DE905613C - Verfahren zur wirtschaftlichen und schnellen Erzeugung hochwertiger Staehle - Google Patents

Description

Erteilt auf Grund des Ersten Oberleitungsgesetzes vom 8. Juli 1949

(WiGBl. S. 175)

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

AUSGEGEBEN AM 4. MÄRZ 1954

DEUTSCHES PATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 18b GRUPPE 9 S

Rene Perrin, Paris

ist als Erfinder genannt worden

Societe d'Electro-Chimie, d'Electro-Metallurgie et des Acieries Electriques d'Ugine, Paris

Verfahren zur wirtschaftlichen und schnellen Erzeugung hochwertiger Stähle

Zusatz zum Patent 901

Patentiert im Gebiet der Bundesrepublik Deutschland vom 23. Februar 1943 an

Das Hauptpatent hat angefangen am 5. November 1942

Patentanmeldung bekanntgemacht am 25. Juni 1953

Patenterteilung bekanntgemacht am 21. Januar 1954

Die Priorität der Anmeldung in Frankreich vom 24, Januar 1940 ist in Anspruch genommen Die Schutzdauer des Patents ist nach Gesetz Nr. 8 der Alliierten Hohen Kommission verlängert

Im Patent 901 779 ist ein Verfahren beschrieben worden, welches in regelmäßiger, wirtschaftlicher und schneller Weise die Herstellung hochwertiger Stähle gestattet, die einen sehr niedrigen Schwefel- und Sauerstoffgehalt aufweisen. Das Verfahren besteht im wesentlichen darin, den zu behandelnden Stahl nach Hinzufügen von Silicium mit einer Schlacke auf der Grundlage von

Kalk oder einer anderen ähnlich starken Base von Tonerde und Kieselsäure oder einem anderen feuerbeständigen Oxyd zu durchwirbeln. Im Patent 901 779 ist darauf hingewiesen worden, daß die Wirkung des energischen Reduktionsmittels, welches das Silicium darstellt, zur Folge hat, unter gleichzeitigem Schutz des Mietallbades gegen die Oxydation in einer sehr kurzen Zeit in Gegenwart der

Schlacke die Reduktion" der Metalloxyde wie der Oxyde des Eisens und de® Mangans biß zu sehr niedrigen Gehalten herbeizuführen. Diese Metalloxyde rühren von verschiedenen Nebenvorgängen her, welche im Patent 901 779 beschrieben sind. Im Anschluß daran tritt eine teilweise Reduktion des Kalks der Schlacke ein, welche eine wesentliche Entschwefelung des Stahls herbeiführt. Die Erfahrung zeigt außerdem, daß im Falle einer Schlacke mit einem hohen Gehalt an Tonerde auch eine teilweise Reduktion der Tonerde eintritt.

Die verschiedenen vorgenannten Reaktionen werden, wie bereits im Patent 901 779 dargelegt, von einem Ansteigen des Gehalts an Kieselsäure in der Schlacke begleitet. Beispielsweise führte eine Schlacke, welche ursprünglich die nachstehende Zusammensetzung hatte: SiO₂-2°/», Al₂O₃=45,5%, TiO₂=S₅S⁰Zo, Ca O = 50%, bei Arbeitsgängen im elektrischen Ofen nach Durchwirbelung mit einem Metall, welches 0,5% Silicium enthält, zu einer Endschlacke nachstehender Zusammensetzung: SiO₂=Ia₁S⁰Zo, Al₉O₃ = SS⁰Zo, Τί0₂ = 2°Ζο, CaO = 47 ⁰Zo.

Es ist andererseits festgestellt worden, daß man die günstigsten Ergebnisse erhält, wenn der Gehalt der Endschlacke an Kieselsäure verhältnismäßig gering bleiibt. Die Erfahrung beweist, daß unter sonst gleichen Bedingungen diese Ergebnisse in jeder Hinsicht, nämlich in bezug auf die mikroskopische Reinheit, die Desoxydation, die Entschwefelung und die mechanischen Merkmale, um so besser sind, je höher das Verhältnis der Tonerde zur Kieselsäure in der Endschlacke nach der Durchwirbelung ist.

