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Verfahren zum Karburieren von flüssigem Metall, insbesondere Stahl
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung,
um flüssiges Metall zu karburieren, das im besonderen anwendbar ist, um Gußeisen
aus Eisenschrott oder aus anderen eisenhaltigen Stoffen zu gewinnen.
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Im Vergleich mit den bekannten Verfahren zur Gewinnung des Gußeisens
im Hochofen oder im Schmelzofen oder im sog. Elektroofen für synthetisches Gußeisen
bietet das erfindungsgemäße Verfahren folgende Vorteile: a) die Möglichkeit, zu
einem Produkt zu gelangen mit einem sehr hohen Kohlenstoffgehalt,' z. B. bis zu
5 °/o, was in den anderen obenerwähnten Fällen nicht möglich ist, da man keinen
dauernden Kontakt hat zwischen Kohle und Metall bei der Maximaltemperatur, die im
Ofen herrscht (dieses Produkt," welches sehr kohlenstoffreich ist, ist von bemerkenswerter
Nützlichkeit für die Schmelzhütten, besonders wenn das Gußeisen zur Schmelzung im
Kupolofen bestimmt ist; ähnlicherweise kann das Produkt in den Martinöfen zum Karburieren
des Stahles verwendet werden, da es eine bessere Wirksamkeit bei gleichem Gewicht
besitzt) ; b) die Möglichkeit, ein Gußeisen zu erhalten mit einem sehr niedrigen
Siliciumgehalt, auch unter 0.30 '/o, was gestattet, die Karburation des Metalls
in Abwesenheit der Schlacke oder in Anwesenheit von nur basischen Schlacken durchzuführen
(dieses Gußeisen bietet bemerkenswerte Vorteile zur Verwendung als Zusatzstoff in
Martinöfen oder
Schmelzöfen, wenn ein niederer Siliciumgehalt des
Endproduktes für Spezialgüsse oder um das sog. schmiedbare Gußeisen zu erhalten
von Nutzen ist) ; c) die Möglichkeit, Gußeisen mit äußerst niedrigem Schwefelgehalt
zu erhalten, z. B. unter o,oio °/o, da es möglich ist, mit basischen Schlacken auch
von dickflüssiger oder sogar fester Beschaffenheit zu arbeiten, was mit anderen
Verfahren nicht möglich ist, da sie eine relativ flüssige Schlacke benötigen, um
die Bewegung derselben mit der Beschickung oder durch die Beschickung hindurch zu
ermöglichen (nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es auch möglich, mehrmals
die Schlacke zu erneuern, die immer an, der Oberfläche der flüssigen Schmelze verbleibt
und aus dem Oberteil des Ofens entnommen werden kann; diese Eigentümlichkeit ist
wertvoll für alle Verwendungen des Gußeisens); d) die Möglichkeit, als Rohstoff
ausschließlich Stahlschrott zu gebrauchen, der leichter zu haben und billiger ist
als Gußeisenschrott; e) die Möglichkeit, die schon vorhandenen Öfen von verschiedenen
Größen und Formen zu gebrauchen, seien es nun elektrische oder Flammöfen, und im
besonderen die Möglichkeit, Gußeisen in sehr kleinen Ofen zu erzeugen, die ein Fassungsvermögen
von auch unter `i t haben können. Zum Beispiel kann die Produktion eines kleinen
Ofens vollkommen von einem Martinofen aufgenommen werden, dem er die nötige Gußeisenmenge
rasch und nicht zu teuer liefert.
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Die Umwandlung von Stahl in Gußeisen kann man theoretisch im Hochofen
oder im Schmelzofen vollziehen, aber; abgesehen von den beachtlichen praktischen
Schwierigkeiten dieser Arbeitsweise (die sich auf die nötigen Temperaturwerte, auf
die Haltbarkeit der Auskleidung, auf Einrichtungskosten der Anlage usw. beziehen),
würde die Karburation mit einem sehr hohen Verbrauch der zui-Erhitzung bestimmten
wertvollen Kohle (Koks in verhältnismäßig großen Stücken) verbunden sein.
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Im sog. Elektroofen zur Herstellung des synthetischen Gußeisens ist
der Gebrauch von Kohle in bemerkenswert großen Stücken nötig, und es ist auch nötig,
daß der Schrott von angemessener Größe sei, damit die Bewegung des Materials gleichniäßig
vor sich geht und damit die Elektroden nicht zerbrechen. Es ist darüber hinaus noch
nötig, daß die sich im Ofen bildenden Schlacken eine genügende Flüssigkeit und eine
solche Zusammensetzung besitzen, daß sie den Arbeitsgang des Ofens nicht stören
und dessen Auskleidung nicht beschädigen.
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Versuche, um Gußeisen im üblichen Heroult-Ofen zu gewinnen, haben
ergeben, daß die Karburation des geschmolzenen Metalls äußerst schwierig war, da
die Kohlenstücke die Tendenz haben, auf der Schlacke zu schwimmen, und somit einen
geringen Einfluß auf die Karburation des Metalls ausüben.
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Es ist möglich, beim Arbeiten im Heroult-Ofen den Stahl durch den
Kohlenstoff der Elektroden zu karburieren, aber dieses Verfahren ist vor allen Dingen
sehr kostspielig, weil der in Form von Brei od, dgl. die Elektroden bildende Stoff
einen hohen Preis hat. Darüber hinaus muß man während der Karburation die Elektroden
in den Ofen eintauchen und die Stromzufuhr unterbrechen, um einen Kurzschluß zu
vermeiden.
