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Saures Bessemer-Verfahren Diese Erfindung betrifft das Besseinern
von Eisen und im besonderen die Entphosphorung von durch das, saure Bessernern-Verfahren
gereinigtem Eisen. Sie bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren für das saure
Bessemern und die Entphosphorung von geschmolzenem Eisen, wodurch eine Reihe von
wichtigenVerbesserungen erzielt -werden.
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In den Vereinigten Staaten von Amerika wird die saure Bessemerbirne
in ausgedehntem Maße zur Reinigung von Eisen verwendet, @ ab,er infolge des sauren
Charakters des Futters und der Konverterschlacke läßt sich das Eisen in der Birne
nicht wirksam entphosphorn. Wenn Bessemermetall mit niedrigem Phosphorgehalt gebraucht
wird, muß das in den .Konverter eingefüllte Metall sorgfältig nach niedrigem Phosphorgehalt
ausgewählt werden. Das Bessemern das Metalls führt eine Erhöhung der Phosphorkonzentration
im Metall infolge der auftretenden metallurgischen und physikalischen Verluste herbei.
Die ErhÜhung des Phosphorgehalts während des Bessemerns des geschmolzenen Eisens
kann ioo/o vom ursprünglichen Phosphorgehalt des Metalls betragen.
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Daher besteht starke Nachfrage nach raffiniertem saurem Bessemermetall
mit einem Phosphorgehalt, der niedriger als der Phosphorgehalt von saurem Bessemermetall
ist, das bei genauester überw achung des Phosphorgehalts der Konvertercharge nach
der bisherigen Verfahrensweise hergestellt werden kann. Die Erfüllung dieser Forderung
wird infolge der ständigen Verringerung der Zufuhr von Eisenerzen mit niedrigem
Phosphorgehalt immer schwieriger.
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Es wurden eine Reihe von Verfahren zur Entphosphorung von saurem Bessemermetall
vorgeschlagen, und mehrere gewannen auch in
Ermanglung von besseren
Methoden technische Bedeutung. Bei all diesen Verfahren isst es erforderlich, eine
ziemlich saubere Abtrennung des raffinierten Bessemermetalls von der stark isauren
Konverterschlacke vor der Entphosphorung vorzunehmen. Die Entphosphorung des Bessemermetalls@
muß in einer basischen Umgebung, z. B, einer entphasphornden Schlacke, die stark
basisch ist und gleichzeitig Oxydationseigenschaften aufweist, durchgeführt werden.
So muß das Metall, wenn es entphosphort werden soll, möglichst frei von saurer Bessemerschlacke
sein, die der Entphosphorung schaden würde. Die Entphosphorung wird in einem Behälter
vorgenommen, in den das raffinierte Bessemermetall aus dem Konverter gegossen wird..
Entphosphorungsmittel, meist eine Mischung von Kalk, Eisenoxyd und einem Flußmittel,
wie Flußspat, werden, während das raffinierte Bessemermetall in den Behälter fließt,
in den Behälter für die Entphosphorung gebracht.
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Die bisherigen Verfahren zur Entphosphorung waren mit einer Reihe
von Nachteilen verbunden. Es wurde gefunden, daß es zur Erzielung der für die Entphosphorung
erforderlichen Hitze und besonders zur Verhinderung einer Abkühlung beim Zufügen
kalter oder nicht geschmolzener Entphosphorungsmittel erfarderlic'h ist, das Bessemern
über die normale Endtemperatur hinausizufuhren, um das Metall zu überhitzen, was
die Güte des raffinierten Metalls entweder durch Überoxydation oder unerwünschtes
Erhöhen des. Stickstoffgehalts oder durch beides, nachteilig beeinflußt. Der Stickstoffgehalt
des Bessemermetalls erhöht sich mit dem Ansteigen der Temperatur beim Bessemern.
