DE3330389C2

DE3330389C2 - Verfahren zum Herstellen von kristallinen Legierungen und Verwendung derselben

Info

Publication number: DE3330389C2
Application number: DE3330389A
Authority: DE
Inventors: Takao Hamada; Toshihiro Inatani; Yo Ito; Hideshi Ichihara Katayama; Toshimitsu Koitabashi; Mitsuo Chiba Sumito; Yoshiyasu Takada; Nobuo Tsuchiya
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1982-08-27
Filing date: 1983-08-23
Publication date: 1985-09-26
Also published as: JPS5938353A; FR2532330A1; US4505745A; FR2532330B1; JPH0255499B2; DE3330389A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer amorphen Mutterlegierung durch Einführen des Rohmaterials, eines kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels und eines sekundären Materials in einen Schmelzofen und anschließendes Aufschmelzen zur Herstellung eines geschmolzenen Metalls der Fe-B-Si-Reihe mit einem B-Si-Zusammensetzungsbereich, der innerhalb einer Fläche liegt, die durch die trapezförmige Fläche abcd der Fig. 2 der beiliegenden Zeichnungen dargestellt ist. Die amorphe Mutterlegierung wird zur Herstellung eines amorphen Ausgangsmaterials durch Verdünnen mit geschmolzenem Stahl verwendet.

Description

0,4 < B2O3/S1O2 < 2£ und 0,08 < SiO₂ZFe₂Oj

erfüllen, und daß die geschmolzene Vorlegierung mit getrennt raffiniertem geschmolzenen Stahl verdünnt wird.

2. Verwendung der nach Anspruch 1 hergestellten kristallinen Fe-B-Si-Legierung als Ausgangsmaterial fürdie Herstellung einer glasartigen Fe-B—Si-Legierung.

Glasartige Legierungen, die hauptsächlich aus Eisen-Bor bestehen, weisen ausgezeichnete Eigenschaften als elektromagnetisches Material auf. Wurde man diese Legierungen als Material fürTransformatorkeiMe verwenden, so würde der Eisenverlust etwa 1/3 desjenigen von konventionellen, kornorientierten Siliciumstahlblechen betragen. Diese Legierungen werden jedoch in der Praxis noch nicht verwendet

Einer der Hauptgründe dafür ist der, daß die Kosten für diese glasartigen Legierungen ziemlich hoch sind, verglichen mit denjenigen von Siliciumstahlblechen. Da mindestens die Hälfte der Kosten für die Herstellung eines glasartigen Bandmaterials durch den Preis für Bor gegeben ist, ist es wichtig, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung von Bor enthaltenden Eisenwerkstoffen zu Finden.

Elementares Bor ist teuer und als Ausgangsmaterial für die Herstellung einer glasartigen Legierung nicht

geeignet Ferrobor kann nach einem Thermitverfahren mit Aluminium oder nach einem Elektroofenverfahren hergestellt werden. Das Thermitverfahren ist jedoch für glasartige Materialien nicht geeignet weil Aluminium in

Ferrobor enthalten ist während bei dem Elektroofenverfahren ein Problem wegen der hohen Energiepreise

auftritt da die Menge an verbrauchter elektrischer Energie groß ist

Es wurde bereits ein Verfahren zur Herstellung eines geschmolzenen Metalls der Fe- B-Reihe durch Verwendung von Kohlenstoff als Reduktionsmittel ohne ein Metall, wie z. B. Al od. dgl, und ohne elektrische Energie vorgeschlagen, wie in der japanischen Offenlegungsschrift 58-77 509 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von kristallin erstarrenden Fe-B-Si-Legierungen zu schaffen, die als Ausgangsmaterial für die Herstellung von glasartigen Legierungen geeignet sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert Darin zeigt

F i g. 1 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Zusammensetzungsbereich der Vorlegierung, der Herstellbarkeit im glasartigen Zustand und der Sättigungsmagnetisierung zeigt;

