PL6675B1 - Sposób wytwarzania stopów zelazo - chromowych. - Google Patents

Description

Pierwszenstwo: 11 grudnia 1924 r. (Stany Zjednoczone -Ameryki).Wynalazek niniejszy dotyczy sposobu wytwarzania stopów zelaza z chromem, za¬ wierajacych drobna ilosc wegla, zapomoca bezposredniej redukcji czyli odtleniania chromu z jego rud lub zwiazków w.kapie¬ li z roztopionego zelaza lub stali, albo tez zapomoca usuwania wegla ze stopów zela- zo-chromowych (ferro-chromów), droga bezposredniej redukcji, opisanej ponizej albo innym znanym juz sposobem. Wyna¬ lazek dotyczy w szczególnosci: a) wytwarzania zelaza wolnego od bra¬ ków, zawierajacego chrom w ilosci od 8 do 20%, i wegiel w ilosci od 0,05 do 15% ; b) stali wolnej od braków z zawarto¬ scia chromu od 12 do 16% i wegla od 0,15 do 1%; c) ferro-chromów z zawartoscia od 45 do 65% chromu i od 0,10 do 1% wegla.Ferro-chromy wyrabiano dotychczas w taki sposób, ze najpierw stapiano rude chromowa z weglem w lukowych piecach elektrycznych lub w piecach z wdmuchiwa¬ niem powietrza i otrzymywano w rezulta¬ cie wytwór ostateczny, zawierajacy 40 do 65% chromu i 6 do 9% wegla. Ten ferro-chrom, z wielka zawartoscia we¬ gla, przetapiano nastepnie powtórnie w piecu elektrycznym pod zuzlem za¬ wierajacym wapno i rude zelazna lubchromowa, w celu wypalenia wegla z ferro- chromu. Sposób^ten wywoluje jednak, z powodu wielkiej ilosci wegla, w stosunku dó ilosci Ghroniu, znaczne straty chromu, gdyzMenze oddziela sie od metalu juz ra¬ finowanego znacznie szybciej anizeli we¬ giel. Dalsza wada rzeczonych sposobów po¬ lega na tern, iz podobne otrzymywanie ferro-chromów z zawartoscia wegla mniej¬ sza od 1 lub 2% jest trudne i kosztowne, czyli ze powyzsze sposoby sa nieekonomicz¬ ne i daja wytwór niskiego gatunku.Inne sposoby stosowane w praktyce polegaja na tern, ze wegiel zastepuje sie krzemem, glinem, wapniem, krzemianem karbidu, stopami krzemu z glinem lub wapnia z krzemem. Zapomoca tych sposo¬ bów mozna wprawdzie otrzymywac, ferro- chromy o niskiej zawartosci wegla, ale sa one bardzo kosztowne i przytem w otrzy¬ manym stopie pozostaje czesto szkodliwa ilosc krzemu albo glinu.Wynalazek mozna stosowac, korzysta¬ jac z wegla w postaci handlowej jako czyn¬ nika redukujacego, przyczem w taki spo¬ sób, iz zredukowany metal zachowuje mini¬ malna tylko ilosc wegla. Wobec tego przy nastepnem oczyszczeniu metalu trzeba u- suwac tylko bardzo mala ilosc wegla, czy¬ li ze straty chromu przy tern oczyszczaniu sa równiez odpowiednio zmniejszone. Je¬ zeli ponadto zastosowano przy tern rafino¬ waniu zuzel o malej objetosci, lecz bardzo czynny, to czas rafinowania mozna skró¬ cic, obnizajac przez to jeszcze bardziej straty chromu.Dla osiagniecia takich wyników, przy bezposredniem wytwarzaniu chromu z jego rud, nalezy przestrzegac spelnienia naste¬ pujacych warunków, które wyjasniamy do¬ kladniej w tekscie dalszym: 1) Piec o szybkiem dzialaniu, umozli¬ wiajacy scisle miarkowanie temperatury, 2} rozdrobienie czynników redukujacych, 3) dokladne zmieszanie ze soba rudy i ma- terjalu odtleniajacego, 