Stahl und Eisen, Jg. 54, Heft 14

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STAHL UND EISEN

Z E I T S C H R I F T F Ü R D A S D E U T S C H E E I S E N H Ü T T E N W E S E N

H e r a u s g e g e b e n v o m \ er ein d eu tsch er E ise n h ü tte n le u te G e le it e t v o n D r .-In g . D r. m ont. E .h . O . P e t e r s e n

unter verantwortlicher Abtarbeit von D r. JA \. Reichert und DrAS . Steinberg für den wirtschaftlichen Teil

HEFT 14 5. APRIL 1Q34 54. J A H R G A N G

Die Verschlackung des Mangans und Eisens in der Thomasbirne.

Von <St.=‘3itg. O tto S c h e i b lie h in Peine*).

[Bericht Nr. 274 des Stahlwerksausschusses des Vereins deutscher Eisenhüttenleute ! )>]

( Schrifttumsangaben. Durchführung der Y ersuche und Richtlinien fü r die A usvertung. Abhängigkeit d es ilangan-W irkungsgrades, der Konstante K und des QuotientenM n S ch la cke)

von der B a sh itä t, der Jlangan-Einsatzhöhe und com Phosphorgehalt des M n [S ta h l]

Stahles. Eisenabbrand bei hohem Mangangehalt im Roheisen. Wirtschaftlichkeit eines hochmanganhaltigen Thomasroheisens.)

D ie W ichtigkeit des Mangans im fertiggefrischten Fluß

stahl basischer Schmelzungen bringt es m it sich, daß die Frage der M anganerhaltung im S tahl bei beendetem Frischen schon oft Gegenstand eingehender Untersuchungen gewesen ist. In neuerer Zeit h a t m an versucht, allgemein

gültige gesetzmäßige Bestimmungen über die Manganver- sehlackung aufzustellen, und zwar ohne Rücksicht auf die Natur der einzelnen Frischverfahren. Man ging von der Erwägung aus, daß die schon seit langem bekannten Erschei

nungen der Reduktion und Oxydation des Mangans von Be

dingungen abhängig sind, die auf Grund physikalisch-che

mischer Gesetze den Gleichgewichtszustand der Umsetzung FeO + Mn ^ MnO + Fe

nach der einen oder anderen R ichtung hin maßgebend beeinflussen.

Arbeiten, die in der H auptsache U ntersuchungen beim basischen Siemens-Martin-Verfahren zur Grundlage haben, sind u. a. bekannt geworden von T h. N a s k e 3), C. D ic h - m a n n 3), F r. S p r i n g o r u m 4), E . K i l l i n g 3), R. B a c k 4) und C. H. H e r t y 7). Der letztgenannte versuchte die Gleichgewichtskonstante K des aus obiger Gleichung abge-

(MnO) • [Fe]

leiteten Ausdrucks = K zahlenmäßig zu er- [Mn] • (FeO)

fassen8). Denselben Weg beschritt zu ungefähr gleicher Zeit E. F a u st* ) für das Thomasverfahren. W eiter sind hier zu nennen die Arbeiten von H. S c h e n c k 10), G. T a m m a n n und W. O e ls e n 11), E . M a u r e r und W. B i s c h o f 13),

*) Auszug aus der 2t.»Jtig.-Dissertation, Technische Hoch

schule Berlin (1933).

4) Vorgetragen in der Sitzung des Unterausschusses für den Thomasbetrieb am 3. Oktober 1933. — Sonderabdrucke sind vom Verlag Stahleisen m. b. H., Düsseldorf, Postschließfach 664, zu beziehen.

*) Stahl u. lasen 27 (1907) S. 157 u. 161.

з) Der basische Herdofenprozeß (Berlin: Julius Springer 1910).

*) Stahl u. Eisen 30 (1910) S. 396 411.

ä) Stahl u. Eisen 40 (1920) S. 1545,47; ferner 43 (1923) S. 1044/45.

•) Stahl u. Eisen 51 (1931) S. 317/24 u. 351/60.

’ ) Vgl. Stahl u. Eisen 46 (1926) S. 1597 1601.

8) Die Konzentrationen der Schlacke sind in runden, die des Stahles in eckigen Klammem angegeben.

*) Arch. Eisenhüttenwes. 1 (1927 28) S. 119,26.

