DE75320C - Verfahren zur Erzeugung von kohlenstoffarmen Mangan-Eisenlegirungen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Vorliegende Erfindung bezweckt die billige und bequeme Erzeugung von kohlenstoffarmen Eisen-Manganlegirungen, welche insbesondere für die Herstellung von Manganstahl bestimmt sind, unter Benutzung der redücirenden Wirkung von Ferrosilicium auf Manganoxydul.

Das Verfahren besteht aus zwei Operationen, in deren ersterer das Manganerz zu Manganoxydul reducirt, während in der zweiten das Manganoxydul in Berührung mit dem geschmolzenen Ferrosilicium und einem kalkartigen Flufsmittel gebracht wird, welches sich mit der von der Vereinigung des Sauerstoffes des Manganoxyduls und des Siliciums des Ferrosiliciums herstammenden Kieselsäure verbindet. Das Mangan des Manganoxyduls vereinigt sich dann mit dem Eisen des Ferrosiliciums zu einer Legirung, welche alle Eigenschaften des Manganstahles besitzt, wenn der Procentgehalt des Mangans zwischen 12 und 1 5 ist. Diese Legirung kann aber auch, wenn der Gehalt an Mangan ein höherer ist, leicht in Manganstahl, durch Hinzufügung der erforderlichen Menge weichen Stahls, umgewandelt werden. Der Kohlenstoffgehalt des so hergestellten Manganstahls kann genau geregelt werden.

Bei der bisher gebräuchlichen Methode der Herstellung dieser Legirung durch Zusatz von gewöhnlichem Ferromarigan zu Flufseisen wird die Menge des zweckmäfsig in das Product einzuführenden Mangans durch, den im Ferromangan enthaltenen und 5 bis 6 pCt. desselben betragenden Kohlenstoff' beschränkt, welcher wegen seiner Affinität zum Mangan nicht daraus entfernt werden kann. Nach vorliegendem Verfahren ist man im Stande, derart kohlenstoffarme Eisen- und Manganlegirungen zu erzeugen, dafs die Einführung einer viel gröfseren Menge Mangans in den Stahl als bei den bisherigen, Verfahren angängig ist, ohne dabei die zulässige Grenze des eingeführten Kohlenstoffgehalts zu überschreiten. Es hat sich gezeigt, dafs bei allen Operationen des vorliegenden Verfahrens, mögen dieselben auf dem Herd eines Schmelzofens oder in einem Tiegel ausgeführt werden, die Anwesenheit freien Kohlenstoffes sowohl in letzteren, als auch in dem Flufsmittel streng vermieden werden müssen. ■

Im Nachstehenden soll als Beispiel die Anwendung des Verfahrens zur Herstellung von Manganstahl beschrieben werden. In diesem Falle werden die als Ferrosilicium, Siliciumspiegeleisen und Siliciumferromangan bekannten Handelsproducte, welche Eisensilicide genannt werden mögen, oder veränderliche Mengen (gewöhnlich 6 bis 3Oj>Ct.) Silicium enthaltendes Eisen und Mangan und ein verhä'ltnifsmäfsig geringer Procentsatz Kohlenstoff benutzt.

Da aus oben angeführtem Grunde die Abwesenheit von Kohlenstoff in bemerkenswerther Menge im Manganstahl von grofser Wichtigkeit ist, wird ein Silicid von möglichst hohem Siliciumgehalt und möglichst niedrigem Kohlenstoffgehalt gewählt. Siliciumeisen und Spiegeleisen , welche 15 oder 20 pCt. Silicium und

nicht mehr als ι pCt. Kohlenstoff enthalten, sind leicht zu erhalten; bei besonderer Auswahl der Erze und Flufsmittel kann der Gehalt an Silicium sogar noch erhöht werden. In der Regel steht die Menge des in diesen Siliciden enthaltenen Kohlenstoffes im umgekehrten Verhä'ltnifs zum Siliciumgehalt; der Kohlenstoffgehalt ist ein gröfserer, wenn der Siliciumgehalt geringer ist, und umgekehrt.