4) staranne dostoso¬ wanie szybkosci wprowadzania do miesza¬ niny podlegajacej stapianiu energji (elek¬ trycznej) dostarczanej do pieca, 5) stop¬ niowe usuwanie zuzla powstajacego wsku¬ tek redukcji rudy, 6) calkowite usuniecie zuzla, powstajacego przy przetapianiu me¬ talu, przed dodaniem skladników zuzla ra¬ finujacego, 7) wysoka temperatura zuzla o malej objetosci podczas rafinowania me¬ talu, 8) uzycie wegla w ilosci mniejszej od ilosci potrzebnej do calkowitego odtlenie- nia chromu i tlenków zelaza.Powyzsze warunki procesu dyktuje na¬ stepujace zjawisko zaobserwowane pod¬ czas doswiadczen. Gdy chrom redukuje sie ze swej rudy technicznej, zapomoca wegla w kapieli roztopionego zelaza lub stali, po¬ zostaje zuzel zlozony z zanieczyszczen ru¬ dy i wegla, przyczem objetosc jego wzra¬ sta w miare wprowadzania coraz to no¬ wych ilosci rudy i czynnika odtleniajace¬ go. Zawartosc chromu w ladunku pieca zmniejsza sie, a zawartosc chromu w meta¬ lu wzrasta dopóty, dopóki w mieszaninie rudy wprowadzanej do pieca znajduje sie czynnik odtleniajacy. Przekonano sie ato¬ li, ze z chwila gdy w mieszaninie rudy zbraknie juz czynnika odtleniajacego, zuzel zaczyna natychmiast odbierac chrom i ze¬ lazo z roztopionego metalu, znajdujacego sie pod nim. Jezeli temperatura jest wy¬ soka, a objetosc zuzla pokazna, to w ciagu jednej godziny roztopiony metal moze utra¬ cic wielki odsetek swego chromu. Okazuje sie równiez, ze ilosc wegla pochlonietego przez roztopiony metal zmniejsza sie wsku¬ tek: a) szybkiej redukcji i roztopienia rudy chromu w mieszaninie tej rudy z weglem, majacych na celu skrócenie czasu, w jakim roztopiony metal podlega zanieczyszczaniu weglem i b) uzycia wegla w ilosci nieco mniejszej od ilosci teoretycznie potrzebnej do calkowitego odtlenienia ladunku rudy chromowej.Co do okresu odweglania, to przekona- — 2 —no sie, ze warunkiem sprzyjajacym jest zuzel odweglajacy silnie zasadowy i zawie¬ rajacy mozliwie jak najwiecej tlenku chro¬ mu, poniewaz zuzel tego rodzaju, bedac juz prawie nasycony tlenkiem chromu, od¬ biera z roztopionego metalu tylko troche chromu. Przekonano sie takze, ze aktyw¬ nosc takiego zuzla mozna powiekszyc przez miarkowanie temperatury w ten sposób, aby objetosc jego znacznie sie zmniejszy¬ la, ponizej objetosci stosowanej obecnie, co pozwala zaoszczedzic w metalu oczy¬ szczonym jeszcze wieksza ilosc chromu* Po tym krótkim opisie sposobu i wyni¬ ków doswiadczen, na których jest on opar¬ ty, ponizej podaje sie sposób redukcji bez¬ posredniej, dostosowany do wytwarzania stali i zelaza wolnych od wad. 1. Piec. Najlepszy jest piec lukowy w rodzaju pieca z lukiem skierowanym ku roztopionemu ladunkowi z elektroda lub bez elektrody na dnie. W zasadzie mozna uzyc pieca w zwyklej, stosowanej dotych¬ czas postaci, ale lepszy skutek daje piec posiadajacy znamiona nastepujace: a) dwie lub kilka elektrod, umieszczonych syme¬ trycznie ponad paleniskiem, b) szczegól¬ nie dobre miarkowanie elektrod, ulatwia¬ jace regulowanie temperatury, c) obmuro¬ wanie czyli wykladzina wewnetrzna pieca i objetosc jego paleniska powinny byc tak dostosowane do pozycji i wymiarów elek¬ trod, azeby piec mozna bylo „forsowac", co jest konieczne ze wzgledu na szybkie tempo pracy, wlasciwe danemu sposobo¬ wi, d) obmurówka ogniotrwala i dno po¬ winny opierac sie gryzacemu dzialaniu zuzla i wytrzymywac szybka prace, e) zwykle urzadzenia ulatwiajace wprowa¬ dzanie goracego metalu i usuwanie szlaki. 