-
Verfahren, einem Metall oder einer Legierung Wärme zuzuführen. Die
"Erfindung, die ein Verfahren betrifft, einem von geschmolzener Schlacke bedeckten,
vorzugsweise in geschmolzenem Zustand befindlichen Metall (womit nicht nur reine
Metalle, sondern auch Nietallegierungen gemeint sind) Wärme zuzuführen, beruht auf
folgender Beobachtung: Wenn in einem Gefäß, beispielsweise einem Ofenraum, ein Bad
von geschmolzener Schlacke vorhanden ist, in das das eine Ende einer Stange aus
Metall, beispielsweise Eisen, hineingesteckt wird, und wenn ein hinreichend starker
elektrischer Strom von der Spitze der in das Schlackenbad hineingesteckten Stange
in das Schlackenbad übergeht, so schmilzt die Metallstange an der Spitze ab und
das dadurch gebildete geschmolzene Metall sinkt, wenn das spezifische Gewicht desselben
das spezifische Gewicht der geschmolzenen Schlacke übersteigt, durch da: Schlakkenbad
zum Böden des Gefäßes hinab. Die Temperatur des so erhaltenen geschmolzenen Metalls
liegt nun merkwürdigerweise wesentlich über dem Schmelzpunkt desselben. Ls hat sich
z. B. möglich erwiesen, diese; geschmolzene Metall se> überhitzt zu erhalten. daß
es nunmehr pro Geicichtseinheit eine mehr als doppelt so große Warmemengr enthält
al# bei seinem Schmelzpunkt.
-
Diese Erscheinung wird nach den. vorlicgenden Verfahren ausgenutzt,
uni einem \ (.j:l Schlacke bedeckten, vorzugsweise in geschmolzenem Zustand befindlichen
Metall "'ärn:e zuzuführen. 11tan bedeckt hierbei das gegebenenfalls in geschmolzenem
Zustand befindliche Metall, welchem man Wärme zuzuführen wünscht, mit einem Schlackenbad
von geeigneter Dicke, steckt in dieses Schlackenbad einen Teil eines zweckentsprechend
geformten Körpers, beispielsweise das eine Ende einer Stange, bestehend aus einem
Metall, dessen spezifisches Gewicht höher ist als das des Schlackenbades und dessen
Sclunelzpunkt die Temperatur des unter dem Schlakkenbade befindlichen Metalls nicht
allzusehr untersteigt (eine Stange von demselben Metall wie dasjenige, dem man Wärme
zuzuführen wünscht, erfüllt natürlich diese Bedingungen), und bewirkt in der--einen
oder andern bekannten Weise (beispielsweise dadurch, daß inan den in das Schlackenbad
hineingesteckten Körper und das Schlackenbad tnlt je einem Pol eines Transformators,
der elektrischen Strom von für den einzelnen fall geeigneter Spannung und Stärke
liefern kann, in elektrisch leitende Verbindungsetzt ), daß ein hinreichend kräftiger
eiektrischer Strom zwischen dem in das Schlakkenbad hineinge;tecktcn Metallkörper
und dem Schlackenbad hindurchgeht. Hierbei wird der in das Schlackenbad hineingesteckte
Teil de, 'Metallkörper: abgeschmolzen und
das geschmolzene Metall
sinkt in überhitztem Zustand durch die Schlacke zu dem unter der Schlacke befindlichen
-Metall hinab und gibt, während es sich gegebenenfalls mit demselben legiert, Wärme
an dasselbe ab. Dadurch, daß man allmählich in dein -Maße, als der Metallkörper
abschmilzt. ihn in die Schlacke «-eiter einführt, kann man natürlich; so lange wie
es wünschenswert ist, dem unter der Schlacke befindlichen -Metall Wärme zuführen.
