-
Verfahren zur Herstellung von schwefel- und phosphorarmem desoxydiertem
Gußeisen Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Gußeisen und insbesondere
auf ein verbessertes Verfahren zum Schmelzen von Gußeisen in einem Kupolofen.
-
Ein wesentlicher, sich bei den üblichen Verfahren zum Schmelzen von
Eisen in Kupolöfen ungünstig auswirkender Umstand ist der Anstieg des Gehaltes an
Schwefel, der aus dem Koks übernommen wird. Dadurch werden die Mengen an Schrott
und billigem Rohmaterial begrenzt, die der Kupolofencharge zugegeben werden können.
Häufig macht sich dadurch auch eine Entschwefelung in der Pfanne erforderlich, um
den Schwefelgehalt innerhalb bestimmter Grenzen zu halten. Eine andere charakteristische
Erscheinung des üblichen Kupolofenverfahrens, wodurch die Qualität und die Wirtschaftlichkeit
verschlechtert werden, ist darin zu erblicken, daß der Phosphorgehalt der Metallcharge
nicht vermindert, ja unter Umständen sogar vergrößert wird. Dadurch ist man gezwungen,
die Verwendung der billigeren, stark phosphorhaltigen Eisensorten einzuschränken.
Der Wert der üblichen in einem Kupolofen durchgeführten Schmelzverfahren wird weiterhin
dadurch eingeschränkt, daß es dabei nicht möglich ist, die Kohlenstoffaufnahme des
Eisens über einen bestimmten Grenzwert zu steigern, der von dem Kohlenstoffgehalt
des Kokses und der Metallcharge abhängt. Infolgedessen muß man, wenn ein hochgekohltes
Eisen gewünscht wird, häufig besondere Materialien verwenden, wie z. B. stückiger
Graphit, Pechkoks, besondere Briketts usw.
-
Abgesehen von den augenscheinlichen Vorteilen von Gußeisen, die arm
an Schwefel und Phosphor und reich an Kohlenstoff sind, haben neuere Entwicklungsarbeiten
für
die Herstellung von Eisen mit knotigem, kugligem Graphit die besondere Bedeutung
der Gehalte an Schwefel, Phosphor und Kohlenstoff gezeigt. Man erzielt eine bessere
Regelungsmöglichkeit unter Vermeidung eines Legierungsverlustes bei einer Entschwefelung,
wenn der Schwefelgehalt von Anfang an niedrig ist, während vorteilhafte Elastizitätseigenschaften
erzielt werden, wenn der Phosphorgehalt gering ist. Da für eine Verarbeitung zu
knotigem oder kugligem Graphit in chemischer Hinsicht geeignete Eisensorten in der
Regel entweder eine Schmelzung im elektrischen Ofen, eine durchgreifende Pfannenentschwefelung
vor dem Legierungszusatz erfordern oder einen beträchtlichen und nicht vorhersehbaren
Verlust an der besonderen Legierung eintreten lassen, so ist ein billigeres, direkteres
Verfahren zur Herstellung von geschmolzenem Metall mit den gewünschten Eigenschaften
sehr erwünscht, um die Herstellungskosten zu senken und Eisen von körniger Struktur
eine größere Anwendungsmöglichkeit zu geben.
-
Obwohl man bereits seit langem weiß, daß man bei der Stahlherstellung
eine weitgehende Entschwefelung herbeiführen kann, wenn in der Schlacke eine geringe
Menge an Calciumcarbid gebildet oder ihr zugegeben wird, so sind doch die Maßnahmen
zur Entschwefelung von Stahl nicht auf das Erschmelzen von Gußeisen in Kupolöfen
übertragbar, da der Kupolofen ein kontinuierlich arbeitender, direkt schmelzender
Schachtofen ist, der kein offenes Bad aus geschmolzenem Metall bildet, das eine
Schlackenbehandlung wie bei Stahl ermöglicht. Es wurde auch schon vorgeschlagen,
Calciumcarbid als Entschwefelungsmittel zu verwenden, indem man es unmittelbar dem
geschmolzenen Gußeisen in der Pfanne zugibt. Diese Pfannenbehandlung steigert jedoch
nicht nur die Herstellungskosten, sondern erfordert auch zusätzliche Arbeitsgänge,
da eine Entschwefelung nur bei spezieller Vorbereitung der Calciumcarbide, z. B.
Mahlen und Mischen mit Salzen und Pressen zu Briketts, erreicht werden kann. Außerdem
treten hierbei Temperaturverluste auf, und es besteht die Gefahr von Schlackeneinschlüssen.
Calciumcarbid wurde jedoch bisher noch nicht mit Erfolg als ein Teil der Kupolofenbeschickung
verwendet, wie dies die Erfindung vorsieht.