2. Roztopiony metal czyli kapiel meta¬ lowa. Do wytwarzania zelaza i stali bez braków najlepiej jest uzyc i wprowadzic do pieca elektrycznego roztopiony i przedmuchany metal z gruszki Bessemera, zawierajacy nie wiecej od 0,05% wegla, Roztopiony metal przeznaczony do wy¬ tworzenia stali bez wad mozna przelac z gruszki Bessemera do pieca elektrycznego jeszcze przed usunieciem wszystkiego we¬ gla, przy zawartosci tegoz od 0,2% do 0,6%.Jezeli roztopiony, rafinowany metal nie moze byc zaczerpniety z gruszki Besseme¬ ra lub pieca otwartego, to mozna go wy¬ tworzyc przez stapianie i rafinowanie od¬ padków stali w piecu elektrycznym w spo¬ sób znany. W kazdym jednak razie przed zaladowaniem metalu do pieca nalezy naj¬ pierw wprowadzic do paleniska pieca la¬ dunek kamienia wapiennego. 3. Zuzel odbiorczy. Po roztopieniu me¬ talu powierzchnia jego pokrywa sie zuzlem odbiorczym skladajacym sie z wapna i fluspatu. 4. Przygotowywanie mieszanej rudy, cial sprzyjajacych redukcji oraz wegli- stych materjalów redukujacych. Jak juz bylo zaznaczone, rude i materjal reduku¬ jacy rozdrabnia sie mialko i miesza razem dokladnie.Materjalem dostarczajacym chrom jest znajdujacy sie w sprzedazy chromit albo inne materjaly, zawierajace duzo chromu.Ruda powinna byc tak rozdrobiona, aby przesypywala sie przez sito o gestosci 8 do 40 oczek w calu, jako materjal reduku¬ jacy najlepiej uzyc zmielony lub rozdro- biony koks z ropy naftowej, koks zwykly albo antracyt, chociaz mozna równiez uzyc innych materjalów obfitujacych w wegiel.Nalezy unikac przytem „maczki" (materjal zmielony tak drobniutko, iz przechodzi przez sito o 60 oczkach w calu), poniewaz przekonano sie, ze materjal redukujacy, tak drobny wywoluje wzdecia i wybuchy metalu przy przebiegajacym szybko proce¬ sie redukcyjnym. Najdogodniejszym wy- wymiarem poszczególnej czastki wegla jest wymiar równajacy sie oczkom sita o ge¬ stosci 8 do 20 oczek w calu. Przekonano sie bowiem, ze materjal odtleniajacy roz- — 3 -drabniany do tego stopnia wywoluje szyb¬ ki przebieg redukcji rudy, co jest sprawa zasadnicza w danym sposobie* W roli topników, czyli materjalów sprzyjajacych redukcji stosuje sie krzem, gline, rutyl czyli tlenek tytanu, ilmenit, fluspat, wapno, pojedynczo lub razem w zaleznosci od tego, jakie zanieczyszczenia zawiera ruda i jakie sa materjaly reduk¬ cyjne. Materjaly powyzsze czynia zuzel w temperaturze redukcji plynnym, co ula¬ twia oddzielanie sie skupien zredukowane¬ go metalu, jak równiez szybkie usuniecie samego zuzla, po zniknieciu czynnika od¬ tleniajacego z mieszaniny. 