F i g. 2 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen den B-, Si- und C-Gehalten eines geschmolzenen Metalls der FE-B—Si-Reihe gemäß der Erfindung und den Zusammensetzungsbereichen der Vorlegierung des hergestellten Ausgangsmaterials für die Herstellung glasartiger Legierungen zeigt;

F i g. 3a ein Diagramm, das die Beziehung zwischen B₂O3/-Fe₂O3 und B in Atom-% zeigt; F i g. 3b ein Diagramm, das die Beziehung zwischen SiO₂/-Fe₂O3 und Si in Atom-% zeigt; F i g. 4 ein Fließdiagramm, das die Herstellung einer kristallinen Vorlegierung in einem Elektroofen erläutert; F i g. 5 und 6 schematische Ansichten, welche die Herstellung einer Vorlegierung in einem Schmelzreduktionsofen bzw. einem Schachtofen erläutern, und

F i g. 7a und 7b Fließdiagramme, welche jeweils die Verarbeitung der Vorlegierung zu einem glasartigen Bandmaterial erläutern.

Was die Zusammensetzung des geschmolzenen Metalls der Fe-B—Si-Reihe, nachstehend als (kristallines) Ausgangsmaterial für die Herstellung von glasartigem (synonym mit amorph) legiertem Bandmaterial angeht, so ist aus vielen Untersuchungen bereits bekannt, daß B-, Si- und C-Gehalte jeweils innerhalb der nachfolgend angegebenen Bereiche geeignet sind:

1/4 < Si (Atom-%)/B (Atom-%) < 1, 16 < B(Atom-%) + 2/3 Si (Atom-%) < 25 und C (Atom-%) < 1 (1)

Für die Herstellung eines glasartigen (amorphen) Bandes ist es wichtig, daß die Legierung glasartig herstellbar ist, daß die Sättigungsmagnetisierung als elektromagnetische Eigenschaft gut ist und daß die thermische Stabilität zur Vermeidung einer Kristallisation beim Erhitzen des glasartigen Produktes gut ist. Um eine gute Herstell-

barkeit im glasartigen Zustand, wie in F i g. 1 dargestellt, zu erhalten, ist es erforderlich, daß die folgenden Beziehungen erfüllt sind:

Si(Atom-%)/B(Atom-5)> 1/4 und

B (Atom-%) + 2/3 Si (Atom-%) > 16 s

wobei dann, wenn diese Beziehungen nicht erfüllt sind, die Herstellbarkeit im glasartigen Zustand abnimmt. Andererseits ist es zur Erzielung einer gegebenen Sättigungsmagnetisierung erforderlich, daß die folgenden Beziehungen erfüllt sind:

Si(Atom-%)/B(Atoni-%)< 1 und
B (Atom-%) + 2/3 Si (Atom-%) < 25

wobei dann, wenn diese Beziehungen nicht erfüllt sind, die Sättigungsmagnetisierung abnimmt (schlechter wird). Darüber hinaus darf der C-Gehalt im Hinblick auf die thermische Stabilität nicht mehr als 1 Atom-% betragen.

Ferrobor, das in der Regel in einem Elektroofen hergestellt wird, enthält 10 bis 20 Gew.-% B und nicht mehr als 2 Gew.-% Si. Wenn dieses Ferrobor bei der Herstellung des Ausgangsmaterials für glasartige Legierungen mit dem Zusammensetzungsbereich der obigen Gleichung (1) verwendet wird, muß eine große Menge an metallischem Si als Si-Quelle zusätzlich zu dem geschmolzenen Stahl zugegeben werden. In diesem Falle erhöhen sich die Kosten für das herzustellende Ausgangsmaterial, weil die Preise für das obige Ferrobor und das metallische Si hoch sind.