10) Arch. Eisenhüttenwes. 1 (1927 28) S. 483; ferner Stahl u. Eisen 48 (1928) S. 199; Arch. Eisenhüttenwes. 3 (1929/30) S. 505/29.

и ) Arch. Eisenhüttenwes. 5 (1931/32) S. 75.

ls) Arch. Eisenhüttenwes. 5 (1931/32) S. 549/57.

« 14.„

W. K r i n g s und H. S c h a c k m a n n 13) und F . K o r b e r 14).

Das Ergebnis aller dieser Untersuchungen kann man heute in großen Zügen etwa folgendermaßen festlegen: Die K onstante K des aus der Gleichung FeO 4 - Mn ^ MnO 4 - Fe auf Grund des Massenwirkungsgesetzes aufgestellten Aus-

, (MnO) • [Fe]

drucks ~ - d - = K. die von r aust auf u n m d von [Mn] - (FeO)

Betriebs versuchen für das Thomasverfahren m it 247 erm it

te lt worden war, wird durch verschiedene U m stände beein

flu ß t; es wird festgestellt:

1. K ist abhängig von einem im Rahmen des jeweiligen Frischverfahrens liegenden Unterschiede der B a sid tä t.

2. K ist abhängig vom Phosphorgehalt des Stahles [vgl.

Tam m ann und Oelsen11)].

3. K ist abhängig von der Tem peratur [vgl. dazu K orber14)].

Die u n ter 1 genannte Abhängigkeit ist neuerdings erst von M aurer und Bischof13) festgestellt worden; auch der Einfluß verschieden hoher Manganeinsätze ist in dieser Arbeit behandelt. Ihre Ergebnisse beziehen sieh jedoch ausschließ

lich auf das Siemens-Martin-Verfahren.

Auf Einzelheiten des Schrifttum s näher einzugehen, ist an dieser Stelle nicht angebracht, es sei deshalb nur auf die zuvor genannten sowie die H au p tarb eit verwiesen.

D u r c h f ü h r u n g d e r V e r s u c h e .

Beobachtungen, die der Verfasser einerseits bei der Verarbeitung von Minette-Thomasroheisen in Völklingen, anderseits von Ilseder Thomasroheisen in Peine zu machen Gelegenheit h atte, gaben Veranlassung, festzustellen, wie w eit die bisher geltenden Ergebnisse beim Thomasverfahren

auch dann zutreffen, wenn ungewöhnlich hoehm angan- haltiges Thomasroheisen Verblasen wird.

Die Versuehsehargen sind in dem Stahlwerk der F irm a Peiner W alzwerk A.-G. erblasen. Bei der D urchführung der Versuche wurde der größte W ert auf B eobachtung des Ver

laufs der einzelnen Chargen und ordnungsmäßige Durch

führung der Probenahm e gelegt, um Fehlerquellen nach Mög

lichkeit zu vermeiden. Der E insatz und das Ausbringen wurden gewogen. Die Schlackenmengen sind errechnet, und zwar in der Weise, daß aus den Phosphorgehalten des Roheisens und Stahles sowie dem Phosphorsäuregehalt der Schlacke

“ ) Z. anorg. allg. Chem. 202 (1931) S. 99.

14) Stahl u. Eisen 52 (1932) S. 133; Mitt. Kais.-Wilh.-Inst.

Eisenforschg., Düsseid., 14 (1932) Lfg. 13, Abhdlg. 210.

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338 Stahl un d Eisen. 0 . Scheiblich: Verschlackung in der Thomasbirne. 54. Jah rg . -Nr. 14.

das Gewicht Schlacke je t Roheisen erm ittelt und weiterhin je t Stahl umgerechnet wurde nach folgender Formel:

1000 • (PRoheisen — Pstahi)' 2,29 JF = gß^iackengevcicht je t

P2O5 Schlacke RollStalll.

Die Größe F = F aktor auf Rohstahl, ergibt sich aus der Menge des je t Stahl verblasenen Roheisens. Bei einem derartig errechneten Schlackengewicht ist natürlich der Auswurf nicht berücksichtigt. Dieser bestand beobachtungs

gemäß hauptsächlich aus Schlackenteilchen, die während der ersten Minuten des Blasens herausgeschleudert wurden.

