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Verfahren zur Herstellung reinen Eisens aus eisenhaltigen Ausgangsstoffen
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von reinem Eisen oder
Eisenlegierungen, d. h. :eines Erzeugnisses, das etwaige U nreinigkeiten, wie S,
P, Mn, Si, C, nur in so geringen Spuren enthält, daß deren Gesamtmenge o, r o °;ö
nicht überschreitet, aus, eisenhaltigen, vor allem fein verteilten Stoffen, besonders,
aus eisenhaltigen Sandarten, schlammigen Abbränden der Aluminiumförderung, Kiesaschen
und ähnlichen natürlichen ed-er künstlichen Stoffen, die nicht weniger als 2oo#`o
der auszuziehenden Metalle enthalten. -Es ist bereits bekannt, daß die unmittelbare
Benutzung der eisenhaltigen Sandarten oder der ldeinen Eisenerzlager mit den
ge-
wöhnlichen Verfahren zur Herstellung dies Roheisens dem Hochofen unmöglich
ist, da sich der Stoff in staubförmigem Zustand befindet oder die sehr große Entfernung
der Lagerstätten von den Orten, an denen die Verarbeitung .erfolgt, zu hohe Beförderungskosten.
gegenüber den Herstellungskosten verursacht. Andererseits ist es wegen der ungenügenden
Festigkeit der Lagerstätten und vor allem wegen ihrer übermäßigen Ausdehnung unmöglich.,
in deren Nähe eine große Anlage zu errichten-, da die Lager wahrscheinlich :erschöpft
sein würden, bevor die _ Anlagekosten amortisiert wären.
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Weiter ist ein vorläufiges Binden dieser staubförmigen Erze. z. B.
durch Brikettieren. nötig, wenn sie im Hochofen verwendet werden sollen.
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Es sind auch bereits Verfahren zur unmittelbaren Erzeugung von Eisen
und anderen Metallen sowie deren Legierungen aus oxydischen. Erzen im Elektroofen
unter Ver-
«-endung von Kohle und kohlenstoffhaltigen Stoffen als
Reduktionsmittel bekannt, wobei die hohle bzw. kohlenstoffhaltigen Stoffe teil.-weise
durch andere Reduktionsmittel, z. B, Ferrosilicium, Ferromangan, Aluminium, ersetzt
werden können. Dabei handelte es sich um die Herstellung von Flußeisen oder Stahl
oder von Eisen und anderen Metallen sowie deren Legierungen mit bestimmtem Kohlenstoffgebalt.
Als Beschickung wurde eine brikettierte Mischung der Ausgangsstoffe verwendet.
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Demgegenüber handelt es sich im vorliegenden Fall um die Herstellung
reimen Eisens oder seiner Legierungen aus eisenhaltigen. .@usgangsstoffen, und das
Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, daß diese Stoffe mit einem basischen.
oder sauren Zuschlag und mit einer solchen Menge eines Reduktionsmittels gemischt,
welche geringer ist als die nach den stöchiometrischen Gesetzen zur Entziehung des
in dem Ausgangsstolf erhaltenen Sauerstoffs und zum Ausgleich der mechanischen und
Verbrennungsverluste insgesamt erforderliche Menge, ohne vorheriges Brikettieren
in einen elektrischen Ofen eingeffllt werden, d.aß dann die Mischung unter ständigem
Nachfüllen dicht an der Ofeinvand bei einer nicht unter die Schmelztemperatur des
reinen Eisens herabsinkenden Temperatur zum Schmelzen ge-
bracht, und daß
schließlich die Desosvd.ation durch Zusatz von weiterem Erz oder weiterem Zuschlag
oder von beiden gleichzeitig, gegebenenfalls unter mehrmaligem Ablassen der Schlacke,
unter Aufrechterhalten der genannten Temperatur beendet wird.
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Als Reduktionsmittel wird dabei 45o,'oi`@es Ferrosilicium oder, wie
an. sich bekannt, Kohlenstoff, vorzugsweise Holzlcohle, verwendet.
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Das Verfahren nach vorliegender Erfindung gestattet, die obenerwähnten
Erzlagerstätten zu verwerten und dabei reines Eisen oder Eisenlegierungen zu gewinnen.
Zu diesem Zweck wird der Stoff in dem Zustand, in -welchem er gefördert wird, benutzt,
und zwar wird der Stoff im elektrischen Ofen behandelt, und man erhält daraus direkt
Eisen von auCierordentlicher Reinheit statt Roheisen, welches eine weitere Bearbeitung
braucht, um in Eisen oder Stahl umgewandelt zu werden.
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Die Anlage -zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
aus einem elektrischen Ofen, welcher auch üine kleine Leistung aufweisen kann und
verhältnismäßig billig ist. Vor allem kann der Ofen von einer- Lagerstätte zur anderen
mit mäßigen Kosten verlegt werden, so daß es möglich wird, auch Lagerstätten sehr
beschränkter Leistung zii verwerten, um Blöcke berzustellen, die darauf zu den Benutzungsorten
gesandt -werden..