Es wurden nun Versuche durchgeführt in bezug auf die Herstellung von geschmolzenen Metallen der Fe-B-Reihe unter Verwendung insbesondere von Kohlenstoff als Reduktionsmittel in einem Schmelzreduktiorisofen, in einem Hochofen oder in einem Elektroofen, und dabei wurde gefunden, daß zwischen den Bi-, Si- und C-Gehalten eine Korrelation besteht wie sie in der F i g. 2 dargestellt ist

Das heißt der C-Gehalt ist um so geringer, je höher die B- und Si-Gehalte sind, oder umgekehrt ist der C-Gehalt um so größer, je geringer die B- und Si-Gehalte sind. Man ist daher bestrebt geschmolzene Metalle mit einem optimalen Bereich von B- und Si-Gehslten, wie in F i g. 1 dargestellt (d. h. einer Fläche I gemäß F i g. 2) direkt herzustellen durch Verwendung von Kohlenstoff als Reduktionsmittel, wobei der C-Gehalt einige Atom-% beträgt und oberhalb des optimalen Bereiches liegt so daß es erforderlich ist den C-Gehalt auf andere Weise auf einen Wert von nicht mehr als 1 Atom-% zu bringen. Um den C-Gehalt herabzusetzen sind jedoch zusätzliche Stufen, wie z. B. eine Vakuumentkohlung durch Oxidation von C u. dgl, erforderlich. Da B in bezug auf seine thermodynamischen Eigenschaften C ähnelt und dazu neigt oxidiert zu werden, geht ein Teil des B im geschmolzenen Metall durch die Oxidation verloren.

Es wurden nun weitere Untersuchungen bezüglich dieser Nachteile durchgeführt und dabei wurde gefunden, daß diese Nachteile in vorteilhafter Weise beseitigt werden können (1) durch Herstellung eines geschmolzenen Metalls der Fe-B—Si-Reihe mit hohen B- und Si-Gehalten und einem niedrigen C-Gehalt (nachstehend als Vorlegierung bezeichnet) und (2) durch Mischen und Verdünnen der Vorlegierung mit geschmolzenem Stahl zur Herstellung eines Ausgangsmaterials für die Herstellung einer glasartigen Legierung.

Mithin erfolgt die Herstellung des (kristallin erstarrenden) Ausgangsmaterial für glasartige (amorphe) Legierungen über eine Zwischenstufe in der eine (kristallin erstarrende) Vorlegierung hergestellt wird, welche mit geschmolzenem Stahl verdünnt wird.

Das kristalline Ausgangsmaterial für die Herstellung glasartiger Legierungen mit dem Zusammensetzungsbereich gemäß der obengenannten Formel (1) kann nämlich ohne Entkohlung hergestellt werden durch Herstellen einer Vorlegierung mit einer Fläche H gemäß F i g. 2, worin die B- und Si-Gehalte hoch sind und der C-Gehalt niedrig ist und anschließendes Verdünnen derselben mit getrennt raffiniertem geschmolzenem Stahl, um die B- und Si-Gehalte auf die Bereiche der Fläche I einzustellen.

In dem Zusammensetzungsbereich der Fläche II ist das Verhältnis Si/B, bezogen auf Atom-%, unveränderbar, selbst wenn mit geschmolzenem Stahl verdünnt wird, und es beträgt 1/4 < Si/B < 1 wie im Falle der Fläche I. Aus der F i g. 2 geht ferner hervor, daß die B- und Si-Gehalte der folgenden Beziehung genügen müssen:

B (Atom-%) + 2/3 Si (Atom-%) > 30

unter Berücksichtigung der Bedingung, da£ die Vorlegierung mit dem höchsten C-Gehalt an einem Punkt a der Fläche limit geschmolzenem Stahl verdünnt wird zur Einstellung des C-Gehaltes des Ausgangsmaterials für die Herstellung glasartiger Legierungen an einem Punkt a'auf nicht mehr 1 Atom-%.

Nach umfangreichen Untersuchungen in bezug auf die Arbeitsbedingungen für die Herstellung der Vorlegierung mit dem oben angegebenen Zusammensetzungsbereich wurde nun gefunden, daß die in den F i g. 3a und 3b angegebenen Beziehungen gelten, worin eine Abszisse das Verhältnis von B2O3 oder SiO₂ zu Fe2U3 darstellt, das erhalten wird durch Umwandlung aller B-, Si- und Fe-Gehalte in dem Rohmaterial, in dem Reduktionsmittel und in dem sekundären Material, die in einen Ofen für das Erschmelzen der Vorlegierung eingeführt werden, in die Mengen an B2O3, SiO₂ und Fe₂O₃, eingeführt als Oxid. Aus diesen experimentellen Ergebnissen wurde gefunden, daß die folgenden Beziehungen erfüllt werden:

„ . _n. Menge des zugeführten B2O3 .

