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Verfahren zur Entschwefelung und gegebenenfalls zur Entphosphorung
von Stahl Die weitgehende Entschwefelung eines Stahles zum Zwecke der Gewinnung
von Edelstahl wurde bisher immer unter Bedingungen ausgeführt, bei welchen der Stahl
der Einwirkung eines basischen reduzierenden Mediums ausgesetzt war. Beispielsweise
gewann man derartigen Stahl in basischen Elel-troöfen unter reduzierender Atmosphäre.
Im oxydierenden Medium war eine solch weitgehende Entschwefelung bisher nicht möglich
gewesen. Man hat zwar beobachtet, daB beim Thomasverfahren
unter
Umständen eine Herabsetzung des Schwefelgehaltes eintritt. Diese Verminderung des
Schwefelgehaltes ist aber viel zu gering, um zu einem Edelstahl zu führen, und wurde
außerdem nicht regelmäßig erreicht.
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Der Erfinder hat nun festgestellt, daß man auch im oxydierenden Medium
eine Entschwefelung bis zu dem Gehalt, der ibei Edelstählen verlangt wird, erreichen
kann, -\venn man bestimmte Bedingungen einhält. Dabei läßt sich die weitgehende
Entschwefelung zweckmäßig mit der Entphosphorung verbinden und in einem außerordentlich
rasch arbeitenden Verfahren praktisch ausgestalten.
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Eine weitgehende Entphosphorung läßt sich erreichen, wenn man den
Stahl heftig, namentlich durch heftiges Aufgießen in dickem Strahl auf eine dünnflüssige
basische, eisenoxydhaltige Schlacke mit dieser durchwirbelt, so daß infolge der-innigen
Vermischung von Stahl und Schlacke die Entphosphorung schlagartig erfolgt. Eine
weitgehende Entschwefelung läßt .sich nun gleichzeitig erzielen, -,venn man die
Zusammensetzung und, die Menge der Schlacke in bezug auf die Menge des zu behandelnden
Metalls und seinen Phosphorgehalt sowie alle anderen Umstände derart wählt, daß
die Schlacke nach Beendigung der Behandlung noch immer oxydierend und starkbasisch
ist. Versuche haben ergeben, daß der Gehalt der Schlacke an P205 nach. Beendigung
der Behandlung 61/9 nicht übersteigen soll, während die Ausgangsschlacke vor Beginn
der Behandlung bis zu 15%, S102 enthalten kann und zur Beibehaltung der oxydierenden
Wirkung während der .ganzen Dauer des Vorganges anfänglich mehr als i2o/a FeO enthalten.
muß.
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Die Erklärung für diese Erscheinung liegt offenbar .darin, daß bei
den Temperaturen, bei welchen man arbeitet, um die Entphosphorung und die Entschwefelung
zu erzielen, die Basizibät der Schlacke bei dem bekannten Verfahren am Ende der
Behandlung ungenügend ist. Der Gehalt an sauren Bestandteilen in der Schlacke darf
daher nicht sehr hoch ansteigen, und es ist dabei besonders interessant, daß der
Gehalt an P20" nur sehr geringe Werte annehmen darf, während ein. viel höherer
Gehalt an Si 02 sich noch nicht schädlich auswirkt. Außerdem muß für eine genügende
Menge an oxydierenden Bestandteilen gesorgt sein.
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Bei den bisher üblichen Verfahren ist man von völlig abweichenden
Grundsätzen ausgegangen. Man hat die Entschwefelung zur Herstellung von Spezialstählen
nur in einer reduzierenden Atmosphäre in Gegenwart einer Schlacke, die stark basische
Stoffe im freien Zustand enthält, und unter der Einwirkung von Reduktionsmitteln
vorgenommen. Diese Reduktionsmittel hatten die Aufgabe, den Gehalt der reduzierenden
Schlacke an Eisenoxyd möglichst zu verringern. Auf diesem Grundsatz ist beispielsweise
das Verfahren sm basischen elektrischen Ofen aufgebaut, .in welchem man regelmäßig
einen sehr geringen Schwefelgehalt erzielen kann. Im Gegensatz dazu schlägt das
vorliegende Verfahren: die Arbeit in. .einer -oxydierenden Atmosphäre mit oxydierenden
Schlacken vor.
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Die Leichtflüssigkeit der Schlacke kann durch alle Mittel erzielt
werden, welche die wesentlichen Bedingungen des Verfahrens nicht beeinträchtigen.
Die Schlacken können sonach Flußmittel, wie Flußspat,Kieselsäure, Titandioxyd oder
ähnliche Stoffe, in solchen Mengen enthalten, daß ihre Zusammensetzung im Rahmen
der oben gegebenen Vorschriften bleibt.
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Um zu verhindern, daß die Schlacke während der Durchführung des Verfahrens
in unerwünschtem Maße Bestandteile aufnimmt, die den zur Durchführung des Prozesses
erforderlichen Charakter ungünstig beeinflussen könnten, wird die Pfanne, in welcher
die Entphosphorung und das Entschwefeln stattfinden, zweckmäßig innen mit stark
basischen oder neutralen Stoffen ausgekleidet. Sofern man neutrale oder saure Stoffe
verwenden muß, müssen sie so gewählt sein, daß sie nur in geringen Mengen in die
Schlacke übergehen und dabei die zur Durchführung des Verfahrens erforderlichen
Eigenschaften der Schlacke nicht wesentlich beeinträchtigen. Dieser Forderung kann
entweder durch die Art der Behälterausldeidung oder durch die Geschwindigkeit bei
der Durchführung des Verfahrens genügt werden.