Es ist bereits im Patent 901 779 erwähnt worden, daß man einen Teil des Siliciums durch Aluminium ersetzen kann, um das Silicium ganz oder teilweise gegen die Nebenwirkungen zu schützen, welche, wie oben angegeben, dazu führen, die Schlacke an M'etalloxyden anzureichern. Es wurde nun gefunden, daß man das Silicium als Reduktionsmittel vollständig gegen Aluminium austauschen kann, und daß dieser Austausch in bestimmten Fällen eine ganz besondere Bedeutung besitzt. Dieser Ersatz des Siliciums durch Aluminium führt, wie leicht verständlich ist, wegen der Reduktion der oben angeführten Oxyde zur Bildung von Tonerde an Stelle von Kieselsäure. Die nach der Durchwirbelung sich ergebende Endschlacke ist also an Tonerde angereichert, während der Gehalt an Kieselsäure im Verhältnis zu dem der Ausgangsschlacke nicht erhöht ist und sogar wegen der reduzierenden Wirkung des Aluminiums verringert werden kann. Dieser Umstand führt die obengenannten Vorteile herbei.

Die Menge des dem Metallbad zuzuführenden Aluminiums isoll so gewählt werden, daß sie einen beträchtlichen Überschuß im Verhältnis zu dem Gehalt an diesem Element darstellt, welchen man in dem erzeugten Stahl haben will. Diese Menge kann leicht durch einige Versuche bestimmt werden. Beispielsweise fügt man dem Bad bei Arbeitsgängen im Elektroofen, welche zu einem Schwefelgehalt im Stahl von der Größenordnung 0,010⁰Zo"führen, vor der Durchwirbelung 0,400 Gewichtsprozent Aluminium, bezogen auf das Metallbad, zu.

Die Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung führt zu dem mit Rücksicht auf die in der Metallurgie des Stahls herrschenden Anschauungen sehr überraschenden Ergebnis, daß trotz der Hinzufügung von verhältnismäßig großen Mengen an Aluminium zu nicht entoxydierten Stählen, die sogar überoxydiert sein können, der Gehalt an Sauerstoff im Metall nach der Durchwirbelung mit der Schlacke sehr niedrig und das mikroskopische Bild des· Stahls rein ist, sehr wenig Einschüsse aufweißt und die vorhandenen Einschüsse sehr kleine Abmessungen besitzen. In der sehr kurzen Zeit der Durchwirbelung erzielt man praktisch eine Reduktion aller Elemente, welche die Schlacke bilden, selbstverständlich mit Ausnahme der Tonerde. Diese Reduktion tritt je nach der Zusammensetzung der AuiSgangsschlacke und der sich bildenden Schlacke in mehr oder weniger weitgehender Weise ein. Die Reduktion dar Kieselsäure führt zu einer Vermehrung des Siliciumgehalts im Stahl, während die fast vollständige Reduktion der Oxyde des Eisens und des Mangans und die teilweise Reduktion des Kalks zu einer- weitgehenden Desoxydation und Entschwefelung des. Stahls Anlaß geben.

Die Benutzung des Aluminiums; als Reduktionsmittel an Stelle von Silicium ist besonders vorteilhaft unter den nachstehend angegebenen Bedingungen:

ι. Wie weiter oben ausgeführt, sind die- Eigenschäften der Stähle nach der Durchwirbelung um so besser, je reicher die Endschlacke an Tonerde und je ärmer sie an Kieselsäure ist. Die reduzierende Wirkung des Aluminiums führt nun gleichzeitig zu einer Anreicherung der Schlacke an Ton- ioo erde und zu einer Senkung des Gehalts an Kieselsäure. Die Benutzung des Aluminium® erlaubt daher, zur Erzielung der gleichen Schlackenzusammensetzung nach der Durchwirbelung mit einem bestimmten Stahl eine synthetische Ausgangsschlacke zu verwenden, die erheblich reicher an Kieselsäure und ärmer an Tonerde sein kann, alsi wenn man Silicium anwenden würde: Beispiels-weise haben Arbeitsgänge im Elektroofen nach der Durchwirbelung zu Schlacken geführt, die nachstehende Analyse aufweisen: SiO₂ = 12,5⁰Zo, Al₂O₃ = 38⁰Zo, TiO₂ = 2°Zo, CaO = 47 ⁰Zo.