5. Ladowanie mieszaniny rudy. Z chwi¬ la gdy zuzel odbiorczy stal sie juz plyn¬ nym, wprowadza sie do pieca mieszanine, skladajaca sie z wegla, topnika i rudy, za- pomoca szufli lub maszyny do ladowania rudy. Mieszanine te rozposciera sie na po¬ wierzchni roztopionego metalu cienka war¬ stwa z taka szybkoscia, aby glebokosc tej nieodtlenióhej mieszaniny nie przekracza¬ la paru cali. Szczególna wlasnoscia oma¬ wianego sposobu jest zmniejszenie do mi¬ nimum zetkniecia czasteczek wegla z roz¬ topionym metalem, wobec czego szybkosc ladowania jest taka, ze czyni zadosc temu warunkowi. 6. Miarkowanie doplywu energji do pieca. Energje elektryczna doplywajaca do pieca miarkuje sie tak, aby otrzymac maksymalna szybkosc redukcji, nie prze¬ grzewajac jednak pieca, az do uszkodze¬ nia jego sklepienia lub scian. Ilosc energji potrzebnej dla poszczególnych pieców jest niejednakowa i okresla sie dla kazdego pieca droga próby. Mieszanina rudy po¬ winna byc wprowadzana do pieca z taka szybkoscia, aby miala czas sie zredukowac, i azeby czastki odtleniajacego metalu zda¬ zyly zmieszac sie z metalem roztopionym. 7. Usuwanie zuzla. Wogóle biorac, na¬ lezy postepowac w sposób nastepujacy. Po zaladowaniu do pieca okolo polowy mie¬ szaniny rudy, zwieksza sie nieco doplyw energji elektrycznej i praca pieca trwa, az do chwili, gdy: a) znikna czasteczki we¬ glowe; b) szlaka stanie sie plynna i c) za¬ wartosc chromu w roztopionym metalu o- siagnie maksymum, o czem mozna sie przekonac zapomoca szybkiej próby che¬ micznej lub przelamania próbki. Natych¬ miast po osiagnieciu tych warunków, nale¬ zy mozliwie jak najszybciej i jak naj¬ dokladniej usunac zuzel. 8. Dalsze ladowanie rudy. Druga czesc ladunku wprowadza sie w taki sam spo¬ sób, jak pierwsza, a próbe roztopionego metalu i usuwanie szlaki wykonywa sie tak samo, jak poprzednio. W koncu tej cze¬ sci procesu metal zawiera 10 do 20% chromu i rzadko kiedy wiecej niz 0,6% do 1% wegla. Ilosc czasu, potrzebnego do wykonania tej czesci sposobu, wynosi za¬ zwyczaj od 3 do 4 godzin. 9. Odweglanie. Zaraz po usunieciu o- statniego zuzla stapiania, do roztopionego metalu dodaje sie zmielone drobno wapno i fluspat, poczem podnosi sie temperature tak, aby te dodatki roztopily sie w ciagu 10 do 15 minut. Nastepnie wprowadza sie stopniowo, zapomoca szufli lub maszyny do ladowania, drobno rozdrobniona rude chromowa, która rozposciera sie dokladnie na powierzchni roztopionego metalu. Wy¬ soka temperature podtrzymuje sie potem najdal i pobierajac co 10 minut szybka pró¬ be chemiczna, dotyczaca wegla i chromu, az do chwili dostatecznego zmniejszenia sie zawartosci wegla. Zazwyczaj zawartosc wegla spada ponizej 0,1% w przeciagu % do 34 godziny. 10. Odtlenianie. Celem usuniecia z roz¬ topionego metalu tlenków i gazów, na po¬ wierzchnie zuzla odtleniajacego wrzuca sie sproszkowany zelazo-krzemek (ferrosi- licium), lub zelazo-krzem glinu albo inny czynnik odtleniajacy.Ciala powyzsze dodaje sie w ilosci za¬ leznej od temperatury i ustala sie zapomo- — 4 —ca szybkiej analizy roztopionego metalu na wegiel lub na glin, albo na oba te ciala jednoczesnie i zapomoca wygladu przela¬ manej próbki zaczerpnietej lyzka. Chodzi bowiem o to, aby uniknac wprowadzenia do roztopionego metalu krzemu lub glinu i otrzymac metal bez pecherzyków we¬ wnetrznych. 