DE856448C - Verfahren zum Einfuehren von Legierungselementen in geschmolzene Metalle, insbesondere Eisen und Stahl - Google Patents

Description

• Verfahren zum Einführen von Legierungselementen in geschmolzene Metalle, insbesondere Eisen und Stahl Die Erfindung bezieht sich auf die Metallurgie, und sie bezweckt, verbesserte metallurgische Verfahren zu schaffen und hierdurch verbesserte metallurgische Produkte herzustellen. Im besonderen befaßt sich die Erfindung mit gewissen Verbesserungen an Verfahren zur Einführung von Legierungselementen in geschmolzene Metalle, wie Eisen und Stahl, und mit der Herstellung exothermer Reaktionsgemische, die bei der Einführung von Legierungselementen in geschmolzene Metalle Anwendung finden sollen.
• Unter (lern Ausdruck Legierungselement sollen insbesondere Clrron, Mangan, Vanadin, Wolfram, Molybdän, Titan und Zirkon verstanden werden, die gewöhnlich als Legierungszuschläge für Eisen und Stahl benutzt werden. Die genannten Legierungselemente werden gewöhnlich in Form von Eisenlegierungen in den Handel gebracht, d. h. als Metallegierungen aus den Legierungselementen und Eisen oder den Legierungselementen, Eisen und Silicium.
• Nach den bisher üblichen Verfahren werden die Legierungselemente den geschmolzenen Metallen einverleibt, indem die Eisenlegierungen entweder in festem oder geschmolzenem Zustand den geschmolzenen Metallen unmittelbar zugesetzt werden. Es ist auch schon vorgeschlagen «-orden, Legierungselemente geschmolzenen Metallen einzuverleiben, indem den geschmolzenen 1letallen exotherme Reaktionsgemische zugesetzt werden, die die Eisenlegierungen enthalten. Bei der Herstellung und Verwendung derartiger exothermer Reaktionsgemische nach den bisher üblichen Verfahren ergaben sich jedoch große Schwierigkeiten daraus, daß die metallischen Legierungselemente leicht oxydierbar sind und daß starke Oxydationsmittel benutzt «-erden müssen, durch die die Legierungselemente beim Zünden des Gemisches leicht oxydiert werden, so daß geringe Ausbeuten an den Legierungselementen erhalten werden.
• Gemäß vorliegender Erfindung werden die Legierungselemente geschmolzenen Metallen einverleibt, indem in Kontakt mit den geschmolzenen Metallen exotherme Reaktionsgemische zur Zündung gebracht werden, die die Legierungselemente, Eisen, Silicium und Natriumnitrat enthalten und in denen das Silicium und das Natriumnitrat in genau bestimmten Mengen und Verhältnissen vorhanden sind. Die exothermen Reaktionsgemische gemäß der Erfindung enthalten also ein Legierungselement, Eisen, Silicium und Natriumnitrat. Das Silicium und das :` atriumnitrat werden in der Hauptsache zu dem Zweck benutzt, durch Reaktion so viel Wärme zu erzeugen, daß das Legierungselement und ,das Eisen geschmolzen werden. An Silicium kann zusätzlich zu der Menge, die für die Reaktion mit dem Natriumnitrat erforderlich ist, ein Überschuß benutzt werden, oder es kann mit anderen Worten eine etwas geringere Menge an Natriumnitrat, als sie zur Oxydation des gesamten Siliciums erforderlich ist, benutzt werden. Das Legierungselement kann in Form einer Eisenlegierung, die frei oder praktisch frei von Silicium ist, verwendet werden, oder es kann in Form einer Eisenlegierung Anwendung finden, die die gesamte Menge an Silicium oder einen wesentlichen Teil der Siliciummenge enthält, die für das Reaktionsgemisch erforderlich ist. Das Silicium, das zusätzlich zu dem der Eisenlegierung erforderlich ist, kann in Form von Ferrosilicium benutzt werden.
