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Die gleichen Methoden, wie sie in den bisherigen Öfen ausgeführt wurden, sind auch auf die Herstellung von Stahl im Hochfrequenzofen übertragen worden. Bei den Verfahren, welche bisher bekanntgeworden sind, wird vorerst durch einen Frisehprozess unter einer mehr oder weniger porösen Schlacke ein weiches Flusseisen hergestellt, welches nachher durch Zusetzen der bekannten Desoxydationsmittel gereinigt wird. Als besonderer Vorteil des Hochfrequenzofens wird hervorgehoben, dass es damit gelingt.
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Kohlenstoff, welcher in den bisherigen Schmelzöfen praktisch nicht erreichbar ist, durch reinigende
Zusätze in kurzer Zeit vollkommen rotbruehfrei zu machen.
Infolge der elektromechanischen Durch- misehung des Stahlbades im Hochfrequenzofen sollen sich die gebildeten Desoxydationsprodukte besser als in irgendeinem andern Ofen ausscheiden. Bei diesem Verfahren muss der Zeitpunkt, wann die Des- oxydation beendigt ist. genauestens beobachtet werden, da sonst durch den unvollständigen Abschluss des Bades von der Luft bei der angewendeten lockeren Schlacke leicht eine neuerliche Oxydation des Bades eintreten kann. in welchem Falle der ganze Erfolg in Frage gestellt wäre.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Eisen oder Stahl im Siemens-Martin-Ofen oder Elektroofen, insbesondere Hochfrequenzofen, als Endprodukt, Vorlegierung oder Grundstoff für Legierungen und besteht darin, dass das Raffinieren ohne Zusatz von Desoxydationsmitteln unter bestmöglichem Ausschluss von Luft mittels einer neutralen, praktisch nicht desoxydierenden Schlacke.
Vakuums oder neutraler Atmosphäre mit Durchmischung des Bades und bei möglichst hohen Temperaturen durchgeführt wird. wobei die den Luftabschluss bewirkende neutrale, praktisch nicht desoxydierende Schlacke ihre Zähigkeit erhöhende Zusätze. wie Glas. und ihren Schmelzpunkt erniedrigende Zusätze bekannter Art enthalten kann und vorzugsweise bereits das Einschmelzen des Eisens oder Stahles unter bestmöglichem Ausschluss von Luft vorgenommen wird.
Das nachfolgend beispielsweise für den Hochfrequenzofen beschriebene erlindungsgemässe Verfahren zur Herstellung von Eisen oder Stahl verwendet eine von den bisherigen Schmelzmethoden grundlegend abweichende Arbeitsweise für die Durchführung der Desoxydation und Entgasung.
Erfindungsgemäss wird vorzugsweise bereits beim Einschmelzen der Charge eine Schlacke besonderer Zusammensetzung angewendet, welche einen sehr niedrigen Schmelzpunkt und eine ausserordentliche Zähigkeit hat, so dass das Metall schon beim Beginn des Verfahrens von der Luft gut abgeschlossen und eine übermässige Sauerstoff-und Gasaufnahme vermieden wird. Ist der Phosphorgehalt im Einsatz so hoch, dass zuerst eine Entphosphorung notwendig ist. oder kann aus einem andern Grunde die Sonder-
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des Einsatzes, also als erste Schlacke. eine übliche Schlacke angewendet werden, doch erfordert dann der weitere Verfahrensverlauf mehr Sorgfalt. Zeit und Kosten.
Die bei basischer Zustellung des Ofens zu verwendende Sonderschlacke hat zweckmässig folgende Zusammensetzung :
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<tb>
<tb> 1-50 <SEP> Glas.
<tb> 1-2000 <SEP> Eisenoxyd,
<tb> 1- <SEP> 500 <SEP> Flussspat.
<tb>
Rest <SEP> Kalk.
<tb>
Eine Sonderschlacke von z. B. folgender Zusammensetzung hat sieh gut bewährt : 40%, Glas.
100"Eisenoxyd.
1% Flussspat.
49% Kalk.
Bei saurer Zustellung des Ofens wird an Stelle dieser Sonderschlacke vorzugsweise irgendeine bekannte saure Selllacke verwendet, die ihre Zähigkeit erhöhende Zusätze, wie z. B. Glas, und ihren Schmelzpunkt erniedrigende Zusätze, wie z. B. Kalk oder Magnesit, enthält. Diese sauren Sonderschlaeken können beispielsweise folgende Zusammensetzungen haben :
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<tb>
<tb> 10#50% <SEP> Glas,
<tb> Rest <SEP> Quarz.
<tb> zu <SEP> Glas.
<tb> 5-400 <SEP> ;. <SEP> 31agnpsit.
<tb>
Rest <SEP> Quarz.
<tb>
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<tb>
<tb>
10-5000 <SEP> Glas.
<tb>
5#15% <SEP> Kalk.
<tb>
Rest <SEP> Quarz.