11. Usuniecie zuzla i spuszczanie. Gdy próby chemiczne i na przelamanie wyka¬ zuja juz, ze wymienione powyzej wyniki zostaly osiagniete, nalezy jak najspieszniej usunac zuzel odweglajacy, poczern po¬ wierzchnie roztopionego metalu pokrywa sie sproszkowanem wapnem. Nastepnie metal doprowadza sie do temperatury spuszczania, spuszcza i odlewa zen gesi.Jako przyklad zastosowania niniejsze¬ go sposobu, podaje sie ponizej opis wy¬ robu zelaza bez braków, nie ograniczajac sie jednak wcale do przytoczonych propo- zycyj i materjalów surowych.Operacje mozna przeprowadzic w pie¬ cu elektrycznym typu dowolnego, który jednak pozwalalby na podniesienie tem¬ peratury zawartosci do potrzebnej wyso¬ kosci. W danym wypadku uzyto pieca elek¬ trycznego) oi pojemnosci okolo % tonny, za^ silanego pradem zmiennym jednofazowym i o dwu zwisajacych elektrodach tworza¬ cych luk skierowany ku zuzlowi, przy- czem dno tego pieca i scianki boczne, az ponad linje zuzla wylozone byly cegla , chromowa, wolna od wegla. Sklepienie pie¬ ca i sciany, ponad linja zuzla, wylozone byly cegla ogniotrwala dobrego gatunku, wytrzymujacego wysoka temperature. Po¬ wierzchnia pieca stykajaca sie z linja zuzla wynosila okolo 0,84 m2. Do pieca tego wlewano roztopione zelazo lub stal, poczem roztapiano na nich zuzel zasadowy.Do 317,5 kg roztopionego zelaza zawie¬ rajacego okolo 0,02% wegla dodano 15,9 kg wapna i 6,8 kg fluspatu. Piec pracowal poczatkowo pod pradem o 120 V i 1200 A. Po uplywie 15 minut wapno i fluspat roztopily sie, dajac zuzel odbiorczy. Na¬ stepnie prad doprowadzono do 1500 A przy napieciu 120 V i zaladowano do pie¬ ca zapomoca szufli w przyblizeniu polowe mieszaniny, skladajacej sie z rudy, wegla i topnika. W mieszaninie tej bylo: 238 kg rudy chromitowej, 53 kg koksu zawieraja¬ cego 12% popiolu i 5,43 kg fluspatu. W przeciagu V/± godziny wprowadzono do pieca cala ilosc rudy, a po uplywie nastep¬ nej M4 godz wzieto pierwsze próbki me¬ talu. Ilosc energji elektrycznej dostarczo¬ nej do pieca wynosila od 600 do 700 W na kazde 0,453 kg zaladowanej rudy chromowej i jednoczesnie okolo 18000 do 20000 W na kazde 0,09 m2 powierzch¬ ni zuzla. Zuzel topil sie wówczas i nie zawieral wcale ziarnek koksu, a me¬ tal wykazywal zawartosc 8,12% chromu.Nastepnie usunieto zuzel i rozpoczeto lado¬ wanie drugiej czesci mieszaniny skladaja¬ cej sie z rudy, topnika i wegla przy uzyciu takiegoz pradu i napiecia, jak i przy wpro¬ wadzaniu pierwszej czesci mieszaniny. Po uplywie 2 godz wyglad zuzla i zawartosc chromu wskazywaly, ze zuzel nalezy usu¬ nac. Utworzono potem zuzel odweglajacy przez dodanie 6,8 kg wapna i 4,53 kg fluspatu, roztopionych przez podniesienie pradu do 120 V i 2000 A na przeciag 15 mi¬ nut. Nastepnie przy tym samym pradzie do^ dano stopniowo 22,65 kg rudy chromu. Ilosc energji elektrycznej dostarczanej podczas odweglania wynosila okolo 23000 do 28000 W na kazde 0,09 m2 powierzchni zuzla.Po uplywie 30 minut brano w odste¬ pach dziesieciominutowych próbki me¬ talu, w celu szybkiego okreslenia zawarto¬ sci wegla. Po uplywie nastepnych 1% go¬ dziny zawartosc wegla wynosila 0,10%, a chromu 12,53%. Dodano wówczas 4,53 kg 50-procentowego sproszkowanego zelazo¬ krzemu (ferro-licium) i po 10 minutach u- sunieto zuzel. Przerwano nastepnie doplyw pradu elektrycznego i dodano sproszkowa¬ nego wapna, w sposób juz opisany, poczem .