• Ein erfindungsgemäßes exotliermes Reaktionsgemisch kann beispielsweise die folgenden Stoffe enthalten i. Natriumnitrat und eine oder mehrere der folgenden Eisenlegierungen: Ferrochromsilicium (FeCrSi), Ferromangansilicium (FeMnSi), Ferrovanadinsilicium (FeVaSi), Ferrowolframsilicium (FeWSi), Ferromolybdänsilicium(FeMoSi),Ferrotitansilicium (FeTiSi), Ferrozirkonsilicium (FeZrSi) oder 2. Natriumnitrat, Ferrosilicium und eine oder mehrere der folgenden Eisenlegierungen: Ferrochromsilicium (FeCrSi), Ferromangansilicium (FeMnSi), Ferrovanadinsilicium (FeVaSi), Ferrowolframsilicium (FeWSi), Ferromolybdänsilicium (FeMoSi), Ferrotitansilicium (FeTiSi), Ferrozirkonsilicium (FeZrSi) oder 3. Natriumnitrat, Ferrosilicium und eine oder mehrere der folgenden Eisenlegierungen: Ferrochrom (FeCr), Ferromangan (Fe3-Tn), Ferrovanadin (FeVa), Ferrowolfram (FeW), Ferromolybdän (FeMo), Ferrotitan (FeTi), Ferrozirkon (FeZr) oder 4. Natriumnitrat, eine oder mehrere der folgenden Eisenlegierungen: Ferrochromsilicium (FeCrSi), Ferromangansilicium (FeNlnSi), Ferrovanadinsilicium (FeVaSi), Ferrowolframsilicium (FeWSi), Ferromolybdänsilicium (Fel#[oSi), Ferrotitansilicium (FeTiSi), Ferrozirkonsilicium (FeZrSI) und eine oder mehrere der folgenden Eisenlegierungen: Ferrochrom (FeCr), Ferromangan (Feltn), Ferrovanadin (FeVa), Ferro,#volfram (FeW), Ferromolybdän (Felio), Ferrotitan (FeTi), Ferrozirkon (FeZr) oder 5. Natriumnitrat, Ferrosiliciuni, eine oder mehrere der folgenden Eisenlegierungen :Ferrocliromsilicium (FeCrSi), Ferromangansilicium (FeMnSi), Ferrovanadinsilicium (FeVaSi), Ferrowolframsilicium (FeWSi), Ferromolybdänsilicium (FeMoSi), Ferrotitansilicium (FeTiSi), Ferrozirkonsilicium (FeZrSi) und eine oder mehrere der folgenden Eisenlegierungen: Ferrochrom (FeCr), Ferromangan (FeMn), Ferrovanadin (FeVa), Ferrowolfram (FeW), Ferromolybdän(Fe'\lo), Ferrotitaii(FeTi), Ferrozirkon (FeZr).
• Die vorliegende Erfindung beruht auf der Feststellung, daß eine höhere Ausbeute an den Legierungselementen erhalten werden kann, wenn ein exothermes Reaktionsgemisch ,zur Zündung gebracht wird, das im wesentlichen aus einem oder mehrerenLegierungselementen, Eisen, Silicium und Natriumnitrat besteht und wenn das Natriumnitrat und das Silicium in dem Reaktionsgemisch in einem Gewichtsverhältnis von nicht mehr als 2,42 Teilen Natriumnitrat je i,o Teil Silicium enthalten sind. Die durchgeführtenUntersuchungen haben ergeben, daß Natriumnitrat und Silicium, wenn sie in einem exothermen Reaktionsgetnisch in inniger Mischung miteinander vorliegen, beim Ziiiiden des Reaktionsgemisches wahrscheinlich nach der folgenden Gleichung reagieren, die Natriumnitrat und Silicium in Gewichtsmengen von etwa 2,42 Teilen Natrium je i,o Teil Silicium erfordert: 4NaN03+5Si=2Na,0+5Si02+4:#T. Exotlierme Reaktionsgemische, die Natriumnitrat und Silicium in dem vorstehend erwähnten Verhältnis und in solchen Mengen enthalten, daß die gewünschte Wärmemenge entwickeltwird, reagieren unter idealenBedingungen hinsichtlich derTeilchengröße, der innigen Diischung und der Reaktionsverhältnisse beim Zünden in der Weise, daß praktisch das gesamte Silicium oxydiert wird, aber praktisch keine Oxydation -der metallischen Legierungselemente, die in der Mischung vorhanden sind, erfolgt.
• Aus praktischen Gründen wird das vorstehend erwähnte Verhältnis zweckmäßig als etwa 2,5 Gewichtsteile Natriumnitrat je i,o Gewichtsteil Silicium bezeichnet, und bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Gemische werden die Berechnungen und Verfahren vereinfacht, indem etwa 2,5 Gewichtsteile Natriumnitrat je i Gewichtsteil Silicium, (las beim Zünden des Reaktionsgemisches oxydiert oder verbrannt werden soll, benutzt werden. Die erfindungsgemäß erzielbaren verbesserten Ausbeuten gehen aus den folgenden Resultaten hervor, die beim Zünden in Kontakt mit gleichen Mengen eines gleichen Stahles von drei verschiedenen exothermen Reaktionsgemischen erhalten wurden, die aus Ferrochromsilicium (Cr 52,o%; Si 6,55%; Rest Fe) und Natrimnnitrat bestanden, wobei jedes Gemisch so viel Chrom, ,daß legierter Stahl mit 12% Chrom erhalten werden müßte, und dieselbe Menge Silicium enthielt, aber verschiedene Mengen Natriuninitrat, so (laß ein Verhältnis von Natriuninitrat zu Silicium von 2.5: i .o bzw. 3,0: 1,0 und 4,o: i,o erhalten wurde.