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Überdies oxydiert die oxydierend wirkende, entphosphornde Schlacke
in unerwünschter Weise zurückgebliebenen Kohlenstoff und Mangan, die in dem Bessemermetall
vor der Entphosphorung vorhanden sind. Dem kann. man durch etwas frühzeitigere Beendigung
des Raffinierens im Konverter zum Teil mit einer zusätzlichen Menge von Kohlenstoff
und Mangan begegnen, um die nachfolgende Oxydationswirkung der Schlacke auszugleichen.
Diese Ausführungsart befriedigt jedoch infolge der Schwierigkeit b7-w. Unmöglichkeit,
das Maß der Oxydation wirksam zu überwachen und die gewünschten Eigenschaften des
Metalls zu erhalten, nicht völlig.
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Je größer der zu beseitigende Gehalt an Phosphor ist, um so größer
muß die zu verwendende Menge an Entphosphorumgsmittel sein. Je großer aber die Menge
an Entphasphbrungsmittel ist, sum so schwieriger lassen sich die Eigenschaften des
gereinigten Metalls zufolge sekundärer oxydierender Einflüsse einregulieren. Diese
Erschwerung zeigt sich darin, daß es nicht möglich isst, mehr als eine 5oo/oige
Entfernung des ursprünglichen Phosphorgehalts zu erreichen. Bei der ständigen Erhöhung
des Phosphorgehalts in der Biessemercharge infolge der wachsenden Verknappung an
Eisen mit niedrigem Phosphorgehalt kann sogar eine 5oo/oige Beseitigung des Phosphors
aus dem raffinierten Konvertermetall häufig ungenügend sein. Erfindungsgemäß wurde
ein Verfahren zur Entphosphorung von geschmolzenem Bessemennetall entwickelt, das
gegenüber früheren Verfahren wesentliche Vorzüge aufweist. Hierbei wird das Bessemermetall
vor Beendigung des Bessemerus entphosphort. Das Eisen wird in der Bessemerbirne
nicht bis zur endgiiltigen Reinigung behandelt, sondern nur das zum Teil gereinigte
Metall wird von der Konverterschlacke abgeschieden und anschließend entphosphort,
worauf das Bessemern zu Ende geführt wird. Das Eisen wird in geeigneter Weise gebessert,
bis, die Konverterschlacke einen nicht flüssigen Zustand erreicht, der Konverter
gekippt und das Metall ausgegossen, während die Konverterschlacke im Konverter zurückgehalten
wird; dann wird. das Metall entphos.phort und schließlich das. Bessemern zu Ende
geführt. Die Beendigung des: Bessemerns läßt sich in dem gleichen Konverter, wie
er für das anfängliche Besseniern verwendet wird, oder in einem zweiten Konverter
durchführen. -Jedenfalls wird dass: Bessemern zu Anfang und zum Schluß in einer
sauren Umgebung ausgeführt, während die Entphosphorung sich in einer basischen und
oxydierenden Umgebung vollzieht. Am besten wird das geschmolzene Metall' zunächst
in einer sauren Bessemerbirne behandelt, bis die Konverterschlacke ihre geringste
Schmelzflüssigkeit erreicht; darauf wird der Konverter gekippt und das Metall in
den Entphosphorungsbehädter gegossen, während die Konvertersch lacke in dem Konverter
zurückbleibt. Entphosphorungsmittel können beim Eingießen des Metalls in den Entphosphorungs.behälter
zugegeben werden. Zum Sch:luß der Entphosphorung wird die basische Entph osphorungsschlacke
vom Metall abgetrennt und dann das Metall am besten in einen Konverter zur Beendigung
des Bessemers gegossen. Das Bessemern läß.t sich in dem gleichen Konverter beenden,
der die ursprüngliche saure Konverterschlacke enthält, oder in einem anderen Konverter.