— 5 —metal spuszczono do dolu lejarskiego i odlano zen gesi. Próba gotowego metalu wzieta zdolu wykazala 0,073 wegla, 12,52% chromu i 0,12% krzemu.Przy zastosowaniu omawianego' sposobu do otrzymywania zelazochromu o drobnej zawartosci wegla, postepowano w sposób powyzszy, zwiekszajac jednak odpowied¬ nio dodawane ilosci rudy chromowej, ko- ksu i topnika, a zmniejszajac zato odpo¬ wiednio ilosc wegla w poczatkowym meta¬ lu roztopionym. Przy odweglaniu stosunek objetosci zuzla do zawartosci chromu w roztopionym metalu byl zasadniczo taki sam, jak przy wytwarzaniu wysokowarto- sciowego zelaza lub stali.Przy odweglaniu zelazochromu, wytwa¬ rzanego sposobami dotychczasowemi, prze¬ strzegano tych samych zasad odweglania.Znacznie jest jednak lepiej uzyc w tym ce¬ lu zelazochromu, otrzymanego opisywanym tu sposobem, poniewaz przekonano sie, ze posiada on poczatkowo o wiele mniej wegla, anizeli zelazochrom, uzyskany zapomoca zwyklego sposobu, polegajacego na reduk¬ cji weglem, wobec czego mozna go taniej przetworzyc na metal o malej zawartosci wegla. PL PL

Claims (3)

1. Zastrzezenia patentowe. 1. Sposób wytwarzania stopów zelazo- chromowych w piecach elektrycznych, w którym mieszanine redukujaca rudy chro¬ mowej miesza sie na roztopionym zelazie, znamienny tern, ze ladunki rudy chromo¬ wej mieszanej np. z weglem (koksem, we¬ glem drzewnym i t. d.) wprowadza sie por¬ cjami kolejnemi, doprowadzajac stale e- ileTgje elelrtryczna, a po ukonczonem zre¬ dukowaniu zuzel utworzony usuwa sie przed kazdorazowem dodaniem swiezej porcji ladunku, poczem wreszcie wegiel ze stopu chromowego, przez iiodanie rudy chromowej, pozbawionej wegla, lecz zasob¬ nej w tlenek chromu i posiadajacej nie¬ znaczne ilosci tlenku zelaza, spala sie, wytwarzajac w ten sposób specjalna war¬ stwe zelaza zasadowego.

2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tern, ze temperature stopu, w miare doda¬ wania kolejnych porcyj ladunku miesza¬ niny, skladajacej sie z rudy chromowej i wegla, podnosi sie stopniowo.

3. Sposób wedlug zastrz. 1) i 2, znamien¬ ny tern, ze, podczas okresu redukowania, energje elektryczna doprowadza sie w ilo¬ sci 500 — 700 watów na kazde 0,453 kg rudy chromowej f podczas zas dodawania dalszych porcyj mieszaniny rudy chromo¬ wej i wegla, ilosc doprowadzonej energji wzrasta do 18 — 22 kilowatów na kazde 0,093 m2 powierzchni zuzlowej, przyczem podczas okresu odweglania ilosc ta zwiek¬ sza sie do 23 — 26 kilowatów, np. do 25 kilowatów na te sama jednostke powierzch¬ ni zuzla. Ezekiel Joel Shackelford, William Bose Dobbin Penniman. Zastepca: M. Skrzypkowski, rzecznik patentowy. Druk U Boguslawskiego, Warszawa. PL PL