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Verfahren zur Herstellung von Eisenchromlegierungen. Die vorliegende
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisenchromlegierungen, z. B.
rostfreiem Stahl, aus kieselsäurehaltigen Chromeisenerzen mittels aluminothermischer
Reaktionen in der Weise, daß auf der Oberfläche des geschmolzenen Stahls usw. eine
künstliche, leichtflüssige Schlackenschicht erzeugt wird, auf welche das Reduktionsgemisch
aufgebracht wird, derart, daß das letztere vor der unmittelbaren Berührung mit der
Stahlschmelze geschützt und erst inmitten der hocherhitzten Schlackenschicht in
bekannter Weise unter Abscheidung des freien Metalles, welches dann in die Stahlschmelze
herabsinkt, umgesetzt wird. Es hat sich nun herausgestellt, daß bei der Anwendung
dieses Verfahrens auf kieselsäurehaltige Erze und Verwendung der zur Reduktion von
Eisenoxyd und Chromoxyd theoretisch erforderlichen Aluminiummengen die Redaktion,
d. h. die Einwirkung des Aluminiums, nicht steuerbar ist und nicht auf Eisenoxyd
und Chromoxyd beschränkt bleibt, sondern daß dabei auch wesentliche Teile der vorhandenen
Kieselsäure angegriffen und reduziert werden. Die Folge davon ist, daß einerseits
entsprechend weniger Chromoxyd reduziert wird und andererseits die in nicht steuerbarer
Weise erzeugte Siliciummenge in den geschmolzenen Stahl eindringt und die günstige
Beschaffenheit der Legierung beeinträchtigt. Die Erfindung beseitigt diese Schwierigkeiten
in der Weise, daß nicht unbestimmte Mengen von Silicium infolge der Unmöglichkeit,
die aluminothermische Reaktion zu steuern, hergestellt werden, sondern daß man von
vornherein sämtliche vorhandene Kieselsäure durch Zugabe eines berechneten Aluminiumüberschusses
reduziert, das Silicium jedoch dazu verwendet, eine nützliche Arbeit zu leisten
und- seinerseits Metalloxyde zu reduzieren. Man erzielt somit den Vorteil, daß sämtliche
Kieselsäure reduziert wird, was ausschließt, daß nichtreduziertes Chromoxyd oder
Eisenoxyd verbleibt, und kann den Verlauf der Reaktion rQgeln. In der Tat verläuft
die Reaktion mit Aluminium allein zu stürmisch. Würde man die ganze Aluminiummenge
der künstlichen Schlacke hinzufügen, so würde diese Schlackenschicht nicht in der
erforderlichen, ruhigen Verfassung bleiben, welche zum günstigen Ablauf der Reaktion
erforderlich ist, bei welcher das reduzierte Metall frei durch die Schlackenschicht
zu dem darunter befindlichen Metallbad hindurchfallen muß. Nimmt man dagegen die
stürmische Reduktion mitAluminium abseits von der Schlackenschicht vor, reduziert
damit aus dem kneselsäurehaltigen Erz noch Silicium, so kann
dieses
Siliciutn, Wenn das Gemisch nunmehr in die Schlackenschicht hineingebracht wird,
als ein ruhig wirkendes Reduktionsmittel in der Schlackenschicht die weite Reduktion
mit der erforderlichen Gelassenheit bewirken. Mit anderen Worten, es wird durch
diesen als Umweg erscheinenden Vorgang das schnellwirkende Aluminium zum Teil durch
das langsam wirkende Silicium vertreten.
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Es ist zwar bekannt, bei der Hochofenverhüttung siliciumreiches Chromeisen
zu erzeugen und dieses letztere siliciumfrei dadurch zu machen, daß man das Chromeisen
mit überschüssigem Chromoxyd behandelt. Der Zweck dieser Behandlung ist jedoch bei
dem in bezug auf Temperatur und Zeitdauer ganz anderen Reaktionsverlauf im Hochofen
nicht der der Erfindung, ein schnellwirkendes Reduktionsmittel durch ein langsames
zu ersetzen.
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Erfindungsgemäß wird also das Reduktionsmittel, z. B. Aluminium, in
einer Menge verwendet, welche die zur Reduktion der Metalloxyde im Erz benötigte
Menge übertrifft. Ferner -wird nicht die gesamte Menge des zu reduzierenden Chromerzes
mit dem Reduktionsmittel vermischt, sondern nur ein bestimmter, vorzugsweise ein
größerer Teil desselben, während die übriggebliebene Chromerzmenge getrennt von
dem thermi-_ schen Gemisch zur Oxydierung des zunächst reduzierten Siliciums verwendet
wird.
