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Verfahren zur Herstellung von kohlenstoff- und siliciumarmen Eisenlegierungen
Bei der Herstellung von Eisenlegierungen, insbesondere Ferrochrom und Ferromangan,
durch Reduktion eines geeigneten Minerals finit Kohle ist es selbst beim Arbeiten
mit unzureichenden Mengen von Kohle unmöglich, Legierungen mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt
zu erhalten. Die Entfernung des Kohlenstoffs aus der durch Reduktion des Minerals
erhaltenen Legierung durch Oxydation durch die gebildete Schlackendecke, diz infolge
unvollständiger Reduktion des Minerals sehr oxydreich ist, führt zu einer beträchtlichen
Oxydation des Chroms, Mangans oder sonstigen mit dem Eisen legierten Bestandteiles
und infolgedessen zu einer unerwünschten Herabsetzung des Gehaltes der Legierung
an diesen Bestandteilen. Führt man die Reduktion des Minerals mit Silicium oder
der gewünschten Legierung angepaßten Silicium-Z, durch, so erhält man zwar kohlenstoffarine,
aber dafür Silicium enthaltende Legierungen. In diesem Falle muß man aus dieser
kohlenstoffarinen Legierung das Silicium entfernen. Dasselbe ist der Fall bei den
kohlenstoffarmen, aber siliciumreichen Legierungen, die man durch gleichzeitige
Reduktion des Minerals und von Kieselsäure durch Xohlenstoff erhält und in denen
der Siliciumgehalt mit fallendem Kohlenstoffgehalt steigt. Die Cntfernung des Silicitlnls
aus der Legierung, die im allgemeinen durch Oxydation mit Hilfe einer an Oxyden
der mit dem Eisen legierten Metalle der Legierung reichen Schlacke durchgeführt
wird, bereitet große Schwierigkeiten. Je weiter man hierbei dieEntfernung des Siliciums
aus der Legierung treibt, desto ärmer wird die Schlacke an reduzierbaren Oxyden.
Die Reaktion wird dann träge, und der Austausch zwischen der geschmolzenen Legierung
und der Schlacke geht immer langsamer vor sich. Man muß infolgedessen, gegebenenfalls
mehrfach, neue Schlacke aufbringen, um die Entfernung des Siliciums aus der Legierung
durchführen zu können. Diese Maßnahmen, d. h. das Abziehen der Schlacke, gefolgt
von der Aufbringung einer neuen Schlackencharge, bringen die Legierungsschmelze
zur Abkühlung, die um so kälter und um so zähflüssiger wird, je weiter ihr Siliciumgehalt
herabgesetzt werden soll. Eine erneute Erhitzung der Legierung ist kostspielig,
auch wenn sie im Elektroofen durchgeführt wird, in «-elch letzterem Falle der Kohlenstoffgehalt
der Legierung durch ihre Berührung mit den Elektroden wieder steigt.
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Es wurde bereits vorgeschlagen, Kohlenstoff und Silicittin aus einer
Rohlegierung durch Behandeln mit sauerstoffreichen reduzierbaren Verbindungen, wie
Chromoxyd, Chromaten, Wolf ramaten u. dgl., zii entfernen,
indem
das Metall durch eine Säule dieser Stoffe in festem Zustand filtriert wird.
| Es ist auch bekanntgeworden, kohlensto |
| arme siliciumreiche Rohlegierungen |
| Schlacken zu behandeln, die geschmole , |
| Chromerze, wie Chromoxyd, enthalten. |
| Solche Verfahren aber, bei welchen kein" |
| Durchmischung von Metall und Schlacke |
stattfindet, können nur sehr langsame und un-. vollständige Reaktionen ergeben.
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Zur Herstellung von kohlenstoff- und siliciumarrnern Ferrochrom und
Ferromangan hat man auch schon vorgeschlagen, kohlenstoffarmes, aber siliciumreiches
Ferrochrom oder Ferromangan unter einer chromoxydreichen Schlacke mit Luft zu blasen.