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Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, daß man einen kohlehaltigen
Körper in die Metallschmelze eintaucht, der durch sein Eigengewicht auf dem Boden
des Ofens ruht, auf seinem Platz gehalten und fortwährend von oben erneuert wird.
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Das kann mittels zylinderförmiger oder prismatischer vorgeformter
Blöcke geschehen, die nacheinander übereinandergeschichtet nachgefüllt werden, um
immer wieder den Verbrauch der mit dem geschmolzenen Metall in Berührung befindlichen
Blöcke auszugleichen, oder aber es kann auch durch einen Selbsthärtungsprozeß geschehen,
indem man von oben ein Gemisch einfüllt, das erhärtet, während es sinkt. Dieses
wird in mancher Hinsicht dem Elektrodengemisch ähnlich sein, kann aber, da es nur
geringeren Anforderungen gewachsen zu sein braucht, aus minderwertigerem Kohlematerial,
wie z. B. Anthrazit- oder Koksstaub oder Staub aus anderen Kohlensorten, bestehen
oder mit kohlenhaltigen Stoffen od. dgl. agglomeriert sein.
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Diesen Brei kann man durch die Hitze beim Ein--bringen in den Ofen
automatisch agglomerieren. Man kann ihn zweckmäßig in eine Hülle eines Stoffes einschließen,
die dann durch die Einwirkung der Hitze vernichtet wird, wie z. B. eine Kartonhülle.
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Die Vorrichtung, um das Verfahren nach der Erfindung zu verwirklichen,
kann verschieden sein. Es werden einige beschrieben, die als Beispiele anzusehen
sind, ohne die Erfindung irgendwie zu beschränken.
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In der Zeichnung zeigen Fig. i a, i b, i c, i d .einige Formen der
einzutauchenden Kohlekörper; die .
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Fig. 2 a, 2 b, 2 c, 2 d zeigen die schematische Form des waagerechten
Schnitts eines Ofens mit den erfindungsgemäß. einzutauchenden Kohlekörpern; Fig.
3 zeigt eine Einzelheit hinsichtlich der Einführung des Kohlematerials in Breiform;
Fig.4 zeigt ein Werkzeug, das die obengenannte Einfüllung erleichert, und schließlich
zeigt Fig.5 eine Abänderung bezüglich einer anderen Weise, um die Säule des Karburationsmaterials
herzustellen.
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Wie aus Fig. i zu ersehen ist, besteht der Kohlekörper vorzugsweise
aus einzelnen Blöckchen i (Fig. i a bis i d), oder aus einer Säule i', i" in Breiform
(Fig. 3 und 4). Der Köhlekörper kann je nach der Form des Ofens 2, 2', 2", 2"' in
seinem Mittelpunkt angebracht werden (Fig. 2 a) oder im Vortiegel (Fig. 2 b) oder
in zwei Einheiten an den Seiten des Ofens angebracht werden (Abb. 2 c und 2b).
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Die Blöckchen, die die Karburationssäule bilden, kann man dadurch
erhalten, daß man in einer Presse das pulverige Material, auch minderwertiges Material,
unter eventueller Beigabe von Bindemitteln, wie z. B. Teer, Pech, Erdpech, Natriumsilicat,
preßt.
Man kann auch eventuell dem Brei irgendein Flußmittel oder
Eisenlegierung beifügen, die zur Veredlung des Gußeisens dienen. Die Blöckchen können
durchlocht sein, so daß man die Säule mit einer Eisenseele 3 versehen kann, wie
Fig. i @b zeigt.
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Wenn man eine durchgehende Säule wünscht, kann man eine Hülle benutzen,
die die Form eines Kamins besitzt, in den man die Kohlekörper einführt, die mittels
geeigneter Vorrichtungen, wie z. B. einer Metallhülle q. (Fig. 5) oder einer Verkleidung
5 aus Karton oder Teerpappe (Fig. 3), auf ihrem Platz gehalten werden, bis die Kohlekörper
nach einer gewissen Zeit der Röstung zusammengebacken sind.
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In diesem Fall kann man das Papier auf einem verstellbaren Kern 6
wickeln, wie z. B. in den Fig. 3 und 4. gezeigt wird, um einen bestimmten Durchmesser
leicht einhalten zu können.
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Es ist auch möglich, die Karburationssäule in einer anderen Art und
Weise mit der Metallschmelze in Berührung zu bringen, wie zum Beispiel, indem man
eine durchlochte Hülle aus feuerfestem Material anbringt, in die man die Kohle in
Stücken füllt.
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Die Beschickung des Ofens mit den kompakten oder breiförmigen Kohlekörpern
kann auch durch seitwärts in der Ofenwand angeordnet schräge Öffnungen erfolgen.
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Das Verfahren nach der Erfindung beeinträchtigt die normale Führung
des Ofens- nicht und kann daher auf Öfen verschiedener Art angewendet werden, wie
z. B. elektrische Lichtbogenöfen, Induktionsöfen, Flammöfen usw.
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Das erfindungsgemäße Verfahren braucht naturgemäß nur während des
Teiles der Ofenarbeit angewendet zu werden, der für die Aufnahme des ILarburierungsmittels
in Frage kommt, also nicht z. B. beim Einschmelzen und Fertigmachen der Schmelze.
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Das Verfahren eignet sich nicht nur zur Herstellung synthetischen
Güßeisens, sondern auch zur Erstellung von Eisenlegierungen.