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_ludererseits besitzt das @ecvonncnc reine Eisen solche mechanischen
Eigenschaften, daß es in vielen praktischen Anwendungen sowohl Kupfer als auch Messing
völlig ersetzen kann, z. B. zur Herstellung von Artilleriehülsen und Geschossen
im allgem°irien, von Ringführungen für Geschosse, von Gegenständen, "uvelclre gegen
Korrosion und Rosten sehr widerstandsfähig sein sollen und mit Leichtigkeit gepreßt
und ausgetieft den, können.
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Auf Grund seines sehr niedrigen Kohlenstoffgehalts. kann das durch
das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung erhaltene Eisen mit besonderen Metallen
legiert werden, um nichtoxydierbare Stahlsorten zii ge-
winnen, die viel.
billiger als die allgemein bekannten sind. .Es handelt sich um besondere Stahlsorten,
die durch eine große Zahl wünschenswerter Eigenschaften gekennzeichnet sind, wie
z. B. besonders hoher Widerstand gegen Beanspruchungen aller Art. Das Eisen kann
auch weitere wichtige Verwendungen finden, die bereits voratisgeseh:en, aber noch
nicht im einzelnen bezeichnet ;-erden können.
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Irr, allgemeinen umfaßt das Verfahren nach vorliegender Erfindung
das Beschicken eines geeigneten elektrischen Ofens mit einem eisenhaltigen Material,
einem Reduktionsmittel und einem sauren oder alkalischen Zuschlag, je nach der Beschaffenheit
des Reduktionsmittels, wobei die Stoffe fein verteilt und innig gemischt sein müssen.
Diese Mischung wird stufenweise in den Ofen gebracht, worauf man wartet, bis dieselbe
vollständig geschmolzen ist. Von diesem Punkt ab verdient der Vorgang die größte
Aufmerksamkeit, damit die Ofenwände nicht durch die Schlacken angefressen werden.
Zu diesem Zweck ist es ratsam, die Mischung stets gegen die Wände des Ofens zu e.inzufiillen,
so daß die Wandung des Bades gekühlt wird. Gegebenenfalls können große Stücke des
alkalischen oder sauren Zuschlags gegen die Wände geworfen werden. Diese erste Stufe
des Verfahrens dient dazu, die Reduktion des Eisenerzes herbeizuführen. Sie kann
verlängert werden, bis das Bad mir noch etwa 2@o des Siliciums oder eines anderen
verwendeten Reduktionsmittels enthält. Dann kann die Schlacke beseitigt werden.
Sollte es dagegen. unmöglich sein, die Schlacke so lange im Ofen. zu halten, so
schlackt man vorher ab und bringt noch weiteres Eisenerz in den Ofen., ebenso wie
eine entsprechende Menge des alkalischen oder sauren Zuschlags. Nach dem vollständigen
Schmelzen des Bades kann
abgestochen werden. Sollte das Eisen noch
eine gewisse Menge Silicium oder eines anderen Reduktionsmittels oder Unreinigkeit
enthalten, kann der Vorgang wiederholt werd-en, wobei gegebenenfalls ein zweckmäßiges
Flußmittel hinzugesetzt wird.
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Um die Erfindung besser zu erklären, wird folgendes besonderes Ausführungsbeispiel
angeführt Eine Mischung, bestehend aus eisenhaltigem Sand (65% Eisen) Zoo kg, 45
o,`oigem Siliciumeisen 120k,-, trocknem Calciumoxyd 301g, wird in :einen zweckmäßig
elektrischen Ofen, z. B. in einen Dreiphasenstromofen mit 1-Tonnen-Leistung, « Heroult-Ofen,
eingefüllt, mit nicht karburierender Auskleidung, im Falle, daß ein Erzeugnis ohne
oder beinahe ohne Kohlenstoff gewünscht wird.
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Es ist zu beachten, daß die Bildung der Lichtbogen vorangehen soll,
wobei leine Kohle vorn den Elektroden in den Ofen fallen und auch keine Verunreinigung
der Kohle eintreten soll, was auch immer die Ursache sei. Die Mischung wird nach
und nach wie in der Schmelzerei üblich, der Art des Ofens .entspreclnend,eingefüllt,
um einen Stillstand des- Ofenbetriebes. und ein Brodeln um die Elektroden, herum
zu vermeiden.
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-Nach beinahe 2 Stunden ist die Mischung vollständig geschmolzen.
Von diesem Augenblick an muß die größte Sorgfalt verwendet werden, da die Ofenwände
der Gefahr ausgesetzt sind, rasch durch -die Schlacke angefressen zu werden, die
in diesem Falle sehr heiß und flüssig ist. Zu diesem Zweck ist es sogar zweckmäßig
zu beachten, daß die nach und nach eingefüllte Mischung immer rundherum in der Nähe
der Wände des Ofens angeordnet wird, so daß sich die kalte Mischung immer in Berührung
mit den Wänden befindet, während unter den Elektroden die Mischung heiß und flüssig
ist. Wenn die ganze Mischung geschmalzen ist, ist es nötig, sofern ein Anzeichen
des Brodel.ns an den Wänden oder ein anderes Zeichen der Korrosion bemerkt wird,
an solch Stellen gegen die Wände große Blöcke trockenen Calciumoxy ds zu werfen.