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Zu diesem Zweck wird auf der Oberfläche eines Metallbades, z. B. einer
Eisen- oder Siahlschmelze, eine künstliche Schlacke erzeugt, welche vorzugsweise
kalk- und kieselsäurehaltig ist, und dieser Schlacke wird die genannte, übrige Chromerzmenge
hinzugefügt, bevor oder nachdem diese Schlackenschicht in eine leichtflüssige Beschaffenheit
gebracht wurde, und hierauf wird zu dieser chromerzhaltigen Schlackenschicht das
thermische Gemisch hinzugegeben, Beispielsweise werden 8o Prozent der Chromer zmenge
finit dem Aluminium und 2o Prozent mit der Schlacke vermischt. Dieses Verhältnis
wechselt jedoch je nach Art der Chromerze. Die Aluminiummenge wird derart gewählt,
claß sie genügt, um sämtliche Metalloxyde und die Kieselsäure zu reduzieren, aus
dem Teil des Erzes, der mit dem Aluminium vermischt ist, während diejenige. Menge
des Chromerzes, welche der künstlichen Schlacke zugegeben wird und nicht mit Aluminium
versetzt wird, derart bemessen werden soll, daß sie das Silicium aufnehmen kann,
das durch Reduktion der in dem thermischen Gemisch enthaltenen Kieselsäure gebildet
wird. Die aus der Kieselsäure des thermischen Gemisches stammende Siliciummenge
wird dabei zur Reduktion des in der künstlieheh Schlacke enthaltenen Chromoxyds
usw. verbraucht.
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Das Verfahren wird vorzugsweise in einem elektrischen Ofen ausgeführt.
Der Ofen wird zunächst mit dem betreffenden Metall, z. B. Eisen oder Stahl, beschickt,
das darin zum Schmelzen gebracht wird, wobei die in erster Linie gebildete Schlackenschicht
entfernt wird. Auch kann der Ofen von vornherein mit einem bereits geschmolzenen
Metall beschickt werden. Die Zusammensetzung des Metalles richtet sich nach dem
Prozentgehalt an Kohlenstoff, welcher in der Legierung vorhanden sein soll. Wie
im Patent 394853 angegeben, ist es auf diese Weise möglich, eine Legierung
herzustellen, welche im wesentlichen o, i Prozent Kohlenstoff enthält, und zwar
weil ungeachtet der Verwendung der Kohlenelektroden im Ofen die Schlackenschicht,
während sie den Durchgang des reduzierten Eisens und Chromszum Eisenbade gestattet,
die Metallschmelze vor Verunreinigung durch die Elektroden schützt.
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Beispielsweise gestaltet sich die Ausführung des Verfahrens in folgender
Weise: Der Ofen wird mit reiner Tonne geschmolzenen Eisens beschickt und darauf
eine künstliche Schlackenschicht aus 86o kg Kalk, 43o kg Flußspat und io7o kg Chromerz
gebildet, welch letzteres io Prozent Kieselsäure enthält. Andererseits werden
3800 kg desselben Chromerzes und 143o kg Aluminium innig vermischt und auf
die leichtflüssige Schlaclenscbicht gebracht Enthält das Chromerz z. B. 48 bis 52
Prozent Chromoxyd, so weist die fertige Legierung einen Gehalt von 12 bis z4 Prozent
Chrom auf.
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Es ist selbstverständlich, daß man das thermische Gemisch mit anderen
Metallen als Aluminium bereiten kann, vorausgesetzt, daß das verwendete Reduktionsmittel
die im Erz vorhandene Kieselsäuremenge in wesentlichem Maße reduzieren kann. Anstatt
das Reduktionsmittel und einen Teil des Chromerzes miteinander innig zu vermischen,
ist es ferner in einigen Fällen vorteilhaft, das Reduktionsmittel einerseits und
den Teil des Chromerzes andererseits in beliebiger Reihenfolge der Metallschmelze
getrennt hinzuzufügen. In den meisten Fällen empfiehlt es sich jedoch, eine innige
Mischung der beiden Bestandteile anzuwenden. Obwohl in den meisten Fällen ein und
dasselbe Erz sowohl zum Vermischen mit dem Reduktionsmittel wie zum Hinzufügen zu
der künstlichen Schlacke verwendet werden soll, ist es manchmal vorteilhaft, zwei
verschiedene Erze für diese beiden Gemische zu verwenden, da es nicht notwendig
ist, daß das zu der Schlacke hinzugefügte Erz den gleichen Prozentsatz
an
Kieselsäure enthält wie das mit dein Aluminium vermischte, und in vielen Fällen
ist es empfehlenswert, das Chromerz für das Vermischen mit der Schlackenschicht
kiesels *iurefrei zti wählen.