-
Erfindungsgemäß besteht das Verfahren zur Herstellung von Schwefel-
und phosphorarmem desoxydiertem Gußeisen in einem Schachtofen, insbesondere Kupolofen,
durch Zusatz von Calciumcarbid darin, daß man der aus Satzkoks und metallischem
Eisen bestehenden Gattierung insgesamt einen etwa i bis 7 °/o des Metallanteils
betragenden Zuschlag aus Calciumcarbidstücken von 13 bis 75 mm Größe zumischt und
diese Gattierung zusammen mit den üblichen Zuschlägen im Ofen herunterschmilzt.
-
Die genaue jeweils erforderliche Calciumcarbidmenge für eine Charge
hängt in erster Linie von dem Schwefelgehalt des Metalls, des Kokses und der Zusammensetzung
etwaiger Flußmittel und von der gewünschten chemischen Zusammensetzung des Gußeisens
ab, kann jedoch auch durch andere Umstände, wie z. B. durch die erforderliche Schmelztemperatur
oder die gewünschte Schmelzgeschwindigkeit beeinfiußt werden. Unter gewöhnlichen
oder normalen Bedingungen hinsichtlich der Beschaffenheit des Rohmaterials und der
Metallzusammensetzung werden in der Regel 2 bis 404 Calciumcarbid in der Praxis
ausreichen. Wenn jedoch außerordentlich niedrige Schwefel- und/oder hohe Kohlenstoffgehalte
im Gußeisen gewünscht werden oder hohe Temperaturen erforderlich sind oder wenn
ein Ausgangsmaterial mit ungewöhnlich hohem Schwefelgehalt verwendet wird, so kann
sich eine Calciumcarbidmenge von etwa 4 bis 7 % als erforderlich erweisen.
Ist dagegen die Metallcharge schwefelarm, wie z. B. bei Chargen, die ausschließlich
aus Roheisen bestehen, so werden etwa i bis 3 % Calciumcarbid in der Regel
genügen.
-
Durch dieses neue Verfahren wird die Erzeugung eines Gußeisens mit
niedrigem Schwefel-, Phosphor-und hohem Kohlenstoffgehalt bereits beim Erschmelzen
des Gußeisens im Kupolofen möglich. Es können nunmehr wirtschaftlich billigere Ausgangsstoffe
verwendet werden, die bisher im Kupolofen schwer zu verhütten waren, da sie zu schwefelhaltigem
bzw. stark phosphorhaltigem Gußeisen führten. Die Kohlenstoffaufnahme des Eisens
ist gesteigert, wodurch auch die Verwendung großer Mengen an Stahlschrott möglich
ist. Der Metallanteil der Beschickung kann daher zu 5o bis ioo 0l, aus Stahlschrott
bestehen.
-
Beim Erschmelzen des Gußeisens in der erfindungsgemäßen Weise wird
zugleich auch eine höhere Schmelztemperatur und damit eine größere Schmelzgeschwindigkeit
als bisher erreicht. Gleichzeitig kann eine Einsparung an Koks vorgenommen werden.
-
Obwohl das Calciumcarbid zusammen mit dem Satzkoks aufgegeben werden
kann, so hat sich doch herausgestellt, daß die größte Wirksamkeit erreicht wird,
wenn das Carbid das geschmolzene, noch im Füllkoks unter der Schmelzzone des Kupolofens
befindliche Gußeisen erreicht, so daß sich die Hauptwirkung des zugesetzten Carbids
um etwa zehn Chargen verzögert. Diese Verzögerung ist von der Größe der Chargen
im Verhältnis zum Kupolofendurchmesser, zur Schmelzgeschwindigkeit usw. abhängig.
So wurden beispielsweise beim Betrieb eines Kupolofens von o,584 m Durchmesser mit
45,36 kg Metallchargen und Zugabe des Calciumcarbids zu jeder Charge die höchste
Temperatur, der höchste Kohlenstoffgehalt und der niedrigste Schwefelgehalt erreicht,
nachdem acht bis zehn Chargen heruntergeschmolzen waren, was einer Schmelzdauer
von 30 Minuten oder einem Durchsatzweg einer Charge von etwa o,76 bis i,o2
m entsprach. Infolgedessen ist es zum Ausgleich der »Verzögerung« und zur Erzielung
des besten Ergebnisses bei höchster Gleichmäßigkeit zweckmäßig, das Carbid im Abstand
von etwa 0,5 m oberhalb der Blasdüsen auf die obere Hälfte des Füllkokses
gleichmäßig zu verteilen und es dann mit jeder Kokscharge oder jeder Teilbeschickung
zuzugeben, bis etwa zur zehnten Charge von der letzten Schmelze, d. h. bis etwa
36 Minuten, berechnet vom Ende der Schmelze.
Obwohl das erfindungsgemäße
Verfahren bei jedem Kupolofen und bei jeder beliebigen anderen Art eines direkt
schmelzenden Schachtofens angewendet werden kann, so erhält man jedoch die besten
Ergebnisse dann, wenn das Verfahren in einem mit einer basischen Auskleidung versehenen
Kupolofen durchgeführt wird, worin Schlacken von hoher Basizität aufrechterhalten
werden können. So ergab beispielsweise ein Kupolofen, der mit totgebranntem, mit
Magnesitmörtel verlegtem Magnesitmauerwerk ausgekleidet war, ausgezeichnete Ergebnisse.