Dabei läßt sich aber, insbesondere dann, wenn der Siliciumgehalt sehr weit herabgesetzt
werden soll, eine nicht unerhebliche Oxydation des Chroms oder Mangans der Legierung
nicht vermeiden, und die Ausbeuten sind deshalb schlecht, selbst wenn ein Teil des
oxydierten Chroms oder Mangans der Legierung durch Chrom oder Mangan ersetzt wird,
das durch Reduktion der in der Schlacke vorhandenen Oxyde durch das Silicium der
Legierung entsteht.
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Durch das Verfahren gemäß der Erfindung werden alle diese Nachteile
vermieden. Die Herstellung von kohlenstoff- und siliciumarmen Ferrolegierungen,
z. B. Ferrochrom oder Ferromangan, findet in zwei Stufen statt, wobei in der ersten
Stufe eine kohlenstoffarme siliciumreiche Ferrolegierung erzeugt wird, die in der
zweiten Stufe durch Behandlung mit oxydierenden, zweckmäßig Oxyde des Legierungsmetalls
enthaltenden Schlacken entsiliciert wird. Das Neue an dem Verfahren gemäß der Erfindung
besteht darin, daß die kohlenstoffarme siliciumreiche Ferrolegierung durch Eingießen
in dickem Strahl so heftig auf das dünnflüssige metalloxydhaltige Schlackenbad zur
Einwirkung gebracht wird, daß infolge der innigen Vermischung von Ferrolegierung
und Schlacke die Entsilicierung der Ferrolegierung schlagartig erfolgt.
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Durch die hierbei entstehende Durchwirbelung wird eine so weitgehende
Aufteilung von Schlacke und Legierung erzielt, daß das für die Entfernung des Siliciums
maßgebliche Gleichgewicht zwischen Schlacke und Legierung in einer ganz kurzen Frist
von beispielsweise nur Bruchteilen von Minuten praktisch erreicht wird.
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Die heftige Durchwirbelung wird bewirkt durch heftiges Eingießen der
Legierung in dickem Strahl in ein in einer Gießpfanne befindliches Schlackenbad
oder durch gemeinsames heftiges Eingießen von Legierung und Schlacke in eine Gießpfanne.
Wesentlich ist dabei die mit Hilfe der Energie der geschmolzenen Legierung hervorgerufene
Bildung eines in starker Wirbelbewegung befindlichen Sy-
| stems von fein verteilter Schlacke und Legie- |
| wg, durch das die Entsilicierung der Legie- |
| schlagartig erfolgt. |
| .' ie zur Behandlung der Legierung dienende |
| J'hlaclce kann in einem geeigneten Ofen in |
| solcher Menge und von solcher Zusammen- |
| setzung erschmolzen werden, als erforderlich |
ist, damit das gewünschte Gleichgewicht bei der nachfolgenden Durchwirbelung mit
der Eisenlegierung erzielt wird, wodurch ohne Schwierigkeiten handelsübliche Siliciumgehalte
von o,5 bis 111, oder darunter in der Legierung erzielt werden. Man kann zur erfindungsgemäßen
Durchwirbelung der siliciumhaltigen Legierung aber auch die oxydhaltige Schlacke
verwenden, die bei der Herstellung der Legierung, beispielsweise durch Reduktion
von Mineral mit Silicium oder Siliciumlegierungen oder durch gleichzeitige Reduktion
von Mineral und Kieselsäure durch Kohlenstoff, erhalten worden ist und infolge ihres
Oxydgehaltes das in die Legierung gegangene Silicium oxydiert und so aus der Legierung
entfernt. Wenn man die bei dieser Arbeitsweise erhaltenen Siliciumgehalte der behandelten
Legierung noch weiter herabsetzen will, kann man sie noch einmal mit einer sehr
oxydreichen Schlacke erfindungsgemäß durchwirbeln. Die dabei anfallende Schlacke,
die noch oxydierend ist, kann dann wieder zur Durchwirbelung von siliciumreicher
Legierung verwendet werden.
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Die Art der Wandung des Behälters oder der Vorrichtung, in dem die
erfindungsgemäße innige Durchwirbelung von Schlacke und Legierung durchgeführt wird,
beeinflußt nicht das gewünschte Ergebnis, weil die Arbeitsdauer viel zu kurz ist.
