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Verfahren zum Erzeugen von kohlenstoffarmem, mit Chrom oder lWangan
legiertem Eisen oder Stahl Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Erzeugung
von koh lenstoffarmen, mit Chrom oder Mangan legiertem Eisen oder Stahl, bei denen
das Eisen ganz oder teilweise aus Eisenoxyd o. dgl. reduziert wird und die Legierungsbestandteile
in der Form von reichen Chrom- oder Manganlegierungen zugesetzt werden. Unter Eisenoxyd
soll nicht nur reines Fee 03 verstanden weiden, sondern jedes Eisenoxyd einschließlich
der Eisenerze o. dgl.
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Die Erfindung wird hauptsächlich gekennzeichnet durch den Zusatz von
Chrom- oder Manganlegierungen im Überschuß, wobei dieser Überschuß als Reduktionsmittel
für das Eisenoxyd und nach seiner Oxydation zur Bildung einer erheblichen Menge
einer Schlacke dient, die reich an Chrom- oder Manganoxyd ist, und die eine Frischung
unter Oxydation des Kohlenstoffs bewirkt.
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Die Verwendung sowohl von Chromerz als auch von Eisenoxyd zum Frischen
von Ferrochrom ist seit langem bekannt. Bei der Erfindung wird zwar dieser bekannte
Frischvorgang verwendet; die Neuheit des Verfahrens liegt aber nicht in diesem Vorgang
an sich, sondern in der gleichzeitigen Benutzung von Chrom bzw. Mangan als Legierungs-
und Reduktionsmittel unter solchen Bedingungen, daß hierbei oxydiertes Chrom bzw.
Mangan die Bildung einer zur Frischung der neugebildeten Legierung in bezug auf
den Kohlenstoffgehalt dienenden Schlacke bewirkt.
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Bei Zuführung von Chrom bzw. Mangan als Legierungsmetall zu einem
Eisen- oder Stahlbad muß man, wie bekannt, im allgemeinen einen Überschuß an Legierungsmetall
verwenden, weil ein Teil des Metalls leicht durch Oxydation verlorengeht. Bei den
bisherigen Verfahren hat man immer versucht, diesen Verlust so klein wie möglich
zu halten. Eine chromoxydreiche Schlacke ist bei derartigen Verfahren nicht gebildet
worden. Das oxydierte Chrom ist infolgedessen als Verlust zu betrachten. Die Zusammensetzung
und Temperatur der Schlacke ist auch im übrigen nicht so abgepaßt worden, daß eine
nennenswerte Frischung stattfinden konnte. Man hat deswegen immer damit rechnen
müssen, daß sich der mit dem Zusatzmetall zugeführte Gesamtkohlenstoffgehalt in
dem legierten Eisen oder Stahl wiederfindet.
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Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird dagegen absichtlich eine
erhebliche Oxydation des Chroms bzw. des Mangans herbeigeführt. Dieser Oxydationsvorgang
wird nach der Erfindung ausgenutzt zur Gewinnung der Gesamtmenge oder eines wesentlichen
Teils des Eisengehalts des legierten Eisens oder Stahls durch Reduktion von
Eisenoxyd
sowie auch zur Bildung einer Schlacke, die eine Frischwirkung auf das legierte Eisen
oder Stahl bezüglich des Kohlenstoffs ausübt. Da die Bildungswärme des Chromoxyds
erheblich größer ist als die für die zu reduzierende Eisenoxydmenge erforderliche
Wirme, wird durch die Reaktion .eine beträchtliche Wärmemenge dem Prozeß zugeführt.
Die gebildete Schlacke erhält einen hohen Gehalt an Cr2 03 bzw. Mn 03 und da dieser
Cr2 03-Gehalt durch Oxydation von Chrom anstatt wie bei den bekannten Verfahren
zur Frischung von Ferrochrom durch Zugabe von Chromerz erhalten worden ist, erreicht
man bei dem neuen Verfahren den Vorteil, daß die Zusammensetzung der Schlacke sich
viel leichter dein Frischvorgang anpassen läßt als bei den bekannten Verfahren,
bei dem zusammen mit dem Chromoxyd des Erzes immer ein erheblicher Anteil an Gangartbestandteilen
zugeführt wird. Nach der Erfindung hat man es in der Hand, den Chromoxydgehalt der
Schlacke weit über den Chromgehalt der Chromerze zu steigern. Das oxydierte Chrom
kann also gemäß der Erfindung als ein Erzeugnis zurückgewonnen werden, das sogar
wertvoller ist als das handelsübliche Chromerz.