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Während des sauren Bessemerns des geschmolzenen Eisens gibt es eine
Phaise, bei der die Konverterschl!acke eine Konsistenz erlangt, derzufolge sie im
Konverter- mit den Konverterwänden in Berührung bleibt und aus dem Konverter beim
Kippen. und Ausgießen mit :dem raffinierten Metall nicht herausfließt. Die Konverterschlacke
bildet in der Birne eine verhältnismäßig große viskose Masse, die an den Konverterwänden
klebt und in sich miteinander verhaftet ist, eine Brücke über das herausfließende
Metall bildet« und - in dem Konverter zurückbleibt. Dieser Wechsel im Zustand der
Konverterschlacke ist auszunutzen, hierzu unterbricht man das Bessemern und gießt
das teilweise bessemerisierte Metall aus dem Konverter unterhalb der Schlacke dann
aus, wenn die Schlacke infolge der ihr anhaftenden Eigenschaften in dem Konverter
zurückbleibt und nicht mit dem Metall zusammen herausfließt. Auf diese Weise läßt
sich eine sehr saubere Trennung von Metall und Konverterschlacke durchführen. Früher
bestand die Schwierigkeit bei der Entphosphorung darin, eine saubere Trennung von
Metall und Konverterschlacke wirtschaftlich
durchzuführen, selbst
wenn die Entphosphorung lediglich am Schluß des Bessemerns vollzogen wurde, denn
jeder Gehalt an Konverterschlacke im Metall schädigt die Entphosphorung in erheblichem
Ausmaß. Früher wurde entweder das Konvertermetall mit der Konverterschlacke in dien
Entphosphorungsbehälter gegossen, worauf die Konverterschlacke herausgekratzt wurde,
oder es wurde versucht, durch Verwendung eines hölzernen Gerätes, wie etwa einer
Harke, die Konverterschlacke zunückzuhalten und damit ihr Ausfließen aus dem Konverter
zu verhüten, während das Metall ausgegossen und damit ermöglicht wurde, die Entphosphorungsmittel
während des Ausfiießens des Metalls aus dem Konverter zuzugeben. Jedoch treten große
Schwierigkeiten bei der Zurückhaltung der Konverterschlacke auf, da die Schlacke
bei Beendigung des Blasens ganz flüssig ist und danach strebt, mit dem Metall herauszufließen.
Diese Schwierigkeiten werden vollständig behoben, indem das Bessemern dann unterbrochen
wird, wenn die Kouverterschlacke die oben beschriebenen Eigenschaften angenommen
hat, die ein Ausgießen des Metalls aus dem Konverter ermöglichen, während die Schlacke
im Konverter zurückbleibt, wodurch eine glatte Trennung erzielt wird.
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Die chemische Zusammenzetzung und die physikalischen Eigenschaften
der Konverterschlacke wechseln während des Bessemerns wesentlich. Im Anfangsstadium
des Blasens, also bei der Entfernung von hauptsächlich Silicium und etwas Mangan,
besitzt die Konverterschlacke einen hohen Eisenoxyd-(Fe0)-Gehalt. Die Schlacke besteht
zu diesem Zeitpunkt des Blasens aus ungefähr gleichen Teilen Eisenoxyd und Kieselsäure
(S'02) und besitzt infolge ihres verhältnismäßig hohen Eisenoxydgehalts eine außerordentlich
dünne und wäßrige Konsistenz. Später, nach der Oxydation von etwas Kohlenstoff in
der Hitze und nach der fast vollständigen Entfernung von Silicium und Mangan., ändert
sich der Charakter der Schlacke in ihrer chemischen Zusammensetzung .und Konsistenz
ganz wesentlich. Zum Beispiel beträgt ungefähr i Minute nach Beginn .der Entkohlung
der Kieselsäuregehalt ein Viertel mehr als der Eis_enoxydgeh.alt, und die Schlacke
ist wesentlich weniger wäßrig und flüssig. Des weiteren steigt im Verlauf der Entkohlung,
wobei der Eisenoxy dgehalt durch den Kohlenstoff herabgesetzt wird, der Kieselsäuregehalt
der Schlacke allmählich an, Abis er das Dreifache des Eisenoxydgehalts erreicht
hat. Dies findet gewöhnlich etwa 1172 bis 3 Minuten nach Beginn der Entkohlungsperiode
statt. Hierbei wird die Schlacke so strengflüssig und ihre Schmelztemperatur so
hoch, daß sie eine zeitlang praktisch nicht mehr flüssig ist und große einzelne
viskose Klumpen oder Massen bildet. In diesem Stadium empfiehlt es sich, das Metall
aus dem Konvertier in den Entphosphorungs behälter zu gießen, wobei eine saubere
Trennung des Metalls von der Konverterschlacke ohne Verwendung irgendeiner Vorrichtung,
wie einer hölzernen Harke, zur Zurückhaltung der Konverterschlackeerzielt wird.