B, Atom-% = ec χ ^und

q; a.™, o/„ _ a * Menge des zugeführten SiO₂
ai. Atom- /0 - ρ χ Menge des zugeführten Fe₂O₃

In diesem Falle hängen χ und β von der Art und Teilchengröße der Borverbindung, der Siliciumverbindung

und des festen Reduktionsmittels sowie den Reduktionsbedingungen des Ofens, wie z. B. der Temperatur, dem Druck u.dgl. ab, sie liegen jedoch innerhalb der Bereiche χ = 40 bis 120 und β - 18 bis 75, wie in den

schraffierten Teilen der F i g. 3a und 3b bei der üblichen Operation dargestellt Je größer der Wert für χ ist, um so größer ist der Wert für/9, so daß für das Verhältnis β: χ die Beziehung gilt β: a = 0,45 bis 0,625.

Aus den obigen Beziehungen ergibt sich, daß für die Mengen an B₂O₃, SiO₂ und Fe₃O₃, die für die Herstellung der Vorlegierung eingeführt werden, welche die Zusammensetzung der Fläche II in der F i g. 2 hat, die folgenden Beziehungen gelten:

4 (ßlx) > Menge an zugeführtem B₂O₃ / Menge an zugeführtem SiO₂ > {ßlx) und

χ (Menge an zugeführtem B₂O₃) + 2/3 β (Menge an zugeführtem SiO₂) > 30 (Menge an zugeführtem Fe₂O₃),

woraus die folgenden Beziehungen erhalten werden:

0,4 < (Menge an zugeführtem B₂O₃) / (Menge an zugeführtem SiO₂) < 2,5 und
(Menge an zugeführtem SiO₂) / (Menge an zugeführtem Fe₂O₃) > 0,08

Der Zusammensetzungsbereich der Vorlegierung bildet ein Trapez zwischen den B—Si-Zusammensetzungsbereichen, wie sie in der F i g. 2 dargestellt sind, das spezifiziert ist durch eine Fläche abcd, worin der Scheitelpunkt a die Koordinate (26; 6,5), der Scheitelpunkt b die Koordinate (18; 18), der Scheitelpunkt cdie Koordinate (30; 30) und der Scheitelpunkt tfdie Koordinate (44; 11) hat

Der mit der Vorlegierung zu mischende geschmolzene Stahl umfaßt beispielsweise üblichen unberuhigten Stahl und beruhigten Stahl mit den nachstehend angegebenen Zusammensetzungen (in Gew.-%)

C Si O

unberuhigter Stahl 0,04-0,07 Spuren - 0,01 0,04-0,06

beruhigter Stahl 0,04-0,15 Spuren-0,4 0.002-0,005

die keinen großen Einfluß auf die Zusammensetzungsbereiche von C und Si in dem kristallinen Ausgangsmaterial haben.

Der Grad der Verdünnung der Vorlegierung mit geschmolzenem Stahl läßt sich daher leicht ermitteln aus dem Verhältnis des B-Gehaltes der Vorlegierung und dem angestrebten B-Gehalt des Ausgangsmaterials für die Herstellung von glasartigen Legierungen.

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert

Beispiel 1

Eine Vorlegierung wurde nach einem Fließdiagramm gemäß F i g. 4 unter Verwendung eines üblichen Elektroofens hergestellt

In einen Elektroofen 1 wurden eine Borverbindung, wie Borsäure, Boroxid od. dgl, und eine Eisenverbindung, wie Eisenpulver, Walzzunder, Eisenerz od. dgl, aus einem Rohmaterialtrichter 2, ein fester Brennstoff, wie z. B. Koks, Kohle, Holzkohle od. dgl, aus einem Reduktionsmitteltrichter 3 und eine Substanz, wie Siliciumdioxidsand, Siliciumdioxid, Kalkstein, Dolomit, Fluorit od. dgl, aus einem Sekundär-Materialtrichter 4 in gegebenen Mengen eingeführt und durch Zufuhr von elektrischer Energie von einer Energiequelle 5 zum Schmelzen gebracht
Ein Ausführungsbeispiel, in dem der obige Elektroofen (100 KVA) verwendet wurde, war das folgende:

