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Verfahren zur Herstellung kohlenstoffarmer Eisen-Chrom-Legierungen
mit verhältnismäßig hohem Chromgehalt Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
nicht rostender, kohlenstoffarmer Eisen-Chrom-Legierungen mit verhältnismäßig hohem
Chromgehalt und besteht darin, daß in ein Eisenbad Eisenoxyd, beispielsweise als
Eisenerz oder in ähnlicher Form, und eine verhältnismäßig kohlenstoffreiche Chrom-Eisen-Legierung
derart eingetragen werden, daß eine chromreiche Schlacke und ein chromhaltiges,
kohlenstoffarmes Eisenbad von geringerem Chromgehalt, als im Enderzeugnis gewünscht
wird, entsteht, worauf dieses Bad durch Zusatz eines Reduktionsmittels, wie Ferrosilicium,
zusammen mit Kalk zur Schlacke auf .den im Enderzeugnis gewünschten Gehalt an Chrom
angereichert wird.
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Es ist bekannt, zur Herstellung kohlenstoffarmer Eisen-Chrom-Legierungen
eine der leicht herstellbaren, kohlenstoffreichen Eisen-Chrom-Legierungen zu frischen
und dem gefrischten Bade kohlenstoffaxine Eisen-Chrom-Legierungen oder andere, metallisches
Chrom liefernde, aber kohlenstoffarme Erzeugnisse zuzusetzen, um auf diese Weise
eine Eisen-Chrom-Legierung mit verhältnismäßig hohem Chromgehalt zu erhalten. Die
bei diesem bekannten Verfahren anfallenden, chromreichen Schlacken werden abgezogen
und gesondert aufgearbeitet. Dieses bekannte Verfahren besitzt zwei wesentliche
Nachteile. Einmal sind die Chromverluste verhältnismäßig hoch und andererseits muß
man teure und schwer herstellbare, kohlenstoffarme Chromlegierungen als Zusatz zur
gefrischten Schmelze verwenden, um eine Eisen-Chrom-Legierung mit gewünschtem hohen
Chromgehalt zu erhalten. Diese Nachteile werden durch das Verfahren gemäß der Erfindung
beseitigt, bei dem die Chromverluste nur gering sind und wohlfeile kohlenstoffreiche
Eisen - Chrom - Legierungen verwendet werden können. Es gelingt nämlich beim Arbeiten
gemäß der Erfindung, Eisen-Chrom-L egierungen mit weniger als o, 12 % Kohlenstoff
und mehr als 12 % Chrom unter Verwendung kohlenstoffreicher Eisen-Chrom-Legierungen
mit beispielsweise q. bis 6% Kohlenstoff und 66 bis 70% Chrom bei verhältnismäßig
geringen Chromverlusten herzustellen.
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Das neue Verfahren besteht aus zwei verschiedenen und getrennten Arbeitsstufen.
In der ersten Arbeitsstufe wird die kohlenstoffreiche Eisen-Chrom-Legierung der
Schmelze unter solchen Bedingungen zugesetzt, daß einerseits Kohlenstoff durch Oxydation
@entfernt wird und andererseits das Chrom der angewendeten
Ferro-Chrom-Legierung
zum Teil in das Schmelzbad und zum Teil in die Schlacke gelangt. Die zweite Arbeitsstufe
des Verfahrens wird im gleichen Ofen ohne Entfernung der Schlacke ausgeführt und
besteht in einer Reduktion des in der Schlacke vorhandenen Chromoxydes zu Chrom,
das in die Schmelze geht. Die Entfernung des Kohlenstoffs ,aus der Schmelze erfolgt
ausschließlich in der ersten Arbeitsstufe und ist beendet, bevor die Reduktionsbehandlung
beginnt. Wenn das Verfahren am Ende der ersten Arbeitsstufe unterbrochen wird, erhält
man eine kohlenstoffarme Eisen-Chrom-Legierung; von dem in die Schmelze eingebrachten
Chrom sind etwa 5o% in die Schlacke gegangen. Aber abgesehen von diesem Chromverlust
ist es unmöglich, in einer Arbeitsstufe allein Erzeugnisse mit genügend hohem Chromgehalt,
z. B. r2% oder mehr, und genügend kleinem Kohlenstoffgehalt, z. B. o,12% oder weniger,
zu erhalten, wie sie vom Handel gefordert werden.
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Erst durch die zweite Arbeitsstufe gelingt es, derartige Erzeugnisse
zu erhalten und gleichzeitig den Chromverlust so herabzusetzen, daß das Verfahren
in wirtschaftlicher Weise durchgeführt werden kann.