Feuerfeste Dolomitauskleidungen waren chemisch ebenfalls brauchbar, obwohl sie dem
Magnesit hinsichtlich der Feuerfestigkeit etwas nachstehen. Schmelzen, welche man
in einem üblichen, sauer ausgekleideten Kupolofen durchführte, lieferten ähnliche
Ergebnisse, nur in geringerer Auswirkung des zugesetzten Calciumcarbids.
-
Während beim Erschmelzen von Gußeisen in einem Kupolofen in der üblichen
Weise gewöhnlich eine Erhöhung des Schwefelgehaltes des erschmolzenen Gußeisens,
verglichen mit dem der Beschickung um etwa o,o50;!#, eintritt, was auf die Schwefelaufnahme
aus dem Koks zurückzuführen ist, gelang es durch die Verwendung von Calciumcarbid
in der Kupolofencharge gemäß der Erfindung, o,187°/, Schwefel aus einer stark schwefelhaltigen
Schrottcharge zu entfernen, die im üblichen Kupolofenbetrieb nicht zu verwenden
ist. Bei Metallchargen üblicher Zusammensetzung werden durch die Zugabe von Carbid
Gußeisensorten mit einem Schwefelgehalt hergestellt, der nur einen Bruchteil desjenigen
ausmacht, der sich beim üblichen Kupolofenschmelzverfahren ergibt. Durch die Verwendung
von Calciumcarbid in der Kupolofencharge gelingt es, ein Gußeisen mit einem Schwefelgehalt
von o,oo9 °/, herzustellen. Ein solches Ergebnis war bisher nur mittels der sehr
teuren, basisch arbeitenden Elektroverfahren möglich. In dem obenerwähnten Fall,
wo o,1870/, Schwefel entfernt wurden, erfolgte eine Zugabe von 511 /, Calciumcarbid
zu dem Koks bei einer ausschließlich aus Schrott bestehenden Beschickung mit einem
Schwefelgehalt von o,2870/,. Den angegebenen Schwefelgehalt von o,oo90/, erzielte
man aus einer nur aus Roheisen bestehenden Charge und einer Zugabe von 6111, Calciitmcarbid.
Derartige Entschwefelungsmöglichkeiten erlauben es nunmehr, daß die Gießereien auch
schwefelhaltigen Schrott verarbeiten. Außerdem kann der Verwendungsbereich des Kupolofens
auf die Duplex-Stahlgewinnung ausgedehnt werden.
-
Außer der sehr weitgehenden Entschwefelung bringt die Verwendung von
Calciumcarbid beim Erschmelzen von Gußeisen im Kupolofen noch den Vorteil einer
wesentlich erhöhten Kohlenstoffaufnahme, die ihrerseits wiederum mittelbar eine
Erniedrigung des Phosphorgehaltes mit sich bringt, da die erhöhte Kohlenstoffaufnahme
die Verwendung größerer Mengen des billigen phosphorarmen Stahlschrottes gestattet,
was eine beträchtliche Kostenersparnis bedeutet.
-
Die Erzeugung einer erhöhten Schmelztemperatur ist ein weiterer Vorteil
des Verfahrens gemäß der Erfindung, insbesondere, wenn man damit den Temperaturverlust
in Vergleich setzt, der sich ergibt, wenn das nach dem üblichen Kupolofenverfahren
erschmolzene Gußeisen eine Pfannenentschwefelung erfordert. Während es bekannt war,
daß die Erhöhung des Gehaltes an gewöhnlichen Flußmitteln in der Kupolofencharge
eine wesentliche Herabsetzung der Schmelztemperatur bewirkt, hat es sich gezeigt,
daß die Zugabe von Calciumcarbid zu der Charge eine wesentliche Erhöhung der Schmelztemperatur
zur Folge hat und dies zusätzlich zu den anderen Auswirkungen. Während z. B. eine
Erhöhung der üblichen Flußmittelmenge um 70./0 (bezogen auf das Gewicht der Eisencharge)
die Schmelztemperatur normalerweise um 17 bis 45° C absenkt, bewirkt die. Zugabe
von 5 bis 7 0/, Calciumcarbid (ebenfalls bezogen auf das Gewicht der Metallcharge)
einen Anstieg der Schmelztemperatur um über 56° C. Die durch die Verwendung von
Calciumcarbid erhaltenen Temperaturerhöhungen ergeben Temperaturen, die weit über
den Höchsttemperaturen liegen, die günstigstenfalls im normalen Kupolofenbetrieb
im gleichen Ofen erzielbar sind.