(1) Beschickungsmaterialien:

Boroxid 2100 kg

Walzzunder 4800 kg

Siliciumdioxidsand 2900 kg

Koks 3700 kg

(2) Schmelzzeit: 180 min

(3) Menge des gebildeten geschmolzenen Metalls: 5,2 t Zusammensetzung:

B 34 Atom-%

Si 17 Atom-%

C 0,6 Atom-% (B 10.3 Gew.-o/o, Si 13,4Gew.-%,C0,2Gew.-%)

Die Zusammensetzung des resultierenden geschmolzenen Metalls wurde identifiziert als innerhalb der trapezförmigen Fläche II der F i g. 2 liegend.

Beispiel 2

Eine Vorlegierung wurde unter Verwendung des schematisch in F i g. 5 dargestellten Schmelzreduktionsofens dargestellt

Ein kohlenstoffhaltiges festes Reduktionsmittel, vorzugsweise stückiger Koks, wurde durch eine Beschikkungseinrichtung 7 in einen Schachtofen 6 eingeführt unter Bildung eines mit Reduktionsmittel gepackten Bettes in dem Schachtofen 6. Zwei oder drei Stufen von Winddüsen waren in einem unteren Abschnitt des Schachtofens 6 vorgesehen. In diesem Beispiel diente die obere Stufe der Winddüsen 8 der Einführung eines vorreduzierten Eisenerzes zusammen mit Heißluft die untere Stufe der Winddüsen 9 diente der Einführung von Boroxid oder Borsäure zusammen mit Heißluft und die unterste Stufe der Winddüsen 10 diente der Einführung nur von Heißluft falls erforderlich.

In jede Winddüse wurde Heißluft (Luft oder an Sauerstoff reiche Luft), die auch durch einen heißen Ofen 11 auf eine hohe Temperatur erhitzt worden war, eingeblasen und gleichzeitig wurden Eisenoxid, das in einem fluidisierten Vorreduktionsofen 12 vorreduziert worden war, und eine Bor enthaltende pulverförmige Substanz, wie z. B. Boroxid oder Borsäure, gelagert in einem Trichter 13, durch die obere Stufe der Winddüsen 8 bzw. die untere Stufe der Winddüse 9, wie in F i g. 5 dargestellt, eingeblasen.

Das vorreduzierte Eisenoxid wurde hergestellt durch Reduzieren des dem fluidisierten Vorreduktionsofen 12 durch eine Beschickungseinrichtung 14 zugeführten Eisenoxids mit einem Hochtemperaturabgas, wie es beispielsweise in dem Hochofen 6 erzeugt wird.

Das vorreduzierte Eisenoxid wurde aus einem Auslaß 15 des Vorreduktionsofens 12 in die Winddüsen 8 der oberen Stufe überführt und Boroxid oder Borsäure wurden aus dem Trichter 13 in die Winddüsen 9 der unteren Stufe überführt unter Anwendung der Prinzipien des Schwerkrafttransports und des pneumatischen Transports.

Vor der Winddüsen 8 der oberen Stufe, den Winddüsen 9 der unteren Stufe und, falls erforderlich, den Winddüsen 10 der untersten Stufe in dem Schachtofen 6 wurden auf die gleiche Weise wie in der Nähe der Spitze der Winddüsen eines Hochofens als Folge der Heißluft Laufbahnen erzeugt unter Ausbildung von Zonen mit einer hohen Temperatur von 2000 bis 2500⁰C, in denen das vorreduzierte Eisenoxid und Boroxid, die zusammen mit Heißluft oder Heißluft, der Sauerstoff zugesetzt worden war, sofort erhitzt und leicht zum Schmelzen gebracht wurden.