Um eine solche Endschlacke zu erhalten, war es notwendig, bei der Benutzung von Silicium als Reduktionsmittel im Metall von einer synthetischen Schlacke auszugehen, die folgende Zusammensetzung aufwies:

Schlacke A: Si O₂ = 2⁰Zo, Al₂ O₃ = 45,5 ⁰Zo, Ti O, = 2,5 ⁰Zo, Ca O = 50 ⁰Zo.

Bei Ersatz des Siliciums durch Aluminium hatman praktisch dieselbe Endschlacke erhalten können, wenn man von folgender Schlacke ausging: SchlackeB: SiO₂=IS⁰Zo, Al₉O₃ = 34%, CaO = 46 ⁰Zo, Ti O = 1⁰Zo, Flußspat = 4 Vo.

Um diese zwei Schlacken zusammenzusetzen, war es notwendig, folgende Rohstoffe zu verwenden:

Schlacke A: 50% Kalk, 50% roten enteisenten Bauxit (der etwa 4% Kieselsäure, 91% Tonerde und 5 °A> Titandioxyd enthält).

Schlacke B: 45⁰ZoKaIk, 40% grauen enteisenten Bauxit (der etwa 20% Kieselsäure, 78% Tonerde und 2% Titandioxyd enthält), 10% Abfälle von Ziegeln aus Kieselsäure und Tonerde, 5 °/o Flußspat.

Es ist nun bekannt, daß die roten Bauxite mit

geringem Kieselsäuregehalt verhältnismäßig selten vorkommen. In vielen Ländern gibt es überhaupt keinen solchen Bauxit, und die roten Bauxite sind daher für die Herstellung von Aluminium sehr gesucht. Im Gegensatz dazu finden die grauen Bauxite praktisch kaum eine Anwendung, und der Ziegelbruch stellt einen wertlosen Abfall dar. Der Ersatz des Silicium» durch Aluminium als Reduktionsmittel gemäß dem Verfahren der vorliegenden Erfindung gestattet daher, zur Bildung der Ausgangsschlacke Rohstoffe zu verwenden, die keineswegs selten und daher wirtschaftlicher sind.

Wenn man keine sehr weitgehende Desoxydation und Entschwefelung anstrebt und infolgedessen auch zulassen kann, daß die Schlacke nach der Durchwirbelung einen verhältnismäßig niedrigen Gehalt an Tonerde aufweist, beispielsweise in der Größenordnung von 25%. gestattet die Heranziehung des Aluminium« sogar, die synthetische Schlacke, abgesehen von Kalk, aus Kaolin, Tonerde oder alten Ziegeln aufzubauen, was sehr wirtschaft-Hch ist.

2. Die Benutzung von Aluminium an Stelle von Silicium besitzt ein besonderes Interesse in Fällen, wo man einen Stahl oder ein Schmiedeeisen erhalten will, die einen sehr niedrigen Gehalt an Silicium aufweisen, wie es für bestimmte Anwendungszwecke, z. B. für die Schweißung oder das Pressen, wünschenswert ist. Es ist die überraschende Tatsache festgestellt worden, daß es möglich ist, einen Stahl zu erhalten, der gleichzeitig einen niedrigen Gehalt an Sauerstoff, Schwefel und Silicium besitzt, wenn man einen Stahl, dem eine hinreichende Menge an Aluminium im Überschuß über den gewünschten Endgehalt des Stahls hinaus beigesetzt worden ist, mit geschmolzenen synthetischen Schlacken durchwirbelt, die einen verhältnismäßig geringen, wenn auch nicht zu vernachlässigenden Gehalt an Kieselsäure aufweisen. Solche Schlacken können aus natürlichen Rohstoffen, wie vorher enteisenten roten Bauxiten und Kalk, hergestellt werden. Es ist sehr bemerkenswert, daß trotz der Gegenwart einer großen Menge von Kieselsäure in diesen Schlacken, beispielsweise in der Größenanordnung von 4 Gewichtsprozent, die Reduktion der Kieselsäure durch das Aluminium, selbst wenn dieses im Überschuß vorhanden ist, nur sehr unvollständig stattfindet, so daß die Anreicherung des Metalls an Silicium nur sehr geringfügig ist und bleibt. Man kann auf diese Weise mit sehr geringen Gestehungskosten einen Stahl mit niedrigem Gehalt an Silicium, Schwefel und Sauerstoff gewinnen. Es ist zur Erzielung der günstigsten Ergebnisse vorteilhaft, wenn der Gehalt an Tonerde in der Ausgangsschlacke niedriger ist als derjenige an Kalk. Beispielsweise kann der Gehalt an Kalk in der Größenordnung von 50 °/o oder darüber liegen, während der Gehalt an Tonerde vorzugsweise unter 45% liegen soll. Man erhält unter diesen Bedingungen Stähle, welche sehr bemerkenswerte Eigenschaften besitzen.