-
Erhöhungen der Schmelztemperatur im üblichen Kupolofenbetrieb erfordern
gewöhnlich erhöhte Brennstoffmengen und ergeben eine verminderte Ausbeute. Im Gegensatz
dazu erhält man durch die Zugabe kleiner Mengen Calciumcarbid eine erhöhte Temperatur,
verminderten Brennstoffbedarf und eine Erhöhung der Ausbeute. So gelingt es beispielsweise
durch einen Zusatz von 70/, Calciumcarbid zu jeder Kokscharge, die Koksmenge von
17 °/, der Metallcharge auf 4 bis 6 °/, derselben zu vermindern, während gleichzeitig
eine um 11° C höhere Temperatur erzeugt und eine 40 %ige Erhöhung der Schmelzgeschwindigkeit
bewirkt werden.
-
Um den Umfang und die Art und Weise der praktischen Anwendung der
Erfindung zu zeigen, geben die der Beschreibung angefügten Zahlentafeln die Bedingungen
und Ergebnisse einer Anzahl typischer Schmelzen an, bei denen Gußeisen in einem
basisch ausgekleideten Kupolofen in Gegenwart einer kleinen Menge Calciumcarbid
erschmolzen wurde. In diesen Tabellen sind die Prozentsätze für Carbid, Flußmittel
und Koks, alle auf das Gewicht der Metallcharge bezogen, während die Zahlen, welche
sich auf den Gehalt an Schwefel, Kohlenstoff, Silizium, Mangan und Phosphor in der
Charge und in dem Endprodukt beziehen, Durchschnittswerte von drei bis sieben Analysen
darstellen.
-
In den Schmelzen 1, 2 und 3 der Zahlentafeln wurden hochschwefelhaltige
Schrottchargen geschmolzen, die beim üblichen Kupolofenverfahren in der Regel nicht
zu verarbeiten sind. Die erzielten niedrigen Schwefelgehalte zeigen die große Entschwefelungsfähigkeit
des Calciumcarbids. Die Schmelzen 4, 5 und 6 gingen ausschließlich von Stahlchargen
aus und zeigen die stark erhöhte Kohlenstoffaufnahme, welche mit der Entschwefelung
Hand in Hand geht, sowie den Wert des erfindungsgemäßen Verfahrens im Hinblick auf
die Herstellung eines phosphor- und schwefelarmen Gußeisens. Bei den Schmelzen 7
und 8 wurden 70 0/,ige Stahlchargen mit einem stark schwefelhaltigen Koks geschmolzen,
woraus sich normalerweise ein Eisen mit über 0,230')/, Schwefel und weniger als
2,40 0/, Kohlenstoff ergeben würde, so daß das übliche
Kupolofenverfahren
hierfür nicht in Frage kommt. Durch die Zugabe von 6 °/o Calciumcarbid erzielte
man bei diesen beiden Schmelzen jedoch sehr niedrige Schwefelgehalte von
0,032 bzw. 0,037°/o bei genügend hohen Kohlenstoffgehalten von 3,3o bzw.
3,65%. Bei den Schmelzen 9 und 1o wurde ausschließlich von Roheisenchargen ausgegangen,
aus denen man unmittelbar aus dem Kupolofen ein Gußeisen mit einem außerordentlich
niedrigen endgültigen Schwefelgehalt von o,oio bzw. o,oo9 °/o erhielt. Die Entschwefelung
war also so vollständig, wie sie bisher nur bei Anwendung weit kostspieligerer Schmelzverfahren
erzielt werden konnte. Die Schmelzen 11, 12, 13 und 14, bei denen mit einer 7 °/oigen
Carbidzugabe und einem hochschwefelhaltigen, minderwertigen Koks gearbeitet wurde,
zeigen, daß bei schrittweiser Verminderung der Koksmenge von 17 auf 60/,
der Schwefelgehalt anstieg und der Kohlenstoffgehalt abnahm, das Temperaturniveau
jedoch gehalten wurde und die Schmelzgeschwindigkeit um 400/, zunahm. Diese Ergebnisse
lassen erkennen, daß man dort, wo der Schwefel- und Kohlenstoffgehalt im Enderzeugnis
nicht von besonderer Bedeutung ist, die thermischen Vorteile der Calciumcarbidzugabe
in stärkerem Maße ausgenutzt werden können, indem man einen Teil des Kokses durch
Calciumcarbid ersetzt. Die Schmelze 15 ist ein Beispiel, bei dem mit einer 7 %igen
Carbidzugabe und mit Gießereikoks erfolgreich gearbeitet wurde, dessen Menge sich
nur auf 40/, der Metallcharge beläuft. Hinsichtlich der Temperatur und der chemischen
Zusammensetzung wurden in diesem Fall Ergebnisse erzielt, die denjenigen vergleichbar
sind, welche man unter Verwendung von 15 bis 2o0/, Koks ohne Carbidzugabe erhalten
würde, während die Ausbeute sogar größer war.