Das Manganerz, aus welchem durch Einwirkung von Ferrosilicium das Mangan für die Legirung erhalten werden soll, wird pulverisirt und bis zur directen Rothglut in einem geeigneten Ofen oder Gefäfs erhitzt, durch welches reducirende Gase, wie Kohlenwasserstoff, Kohlenoxyd, Wasserstoff oder Wassergas, vorzugsweise jedoch die Gichtgase der Hochöfen zum Zweck einer zufriedenstellenden und möglichst billigen Reduction hindurchgeleitet werden. Alles in dem Erz enthaltene Manganoxyd wird auf diese Weise in Manganoxydul (Mn O) verwandelt , welches gegenüber den anderen Manganoxydulen sich dadurch für vorliegendes Verfahren vortheilhaft auszeichnet, dafs durch jedes Atom Silicium des Ferrosiliciums zwei Atome Mangan reducirt werden, während mit dem höheren Oxydul (Mn₃OJ nur drei Atome Mangan durch zwei Atome Silicium reducirt werden würden.

Das zu benutzende Ferrosilicium oder Siliciumspiegeleisen von geeigneter Zusammensetzung wird auf dem Herd eines Schmelzofens, welcher zweckmäfsig mit einem Kalkoder Magnesiafutter versehen ist, geschmolzen ; diesem schmelzenden Material wird Manganoxydul zugegeben, welchem vorher ein geeignetes Flufsmittel einverleibt wurde. Die Reaction tritt schnell ein; das Silicium des Ferrosiliciums verwandelt sich mit dem Sauerstoff des Manganoxyduls zu Siliciumdioxyd und bildet mit dem Flufsmittel eine flüssige Schlacke, während das durch die Reduction des Erzes frei gewordene Mangan sich mit dem aus dem Silicid frei gewordenen und geschmolzenen Eisen verbindet. Umrühren der Charge wird natürlich die Operation erleichtern, da die Bestandtheile der Charge dadurch in innigere Berührung mit einander gebracht werden. Es kann die ganze Charge des Manganoxyduls und Flufsmittels auf einmal oder in Theilmengen dem Ferrosilicium zugegeben werden, bis eine genügende Menge Oxydul verwendet ist, um die reducirende Kraft sämmtlichen im Ferrosilicium vorhanden gewesenen Siliciums auszunutzen und somit eine chemisch gleichwerthige Menge Manganoxydul in den metallischen Zustand überzuführen.

Anstatt das Manganoxydul dem geschmolzenen Ferrosilicium zuzufügen, kann man auch in folgender Weise verfahren: Man bringt das Manganerz auf den Herd eines gewöhnlichen Siemens-Martin-Ofens, welcher vorher hoch erhitzt wurde. Derselbe wird dann geschlossen, die Luft aus demselben ab- und Generatorgas eingelassen. Die Reduction des Manganerzes vollzieht' sich dann auf dem Herd des Ofens selbst; sobald dieselbe vollendet ist, wird das Flufsmittel zugefügt und das in einem Cupolofen geschmolzene Ferrosilicium einlaufen gelassen. Dieses Verfahren ist insofern von Vortheil, als man nicht nöthig hat, das Manganoxydul nach der Reduction zu behandeln.

Die Mengenverhältnisse der benutzten Materialien und die erhaltenen Resultate sind folgende:

Angenommen, es kommt ein Silicid, enthaltend 88 pCt. Eisen, io pCt. Silicium und ι pCt. Kohlenstoff, zur Benutzung, so wird die Reaction nach der Formel:

2 Mn O + Si — Si O₂ + 2 Mn

verlaufen. Silicid. und Manganoxydul werden in den obigen Verhältnissen in genügenden Mengen verwendet, d. h. auf je 28 Theile Silicium des Silicids kommen 125 Theile Manganoxydul und eine Menge Kalk, Magnesia, Thonerde oder eine Mischung derselben, welche sich vollständig mit dem gebildeten Siliciumdioxyd verbindet, um ein schmelzbares Silicat zu bilden.

Versuche haben ergeben, dafs es nöthig ist, eine gröfsere als die theoretische Menge Manganoxydul anzuwenden, da immer eine gewisse Menge des Manganoxyduls an das Siliciumdioxyd abgegeben wird und als Mangansilicat in die Schlacke geht. Folgende Gewichtsverhältnisse der Charge haben gute Erfolge ergeben:

Ferrosilicium, enthaltend: 10 pCt. Silicium und 1 pCt. Kohlenstoff 50 kg,

Manganoxydul 35 -

Kalk 25 -.