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Sofern man die angegebenen Bedingungen einhält, kann man mit ein,
und derselben Schlacke gleichzeitig sowohl die weitgehende Entphosphorung als auch
die Entschwefelung des Stahls bis zu solchen Gehalten durchführen, welche bei Edelstählen
verlangt werden. Dann wählt man den ursprünglichem Phosphorgehalt des Metalls oder
die Menge der verwendeten Schlacke derart, daß beim Durchwirlbbeln der Phosphorsäuregehalt
der Schlacke nicht erheblich ansteigt. Man muß daher mit einer um so größeren Schlackenmenge
arbeiten, je höher der ursprüngliche Phoshporgehalt liegt. Wenn man diese Maßnahme
außer acht läßt, wird die Entschwefelung verhindert.
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Im nachstehenden sind zwei Ausführungsbeispiele angegeben, an denen,
die Durchführung des Verfahrens erläutert werden soll.
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i. Es wurde ein Stahl mit 0,0720/0 Phosphor und o,o5o % Schwefel so
heftig in eine vorher geschmolzene Schlacke gegossen, daß eine heftige und innige
Durchwirbelüng entstand. Die Zusammensetzung der Schlacke war: Kalk: 45-% -Silliciumdioxyd:
20% - Eisenoxyd: 19% -Manganoxyd: 6% - Flußspat: io%.
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Das Metall enthielt nach der Durchwirfbelung 0,020% Phosphor; der
Schwefelgehalt betrug 0,048%, blieb also praktisch unverändert.
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2. Es wurde ein Stahl mit o,o8o% Phosphor und o,o5o% Schwefel so heftig
in eine vorher geschmolzene Schlacke gegossen, daß eine heftige und innige Durchwirbelung
entstand. Die Zusammensetzung der Schlacke war: Fe0: 20% -Kalk: 6q.0/0 - Si 02:
i o/o - Flußspat: 15110.
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Das Metall enthielt nach der Dürchwirbelung 0,007% Phosphor und o,oi5o/o
Schwefel.
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Infolge des sehr gerungen S,1 02-Geh altes der
Schlacke
erfolgte eine sehr weitgehende Entschwefelung gleichzeitig mit der Entfernung des
Phosphors.
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Bei den beiden Versuchen betrug die Menge der verwendeten Schlacke
etwa 8% des Metallgewichtes.
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Im allgemeinen soll die verwendete Schlacke vor der Behandlung weniger
als 15'10 Si 02 und mehr als 12% Fe0 enthalten.
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Die Menge der verwendeten Schlacke soll derart gewählt werden, daß
bei gegebenem Phosphorgehalt des Metalls der Gehalt der Sehlacke an P205 nach der
Behandlung 6 % nicht übersteigt.
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Der Si02-Gehalt der Schlacke kann um so höher sein, je niedriger nach
Durchführung des Prozesses der P2 05-Gehalt ist, der von dem ursprünglichen Gehalt
des Metalls an Phosphor abhängig ist, und umgekehrt.
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Wenn manheispielsweise miteiner Schlacke arbeitet, die 3 % S-i 02,
65 % Ca O und 2o % Fe O enthält, und die Menge der verwendeten Schlacke so gering
wählt,daß sie nach der Behandlung einen:Endgehalt an P205 von zo% aufweist, läßt
sich feststellen, daß diese Schlacke keine Entschwefelung hervorruft. Sofern man
aber im Gegensatz hierzu die Schlacken in einer derartigen Menge verwendet, daß
der Endgehalt an P205 nur 2% beträgt, wird gleichzeitig eine sehr weitgehende Entschwefelung
erzielt.
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Im vorstehenden ist nur die Rede von einer Anreicherung der Schlacke
an P205 durch den Phosphor des Metalls oder an Si02 durch die Auskleidung. Es ist
aber klar, daß es notwendig wird, die Bestandteile der Schlacke und insbesondere
Fe0 sowie die Menge der Schlacke zu beachten, wenn das zu entschwefelnde Metall
Si enthält, damit selbst nach der Oxydation des gesamten Si und gegebenenfalls auch
des Phosphors, der gleichzeitig im Stahl enthalten ist, die Schlacke einen Überschuß
an Basen und Eisenoxyd beibehält.
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Es soll darauf hingewiesen werden.. daß, wenn man mit einer Schlacke.
der oben. beschriebenen Art arbeitet, selbst wenn diese Schlacke in großen. Mengen
angewendet wird und wenn man die Arbeit in einem sauer gefütterten Behälter ausführt,
dessen Futter beispielsweise aus Sei02 besteht, das sich in der Schlacke löst, und
deren Kieselsäuregehalt bis zu 25 % erhöht, zwar immer noch eine Entphosphorung,
aber keine Entschwefelung erhält.
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Sofern ein Stahl in Frage kommt, der bereits von Phosphor befreit
ist oder der von Natur aus keinen Phosphor enthält, so kann. man das vorliegende
Verfahren auch zum Entschwefeln .allein benutzen.