Der Verlust an Phosphor war also nur sehr gering, der an Mangan dagegen stellenweise erheblich. Infolgedessen wurden die aus dem Phosphorgehalt errechneten Sclilacken- gewichte zugrunde gelegt und nunmehr für die aus den Ergeb

nissen gezogenen Folgerungen als Grundlage bei der Auswer

tung derjenige Mangangehalt des Roheisens errechnet, der nach dem Manganausbringen genügt hätte, um die analytisch erhaltenen Mangangehalte in Stahl und Schlacke sicher

zustellen. Die Notwendigkeit dieser Maßnahme war gegeben, um bei der Auswertung betreffs Mangan-Einsatzhöhe und Mangan-Wirkungsgrad, die gewichtsmäßig festzustellen waren, durch den Auswurf bedingte Fehlerquellen von vorn

herein zu vermeiden. Die allgemeine Betriebsführung wurde für die zur Untersuchung herangezogenen Chargen nicht geändert. Nur der Kalksatz wurde von F all zu F all ge

ändert, um verschiedene Mengen an freiem K alk zu erhalten.

Der Verlauf einer Charge ist kurz folgender: Nach dem Hochstellen des Konverters wird nur ein Teil des Kalksatzes (rd. 30 bis 40 %) sofort zugegeben, während der R est etwa nach 3 bis 4 min folgt, um dem wegen der großen E ntfernung zwischen Hochofen und Stahlwerk physikalisch ziemlich kalt ankommenden Roheisen möglichst wenig W ärme zu Anfang des Blasens zu entziehen und dam it den Auswurf zu beschränken. Aus demselben Grunde wird auch der S chrott

satz erst nach dem Kippen des zweiten Kalkanteils gegeben;

in der Nachblasezeit wird dann die Tem peratur m it leichtem Kippsclrrott während des Blasens geregelt oder berichtigt.

Nach dem ersten Umlegen wird eine Probe geschöpft und nach einmaligem Verbesserungsblasen sofort abgeschlackt. Der Ferromanganzusatz erfolgt nach dem Abschlacken, worauf je

de Charge abgesteift wird. Der Roheiseneinsatz beträgt 22 bis 231, der Kalk- und Schrottsatz ist wegen des hohen Phosphor

gehaltes sehr hoch (15 bis 17 % Kalk, 7 bis 12 % Schrott)16).

A u s w e r tu n g u n d E r g e b n is s e .

Bei der nachfolgenden Auswertung wurden die Versuchs

chargen zunächst nach steigenden Eisengehalten der Schlacke geordnet (Zahlentafel 1 und 2). Um den Einfluß des Phosphorgehaltes im Stahl auszuschalten, wurden in Zahlentafel 1 nur Chargen m it Phosphorgehalten im Stahl von 0,045 bis 0,07 % aufgenommen; alle darunter und dar

über liegenden W erte sind in Zahlentafel 2 zusammengefaßt.

Außerdem wurden noch nach Versuchen von F au st und Herzog solche Chargen, bei denen die Vollständigkeit der Angaben eine Auswertung auf derselben Grundlage zuließ, am Schluß der beiden Zahlentafeln aufgenommen. Die Bedeutung der einzelnen Spalten wird, soweit die Bezeich

nung ein Eingehen nicht erübrigt, im einzelnen an passender Stelle näher erläutert werden.

Die Auswertung der Ergebnisse wurde hauptsächlich von zwei Gesichtspunkten aus betrachtet. Einm al wurde die Abhängigkeit des Mangan-Wirkungsgrades untersucht, zum ändern wurde festgestellt, wie weit die K onstante K

16) N ähere A usführungen d arü b er siehe in S tahl u. E isen 51 (1931) S. 1105/13 u. 1136/48: W erk N (Stahlw.-Aussch. 215).

auch noch anderen Einflüssen außer den bisher angegebenen unterliegt.

Um grundsätzliche K larheit über die Bedeutung der K onstante K (Spalte 8 bzw. 6 der Zahlentafel 1 und 2) und des M angan-Wirkungsgrades, der im folgenden m it ■/] Mn (Spalte 7 bzw. 5 der Zahlentafel 1 und 2) bezeichnet werden soll, zu schaffen, ist es diese nötig, beiden Ausdrücke einer näheren B etrachtung zu unterziehen.

Der Mangan-W irkungsgrad ist seiner N atu r nach der

jenige Ausdruck, der die W irtschaftlichkeit des eingesetzten Mangans bestim m t; er gibt an, wieviel P rozent des einge

setzten Mangans im S tahl zurückgeblieben, also nicht ver

schlackt sind. Je größer

tj

Mn, desto geringer können die Aufwendungen für den M anganeinsatz sein, desto geringer sind aber auch bei gegebenem E insatz die Kosten für den Zusatz an desoxydierenden M itteln.