Eine Charge von dieser Zusammensetzung giebt ungefähr 64 kg Metalllegirung von folgender Zusammensetzung:

Eisen 70 pCt.,

Mangan 29

Kohlenstoff 0,7 -

Silicium Spuren.

Angenommen, der zulässige Procentgehalt an Kohlenstoff im Manganstahl sei 0,5 pCt., dann werden 50 kg obiger Manganlegirung durch Mischung mit 20 kg entkohltem Eisen 70 kg Manganstahl von folgender Zusammensetzung:

Eisen .'....■■ 78,8 pCt,

Mangan 20,7

Kohlenstoff ..... 0,5 -

Silicium ,. Spuren

I liefern.

Bei Herstellung eines denselben Procentsatz Kohlenstoff enthaltenden Manganstahls durch Verschmelzen von entkohltem Eisen mit gewöhnlichem Ferromangan, enthaltend 80 pCt. Mangan und 5,5 pCt. Kohlenstoff, würde das erhaltene Metall .92,23 pCt. Eisen und nur 7,27 pCt. Mangan enthalten.

Stellt man den Vergleich auf Grundlage dieser gleichen Mangangehalte an, so würde der mit dem gewöhnlichen Ferromangan anstatt mit Hülfe des vorliegenden Verfahrens mit 20,7 pCt. Mangangehalt erzeugte Manganstahl 1,4. pCt. Kohlenstoff anstatt 0,5 pCt. enthalten; nach vorliegendem Verfahren mit 7,27 pCt. Mangangehalt hergestellter Manganstahl würde dagegen nur 0,18 pCt. Kohlenstoff enthalten.

Nach dem Si em ens- Marti n-Procefs werden bekanntlich Roheisen und Eisenabfälle, welche eine kleine und .veränderliche Menge Silicium enthalten, in Gegenwart von Eisenoxyden geschmolzen. Die hierbei stattfindende Reaction ist ähnlich der bei vorliegendem Verfahren auftretenden. Der Kohlenstoff und das Silicium des Eisens, welche beide, insbesondere der Kohlenstoff, beim Siemens-Martin-Procefs zu entfernen sind, werden durch den Sauerstoff der Eisenerze ausgebrannt.

Jedoch in demselben Mafse, wie sich die chemischen Reactionen ähneln, nimmt die Analogie zwischen dem vorliegenden und dem Siemens-Martin-Procefs ab.

Letzterer ist im wesentlichen ein Entkohlungsprocefs und die Trennung der kleinen Mengen Silicium von dem Roheisen der Charge eine ganz zufällige. Die Gegenwart von Silicium in dem bei diesem Verfahren benutzten Roheisen ist vollständig unnöthig, und trifft die Wahl vorzugsweise solche Roheisensorten, welche nur wenig Silicium enthalten. Die gänzliche Abwesenheit des Siliciums beeinflufst nicht im geringsten die Operation.

Das Silicium des Gufseisens ist beim Siemens-Martin-Procefs ein zufälliger und störender Bestandtheil, den man zweckmäfsig entfernt, während, im Gegentheil hierzu, bei vorliegendem Verfahren das Silicium unbedingt nothwendig ist, und je höher der Procentgehalt desselben ist, um so besser verläuft der Procefs und um so besser wirkt derselbe.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Das Verfahren zur Erzeugung kohlenstoffarmer Eisen- und Manganlegirungen, darin bestehend, dafs man das Manganerz durch Erhitzung in Gegenwart reducirender Gase zu Manganoxydul reducirt und dieses mit einem geeigneten Flufsmittel und mit geschmolzenem Ferrosilicium in Berührung bringt, wodurch das Mangan in den metallischen Zustand übergeführt wird und sich mit dem Eisen des 1 Ferrosiliciums verbindet, während das durch die Reaction gebildete Silicmmdioxyd sich mit dem Flufsmittel zu einem schmelzbaren Silicat verbindet.