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Auch die Temperatur der Legierungsschmelze ist ohne großen Einfluß.
Es genügt, daß die Legierung zu Beginn der Behandlung leichtflüssig genug ist, da
die durch die augenblickliche und weitgehende Oxydation des Siliciums frei werdende
Wärme diese Leichtflüssigkeit der Legierung bis zum Ende der Behandlung aufrechterhält.
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Die Menge an Schlacke, die man anwenden muß, hängt lediglich von dem
Siliciumgehalt der siliciumhaltigen Legierung ab, die vom Silicium befreit werden
soll, wobei der Siliciumgehalt wiederum vom Kohlenstoffgehalt der Legierung abhängt,
die man herstellen will.
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An den erfindungsgemäß hergestellten Eisenlegierungen mit niedrigem
Kohlenstoffgehalt kann man folgende Feststellungen machen: z. Die Entfernung des
Siliciums aus der Legierung kann trotz der kurzen Behandlungsdauer so weit getrieben
werden, wie man es
wünscht, d. h. bis auf Gehalte zwischen 0,02
und o,ioo/o Silicium, was allen Anforderungen der Industrie genügt.
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2. Die Ergebnisse sind gleich- und regelmäßig, wenn man unter gleichen
Arbeits ; bedingungen arbeitet, d. h. mit gleichen Men= gen von gleichartiger Legierung
und gleichartiger Schlacke, sowie unter gleichen Arbeitsbedingungen für die Durchwirbelung.
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Beispiele: i. 6oo kg Legierung, die 48,35 % Silicium, 16,22
0/0 Eisen, 3520 % Chrom, 0,082 0/0 Kohlenstoff enthält, werden mit Hilfe einer aus,
3200 kg Chrommineral vorher in einem Ofen erschmolzenen Schlacke, die 29,83
% Cr2 01, 6,860/0 Al. 0s.
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3,2104 S102, I 45,73 % Ca O, 6,96"/, Fe O, 7,25 % Mg O enthält,
vom Silicium befreit, indem man die Schlacke und die Legierung gleichzeitig heftig
in eine Gießpfanne gießt, die sofort nach dem Eingießen der beiden Komponenten der
Gießstelle zugeführt wird. Zwischen dem Eingießen in die Gießpfanne und dem Vergießen
der Legierung liegt eine Zeit von vier Minuten. Der zuerst gegossene Ingot hat einen
Siliciumgehalt von o,890;° und einen Kohlenstoffgehalt von °,o68 0/0. In einem einzigen
Arbeitsgang hat man 98o kg marktfähige Legierung der gleichen Beschaffenheit erhalten.
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2. In einen Ofen werden 3001i:- der nachstehenden Legierung eingebracht:
37,20 % Chrom, 12,300/, Eisen, 49,53% Silicium, 0,10 0/, Kohlenstoff.
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.-'Außerdem chargiert man 8oo kg Chromit im Gemisch mit 72o kg Kalk.
In diesem Ofen erhält man eine Legierung folgender Zusammensetzung: 69,8o °/o Chrom,
29,o5 % Eisen, o,5i 1/ö Silicium, o,o8 0/0 Kohlenstoff.
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Die anfallende Schlacke wird in eine Gießpfanne abgezogen, und sobald
dieser. Vorgang beendet ist, wird das im Ofen verbliebene Metall schnell in einem
dicken Strahl in die Schlacke in der Gießpfanne eingegossen. Dabei findet eine innige
Mischung und Durchwirbelung von Schlacke und Metall statt. Die Arbeitsdauer beträgt
eine Minute, und man erhält eine Legierung folgender Zusammensetzung: 70,50 % Chrom,
28,9o °% Eisen, 0,07 % Kohlenstoff, o,o8 0/0 Silicium.
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Man hat also in wenigen Sekunden eine sehr weitgehende Entfernung
des Siliciums erzielt, was auf die innige Berührung der ganzen vom Silicium zu befreienden
Legierung mit der oxydierenden Schlacke zurückzuführen ist, die sich im Ofen über
der Legierung gebildet hat.