-
Wie aus den Zahlentafeln ersichtlich, wurde bei einigen Schmelzen
das gesamte Calciumcarbid mit dem Satzkoks zugegeben, während man bei anderen Schmelzen
das Carbid mit dem Koks gleichmäßig in der oberen Hälfte des Füllkokses verteilte
und alsdann Calciumcarbid mit jeder Kokscharge des Satzkokses zugab bis zu etwa
zehn Chargen vom Ende der Schmelze. Bei der Schmelze 5 wurden beispielsweise nach
Einbringung von 59 kg Füllkoks zur Vervollständigung o,9 kg Calciumcarbid mit jeweils
7,3 kg Koks in achtzehn Kübelbeschickungen eingebracht. Nach dem Entzünden und Anbrennen
des Füllkokses wurde der Kupolofen chargiert, wobei o,9 kg Carbid zu jeder der ersten
fünf Kokschargen zugegeben wurden, jedoch nicht zu den zehn letzten. Auf diese Weise
wurden dem Koks 2o,9 kg Carbid oder annähernd 3°/o der gesamten Metallcharge von
68o kg hinzugefügt.
-
Wie schon gesagt, erfolgten alle angegebenen Schmelzen in einem basisch
ausgekleideten Kupolofen. Es wurden jedoch auch andere Schmelzen durchgeführt, bei
denen Calciumcarbid in einem in üblicher Weise sauer ausgekleideten Kupolofen angewendet
wurde. Man erzielte dabei zwar der Art, jedoch nicht dem Grad nach dieselben Ergebnisse
wie mit einem basisch ausgekleideten Kupolofen. So ergab beispielsweise eine zu
7001, aus Stahl und 3o0/, aus Roheisen bestehende Charge beim Schmelzen in
einem sauer ausgekleideten Kupolofen und einer 4°/oigen Zugabe von Carbid einen
Schwefelgehalt von o, ioo °/o statt 0,1300/, und einen Kohlenstoffgehalt von 2,82)/,
statt von 2,5004 und einen Temperaturanstieg von durchschnittlich 1526 auf
1571°C.
-
Die sich aus dem Aufgeben von Calciumcarbid in die Kupolofencharge
ergebenden Reaktionen, welche gleichzeitig einen Temperaturanstieg, eine Verminderung
des Schwefelgehaltes und die Kohlenstoffaufnahme veranlassen, sind bisher noch nicht
restlos geklärt. Es muß daher dahingestellt bleiben, ob die Reaktion infolge des
dauernden Kontaktes des geschmolzenen Metalls mit dem Carbid in dem Schmelzraum
des Kupolofens, infolge der örtlichen reduzierenden Wirkung der sich aus der Zersetzung
des Carbids durch atmosphärische Feuchtigkeit ergebenden Kohlenwasserstoffgase,
infolge des Kontaktes von Metalltropfen mit dem ungeschmolzenen Carbid oder infolge
einer Oberflächenreaktion zwischen dem Carbid und dem Eisenoxyd in der heruntertropfenden
Schlacke stattfindet. Es ist natürlich auch möglich, daß eine Kombination der verschiedenen
Reaktionen vor sich geht. Die verzögerte Wirkung und die Gegenwart gewisser Mengen
des Carbids in dem unteren flüssigen Teil der verschiedenen Schmelzen führt jedoch
zu der Annahme, daß das Carbid nicht sofort geschmolzen oder zersetzt wird. Diese
Annahme wird auch dadurch bestätigt, daß die Zuführung des gesamten Carbids in den
Kupolofenschmelzraum zwar einige der durch die Verwendung von Carbid erzielbaren
Ergebnisse brachte, jedoch nicht in dem Ausmaß, als wenn das Carbid über die Koksfüllung
verteilt wurde. Fernerhin ist eine Bestätigung der obigen Annahme darin zu erblicken,
daß sich Carbidbriketts als weniger wirksam erwiesen als Carbid in Stückform.