Die Schmelzen wurden reduziert während des Herabtropfens durch die mit Koks gepackten Betten im unteren Abschnitt des Ofens 6 unter Bildung eines geschmolzenen Metalls und einer geschmolzenen Schlacke, die sich im Schmelzbereich des Ofens in Form eines Pools sammelten und von Zeit zu Zeit durch ein Abstichloch 16 aus dem Ofen ausgetragen wurden.

Ein Ausführungsbeispiel, in dem der obige Schmelzreduktionsofen verwendet wurde, war folgendes:

1) Bor enthaltende Substanz:
Teilchengröße:

durch die Winddüsen 9 der unteren
Stufe eingeführte Menge:

2) Eisenerz:
Teilchengröße:

in den VoFFcdukiionsofen 12

eingeführte Menge:

in die Winddüsen 8 der oberen

Stufe eingeführte Menge:

Vorreduktionsverhältnis

3) kohlenstoffhaltiges festes
Reduktionsmittel:
Teilchengröße:
eingeführte Menge

4) Menge der in den Schachtofen
eingeblasenen Luft:
Temperatur der eingeblasenen Luft
Anzahl der Lufteinblas-DOsen:

Boroxid

weniger als 0,074 mm (200 mesh)

240 kg/h

Carol Lake-Erz
weniger als 2 mm

340 kg/h

280 kg/h 78%

Koks

20—30 mm 800 kg/h

1800NmVh 900° C

insgesamt 12; in jeder der oberen, unteren und niedrigsten Stufen: 4 (in die vier Winddüsen der oberen Stufe:
vorreduziertes Eisenerz; in die vier Winddüsen der unteren Stufe: Boroxid)

5) gebildete Menge an geschmolzenem Metall der Fe-B-Si-C-Reihe: (B - 33Atom-%,Si - 17 Atom-%, C - 03 Atom-%, Fe - Rest) (B 9,9 Gew.-%, Si 133 Gew.-%, C 03 Gew.-%)

290 kg/h

6) Menge der ausgetragenen Schlacke: 200 kg/h

Das resultierende geschmolzene Metall fiel in die trapezförmige Fläche II der F i g. 2. Beispiel 3

Eine Vorlegierung wurde hergestellt unter Verwendung des in F i g. 6 schematisch dargestellten Schachtofens 7 (Hochofen zur Herstellung von Roheisen).

Zuerst wurden pulverförmige Erze als Eisenoxid in gesinterte Erze oder Pellets umgewandelt und dann mittels einer Beschickungseinrichtung 18 an der Ofen-Oberseite abwechselnd mit stückigem Koks in den Schachtofen 17 eingeführt Die stückigen Erze wurden auf die gleiche Weise wie oben angegeben direki in den Schachtofen eingeführt Das Eisenoxid wurde erhitzt und reduziert während es in dem Ofen nach unten sank und geschmolzen und tropfte durch das mit Koks gepackte Bett

Das Boroxid oder die Borsäure wurden aus einem Trichter 19 in die Winddüsen 20 überführt und zusammen mit aus einem heißen Ofen 11' zugeführter Heißluft in den Schachtofen eingeführt Wenn in dem unteren Abschnitt des Ofens ein Mangel an Wärmeenergie herrschte, wurden Winddüsen 21 nur für die Einführung von Heißluft zusätzlich in der unteren Stufe vorgesehen und die erforderliche Wärmeenergie wurde ergänzt Die Bezugsziffer 22 bezieht sich auf ein Abstichloch.

Der Unterschied zwischen den Beispielen in den F i g. 5 und 6 liegt darin, daß das vorred-zierte Eisenoxid durch die Winddüsen eingeführt wurde oder eine stückige Form von Eisenoxid, das nicht vorreduziert war, oben in den Ofen eingeführt wurde.