  Verhaltnis ° auf enommenes

  von Nitrat ## Chr.,in " , Chrom- ° 5ilicirirri

  zu siliciuiii im stahl Ausbeute je r o , Chrom

  2,5 : 1,0 11,37 94,7 + 0033

  3,0 : 1.0 10,50 87,0 -@ 0,005

  4,0 : 1,0 7,3() 54,0 -0,003

  Die erfindungsgemäßen exothermen Reaktionsgemische werden hergestellt, indem auf i Gewichtsteil Silicium des herzustellenden Gemisches nicht mehr als etwa 2.5 Gewichtsteile Natriumnitrat benutzt und die Komponenten innig miteinander gemischt «-erden. 1>1e Komponenten «-erden vorzugsweise in der Forin von Teilchen benutzt, von denen alle oder ein großer Teil von ihnen, wie beispielsweise etwa go%, durch ein ioo-'#,Iasclien-Sieb hindurchgehen. Das Mischen kann vorteilhaft durchgeführt werden, indem die Komponenten in einer Kugelmühle oder anderen geeigneten Zerkleinerungsvorriclitung -zerkleinert werden. Das Silicium und das Natriumnitrat werden vorzugsweise in solchen Mengen und in einem solchen Verhältnis finit Bezug auf die anderen Komponenten benutzt, daß beim 7iitiden des Reaktionsgemisches durch die Reaktion des Natriumnitrats mit dem Silicium so viel Wirine erzeugt wird, daß die anderen Komponenten geschmolzen werden.
• Die jeweils zu verwendenden Gewichtsverhältnisse des Natriuniiiitrats zu Silicium sind in gewissem Ausmaße von den Resultaten abhängig, die erzielt werden sollen. Reaktionsgemische, die aus Ferrochroinsilicitim finit niedrigem Siliciumgehalt und Natriuninitrat bestehen und Natriumnitrat und Silicium im Verhältnis von etwa 2,5 : i,o enthalten, ergeben beim Zünden in Kontakt mit geschmolzenem Stahl eine Siliciumaufnahme im Stahl von etwa 0,03% Silicium je i % in den Stahl eingeführten Chroms. Eine derartige Silicitimaufnahme bewirkt einen Schutz des Chroms gegen Oxydation und ist für die Stahlherstellung nicht zu beanstanden. Höhere Siliciumaufnahmen können erhalten werden, indem geringere Verhältnisse von Natriumnitrat zu Silicium benutzt Nverden. Die Menge Silicium, die durch (las Natriuninitrat bei Verwendung irgendeines Reaktionsgemisches oxydiert wird, soll vorzugsweise nicht wesentlich größer sein, als sie notwendig ist, um unter den Anwendungsbedingungen des Gemisches die für das Schmelzen der anderen Komponenten erforderliche Wärme zu erzeugen. Im allgemeinen wird durch die Oxydation von etwa 5 bis io Gewichtsteilen Silicium je ioo Gewichtsteile der anderen zu schmelzenden Komponenten das gewünschte Schmelzen erzielt.
• Die erfindungsgemäßen Reaktionsgemische können in Pulverform oder in Form von festen Agglomeraten benutzt werden. Wenn sie in Form von festen Agglomeraten benutzt werden, so können diese hergestellt werden, indem die Komponenten durch Natriumnitrat oder irgendein anderes geeignetes Bindemittel miteinander verbunden werden.
• Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Reaktionsgemische eignen sich die in den amerikanischen Patentschriften 2 243 786 und 2 287 073 beschriebenen Verfahren.
• Um die Legierungselemente den geschmolzenen Metallen einzuverleiben, können die erfindungsgemäßen Reaktionsgemische mit den geschmolzenen Metallen in irgendeiner geeigneten Weise in Kontakt gebracht werden. Zu diesem Zweck können die Gemische den geschmolzenen Metallen, beispielsweise in Gießpfannen oder Ofen, zugesetzt werden, oder es können die Gemische in die Pfannen gegeben werden, in die man dann das geschmolzene Metall einlaufen läßt.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Einführen von Legierungselementen, wie Mangan, Chrom, Vanadin, Wolfram, Molybdän, Titan oder Zirkon in geschmolzene Metalle, insbesondere Eisen und Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß in Kontakt mit dem geschmolzenen Metall ein exothermes Reaktionsgemisch zur Zündung gebracht wird, (las im wesentlichen aus Eisen, dem gewünschten Legierungselement, Silicium und Natriumnitrat besteht, in dem das Natriumnitrat und (las Silicium in einem Gewichtsverhältnis von nicht mehr als 2,5o Teilen Nitrat je i,o Teil Silicium vorhanden sind, und das Natriumnitrat und Silicium im Gemisch in solcher Menge benutzt werden, daß durch das Zünden des Reaktionsgemisches und die Oxydation des Siliciums so viel Wärme erzeugt wird, daß auch (las Eisen und die Legierungselemente geschmolzen werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierungselemente in Form von Eisen- oder Eisen-Silicium-Legierungen, gegebenenfalls unter Zusatz von Ferrosilicium benutzt werden.
3. 3. Exothermes Reaktionsgemisch zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es im wesentlichen aus Eisen, einem Legierungselement, wie Mangan, Chrom, Vanadin, Wolfram, Molybdän, Titan oder Zirkon, oder einem Gemisch von Legierungselementen, Silicium und Natriumnitrat besteht, das Mischungsverhältnis von Natriumnitrat und Silicium nicht mehr als 2,5 Gewichtsteile Natriumnitrat je r Teil Silicium beträgt und die Mengen von Natriumnitrat und Silicium so bemessen sind, daß beim Zünden des Gemisches so viel Wärme entwickelt wird, daß das Eisen und Legierungselement des Reaktionsgemisches geschmolzen werden.
4. 4. Exothermes Gemisch nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es die Legierungselemente in Form von Eisen- oder Eisen-Silicium-Legierungen und gegebenenfalls zusätzlich Ferrosilicium enthält.