-
Eine besondere Ausführungsform des Verfahrens ist folgende: -Man führt
allmählich dem Schlackenbade gleichzeitig mit der Zufuhr (oder abwechselnd mit der
Zufuhr) von elektrischer Energie das Metall, welchem ntan --lärme zuzuführen wünscht,
in fester oder flüssiger Form zu. Das zugeführte Metall sinkt durch die Schlacke
hindurch und kommt in Berührung mit dem hier befindlichen, von dem stromzuführenden
Metallkörper herstammenden überhitzten Metall und nimmt Wärme auf. Durch Regelung
des Verhältnisses zwischen der -Metallmenge, die von dem stromzuführenden Metallkörper
zugeführt wird, und der Metallmenge, die in anderer Weise zugeführt wird, kann man
bewirken, daß diese letztere, wenn sie in fester Form zugeführt wird. schmilzt und
sich mit dem übe ihitzten, von dem stromzuführenden Metallkörper herstammenden Metall
legiert. a Der Wert der Erfindung dürfte hinreichend deutlich klargelegt werden
durch die nachfolgende Beschreibung der Anwendung auf ehe Darstellung von chromreichem
Eisen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt mit beispielsweise etwa 1.1 Prozent Chrom
und mit weniger als o,o5 Prozent Kohlenstoff.
-
In diesem Fall wird in einen an einen Einphasentransformator von geeigneter
Größe angeschlossenen elektrischen Ofen mit züier einzigen beweglichen Elektrode,
beispielsweise einen Ofen von G i r o d, aus einem anderen Ofen, beispielsweise
einem Martinofen, i5oo kg geschmolzenes, 0,03 Pro-%ent Kohlenstoff enthaltendes
und iin übrigen. von nennenswerten -Mengen von Verunreinigungen freies Eisen eingeführt.
An der Oberfläche dieses Eisenbades wird ein Schlackenbad von geeigneter Dicke und
Zusammensetzung beispielsweise dadurch erzeugt, daß mit Hilfe von elektrischer Energie,
zugeführt durch die Kohleelektrode des Ofens, eine geeignete -Menge einer -Mischung
von Kalk:, Quarz und Chromerz eingeschmolzen wird. Die Schlacke soll zweckmäßig
in diesem Fall chronioxydlialtig sein, um eine Oxydation des Chroms des Stahlbades
zu verhindern. Nachdem das Schlackenbad hergestellt ist, wird die Kohleelektrode
des Ofens gegen einen runden Stab von weichem Eisen von geeigneter Länge mit beispielsweise
2o crr Durchmesser und mit einem Kohlen@tofT#o;ehalt von o.o5 Prozent ausgetauscht,
worauf das freie Ende dieses Stabes in das Schlakkenbad hinuntergeführt wird. Wenn
der Transformator des Ofens Strom unter einer Spannunix von 6o Volt liefert, wird
cler Eisenstab so tief hinuntergeführt, ciaß die Stromstiirke ungefähr to ooo Ampere
wird, entsprechend einer Belastung von etwa 500 kW. Das in die Schlacke hineingesteckte
Ende des Eisentabes beginnt alsbald abzuschmelzen und die Schmelzung erfolgt unter
den vorstehend angegebenen -Verhältnissen mit einer Geschwindigkeit- von ungefähr
21 = cm in der Minute, falls die Belastung des Ofens durch-allmähliche Einführung
des Eisenstabes ungefähr konstant erhalten wird. Das von dem Ei_eastab abgeschmolzene
Eisen wird außerordentlich stark überhitzt und erhöht, wenn es sich mit dem Eisenbade
legiert, die Temperatur des Eisenbades. In den Ofen wird, gleichzeitig mit der Einschmelzung
des Eisenstabes, allmählich in kleine Stricke zerschlagenes kaltes Ferrochrom mit
65 Prozent Chrom und 0,07 Kohlenstoff hineingeworfen. Diese Chromlegierung
sinkt durch das Schlackenbad in das Eisenbad hinunter; nimmt von 'da Wärme auf,
schmilzt und legiert sich mit dem Eisenbade. Nachdem 55o kg Chromlegierung allmählich
während ungefähr einer Zeit von i',' Stunden zugeführt worden sind, ist das Bad
fertig und die Stromzufuhr wird abgebrochen,-worauf der Ofeninhalt in bekannter
--'eise für weitere Behandlung abgezapft wird. Aus dem Ofen erhält man dann etwa
21'. t Legierung mit etwa 14. Prozent Chrom und unter 0,05 Prozent Kohlenstoff.