Nachstehend ein Beispiel, welches die Erfindung verdeutlicht: In einem elektrischen Ofen von 15t Fassungsraum wurde gewöhnlicher Schrott niedergeschmolzen. Man oxydierte das Metall unter einer kalkhaltigen, sehr eisenoxydreichen Schlacke im Überschuß, bis der Gehalt an Kohlenstoff auf 0,03 % gesenkt war und das Eisen nur mehr Spuren von Silicium und Mangan enthielt. Nach sehr sorgfältiger Entfernung der Schlacke wurde dem überoxydierten Eisenbad eine Menge von Aluminium zugesetzt, die 0,400 Gewichtsprozent des '.Eisens betrug.

Nach 2; Minuten wurde das Eisen schnell in eine Pfanne abgestochen, auf deren Grund sich 1200 kg einer geschmolzenen synthetischen Schlacke von folgender Zusammensetzung befand: Si0₂ = 4°/o, Al₂O₃ = 43%, CaO = 51%, FeO = 1 %, TiO₂ = ι %. Nach der Durchwirbelung wies das Eisen folgende Analyse auf: C = 0,03%, Si = 0,03%, Mn = 0,035%, P =0,010%, S =0,009%, 0 = 0,006%.

Das erhaltene Schmiedeeisen wies die sehr bemerkenswerte Eigenschaft auf, trotz des niedrigen Gehalts an Mangan sich ohne jede besondere Vorsichtsmaßnahme walzen und schmieden zu lassen. Es zeigt nicht die bekannte Brüchigkeit der Stähle ohne Mangan. Es. besteht kein kritisches Temperaturintervall für die Ausschmiedung oder das Walzen, was einen erheblichen Fortschritt bedeutet. Außerdem besitzt das Eisen eine sehr hohe Eignung zum Pressen und bemerkenswerte magnetische Eigenschaften.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur wirtschaftlichen und schnellen Herstellung hochwertiger Stähle gemaß Patent 901 779, die einen sehr niedrigen Gehalt an Sauerstoff und Schwefel aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß das Silicium, welches dem zu bildenden Stahlbad als Reduktionsmittel zugesetzt wird, vollständig durch Aluminium ersetzt ist und die Menge des dem Metall zugefügten Aluminiums so groß gewählt wird, daß sie einen erheblichen Überschuß im Verhältnis zu dem Aluminiumgehalt, den man im Stahl zu erhalten wünscht, darstellt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die synthetische geschmolzene Schlacke auf der Grundlage von Kalk oder einer anderen ähnlich starken Base, Tonerde und Kieselsäure, welche für die Durchwirbelung des Stahls Verwendung finden, aus Rohstoffen hergestellt wird, die einen verhältnismäßig hohen Gehalt an Kieselsäure aufweisen, wie die Bauxite und die Abfälle der Feuersteine, beispielsweise Ziegel aus Kieselerde und Tonerde u. dgl.

3· Verfahren nach den Ansprüchen ι und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Stahl mit niedrigem Gehalt an Sauerstoff, Schwefel und Silicium synthetische Schlacken für die Durchwirbelung verwendet werden, die einen hinreichend niedrigen Gehalt an Kieselsäure aufweisen, um die Anreicherung des Metalls an Silicium durch Reduktion der Kieselsäure zu verhindern.

Angezogene Druckschriften:
Mathesius, »Die physikalischen und chemischen Grundlagen des Eisenhüttenwesens«, 1924, S. 23.

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