<tb>
10#50% <SEP> Glas.
<tb> 5-20% <SEP> Manesit.
<tb> a-10% <SEP> Kalk.
<tb>
Rest <SEP> Quarz.
<tb>
Der niedrige Schmelzpunkt ist von besonderem Vorteil, da im Hoehfrequenzofen die Schlacke nur vom Bad aus geheizt wird und daher immer kälter ist als das Metall. so dass sie häufig nicht genügend flüssig wird. Schlacken mit hohen Sehmelzpunkten bilden keinen genügend dichten Abschluss des Bades gegen die schädliche Einwirkung des Luftsauerstoffes. Die hohe Zähigkeit der Schlacke ist darum vorteilhaft, weil die Schlacke im Hochfrequenzofen durch die elektromagnetische Badbewegung nach dem Rand gezogen wird und leicht in der Mitte auseinanderreisst, wodurch ebenfalls die Luft mit dem flüssigen Metall in Berührung kommt. Durch die Anwendung derartiger Schlacken ist somit bereits beim Einschmelzprozess ein weitgehender Abschluss des Stahles von der Luft gewährleistet.
Nach dem Einschmelzen wird die Schlacke entfernt und das Bad unter einer neuaufgebrachten Sonderschlaeke bei möglichster Vermeidung jeder Uberoxydation weiterbehandelt, wobei zur Entfernung des restlichen Sauerstoffes und Gases erfindungsgemäss ein grundsätzlich anderer Weg als bisher eingeschlagen'wird.
Die bisherigen Verfahren verwenden, wie erwähnt. nachdem die Entkohlung beendigt ist, zur Zerstörung der Sauerstoff-und Gasreste als desoxydierende Zusätze Stoffe. welche eine grössere Verwandtschaft zum Sauerstoff haben, wodurch feste bzw. gasförmige Desoxydationsprodukte entstehen.
Es wurde nun erkannt, dass der Hochfrequenzofen die Ausnutzung der chemisch-physikalischen Gesetze nach einer andern Richtung hin ermöglicht. Es ist bekannt. dass die Reaktionsgeschwindigkeit einer
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und endlich durch langandauernde Durchmischung (z. B. durch Kochen). Die Erkenntnis, dass sich durch die Anwendung dieser Gesetze auf den Hochfrequenzofen ohne Anwendung irgendwelcher des- oxydierender Zusätze eine weitgehende Entoxydation (Zerstörung des Sauerstoffiiberschusses) und
Entgasung eines weitgehendst entkohlten Eisens erreichen lassen. bildet einen wesentlichen Teil der vorliegenden Erfindung.
Die praktische Durchführung des Verfahrens geht weiters folgend vor sich :
Das durch die zähe und dünnflüssige Schlacke von der Luft gut abgeschlossene und bereits nahezu vollständig entkohlte Bad wird bis zur höchsten, im Hochfrequenzofen praktisch möglichen Temperatur erhitzt und dann durch längere Zeit bei dieser hohen Temperatur der elektromechanischen Mischwirkung ausgesetzt. Durch diese äusserst hohe Temperatur, welche höher ist als die sonst bei der Herstellung von Eisen und Stahl (auch im Hochfrequenzofen) üblichen Temperaturen, wird die Schmelze ausser- ordentlich dünnflüssig und kann nunmehr durch die Einwirkung der automatischen elektromechanischen
Durchmischung vollständig selbsttätig ausreagieren und entgasen.
Das nach diesem Verfahren herge- stellte Fertigmaterial weicht in seinem Verhalten wesentlich von den nach bekannten Schmelzverfahren hergestellten weichen Eisen-und Stahlsorten ab. Es fliesst vollkommen ruhig, ohne zu sprühen, aus dem
Probelöffel in die Kokille und zeigt weder während des Flusses noch auch bei der nachfolgenden Er- starrung irgendwelche Anzeichen einer nachträglichen Gasabseheidung. Es ist somit praktisch voll- kommen entgast und verhält sieh in dieser Beziehung wie ein mit Silizium beruhigtes Eisen. Auch ist es ausgezeichnet schmiedbar und vollkommen rotbruchfrei, somit ein Erzeugnis von ganz hervor- ragender Güte.
Bei einer derartig durchgeführten Schmelzung betrug z. B. der Kohlenstoffgehalt nach dem Ein- schmelzen unter der angeführten zähen Schlacke 0'05% und der Mangangehalt 0-25 o. Nachdem dieses
Eisen erfindungsgemäss weiterbehandelt wurde, war der Kohlenstoff durch die Umsetzung mit dem restlichen Sauerstoff auf 0-030 gefallen, während der Mangangehalt unverändert blieb. Der Umstand. dass der Mangangehalt vollständig unverändert geblieben ist, beweist, dass die Behandlung erfindungs- gemäss unter Luftabschluss vor sich gegangen ist.