Aus dem Metaill ist dann die Konvertersrblacke soweit entfernt, daß das Entphosphorungsmittel
während das Ausgießens zugefügt werden kann.
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Wenn beim normalen Windfrischen in einer Bessemerbirne die Charge
fast fertig ist, d. h. die Entkohlung im wesentlichen vollendet ist, steigt der
Eisenoxydgehalt der Schlacke wieder an und ist zum Schluß dem Kieselsäuregehalt
etwa gleich, und die Schlacke wird wieder -dünn und wäßrig.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besitzt den weiteren Vorzug, daß die
Entphosphorung bei einer niedrigeren Temperatur als bisher üblich durchgeführt werden
kann und daß es sich erübrigt, das geblasene Metall, wie oben erklärt, zu überhitzen.
Die Entphosphorung des Eitsens wird durch niedrige Temperaturen gefördert und wird
allmählich beim Ansteigen der Temperatur schwieriger. Bei den bisherigen Entphosphorungsverfahren
besitzt das Metall seine höchste Temperatur während der, Entphosphorung bei voller
Dürchblasung, und es ist sogar, wie bereits erklärt, erforderlich, das Metall zu
überih.itzen. Wenn die Entphosphorungisnnittel in nicht geschmolzenem Zustand, d.
h. also in kaltem Zustand, zugesetzt werden, muß die Überhitzung sogar größer als
Gons.t sein, um eine so hoheTemperatür im Metall zu erreichen, daß dessen Biehandlung
bei den späteren Operationen möglich wird, wie z.. B,. beim Gießen in Barren oder
Vermischen mit Eisensilikatschlacke bei der Herstellung von Schweißstahl nach dem
A,ton-Prozeß. Wenn das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung angewendet wird,
kann die Höchsttemperatur des Metalls bei der Entphasphorung um 93 bis iqo° C niedriger
als bisher üblich liegen.
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Ein weiterer Vorzug des Verfahrens beseht darin, daß .die unerwünschte
sekundäre Oxydation von Elementen, wie, Kohlenstoff und Mangan während der Entphosphorung
stark herabgeisetzt wird, da das Metall lediglich zum Teil raffiniert wird, wenn
die Entphosphorung durchgeführt wird; während .des anschließenden Bessemerns nach
der Entphosphö,rung kann die chemische Zusammensetzung des Metalls und der Grad
der Oxydation in gewünschter Weisse überprüft werden.
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Es wurde oben bereits erwähnt, daß es. infolge der sekundäiren Oxydation
bei den biisherigen Verfahren schwierig war, mehr als 5o% Phosphor zu entfernen,
ohne durch mehr oder weniger schwer zu Überwachende, sekundäre Oxydationsreaktionen
unerwünschte Komplikationen herbeizuführen. Durch unser Verfahren läßt sich jeder
Grad der Entphosphorung frei von umerwünschten Auswirkungen der sekundären Oxydation
durchführen, da die Entphospliorung .durchgeführt wird, wenn das Metall zum Teilraffiniert
ist; das Ende des Bessemerns kann so durchgeführt werden, daß die Auswirkungen irgendeiner
sekundären Oxydation während der Entphosphorung ohne Einfluß bleiben, selbst wenn
die .Entphosphorung so wirksam durchgeführt wird, daß eine vollständige Entphosphorung
erzielt wird.
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Wenn hier auch gewisse besonders vorteilhafte Verfahren zur - Durchführung
der Erfindung
beschrieben sind, so soll die Erfindung selbstverständlich
nicht auf diese beschränkt werden, sondern kann im Rahmen der folgenden Ansprüche
weiterhin mannigfaltig abgeändert werden.