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Wegen der Frischwirkung der Schlacke kann man bei dem neuen Verfahren
die erheblich billigeren Ferrochrom- und Ferromanganlegierungen mit hohem Kohlenstoffgehalt
auch in den Fällen, in denen ein kohlenstoffarmes Eisen oder Stahl hergestellt werden
soll, verwenden.
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Durch Auswahl eines Rohguts mit geringem Gehalt an anderen schlackenbildenden
Bestandteilen wird das Verfahren vorzugsweise in der Weise geregelt, daß die Schlacke
einen so hohen Anteil an Chrom- oder Manganoxyden enthält, daß -sie einen sehr wertvollen
Rohstoff zur Erzeugung hochwertiger Chrom- oder Manganlegierungen bildet. Das verwendete
Eisenoxyd, Eisenerz o. dgl. soll deshalb ziemlich reich an Oxyden des Eisens, dagegen
arm an Kieselsäure sein. Mit Vorteil können aufbereitete Erzkonzentrate verwendet
-werden, und diese können vor der Verwendung durch Sintern oder Brikettieren in
bekannter Weise in Stückform gebracht werden. Auch die Chrom- oder Manganlegierung
soll vorzugsweise arm an Silizium sein. Wenn das Rohgut besonders sorgfältig ausgewählt
wird, kann durch Verwendung von im Überschuß zugefügten Chrom- oder Manganlegierungen,
als einzigem Reduktionsmittel in diesem Verfahren, eine Schlacke erzeugt werden,
die nur einen geringen Prozentsatz an Mesel@äure, dagegen einen selbst 9o% übersteigenden
Gesamtanteil an Oxyden des Eisens, des Chroms oder des Mangans enthält, und die
demgemäß ein erheblich wertvolleres Rohgut bildet als die zur Zeit handelsüblichen
Chrom- oder Manganerze. Selbst wenn man in der Regel mit geringeren Prozentsätzen
dieser Oxyde in der Schlacke zufrieden ist, soll die Zusammensetzung der Beschickung
vorzugsweise noch so gewählt werden, daß die Schlacke nicht geringere Anteile an
Chrom- oder Manganoxyden enthält als die handelsüblichen Chrom- und Manganerze,
daß also der Chrom- oder Mangangehalt in der Schlacke 3o bis 5o% oder mehr beträgt.
Wenn die Reduktion nur durch Chrom oder Mangan bewirkt wird, soll die Kieselsäure
in der Schlacke vorzugsweise nicht --,o% übersteigen. In manchen Fällen wird zur
Erzielung eines geringen Schwefelgehaltes in dem Eisen oder Stahl der Zusatz von
kalkhaltigen Stoffen notwendig sein. Die Menge dieses Zusatzes soll. aber auf die
für den beschriebenen Zweck notwendige Höhe begrenzt sein.
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Da die bei dem Verfahren erzeugte Schlacke regelmäßig einen hohen
Anteil von Oxyden des Chroms oder Mangans enthält, ist es möglich, eine Reaktion
zwischen diesen Oxyden und den Karbiden entsprechender Metalle dadurch hervorzurufen,
daß man die Temperatur der gebildeten Schlacke so hoch hält, daß eine entkohlende
Wirkung stattfindet. Demgemäß kann nach dem neuen Verfahren ein kohlearmes Erzeugnis
erzielt werden, selbst dann, wenn Chrom- oder Manganlegierungen mit einem hohen
Kohlenstoffgehalt verwendet werden, z. B. 6 bis io% Kohlenstoff. Wenn eine besonders
weitgehende Entkoh Jung gewünscht wird, soll die das legierte Eisen. oder Stahl
überdeckende Schlacke nach der Reduktion und vor dem Abstechen hoch überhitzt werden,
weil hierdurch der Frischvorgang erleichtert wird.