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Die gemäß der Erfindung erhaltenen Erzeugnisse sind fest und blasenfrei,
selbst dann, wenn ihr Siliciumgehalt o,04% oder weniger beträgt. In dieser *Beziehung
unterscheiden sich die gemäß der Erfindung hergestellten Erzeugnisse deutlich von
allen andern nicht rostenden Chrom-Eisen-Legierungen, unabhängig von der Art ihrer
Herstellung, bei der die Entgasung des Endproduktes zur Erzielung blasenfreier Gußteile
stets große Schwierigkeiten bereitete. Die gemäß der Erfindung hergestellten Erzeugnisse
besitzen einen Kohlenstoffgehalt zwischen o;07 und o,17 % Kohlenstoff und einen
Chromgehalt zwischen 12 bis 180;o Chrom, wie er für hochwertige, rostfreie Eisen-Chrom-Legierungen
gefordert wird. Beispiel Zweckmäßig kohlenstoffarmer Stahlabfall wird in einem elektrischen
Ofen in Abwesenheit von nicht metallischen oder schlackebildenden Zusätzen beliebiger
Art heruntergeschmolzen. Auf der entstehenden Schmelze schwimmt eine leichte Schlacke,
die von der Oxydation der Charge herrührt, deren Menge jedoch gewöhnlich nicht ausreicht,
um die Oberfläche der Schmelze zu bedecken. Wenn die Schmelze eine verhältnismäßig
hohe Temperatur von ungefähr 18oo° C erreicht hat, wird Ei;senoxy d, beispielsweise
Eisenerz, zweck= mäßig mit geringem Kieselsäuregehalt, oder Walzschuppen in verhältnismäßig
großen, vom zu erzielenden Chromgehalt der gewünschten Legierung abhängigen Mengen
zugesetzt. Zur Herstellung eines Erzeugnisses mit 16,5 bis i 8 0,'o Chrom werden
beispielsweise 625 bis 780 kg Walzschuppen auf rooo kg des chargierten Stahlabfalles
verwendet. Das zugesetzte Eisenoxyd schmilzt leicht unter Bildung einer flüssigen
Schlacke und setzt den Kohlenstoffgehalt der Stahlschmelze wesentlich herab. Dann
wird vorsichtig eine kohlenstoffreiche Eisen-Chrom-Legierung mit etwa 4 bis 60;o
Kohlenstoff, zweckmäßig in Brockenform, allmählich oder absatzweise in die Schmelze
eingetragen. Zur Herstellung einer Legierung mit 17 0jo Chrom und o, r 0,'o Kohlenstoff
aus kohlenstoffreichem Ferrochrom mit 66% Chrom und 5,9% Kohlenstoff werden insgesamt
ungefähr 525 kg Ferrochrom auf rooo kg des chargierten Stahlabfalles zugesetzt.
Die Elektroden werden beim Zusetzen des Ferrochroms und während des stattfindenden
heftigen Brodelns angehoben, um eine zu starke Zerstörung der Elektroden und eine
Verunreinigung d°r Schmelze durch Kohlenstoff aus den Elektroden zu verhindern.
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Wenn die letzten M engenFerro-Chrom-Legierung zugesetzt sind, besitzt
die Schmelze einen Kohlenstoffgehalt, der dem gewünschten Endprodukt entspricht;
zweckmäßig arbeitet man jedoch so, daß dieser Kohlenstoffgehalt noch o,or bis o,o2%
niedriger ist als das zulässige Maximum. Gelegentlich fällt der Kohlenstoffgehalt
während der folgenden zweiten Arbeitsstufe, d. h. während der Reduktion der Schlacke,
noch um o,olo/o. Darauf kann man sich jedoch mit Sicherheit nicht verlassen.
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Die Schlacke, die ursprünglich aus geschmolzenem Erz oder Eisenschuppen
bestand, enthält nach Beendigung der ersten Arbeitsstufe Chromoxyd und Kieselsäure
als wesentlichste Bestandteile neben dem Eisenoxyd. Sie besteht gewöhnlich aus 5
bis 2o% Kieselsäure, o bis i5 % Calciumoxyd, 3 bis 15 % Aluminiumoxyd, 1 bis
3010 Manganoxyd, o bis 5% Magnesiumoxyd und 45 bis 8o% Eisen-und Chromoxyd
gemeinsam..