PS

70 7P 7V 70 76 60 PP P0 PS PS 60 SP SV

^{6 6} ⁶⁶

V0

/^/7iSc/r/ac/<e}

Abbildung 1. Beziehungen des Quotienten zum [Mn]

Mangan-Wirkungsgrad.

Im Gegensatz dazu stellt die K onstante K einen Begriff dar, der, abgeleitet aus dem Massenwirkungsgesetz, die Verschlackung des Mangans in grundsätzliche Abhängigkeit vom verschlackten Eisengehalt bringt.

Zwischen den beiden Ausdrücken

tj

Mn und K steht , . Mn (Schlacke) ,

aer Q u o tie n t- ^ [Stahl]—* m au erkkK, wenn m an aus der Gleichung K = den Eisengehalt der Schlacke Fe auf die linke Seite bringt. Der W ert der Konstante Ki = K • (Fc) m üßte dann bei Chargen m it gleichem Eisen

gehalt in der Schlacke ebenfalls ko n stan t sein. Ebenso geht aus dieser Gleichung hervor, daß der W ert des Quotienten Mn (Schlacke)

Mn [Stahl] zunekmendem Eisengehalt größer werden muß, das heißt, es geht Mangan aus dem Bade in die Schlacke und dam it sinkt der W irkungsgrad. D er Quotient (Mn)

[MriJ als° in umSekehrter Beziehung zum W irkungsgrad

stehen. Abh. 1 zeigt, daß dies im allgemeinen der F a ll ist.

(3)

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(4)

340 S tahl un d Eisen. 0. Scheiblich: Verschlackung in der Thomasbirne. ^{5 4}. Ja h rg . N r. 14.

Störend wirken hier nur größere Unter

schiede in den Schlackengewichten.

W ill man also untersuchen, ob die Ver

schlackung des Mangans noch anderen Ein

flüssen unterliegt, so bleibt nichts anderes übrig als durch Einengung der haupt

sächlich wirkenden Bestandteile auf gleich

mäßige Gehalte bzw. durch Auswahl solcher Chargen die Streuungen möglichst einzu

schränken und so die Bichtung des E in

flusses kennen zu lernen. Von dieser Ueber- legung ausgehend sind die folgenden U nter

suchungen angestellt worden.

Zunächst wurde der Einfluß der Basi- zität untersucht. Ueber den Begriff der Basizität und seinen Einfluß auf den Man- gan-Wirkungsgrad ist folgendes zu sagen.

Erhöht man die Basizität der Schlacke durch Zugabe von Kalk, so wird, abgesehen von dem chemischen Einfluß durch die er

höhte Konzentration von CaO, zunächst rein physikalisch der Mangan-Wirkungsgrad des je t Stahl zur Verfügung stehenden Manganeinsatzes durch die Vergrößerung der Schlackenmenge verringert werden.

Es ist eine Frage von grundsätzlicher Be

deutung, wie weit diese physikalische Ab

hängigkeit durch den Einfluß der Konzen

tration der einzelnen Bestandteile gestört wird. Da diese im allgemeinen nur durch die Zugabe von Kalk beeinflußt wird, genügt es, den Einfluß der Konzentration des freien Kalkes festzustellen. Dabei wäre zu berück

sichtigen, ob unterschiedliche Verhältnisse der Phosphor- und Kieselsäure zueinander ei

ne wesentliche Einwirkung ausüben könnten.

Der Ausdruck (CaO)' nach G. Tam- mann und W. Oelsen setzt nun gleiches Verhältnis von Phosphorsäure zu Kiesel

säure voraus, sofern aus ihm ein Rück

schluß auf den freien Kalk gezogen werden soll. E r ist deshalb nur bedingt als Aus

druck der Basizität zu werten. F ü r die Auswertung der vorhandenen Zahlenunter

lagen wurde daher bei der vorhegenden Arbeit die Basizität durch zwei Ausdrücke (CaO)' und (CaO)" festgelegt (Spalte 10 bzw. 7 der Zahlentafel 1 und 2). (CaO)' ist errechnet nach der von Tammann angege

benen Art. (CaO)" gibt an, wieviel Prozent des nicht an Phosphorsäure und Kieselsäure gebundenen Kalkes im Verhältnis zu dem an diese beiden Säuren gebundenen Kalk vorliegen, oder, anders ausgedrückt, wie groß das Verhältnis von freiem zu gebundenem Kalk ist, wobei nur Phosphorsäure und Kie

selsäure als Kalkbinder vorausgesetzt sind.