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Um das Frischen zu erleichtern, können Zumischungen in der Beschickung
vorhanden sein, die den Schmelzpunkt der Schlacke erhöhen, z. B. eine größere oder
geringere Menge von Magnesiumoxyd enthaltendem Stoff.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann ein Teil des Eisenoxyds
mittels besonders zugesetzten kohlenstoffhaltigen Gut, beispielsweise Holzkohle,
Koks, .Anthrazit, reduziert werden; derartige Stoffe werden dann gemeinsam mit dem
chrom- oder manganhaltigen Reduktionsmittel verwendet. Auch ein Teil des Eisens
kann in metallischer Form zugefügt werden, beispielsweise geschmolzen oder in Form
von Spänen.
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Wenn chromoxydhaltige Eisenerze in dem Verfahren verwendet werden,
wird ihr Chromgehalt als Bestandteil der Schlacke erhalten und kann deshalb nutzbar
gemacht werden. Andere Legierungsbestandteile als
Chrom oder Mangan
können ebenfalls zugesetzt werden. Man kann beispielsweise Nickel zusetzen, indem
.man es entweder in metallischem Zustand oder als Oxyd zuführt, das während des
Verfahrens reduziert wird.
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Das neue Verfahren kann entweder in den üblichen elektrischen Stahlöfen
oder auch in elektrischen Reduktionsöfen ausgeführt werden, wie sie bei der Erzeugung
von Eisenlegierungen durch Reduktion von Oxyden, Karbiden o. dgl. verwendet werden.
Die Ofensohle muß dann aus anderem Stoff bestehen als Kohlenstoff, beispielsweise
aus Magnesit oder Chromit, und muß vorzugsweise von unten gut mittels Luft gekühlt
werden.
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Die Beschickung wird vorteilhaft chargenweise niedergeschmolzen, sie
wird hierbei entweder auf einmal nach dem Abstechen oder nach und nach in kleineren
Mengen zugeführt. Die Bestandteile der Beschickung können entweder vollständig oder
teilweise in fein verteiltem Zustand innig gemischt und zu Briketten o. dgl. geformt
werden. Die hochprozentige Chrom- oder Manganlegierung kann auch in geschmolzenem
Zustand beispielsweise unmittelbar aus dem Ofen zugeführt werden, in dem sie hergestellt
wurde.
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Nach dem neuen Verfahren können kohlenstoffarme Eisen- und Stahllegierungen
mit einem hohen Anteil anderer Metalle mit Vorteil erzeugt werden, beispielsweise
mit 2o bis 3o% oder mehr Chrom, Nickel-Chromstahl, rostfreies Eisen oder Stahl mit
ungefähr io bis i 5 % Chrom und auch Legierungen, die nur wenige Prozente Chrom
enthalten. Das gleiche gilt für Manganlegierungen.
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Ausführungsbeispiel: Zusammensetzung der Beschickung bei der Erzeugung
von Chromstahl mit ungefähr i 5 % Cr.
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Brikette, enthaltend i 15o kg Eisenerzkonzentrat, 40o kg Ferrochrorn,
i2o kg Holzkohle und Bindemittel, Holzkohle in Stücken 15o kg.
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Das Verhältnis zwischen der zu oxydierenden Menge an Chrom oder Mangan
und der Menge, die mit dem Eisen oder Stahl legiert wird, kann in weiten Grenzen
verändert werden. Die oxydierte Menge Chrom oder Mangan soll aber in der Regel einen
erheblichen Teil, beispielsweise ein Drittel oder mehr, der Gesamtmenge des zugeführten
Chroms oder Mangans betragen, so daß eine für die Frischung hinreichende Menge von
Chrom- oder Manganschlacke gebildet wird.
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Unter reichen Chrom- oder Manganlegierungen sind hier Legierungen
mit einem erheblich höheren Anteil an Chrom oder Mangan zu verstehen, als in dem
erzeugten legierten Eisen oder Stahl enthalten ist. So können die handelsüblichen
Ferrochromlegierungen mit ungefähr 6o bis 70% Chrom und Ferro-Mangan-Legierungen
mit 8o% Mangan verwendet werden. Es können aber in vielen Fällen höhere Prozentsätze
an Eisen verwendet werden als gewöhnlich in solchen handelsüblichen Legierungen
enthalten sind.