellt. In diese Schlacke werden die Enden von zwei (oder mehreren) Kupferstangen eingetaucht, deren andere Enden mit je einem Pol eifter geeigneten Stromquell--, z. B. eines Transformators, der Wechselstrom von mäßiger Spannung und Stärke abgeben kann, in Verbindung stehen. Der Strom fließt zwischen den in die Schlacke eintauchenden Spitzen oder Enden der genannten Stangen oder Elektroden. Durch Anpassung der Stromstärke kann die Absclunelzung der Kupferstangen, geregelt werden, so daß eine geeignete Menge pro Zeiteinheit abgeschmolzen wird. Das abgeschmolzene Kupfer sinkt durch die Schlacke rum Boden des Tiegels hinab. Gleichzeitig wird dem Tiegel allmählich Zink in Form von Stücken zugeführt, das ebenfalls durch die Schlacke hinabsinkt, durch Berührung mit dem _geschmolzenen Kupfer Wärme aufnimmt und sich mit dem Kupfer legiert. Durch Anpassung der zugeführten Menge des Zinkes pro Zeiteinheit kann man bewirken, daß die von dem Kupfer mitgeführte Wärme genau ausreicht, um das Zink zu schmelzen, ohne daß irgendeine Überhitzung des Zinkes stattfindet. Man kann somit in dieser Weise Legierungen von beliebiger Zusammensetzung herstellen, ohne daß praktisch genommen Zink vergast wird. Wenn eine geeignete Menge der Legierung im Tiegel gebildet worden ist, wird der Tiegel entleert, worauf das Verfahren wiederholt werden kann. Anstatt reines Zink zu verwenden, kann auch 'eine Zinklegierung zugeführt werden.
• Die Vorteile des Verfahrens bestehen darin, daß das Verfahren ohne nennenswerte Verluste an Metall und mit einem äußerst niedrigen Energieverbrauch arbeitet und daß sehr einfache Vorrichtungen erforderlich sind.
• In ähnlicher Weise können 'selbstverständlich andere Legierungen hergestellt «-erden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren, einem in einem Ofenraum oder Behälter befindlichen, mit geschmolzener Schlacke bedeckten Metall oder einer Legierung Wärme unter Benutzung von elektrischem Strom zuzuführen, z. B. zwecks Schmelzens eines Metalles oder einer Legierung oder Herstellung einer Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß ein - stromleitender Körper oder eine Elektrode aus Metall oder einer Legierung von größerem spezifischen Gewicht als. die Schlacke in das Schlackenbad so tief eingesteckt gehalten wird, daß bei geeignetes Spannungsunterschied zwischen dem Metallkörper und der Schlacke ein elektrischer Strom von geeigneter Stärke von dem genannten Körper zum Schlackenbad selbst übergeht und dabei eine LTberhitzu,ng des von dem Körper durch Einwirkung der von dem Strom erzeugten «'arme abgeschmolzenem #letalls (oder Legierung) bewirkt, das dann durch das Schlackenbad hinabsinkt und «-'arme an das darunter befindliche Metall oder die Legierung überführt und .gegebenenfalls sich mit dem genannten Metall oder der Legierung legiert. -. "erfahren nach Anspruch i, dadurch gekenuzeictinet, daß der stromzuführende Metallkörper aus demselben Metall besteht wie das Metall, das von dem Schlackenbade bedeckt ist. ;. Verfahren nach Ansprüchen i und a, dadurch gekennzeichnet, daß das von der Schlackenbedeckte Metall aus Eisen besteht, während das bei dem Prozeß vorzugsweise in fester Fonn zugeführte Metall aus kolilenstoffarmeni Ferrochrom und der stromzuführende Metallkörper aus Eisen oder kohlenstoffarniem Ferrochrom besteht. .l. Verfahren nach Anspruch t zur Herstellung von Legierungen, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig Stücke eines Metalls (oder einer Legierung), das einen anderen Bestandteil der herzustellenden Legierung bilden soll, denn Tiegel in geeigneter Weise zugeführt werden, so daß diese Metallstücke durch die Schlacke hinabsinken, Wärme von dem von den Elektroden abgeschmolzenen Metall aufnehmen und sich mit diesem Metall legieren. j. Verfahren nach Anspruch .l, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden oder Metallstangen aus Kupfer und die dem Tiegel zugeführten Metallstücke aus Zink oder Zinklegierung bestehen.