-
Nach den bei der praktischen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
gewonnenen Erfahrungen hat es den Anschein, daß die hauptsächliche Wirkung des Calciumcarbids
vor allem auf einer Reaktion an der Oberfläche des Carbids mit dem geschmolzenen
Metall und der Schlacke beruht, einer Reaktion, die bei den in der Schmelzzone herrschenden
höheren Temperaturen stärker zu sein scheint. Offensichtlich absorbieren die bei
einer Temperatur von 1093 bis 1649° C auf die Oberfläche der Carbidstücke auffallenden
Metalltropfen aus dem Carbid Kohlenstoff, während das Carbid aus dem Metall Schwefel
absorbiert. Die Reaktion scheint exotherm zu sein, wodurch eine weitere Erhitzung
der Metalltropfen stattfindet. Das Zersetzungsprodukt des Carbids, Calciumoxyd,
trägt dann zur Basizität der Schlacke bei und hält den von dem Metall absorbierten
Schwefel als Calciumsulfid zurück. Es erscheint auch möglich, daß die auf die Oberfläche
des Carbids auffallenden Schlackentropfen eine Reaktion hervorrufen, wodurch das
Eisen und andere Oxyde reduziert werden, und das aus dem zersetzten Carbid stammende
Calciumoxyd sowie möglicherweise etwas Calciumcarbid absorbiert wird. Solch eine
Schlacke stärkerer Basizität mit verringertem Eisenoxyd und etwas überschüssigem
Calciumcarbid würde während ihrer weiteren Abwärtsbewegung und nach ihrer Berührung
mit dem
Metall in dem Schmelzraum des Kupolofens gegenüber Schwefel
eine beträchtliche Absorptionskraft haben.
-
Die Erfahrung mit Koksreduktionen legt nahe, daß das Carbid in Gegenwart
von Luft verbrennen kann, wenn es genügend erhitzt ist und wenn dieser Vorgang durch
eine dieser anderen Reaktionen eingeleitet oder katalysiert wird. Aus jeder vorhergehenden
durch Reaktion mit Feuchtigkeit bewirkten Zersetzung des Carbids entsteht natürlich
das sehr stark reduzierend wirkende Acetylengas und basisches Calciumoxyd, die beispielsweise
ähnliche Ergebnisse liefern. Unverbrauchtes Carbid, das den Schmelzraum erreicht,
könnte seine Wirkung noch fortsetzen, wenn auch in vermindertem Maße.
-
Wie auch immer die Art der in Rede stehenden Reaktionen sei, es hat
sich gezeigt, daB die Zugabe kleiner Mengen Calciumcarbid zu der Kupolofencharge
eine verbesserte Entschwefelung, eine größere Kohlenstoffaufnahme und eine höhere
Schmelztemperatur ergibt. All diese Wirkungen sind bei der Erschmelzung von Gußeisen
im Kupolofen sehr vorteilhaft.
-
Andere Ergebnisse, die man durch Anwendung von Caiciumcarbid gemäß
der Erfindung erzielen kann und die in besonderen Fällen noch weitere Vorteile bringen,
sind z. B. die Erzeugung eines in weitgehendem Maße desoxydierten Eisens, ein verminderter
Verlust von oxydierbaren Elementen und die Reduktion von Oxyden. Man hat erkannt,
daB die Verringerung des Sauerstoffgehaltes eine beträchtliche Wirkung auf die Graphitbildung
und die Eigenschaften des Eisens haben. Es sind verschiedene Reduktionsmittel im
Handel, die die Herstellung eines vollständig desoxydierten Eisens im Kupolofen
zur Aufgabe haben. Der verminderte Eisenoxydgehalt der bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren anfallenden Schlacke zeigt, daB Calciumcarbid hinsichtlich seiner Reduktionswirkung
weit stärker ist als eines der bekannten Reduktionsmittel. Als Anzeichen für die
Wirksamkeit der Erfindung hinsichtlich einer Verringerung des Verlustes von oxydierbaren
Elementen in der. Kupolofencharge sei genannt, daß die in den Zahlentafeln aufgeführten
Schmelzen, insbesondere die Schmelzen 2 bis io, beträchtlich geringere Verluste
an Silizium und Mangan aufweisen als Vergleichsschmelzen, die ohne Calciumcarbidzusatz
durchgeführt wurden. In vielen Fällen trat nur die Hälfte der Verluste ein. Dieses
Ergebnis liegt mit der vollständigeren Desoxydierung des Eisens und dem geringeren
Eisenoxydgehalt der Schlacke auf einer Linie. Zusätzlich zu dem wirtschaftlichen
Vorteil eines verminderten Verbrauches an Silizium und Mangan liefert der verminderte
Verlust oxydierbarer Elemente bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Möglichkeit,
für das Kupolofenverfahren auch bestimmte leichter oxydierbare Legierungen zu verwenden,
die für gewöhnlich einem besonders hohen Verlust unterliegen. DaB die starke reduzierende
Wirkung des Calciumcarbids in einem Kupolofen oder in anderen Schachtöfen, wie z.