Dieses Material ist von ganz besonderer Reinheit. frei von Schlackeneinschlüssen, weitgehend oxydfrei und entgast, daher für alle jene Zwecke besonders geeignet, für die bisher ein besonders reines und weiches Material, wie Elektrolyteisen, Armco-Eisen. antiremanentes Eisen, nichtalterndes Eisen u. dgl., verwendet wurde.
Dieses Verfahren ist selbstverständlich nicht auf die Herstellung eines so niedriggekohlten Eisens mit dem vorstehend beispielsweise angegebenen Mangangehalt als Endprodukt beschränkt. Das im Hochfrequenzofen erfindungsgemäss hergestellte Eisen ist vielmehr auch ein hervorragendes Ausgangsprodukt für die Herstellung sämtlicher anderer Eisen-und Stahlsorten. Es kann z. B. im gleichen Verfahrensgang (oder auch nach Wiedereinschmelzen) durch einfaches Zulegieren einer Mangan-Kohlen- stoff-Legierung auf ein Flusseisen mit hoher Tiefziehfähigkeit von besonderer Giite verarbeitet werden. Anderseits kann z.
B. durch Zusatz von Silizium ein Transformatorenmaterial mit besonders niedrigem
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Kohlenstoffgehalt und infolge der hohen Schlackenreinheit auch günstigen Wattverlustzahlen hergestellt werden.
Qualitätsstähle werden im Elektroofen gewöhnlich in der Weise hergestellt, dass der Einsatz nach dem Einschmelzen zunächst auf ein weiches Eisen entkohlt wird. Die Einschmelzsehlaeke wird dann abgezogen. worauf mit diesem Eisen durch Aufkohlen und Legieren die Stähle der verschiedensten Zusammensetzung frisch aufgebaut werden. Wie erwähnt, ist es beim Einschmelzen bzw. bei der Entkohlung des Einsatzes unvermeidlich, dass eine übermässige Sauerstoffaufnahme stattfindet. Es sind daher für den Elektroofen zahlreiche Verfahren bekanntgeworden. welche den Zweck haben, den Stahl durch einen besonderen Schlackenprozess zu desoxydieren und zu entgasen.
Die praktische Erfahrung hat jedoch ergeben, dass keines dieser Verfahren geeignet ist. aus einem stark überoxydierten Eisen einen vollständig
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bereits im Einschmelzprozess auf ein möglichst sauerstoff-und gasarmes Eisen hinzuarbeiten. Die Herstellung von Qualitätsstählen im Hochfrequenzofen erfolgt entweder durch Umschmelzen von reinen
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basischem Herd bei Verwendung gewöhnlichen Einsatzes in gleicher Weise. wie vorstehend für den Elektroofen geschildert wurde. Hieraus ergibt sich. dass bei der Herstellung von Qualitätsstählen, ähnlich dem Elektrostahlverfahren. auch im Hochfrequenzofen der Erschmelzung eines besonders reinen Eisens eine massgebende Bedeutung zukommt.
Dieses Problem erscheint durch die gegenständliche Erfindung einfach und mit vollem Erfolg gelöst.
Bei der Herstellung von Qualitätsstählen im Hoehfrequenzofen wird erfindungsgemäss, z. B. wie folgt, vorgegangen : Es wird vorerst in der bereits beschriebenen Art. vorzugsweise unter der angegebenen
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entfernt und unter einer neuen Sonderschlaeke das Bad entkohlt. Hierauf wird die Temperatur bis auf das höchstzulässige Mass gesteigert und das Eisen bei dieser Temperatur unter der elektromechanischen Mischwirkung ausgaren gelassen. Nachdem die Sehöpfproben die Beendigung der Reaktion anzeigen,
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ausserordentlich hohen Reinheitsgrad.
Dieses Verfahren bezieht sich in erster Linie auf den Hoehfrequenzofen, kann aber in jedem ändern einschlägigen Ofen angewendet werden, wenn einerseits die notwendig hohe Temperatur, anderseits die Durchmischung des Bades hinreichend erzielt wird. Hiebei kann der Abschluss des Bades von der Luft auch in irgendeiner andern Weise, z. B. durch Vakuum oder durch Anwendung einer neutralen Atmosphäre, erfolgen.
Das Entgasen von Eisen-und Stahlbädern im Elektroofen durch Vakuum und mechanisches Mischen ist bereits vorgeschlagen worden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Eisen oder Stahl im Siemens-Martin-Ofen oder Elektroofen. ins- 'besondere Hoehfrequenzofen, als Endprodukt, Vorlegierung oder Grundstoff für Legierungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Raffinieren ohne Zusatz von Desoxydationsmitteln unter bestmöglichem Aus- schluss von Luft mittels einer neutralen, praktisch nicht desoxydierenden Schlacke. Vakuums oder neutraler Atmosphäre mit Durchmischung des Bades und bei möglichst hohen Temperaturen durchgeführt wird.