Um den Einfluß der Verdünnung nach Möglichkeit auszuschalten, wurde der Be

griff der Mangan-Einsatzhöhe durch den Ausdruck „M n-Einsatz in kg je 100 kg Schlacke“ festgelegt (Spalte 11 bzw. 8 der Zahlentafel 1 und 2); die absoluten Angaben des Prozentsatzes oder in kg je t Roheisen könnten irreführen, da die je t Roheisen erzielte Stahlmenge je nach

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5. April 1934- O. Scheiblick: Y erxM acbtng i» der Thom asinrnt. StaM a n d Eisen. 341

Höhe des Sehrottsatzes sehr verschieden sein k an n : die Angaben in kg Mangan je t S tahl berücksichtigen anderseits nicht die verschiedenen Schlackengewichte. Ganz streng ge

nommen ist auch bei

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Abbildung 2. Mangan-Wirkungsgrad in Abhängigkeit von der Basizität.

dem gewählten Aus

druck ein gemein

samer Nenner nicht erreicht. H a t m an z. B. zwei Chargen

— die eine m it 200, die andere m it 250 kg Schlackengewicht je t S tahl — m it je 6 kg Manganeinsatz je 1Ö0 kg der Schlak- ke, so würde sich der M anganeinsatz der beiden Chargen in dem einen F alle m it 12 kg Mn auf 200 kg Schlacke und 1 t Stahl verteilen, wäh

rend im anderen Falle sich 15 kg Mn

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auf 250 kg Schlacke und 1 1 S tahl verteilen k ö nnten: das Ver- hältnis der Schlackengewichte zu der Manganeinsatzhöhe wäre gleich, die zweite Charge m it höherem Schlackengewicht brauchte das Ein- satzm angan jedoch auch nur auf 1 1 Stahl zu verteilen s ta tt auf 1.251 Stahl, was für genau gleiche Bedin

gungenverlangtw er

den m üßte. Chargen m it hohem Einsatz- mangan zeigen in der Mehrzahl der vor

liegenden Versuehs- ergebnisse auch hö

here Schlaekenge- wiehte. Diese T at

sache m üßte die hö

heren Manganein- sätze in ihrem W ir

kungsgrad demnach etwas begünstigen:

da. wie gezeigt wer

den wird, höhere Manganeinsätze je

doch ungünstig wir

ken, so sind die auf Grund der Ergebnis

se gezogenen Folge

rungen über den Ein

fluß der Mangan- Einsatzhöhe noch krasser, als sie den Ergebnissen nach erscheinen.

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Abbildung 3. Abhängigkeit des

Mangan-

Wirkungsgrades von der

Mangan -TvinqU-yhöbp

Durch die W ahl der Ausdrücke (CaO)” und .Aln-Einsatz je 100 kg Schlacke“ ist der W ertm esser für die B asizität und der Ausschluß verschiedener hoher Schlackengewichte hin

reichend gesichert. E n g t m an nun in der Z M ew tafel 1 die Ergebnisse durch Auswahl von Chargen m it gleichen Eisen

gehalten in der Schlacke w eiter ein. so wird hierdurch, ab

gesehen von der Ausschaltung der Bedeutung eines wech

selnden Eisengehaltes selbst, aueh der Einfluß der Tempe

ra tu r zur Bedeutungslosigkeit herabgedrückt, da bekanntlich der Phosphorgehalt des Stahles in Verbindung m it dem Eisen- gehalt der Schlacke empfindlich auf Temperaturwechsel reagiert. Man ist dadurch in der Lage, innerhalb der einzel

nen Gruppen Abhängigkeiten sichtbar zu machen, die sich infolge der Ueberlagerungen. hervorgerufen durch die ver

schiedenartigen Richtungen der Einflüsse, bei einer graphi

schen Darstellung der Gesamtergebnisse ihrer Feststellung entziehen. Je schärfer die Einengung der Ergebnisse nach diesen Richtlinien be trieben wird desto geringer wird n atü r

lich die Zahl der Chargen, aus deren Ergebnissen dl- Richtung des jeweils zu untersuchenden Einflusses ersehen werden k a n n : und doch ist dies der einzige Weg. auch Einflüsse von geringerer Bedeutung kenntlich zu machen.