Als Siliciumdioxidquelle diente in den Beispielen 2 und 3 das in dem Gangartmineral des Eisenerzes und in der Koksaschc enthaltene SiO₂, Siliciumdioxid oder Siliciumdioxidsand, das (der) oben in den Schachtofen oder durch die Winddüsen in den Ofen eingeführt wurde, u. dgL

Ein Ausführungsbeispiel, in dem der obige Schachtofen verwendet wurde, ist folgendes:

1) 35	Bor enthaltende Substanz: Teilchengröße: in die Winddüsen 20 der oberen Stufe eingeführte Menge:	Borsäure weniger als 0,074 mm (200 mesh) 250 kg/h
2) 40	Eisenerz: Teilchengröße eingeführte Menge:	gesintertes Erz 5 bis 10 mm 360 kg/h
3)	festes Reduktionsmittel: Teilchengröße: eingeführte Menge:	Koks 20 bis 30 mm 820 kg/h

4) eingeblasene Luftmenge:

Temperatur der eingeblasenen Luft: Anzahl der Lufteinblasdüsen:

5) gebildete Menge an geschmolzenem Metall der Fe-B—Si—C-Reihe: (B — 34Atom-%,Si — i5Aiom-%, C - 0,7 Atom-%, Fe - Rest)

(B !0.2Gew.-%,Si ll,7Gew.-%,C0,2Gew.-%)

6) ausgetragene Schlackenmenge:

1700NmVh 900⁰C in jeder der oberen und unteren Stufen: 4 insgesamt 8 (in die Winddüsen 20 der oberen Stufe: Borsäure)

280 kg/h

230 kg/h

Das dabei erhaltene geschmolzene Metall lag innerhalb der trapezförmigen Fläche II der F i g. 2.

Wie oben angegeben, können Vorlegierungen mit dem Zusammensetzungsbereich der Fläche H, wie sie in Fi g. 2 dargestellt ist, leicht mit Hilfe eines Elektroofens, eines Schmelzreduktionsofens oder eines Hochofens hergestellt werden.

Durch Mischen der Vorlegierung der Fläche II mit geschmolzenem Stahl können kristalline Ausgangsmaterialien für die Herstellung glasartiger Legierungen mit dem Zusammensetzungsbereich der weiter oben angegebenen Formel (I) ohne Entkohlung, Siliciumzugabe und Desilicierung hergestellt werden, wie in dem folgenden Beispiel 4 angegeben.

B e i s ρ i e 1 4

Aus einer Vorlegierung wurde ein (kristallines) Ausgangsmaterial für die Herstellung glasartiger Legierungen wie folgt hergestellt:

1) Vorlegierung: geschmolzenes Metall, wie es in Beispiel 2 erhalten wurde Zusammensetzung:

B 33 Atom-%

Si 17 Atom-%

C 0,8 Atom-%

(B = 9^ Gew.-%, Si - 13,3 Gew.-%, C = 0,3 Gew.-%)

2) geschmolzener Stahl: geschmolzener Stahl, wie er durch Raffinieren von Hoch-

ofenroheisen in einem Konverter erhalten wurde

Zusammensetzung:

C " 0,12 Gew.-%

Si 0.1Gew.-%

B 0Gew.-%

3) Mischungsverhältnis: Vorlegierung 800 kg

geschmolzener Stahl: 1760 kg

4) erhaltenes Ausgangsmaterial:

Gewicht: 2560 kg

Zusammensetzung:

B 3,1 Gew.-%

Si 4,2Gew.-%

C 0,15Gew.-%

Bei der Umrechung der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials von Gew.-% in Atom-% erhält man B = 13,6 Atom-%, Si = 7,1 Atom-% und C = 0,6 Atom-%, woraus resultiert:

1 /4 < Si (Atom-%) / B (Atom-%) = 0,52 < 1

16 < B (Atom-%) + 2/3 Si (Atom-%) = 183 < 25 und C(Atom-%) = 0,6< 1.

Aus den obigen Daten geht hervor, daß (kristalline) Ausgangsmaterialien für die Herstellung glasartiger Legierungen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt mit einem optimalen Zusammensetzungsbereich gemäß der Gleichung (1) leicht erhalten werden können aus der Vorlegierung.