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Die zweite Arbeitsstufe wird mit einerhocherhitzten, 6,5 bis r 1,
5 % Chrom und nicht mehr als o, r % Kohlenstoff enthaltenden Schmelze begonnen,
über der eine Chromoxyd und Eisenoxyd als wesentliche Bestandteile enthaltende Schlacke
liegt. Dieser Schmelze werden gebrannter Kalk und gepulvertes Eisensilicium in beliebiger
Weise zugesetzt. Es empfiehlt sich, zunächst Kalk zuzusetzen, der auf der Oberfläche
des Bades verteilt wird. Dann wird allmählich ein Gemisch von Kalk und gepulvertem
Eisensilicium zugesetzt, und zwar zweckmäßig um die Elektroden herum oder unter
ihnen. Das gepulwerte
Eisensilicium reduziert das Eisen- und Chromoxyd
der Schlacke unter Bildung von Kieselsäure, das vom Kalk gebunden wird. Die zu Beginn
der Arbeitsstufe infolge ihres hohen Eisen- und Chromoxydgehalts schwarze oder dunkelbraune
Schlacke wird langsam basisch und nimmt eine hellere Farbe an. Das Verhältnis des
Kalks zum 5o%igenEisensilicium, bei dem die besten Ergebnisse erzielt werden, liegt
zwischen 1,5 und 3. Die Menge des angewendeten gebrannten "Kalks entspricht ungefähr
185 bis 38o kg auf i ooo kg herzustellende Legierung.
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Bei Beendigung der zweiten Arbeitsstufe soll die Schlacke zweckmäßig
nicht mehr als 20,`o Chromoxyd und 2% Eisenoxyd enthalten. Wenn die Reduktion nicht
richtig durchgeführt wird, sind jedoch diese Prozentsätze höher. Die Menge an Chromoxyd
in der Schlacke entspricht dem Gesamtverlust an Chrom. Gegen Ende dieser zweiten
Arbeitsstufe muß das Metallbad siliciumarm sein; es enthält gewöhnlich nicht mehr
als o,o4 bis o,o5a'o Silicium.
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Wenn ein Erzeugnis hergestellt werden soll, bei dem der Chromgehalt
innerhalb ganz bestimmter enger Grenzen liegt, ist es häufig notwendig, den Chromgehalt
der Metallschmelze um i °'o oder weniger zu erhöhen, was durch Zusatz geringer Mengen
kohlenstoffarmerFerro-Chrom-Legierungen, oder,falls der Chromgehalt herabgesetzt
werden soll, in gleicher Weise durch Zusatz von kohlenstoffarmem Stahl oder Flußeisen
erfolgt.
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Sobald die zweite Arbeitsstufe vollendet ist und die Schmelze die
erforderliche Zusammensetzung und Temperatur besitzt, wird das flüssige Metall in
ein Gießgefäß abgezogen, in dem gegebenenfalls Silicium- und Manganzusätze in Form
von Ferrosilicium und kohlenstoffarmem Ferromangan gemacht werden können. Das zu
gießende Metall wird dann in üblicher Weise in Formen gegossen.
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Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Beispiel beschränkt,
das abgeändert werden kann, ohne vom Rahmen der Erfindung abzuweichen. So kann man
z. B. die gesamte Menge oder einen Teil des Eisenoxydes und das kolilenstoffreiche
Ferrochrom mit dem als Ausgangsmaterial verwendeten Stahl in einem einzigen Arbeitsgang
niederschmelzen. Eine andere Abänderung der beschriebenen Ausführungsform des neuen
Verfahrens besteht darin, daß man nicht nur mit einer oxydierenden und einer reduzierenden
Arbeitsstufe, sondern mit zwei oder mehreren solcher Arbeitsstufen arbeitet. Anstatt
Ferrosilicium als Reduktionsmittel zu verwenden, kann man auch ein anderes oder
mehrere der bekannten metallischen Reduktionsmittel, wie z. B. Siliciummetall, Aluminium,
Calciumsilicium, Ferroaluminium, Siliciumzirkonium u. dgl., verwenden. Auch kann
man die erste und die zweite Arbeitsstufe des Verfahrens in Gegenwart mäßiger Mengen
von Flußmitteln, wie z. B. Flußspat, Rutil, Sand, Soda, Manganoxyd u. dgl., durchführen.
Das Enderzeugnis besitzt gewöhnlich einen bestimmten Silicium-und Mangangehalt;
seine Zusammensetzung kann natürlich auch durch den Zusatz verschiedener Legierungsbestandteile,
wie Nikkel, Kupfer, Molybdän, Vanadium o. dgl., geändert werden.