Die Jhö. 2

u n d

3 zeigen die Abhängigkeit des Mangan- W irkungsgrades von der Basizität und der Mangan-Einsatz- höhe18). Obwohl die Eisengehalte infolge der scharfen Auswahl n u r in ganz geringen Grenzen schwanken, sind sie zur Beurteilung m it aufgenommen, da höhere Eisengehalte den M angan-W irkungsgrad bekanntlich erheblich drücken.

Außerdem wurden bei jeder Kurve die zugehörigen W erte für die M angan-Einsatzhöhe und die B asizität m it ein- gezeichnet. U nter Berücksichtigung dieser Tatsache kann der jeweilige Einfluß klar festgestellt werden. Abb. 4 und -5 lassen die Abhängigkeit der K onstanten K von der Basizität und der M angan-Einsatzhöhe einwandfrei erkennen.

F a ß t man das Ergebnis dieser durch Einzeluntersuchun

gen herausgestellten Abhängigkeiten zusammen, so kommt m an zu folgendem:

1. Der Mangan-W irkungsgrad steht

a) in unm ittelbarer Abhängigkeit zur B asizität,

b) in um gekehrter Beziehung zur Höhe des Mangan- einsatzes.

2. Die K onstante K steht

a) in um gekehrter Beziehung zur Basizität.

b) in unm ittelbarer Abhängigkeit zur Höhe des Mangan- einsatzes.

Nun erkennt m an auch, warum Sammelkurven m it vielen Versuchsergebnissen n u r kraß ins Auge fallende Abhängigkeiten erkennen lassen können. Denn abgesehen vom überragenden Einfluß des Eisengehaltes der Schlacke, des Phosphorgehaltes im Stahl, der Tem peratur und vom physikalischen Einfluß der Verdünnung, stehen Basizität und M anganeinsatz in ihrer W irkung auf r, Mn un d K einander gegenüber.

Mn (Schlackei

Der W ert des Q u otienten: ■ folgt sinngemäß Mn [Stahl]

denselben Abhängigkeiten, wie z. B. aus A b i. 6. die die Abhängigkeit von der Mangan-Einsatzhöhe darstellt, zu ersehen ist.

Sucht man nun nach der Ursache des günstigen Einflusses eines reichlichen (CaO)” -Gehaltes. so lä ß t sich folgendes feststellen. Es ist sicher falsch, den gesamten Eisengehalt der Schlacke als im freien Zustand befindliches Elisenoxydul anzusehen. Vielmehr ist ein Elingehen von Bindungen sehr wahrscheinlich. Elisen in oxydiseher Form kann sowohl m it Säuren als auch m it Basen sich verbinden.

F ü r die Beurteilung kann es dabei zunächst gleichgültig sein, in welcher F orm diese Verbindungen auftreten. E n t

scheidend für die Frage, ob die Bindung des Elisens an eine Säure oder Base wahrscheinlich ist. bleibt neben der Tempe-

ls ) Zwecks Raumersparnis wird für die einzelnen Abhängig

keiten nur je eine Kurve aus der Hauptarbeit angeführt.

(6)

342 Stahl und Eisen. 0 . Scheiblich: Verschlackung in der Thomasbirne. 54. Ja h rg . N r. 14.

ra tu r die Konzentration und Affinität. So ist beim Besse

merverfahren das verschlackte Eisen und Mangan in sili- k atisch er Form gebunden; noch auffälliger tr itt diese

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Abbildung 5. Abhängigkeit der Kon

stante K von der Mangan-Einsatzhöbe.

Eisen und Mangan werden also in ihrem Bestreben, ebenfalls Verbindungen einzugehen, keine Säuren m ehr vorfinden.

Dagegen ist bei jeder Charge ein K alküberschuß vorhanden.

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Abbildung 4. Abhängigkeit der Konstante K von der Basizität.

