DE730411C - Verfahren zur Herstellung reinen Eisens aus einsenhaltigen Ausgangsstoffen - Google Patents

Verfahren zur Herstellung reinen Eisens aus einsenhaltigen Ausgangsstoffen

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DE730411C
DE730411C DEA89446D DEA0089446D DE730411C DE 730411 C DE730411 C DE 730411C DE A89446 D DEA89446 D DE A89446D DE A0089446 D DEA0089446 D DE A0089446D DE 730411 C DE730411 C DE 730411C
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Germany
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iron
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DEA89446D
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Vincenzo Arata
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VINCENZO ARATA
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VINCENZO ARATA
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21BMANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B13/00Making spongy iron or liquid steel, by direct processes
    • C21B13/12Making spongy iron or liquid steel, by direct processes in electric furnaces

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Description

  • 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.
  • Weiter ist ein vorläufiges Binden dieser staubförmigen Erze. z. B. durch Brikettieren. nötig, wenn sie im Hochofen verwendet werden sollen.
  • 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.
  • 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.
  • Als Reduktionsmittel wird dabei 45o,'oi`@es Ferrosilicium oder, wie an. sich bekannt, Kohlenstoff, vorzugsweise Holzlcohle, verwendet.
  • 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.
  • 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..
  • _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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • -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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung reinen Eisens oder seiner Legierungen aus eisenhaltigen Ausgangsstoffen, hauptsächlich aus eisenhaltigen Sandarten, schlammigen Abbränden der Aluminiumförderung, Kiesaschen und ähnlichen Stoffen. die nicht weniger als 2oi?o der zu gewinnenden Metalle enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß diese Stoffe mit einem basischen oder sauren Zuschlag oder mit einer solcheii Menge eines Reduktionsmittels gemischt, «-elche geringer ist als die nach den stöchiometrischen Gesetzen, zur Entziehung des in dem Ausgangsstoff -iitliaftenen Sauerstoffs, und zum Ausgleich der mechanischen und Verbrenntnigsverlustc insgesamt erforderliche Menge, ohne vorherige Bril@ettierung in einen elektrischen Ofen eingefüllt werden, daß dann die Mischung unter ständigem Nachfüllen dicht an der Ofenwandung bei einer nicht unter die Schmelztemperatur des reinen Eisens herabsinkenden Temperatur zum Schmelzen gebracht, und daß schließlich die Desoxydation durch Zusatz von weiterem Erz oder weiterem Zuschlag oder von beiden gleichzeitig, gegeben:=nfalls unter mehrmaligem Ablassen der Schlacke, unter Aufrecliterhaltun.`- der genannten Temperatur beendet wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Reduktionsmittel 45@dges Ferrosiliciu.m oder Kohlensioff, varzugstveise Holzkohle, verwendet wird. d. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, dali die Ausgangsstoffe in zerkleinertem, vorzugsweise gepulvertem Zustand verwendet «-erden.
DEA89446D 1938-05-31 1939-04-29 Verfahren zur Herstellung reinen Eisens aus einsenhaltigen Ausgangsstoffen Expired DE730411C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1264468B (de) * 1958-08-01 1968-03-28 Electro Chimie Metal Verfahren zur direkten Gewinnung von sehr kohlenstoffarmen Metallen

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE1264468B (de) * 1958-08-01 1968-03-28 Electro Chimie Metal Verfahren zur direkten Gewinnung von sehr kohlenstoffarmen Metallen

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