Beim Verdünnen der Vorlegierung mit geschmolzenem Stahl wie in Beispiel4 beschrieben und in Fig.7a dargestellt, können durch Oxidation von Al, Ti, B, Si u. dgl. als Folge der Anwesenheit von gelöstem Sauerstoff Einschlüsse gebildet werdei. Diese Einschlüsse führen zu einer Verstopfung der Düse und zu einer Beeinträchtigung (Verschlechterung) des glasartigen Zustandes bei der Herstellung von glasartigen Bändern aus dem Ausgangsmaterial.

Um das Auftreten von Einschlüssen beim Verdünnen der Vorlegierung mit geschmolzenem Stahl zu verhindem, ist es zweckmäßig, das geschmolzene Metall durch Einblasen von Argongas oder durch Raffinieren in einer Vakuumentgasungsvorrichtung für den RH- oder DH-Prozeß durchzuführen, wie in F i g. 7b dargestellt und wie aus dem folgenden Beispiel 5 hervorgeht

50 Beispiel 5

Beim Verdünnen von 10 kg Vorlegierung (Si 123 Gew.-%, B 10,0 Gew.-%, C 032 Gew.-%, lösliches Al 032 Gew.-%, unlösliches Al 030 Gew.-%) mit 15 kg geschmolzenem Stahl (halbberuhigter Stahl, C 0,12 Gew.-%) wurden die folgenden Versuche durchgeführt, wobei die in der folgenden Tabelle I angegebenen Ergebnisse erzielt wurden.

Der Versuch A wurde durchgeführt durch bloßes Verdünnen der Vorlegierung mit geschmolzenem Stahl, der Versuch B wurde durchgeführt unter Einblasen von Argongas unter einem Druck von 0,1 atm während des Verdünnens und der Versuch C wurde durchgeführt unter Einblasen von Sauerstoffgas unter einem Druck von 0.1 atm während des Verdünnens. eo

Tabelle 1

Versuch

Lösliches Al

Unlösliches Al (Gew.-%)

20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

A B

3,8 4,1 3,5

0,19 0,15 0,06

0,06 0,01 0,007

0,08 0,01 0,006

Im Versuch A trat häufig eine Verstopfung der Düse auf bei der Verarbeitung des erhaltenen Ausgangsmaterials zu einem glasartigen Band, und es wurde die Herstellbarkeit im glasartigen Zustand verschlechtert, während in dsn Versuchen B und C keine Verstopfung der Düse auftrat und die Herstellbarkeit im glasartigen Zustand gut war.

Wie aus den obigen Ergebnissen hervorgeht, bietet die vorliegende Erfindung folgende Vorteile:

1) Kristalline Vorlegierungen mit hohen B- und Si-Gehalten und niedrigem C-Gehalt können leicht und billig hergestellt werden unter Verwendung eines kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittels;

2) bei der Herstellung der kristallinen Vorlegierung sind sowohl eine Decarbierungsstufe als auch eine Siliciumzugabe oder eine Desilicierungsstufe nicht erforderlich, so daß keine Verminderung der Ausbeute durch Decarburierung oder Desilicierung auftritt, und

3) durch Mischen und Verdünnen der Vorlegierung mit geschmolzenem Stahl, insbesondere geschmolzenem Stahl, der in einem Massenproduktionssystem, wie z. B. in einem Hochofen-Konverter, hergestellt worden ist, können Ausgangsmaterialien für die Herstellung von glasartigen Legierungen kostengünstig hergestellt werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer kristallinen Eisen-Bor-Silizium-Legierung, deren Zusammensetzung die Bedingungen

1/4 < Si/B < 1, 16% < B + 2/3Si < 25% undC < 1%

(Angaben in Atom-%) erfüllt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorlegierung, deren Zusammensetzung innerhalb des Bereiches liegt, der durch die Eckpunkte (26% B, 6,5% Si), (18% B, 18% Si), (30% B. ίο 30% Si) und (44% B, 11% Si) bestimmt wird, erschmolzen wird, wobei die B-, Si- und Fe-Gehalte des Rohmaterials, des Reduktionsmittels und des Sekundärmaterials, die in den Ofen eingeführt werden, die Bedingungen