Erscheinung z. B. bei der Herstellung von Ferrosiliziumlegie- rungen auf. Dieser Arbeitsgang, der im Lichtbogenofen ohne

eigentliche Schlak- kenführung betrie

ben wird, leidet un

ter zeitweilig auftre

tenden Schwierig

keiten der Schlak- kenentfemung. Die

sich bildende Schlacke besteht zum größten Teil aus Eisen- und Mangan- silikaten. Da deren Entfernung sehr schwierig ist, hilft

man sich, indem man in der kritischen Zeit einen Kalkzu

schlag gibt. Man er

möglicht dadurch die Bildung von Kalksilikaten, und die gebildete Schlak- ke kann dann leich

ter entfernt werden.

Es ist anzunehmen, daß beim Thomasverfahren infolge der äußerst kräftigen Durchmischung von Bad und Schlacke die Bindung der einzelnen Bestandteile so erfolgt, daß die weniger beständigen Verbindungen zunächst zurücktreten, d. h. die Bindung der Kieselsäure und Phosphorsäure mit K alk wird praktisch vollkommen sein. Die Bestandteile

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Abbildung 6. Quotient —— { bei verschiedener [Mn]

Mangan-Einsatzhöbe.

Dieser Kalküberschuß wird sich so auswirken, daß zunächst einmal die gebildeten Silikate und Phosphate des Kalkes in ihrer beständigsten Form sich zu erhalten die Möglichkeit haben. Weiter aber wird der noch zur Verfügung stehende Ueberschuß vor allem dem in der Schlacke befindlichen dreiwertigen Eisen Gelegenheit zur Bindung geben. Eine Verbindung von Mangan, Sauerstoff und Kalk konnte noch nie festgestellt werden. Dagegen weist Schenck darauf hin, daß der Gehalt an dreiwertigem Eisen in den basischen Schlacken wahrscheinlich auf eine spinellartige Bindung von Eisenoxyd zurückzuführen ist, wobei er im Verlaufe seiner weiteren Betrachtung zu dem Schluß gelangt, daß die Bindung des Eisens an Kalk in F orm des Ferrits, CaO • Fe50 3, die wahrscheinlichste ist.

E n th ä lt demnach eine Thomasschlacke bei Beendigung des Frischens noch einen genügenden Kalküberschuß, so wird ein Teil des verschlackten Eisens durch die Bindung an Kalk gewissermaßen unschädlich gem acht. F ü r die Ver

teilung des Mangans ist nun, da nur die K onzentration der freien Bestandteile maßgebend ist, eine andere P lattform geschaffen, als sie durch den analytisch erfaßten Gcsamt- eisengehalt der Schlacke in Erscheinung tr itt. Auf das immer ungünstiger werdende Verhältnis Mn (Schlacke) bg.

Mn [Stahl]

steigendem Manganeinsatz wird später noch eingegangen werden.

Den Einfluß eines verschiedenen Phosphorgehaltes im Stahl auf die K onstante K und den Mangan-W irkungsgrad zeigt Abb. 7. Es bedarf keiner Frage, daß der Phosphor

gehalt des Stahles den M angan-W irkungsgrad entscheidend

beeinflußt. Im allgemeinen haben Chargen m it höherem

Phosphorgehalt einen geringeren E isen ab b ran d ; schon aus

(7)

5. April 1934. O. Scheiblich: Verschlackung in der Thomasbirne. S tah l u nd Eisen. 343

Zahlentafel 3. E i n f l u ß v e r s c h i e d e n h o h e r M a n g a n e i n s ä t z e a u f d e n E i s e n g e h a l t d er S c h la c k e .

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II 1000 25 1 ,1 5 — 1,24 1,195 11,173 47,19 25,58 9,20 81,36 35,68 0,464 6,522 6,347

IH 680 | 17 1,25— 1,34 1,279 11,17 5 47,30 25,28 9,62 80,99 35,53 0,455 6,562 6.499

IV 280 7 1,35— 1,49 1.39S 10,463 48,42 26,31 9,27 81,62 36,09 0,494 7,198 6.648

V 280 7 über 1,49 1,584 10,147 48,45 27,84 9,06 80,89 31,30 0,475 7,441 7,124

3260 Chargen in Zahlentafel 3 festgehalten. Sie bestätigen das Ergebnis der Abb. 9. Die Höhe des Manganeinsatzes

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ist in dieser Zahlentafel durch den Ausdruck — (Roheisen) Mn

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E in flu ß e in e s h o h e n M a n g a n e in s a t z e s a u f d e n E i s e n a b b r a n d .