B. Hochöfen, ausgenutzt werden kann, um gewisse Legierungen aus ihren Oxyden zu
reduzieren, kann man der Tatsache entnehmen, daß sogar o,oo5 °/° Magnesium, welches
zu den schwer reduzierbaren Oxyden gehört, von dem
| Zahlentafel I |
| Flußmittel Temperatur |
| Schmelze Meta.lleliar e aacium- Kalk- Fluß- Koks Höchst- Normal- |
| Nr. g carbid stein Spat wert wert |
| I |
| 1 HochschwefelhaltigeUmschmelze 5°0 (Ch) 5% 20/0 140%o Gießerei
........ 1505°C 1493°C |
| 2 Hochschwefelhaltige Umschmelze 6% (F) 5'/o 3'/o 14 °/o Gießerei
. . . . . . . . 1546'C 1493'C |
| 3 Hochschwefelhaltige Umschmelze 3 % (F) 5% 30/, 14
°/° Gießerei . . . . . . . . I526° C 1493'C |
| 4 Nur Stahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
61) ,/o (F) 5% 3 °/o 16 °/o Gießerei . . . . . . . 16I3' C I537' C |
| 5 Nur Stahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 % (F) 5%
3)/o 16 °/o Gießerei . . . . . . . 16o4° C, 1537'C |
| 6 Nur Stahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I112 °/o
(F) 5 °/o 3 °/o 16 °/o Gießerei . . . . . . . . 1582° C1537° C |
| 7 7o °o Stahl, 30 0/0 Roheisen .... 6 0/0 (F) 5)/o 2%
17 °/o hochschwefelhaltig 1593° C I5IO° C |
| 8 7o % Stahl, 30 % Roheisen .... 601 (F) 5
0/0 1 2 °0 17 °/o hochschwefelhaltig 1604'C I5IO° C |
| 9 Roheisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 °o (Ch)
5 °,@o I 2 °/0 14 °/o Gießerei . . . . . . . . 1499° C1482° C |
| 10 Roheisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60 / 0 (F) 501/0 30'/, 14 °/o Gießerei ...... . 1526° C' 1482'C |
| 11 70 % Stahl, 30 % Roheisen .... 7 0/0 (Ch) o 0j0 I
1)/, 17 °/o hochschwefelhaltig 1577°C 151O° C |
| 12 70 04 Stahl, 30 % Roheisen .... 7 % (Ch)
00/0 ' 10/0 12 % hochschwefelhaltig 1582° C@ , |
| 13 70 % Stahl, 30 % Roheisen .... 7()/o (Ch) o ü/, 1
°/o 9 % hochschwefelhaltig I593° C: |
| 14 70 °/ o Stahl, 30 % Roheisen .... 7)/o (Ch) o l)/,
10(0 6 % hochschwefelhaltig I582° C: + |
| 15 7O °/o Stahl, 30 % Roheisen .... 7 °/o (Ch)
0'/. : I °/o 4 °/o Gießerei . . . . . . . . 1549° |
| (Ch) gibt an, daß das gesamte Calciumcarbid in den einzelnen
Kokschargen mit dem Satzkoks aufgegeben wurde. |
| (F) gibt an, daß ein Teil des Calciumcarbids mit dem Koks über
die obere Hälfte des sogenannten Füllkokses verteilt und |
| der Rest mit den Kokschargen des Satzkokses bis zu zehn Chargen
vor dem Ende der Schmelze zugegeben wurde. |
| »Höchsttemperatur« ist die sich aus drei optischen Pyrometerablesungen
ergebende Durchschnittstemperatur des flüssigen |
| Metalls, nachdem abkühlende Einflüsse der kalten Gießrinne
fortgefallen sind. |
| »Normaltemperatur« gibt angenähert die bei der gleichen Beschickung
auf Grund von Erfahrung und Literaturangaben zu |
| erwartende Temperatur an, wenn kein Calciumcarbid zugesetzt
wird und die Schmelze im üblichen, sauer ausgekleideten Kupol- |
| ofen erschmolzen wird. |
| -(- Keine Schätzungsmöglichkeit vorhanden. |
| »Umschmelze« = Hochschwefelhaltiges, im üblichen Kupolofenbetrieb
erschmolzenes Gußeisen. |
| Zahlentafel 2 |
| Schmelze Schwefelgehalt Kohlenstoffgehalt °,'o Andere Elemente |
| (im Endprodukt) |
| @r' Charge I Endprodukt I L?blicli Cliarg^ Endprodukt L'blicli
Silicium i Mangan Phosphor |
| Z 0,287 0,I00 0,250 2,2O 2,89 2,70 1,79 f 0,81
0,25 |
| 2 0,134 0,o16 0,159 2.3o 383 2,8o 1,85 0,72 0,03 |
| 3 o,119 0,031 0,140 2,48 3,62 I 300 2,31 o,89 , 0,03 |
| 4 0,050 0,025 0,140 0,20 3,52 2,20 2,67 0,88 0,02 |
| 5 0,050 I 0,026 0,140 0,20 3,50 2,20 2,41 0,89
0,03 |
| 6 0,050 0,047 o,140 0,20 3,19 ' 2,20 2,40 o,85 0,0-2 |
| 7 o,o6o o,032 0,230 1,20 j 3,30 2,40 2,13 0,74 0,22 |
| 8 o,o6o o,037 0,230 1,20 3,65 2,40 2,10 o,68 0,04 |
| 9 0,030 o,oio 0,070 4,20 I 4,17 3,70 2,37
0,11 0,03 |
| 10 0,030 j o,oo9 0,070 4,20 4,23 3,70
1,98 0,14 0,04 |
| 11 0,060 0,059 0,230 1,20 3,30 2,40 2,o6 0,74
0,31 |
| 12 0,060 i 0,111 -1- 1,20 2,6:1 -:- 1,9ö i 0,72 0,31 |
| 13 o,o6o o,116 1,20 2,6o 1,86 0,71 o,26 |
| 14 o,o6o o,172 I -I- i.20 2,39 + 1'99 o,66 0,31 |
| 15 o,o6o 0,o85 1,2o 2,75 -!- 2,03 0,7i , 019 |
| »Üblich« gibt die angenäherte Analyse an, die aus der gleichen
Charge ohne Zugabe von Calciumcarbid beim Erschmelzen |
| in einem üblichen sauer ausgekleideten Kupolofen auf Grund
von Erfahrungswerten und Schrifttumsangaben erwartet werden |
| kann. |
| - :- Keine Schätzungsmöglichkeit vorhanden. |
| Zahlentafel 3 |
| Analyse der verwendeten zwei Kokssorten |
| Gießereikoks Hochschwefelhaltiger |
| Koks |
| Schwefelgehalt . .. . . . . .. .... . ... ... . .. . .... .