Der Energieverbrauch pro Kilogramm eingeschmolzenes und überhitztes -fetall wird,
abgesehen von der Energie, die für die Herstellung der Schlacke verbraucht worden
ist, ungefähr o,6 Kilowattstunden betragen. Würde man dagegen versuchen, die in
Rede stehende Legierung durch Zuführung von Wärme durch die Kohleelektrode des Ofens
unter gleichzeitiger Zufuhr einer geeigneten -Menge Ferrochrom herzustellen, so
wäre der Energieverbrauch beträchtlich höher geworden, während . man außerdem nicht
hätte vermeiden können, daß das Bad aus den Ofengasen Kohlenstoff , aufgenominen
hätte. -' Natürlich besteht kein Hindernis, den stromzuführenden -Metallstab aus
demselben Metall, das dem Grundmetall zugeführt wird, beispielswei.,e aus kohlenstoffartnein
Verrochrom, herzustellen.
-
Auch kann die Erfindung bei der Herstellung von Legierungen, z. f;.
l.cgierungen von Kupfer und Zink, Ame,endttn@ finden.
Hierbei wird
eine geschmolzene Schlacke, deren S<:-linielzpunkt niedriger liegt als der Siedepunkt
des Zinkes, z. B. eine Schlacke aus C'lilörmagnesium, gegebenenfalls mit Chlornatrium
gemischt in einem Schmelztiegel hergestellt. In diese Schlacke werden die Enden
von zwei (oder mehreren) Kupferstangen eingetaucht, deren andere Enden mit je einem
Pol eifter geeigneten Stromquell--, z. B. eines Transformators, der Wechselstrom
von mäßiger Spannung und Stärke abgeben kann, in Verbindung stehen. Der Strom fließt
zwischen den in die Schlacke eintauchenden Spitzen oder Enden der genannten Stangen
oder Elektroden. Durch Anpassung der Stromstärke kann die Absclunelzung der Kupferstangen,
geregelt werden, so daß eine geeignete Menge pro Zeiteinheit abgeschmolzen wird.
Das abgeschmolzene Kupfer sinkt durch die Schlacke rum Boden des Tiegels hinab.
Gleichzeitig wird dem Tiegel allmählich Zink in Form von Stücken zugeführt, das
ebenfalls durch die Schlacke hinabsinkt, durch Berührung mit dem _geschmolzenen
Kupfer Wärme aufnimmt und sich mit dem Kupfer legiert. Durch Anpassung der zugeführten
Menge des Zinkes pro Zeiteinheit kann man bewirken, daß die von dem Kupfer mitgeführte
Wärme genau ausreicht, um das Zink zu schmelzen, ohne daß irgendeine Überhitzung
des Zinkes stattfindet. Man kann somit in dieser Weise Legierungen von beliebiger
Zusammensetzung herstellen, ohne daß praktisch genommen Zink vergast wird. Wenn
eine geeignete Menge der Legierung im Tiegel gebildet worden ist, wird der Tiegel
entleert, worauf das Verfahren wiederholt werden kann. Anstatt reines Zink zu verwenden,
kann auch 'eine Zinklegierung zugeführt werden.
-
Die Vorteile des Verfahrens bestehen darin, daß das Verfahren ohne
nennenswerte Verluste an Metall und mit einem äußerst niedrigen Energieverbrauch
arbeitet und daß sehr einfache Vorrichtungen erforderlich sind.
-
In ähnlicher Weise können 'selbstverständlich andere Legierungen hergestellt
«-erden.