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Diese Stufe des. Verfahrens ist eine Redliktio,nsphase und dient .dazu,
die größtmögliche Siliciummenge vom Metall- zum Oxy dzustand überzuführen, während
gleichzeitig die entgegengesetzte Überführung einer gleichen Eisenmenge verlangt
wird. Di#--Phas,° kann so lange ausgedehnt werden, bis im Metall beinahe nur 20'o
Silicium zurückbleibt, worauf die Schlacke beseitigt wird. Sollt.: der Ofen die
Schlacke nicht solange halten können, läßt man sie dann abfließen, ,elie der angegebene
Siliciumprozentsatz von 20/0 erreicht worden ist. Nach Beseitigung dieser ersten
Schlacke wird noch 25 kg eisenhaltiger Sand und 25 kg Calciumöxyd eingefüllt, wobei
man dafür zu sorgen hat. da.ß w=enigstens ein Teil des Calciumoxyds nach allen Seiten
gegelr die Wände zu in Form größerer Blöcke angeordnet wird.
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Auch diese Mischung ist in r 1'> Stunden vollständig geschmolzen und
wird im Ofen gehalten, bis das auf dem Boden befindliche Metall das ganze Silicium
verloren hat und nicht zu viel oxydiert ist. Einer etwaigen Oxydation kann aber,
wie weiter unten angegeben; abgeholfen werden.
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Wenn nach der Beseitigung der ersten Schlacke im Metall ein zu hoher
Siliciumprozeritsatz, z. B. roo;ö, zurückgeblieben ist, kann das neu eingeladene
Erz das. Silicium nicht beseitigen.. Man kann dann die zweite Schlacke beseitigen
und darauf weiteres Erz, z. B. weitere 25 kg, einladen. Man kann fortfahren, auf
dieselbe Weisse vo,rzttgehen, cvoblei stets auf die Ofenwände achtgegeben werden
soll und die Belastung .der Elektroden geregelt werden muß, die aber auch verlegt
werden können, so daß sie sich vom gefährlichen Punkt, in welchem Kalkblöcke ange0rdnet
werden, entfernt befinden.
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Sollte der günstige Punkt überschritten sein und das. Metall oxydiert
werden, so ist es nötig, die ganze Eisenoxyd enthaltende Schlacke zu beseitigen
und das Calciumoxyd mit irgendeinem Flußmittel, z. B. Flußspat. welcher die neue
Schlacke trotz der Abwesenheit des Eiseanoxyds in flüssigem Zustande hält, zusammen
mit sauerstoffaufnehmenden Stoffen einzufüllen.
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Um eine gute Sauerstoffaufnahme zu erzielen, muß das Metall bei einer
Temperatur vqn beinahe 160o- C wenigstens eine halbe oder eine ganze Stunde lang
im Ofen bleiben, während man gleichzeitig Sarg trägt, daß der Strom nur genügt,
diese Temperatur zu halten, so daß die sich in der Metallmasse unter der Wirkung
der sauerstoffaufnehmenden Mittel bildenden Bläschen Zeit haben, wieder nach oben
zu kommen, und das Metall ohne Oxyde und eingeschlossene Unreinigkeiten bleibt.
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Die angegebenen sauerstoliaufnehmenden Stoffe können Aluminium, Cälcium,
Magnesium, Bar, möglichst auch mit Eisen legiert, wie auch Vanadium, Titan sein.
Sie dürfen natürlich keine Unreinigkeiten, besonders keinen Kolnlenstofr enthalten.
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Die Zusammensetzung der oben angegeb,-nen Ausgangsmischung kann je
nach dem Gehalt der in den verschiedenen Stoffen enthaltenen Hauptbestandteile wie
auch nach dem zu erzielenden Zweck abgeändert werden. Man kann ,auch weitere Stoffe
hinzufügen, um etwaige '-Mängel der schon gebrauchten
Stoffe auszugleichen.
Statt des Siliciumeisens kann Aluminium, Natrium, Magnesiu.m, Calcium, KoblünstofF,
Calciumcarb,id, Calciumsilicid. Kalium zusainmengcmischt oder gegcbenenfalls legiert
werden. Man kann auch ein Erz anwenden, «-elches außer Eisen weitere Bestandteile
enthält, um ein Erzeugnis zu erlangen, welches diese Bestandteile in irgendeiner
Konzentration e nthält. Dies ist i)esonders der Fall bei der Herstellung von Leg
ierungsstahlsorten.
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Voi-licgetide Erfindung isst meiner bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht
und beschrieben worden, aber es versteht sich, daß praktisch Abänderungen cingeführt
werden können, sofern dabei von dem Grund.gedanken der vorliegenden Erfindung nicht
abgegangen wird.