.... o,65 bis o,850/0 2,00/0 |
| Flüchtige Bestandteile . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 0,6o bis i,oo0/0 500/0 |
| Asche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . 9,o bis 10,5 0/0 14,0% |
| Wahres spezifisches Gewicht . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 1,85 bis 1,95 1197 |
| Scheinbares spezifisches Gewicht . . . . . . . . . . . . .
. . . . 0,95 bis 1,o5 0,98 |
| Porosität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . **''1***' 48,o bis 51,0 0/0 50,5 0/ 0 |
| Zerkleinerungsprobe, 5 cm und mehr ..... . . . . . .
. . 81,o bis 86,o 0/0 83,5% |
| Aschenzusammensetzung |
| S102 ........................................ 52% 40% |
| Fe203 ....................................... 1o0/0 24% |
| A1203 .................................. « .... 300/0 Z00/0 |
| Ca0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 213% i00/0 |
| Mg0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 1,3 % - |
| Sulfate ...................................... - 5% |
erfindungsgemäß geschmolzenen Eisen aufgenommen wurde, wobei das Magnesium aus einer
chemischen Reduktion der feuerfesten Magnesiumoxydauskleidung stammte. Es ist auch
möglich, mit Hilfe des Carbids die Reduktion bestimmter Metalloxyde entweder in
Öfen einfacherer Konstruktion mit größerer Geschwindigkeit oder größerer Ausbeute
durchzuführen.
-
Die Erfindung liefert somit ein verbessertes Verfahren zum Erschmelzen
von Gußeisen in Kupolöfen, das Vorteile bietet, welche durch die bisher angewendeten
Verfahren nicht erzielbar waren. Fernerhin ermöglicht die Erfindung eine beträchtliche
Kostenersparnis, da bei dem Verfahren von verhältnismäßig billigen Ausgangsstoffen
Gebrauch gemacht werden kann, die beim üblichen Kupolofenverfahren nur beschränkt
verwendl)ar sind. In erster Linie erzielt man durch die erfindungsgemäße Zugabe
verhältnismäßig kleiner Mengen Calciumcarbid zu der Kupolofencharge folgende Ergebnisse:
Beträchtlich gesteigerte Kohlenstoffaufnahme, wodurch es möglich ist, phosphorarmes
Eisen aus großen Stahlschrottanteilen wirtschaftlich herzustellen; Entschwefelung
unmittelbar innerhalb des Kupolofens, wodurch man ohne Gefährdung der Wirtschaftlichkeit
auf billige schwefelreiche Materialien zurückgreifen kann; erhöhte Schmelztemperatur,
die über dem beim üblichen Kupolofenverfahren erzielten Höchstwert liegt und damit
größere Schmelzgeschwindigkeit; verminderter Verlust an oxydierbaren Elementen und
Reduktion gewisser Elemente aus ihren Oxvden und eine vollständigere
Entoxydierung
des Kupolofeneisens. Es ergibt sich also, daß es durch die Erfindung möglich ist,
den Anwendungsbereich des Kupolofenverfahrens zum Schmelzen von Eisen erheblich
auszudehnen und mit dein Kupolofen Ergebnisse zu erzielen, die sowohl hinsichtlich
der Art als auch hinsichtlich des Grades von den bisher erreichbaren Ergebnissen
abweichen.
-
Die Ausführungsbeispiele, welche lediglich der Erläuterung dienen
sollen, können Abänderungen erfahren, ohne daß damit der Rahmen der Erfindung verlassen
wird.