Im Schrifttum ist die Frage des Eisenabbrandes im Konverter mehrfach behandelt worden. G enannt seien hier nur die Feststellungen von W. H e i k e 17), A. J u n g 18) und K. E ic h e l19). Auch die A rbeit von E. F a u st9) kann dafür herangezogen werden. In allen Fällen wird eine Erhöhung des Eisenabbrandes bei höheren M angangehalten des Roh

eisens festgestellt.

Das entsprechende Ergebnis der vorliegenden U nter

suchung ist nach Zahlentafel 1 in Abb. 9 festgelegt. Gleich

zeitig wurden aus den Betriebsanalysen die Ergebnisse von

17) Stahl u. E isen 34 (1914) S. 433 /3 6 .

“ ) Stahl u. E isen 39 (1919) S. 1580.

Stahl u. E isen 54 (1934) S. 229 '41 (S ta h lw .-A u ssch .2 7 3 ).

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Abbildung 8. Einfluß des Phospborgehaltes auf Mangan-Wirkungsgrad und Konstante K.

festgehalten, der bei der großen Zahl der für den Durch

schnitt verwendeten Chargen eine genügende Sicherheit gegenüber den Abweichungen durch wechselnde Sehlaeken- mengen bietet.

Man kann also wohl als erwiesen ansehen, daß tatsächlich ein hoher M anganeinsatz beim T h o m a s v e r f a h r e n den Eisengehalt der Schlacke erhöht. Aus der Zahlentafel 3 geht weiter hervor, daß der Aufwand an Ferrom angan nicht nennenswert zurückgeht. Abgesehen von der Gruppe V, die dazu als einzige geringere B asizität aufweist, ist der Verbrauch an Ferrom angan je t S tahl für die Gruppen I bis IV n u r unwesentlich verschieden u nd ste h t in keinem Ver

hältnis zum M ehraufwand an E insatzm angan; die Ver

m utung, daß ein hochm anganhaltiges Thomasroheisen bei beendeter F rischarbeit eine größere Menge Sauerstoff im Stahl zurückbehält, würde dadurch eine Bestätigung erfahren.

diesem Grunde muß der Mangan-W irkungsgrad höher sein.

Es ist jedoch gut, festzustellen, daß auch der Phosphor

gehalt an sich den W irkungsgrad für Mangan erhöht und den W ert der Kon

stante K erniedrigt.

Man erkennt m it ansteigendem Phos

phorgehalt im Stahl ein Steigen des Man- gan-W irkungsgra- des und ein Fallen des W ertes der Kon

stante K. Auch hier wirken wechselnde B asizität und ver

schiedene Mangan- einsätze ohne Zwei

fel in demselben Sinne wie bei den Untersuchungen der Ergebnisse in Zah

lentafel 1. Im allge

meinen ist der Ein

fluß verschiedener hoher Phosphorge

halte jedoch so stark, daß m an zu dieser Feststellung eine große Zahl Un- 009 077 073 ¿OS tersuehungen ohne

P Sf % Rücksicht auf sonst

Abbildung 7. Einfluß eines verschieden

gleiche Bedingun-

hohen Phosphorgehalts im Stahl auf die

gen zusammenfassen

Konstante K .

kann (Abb. 8).

(8)

344 Stahl und Eisen. O. 0. M eyer: E in flu ß der Zusatzbeheizung a u f den Stoßofenbetrieb. 54. Jah rg . N r. 14.

P li y s ik a lis c li-c h e m is c h e B e tr a c h tu n g . Die Erklärung für die im vorigen Abschnitt einzeln herausgeschälten metallurgischen Vorgänge dürfte — physi

kalisch-chemisch betrachtet — folgende sein. E rm ittelt man aus der Gleichung FeO + Mn MnO + Fe die Gleich-

_ [MnO] • [Fe]

gewichtskonstante K für die Stahlphase K = . p f a ] ’ wobei Fe, die Konzentration des Eisens, als konstant

. [MnO]

betrachtet werden kann, so muß der Quotient bei hohem Mangangehalt im Stahl zwangläufig größer wer

den. Nun ist jedoch Manganoxydul im Stahl nur in beschränk

tem Maße löslich; frischt man weiter, so wird nach Sättigung

Abbildung 9. Eisengehalt der Schlacke bei ver

schieden hohem Mangangehalt im Einsatz.

des Eisenbades m it Manganoxydul der Ueberschuß in die Schlacke wandern, und zwar wird natürlich um so mehr Mangan verschlackt werden, je größer die Einsatzmenge an

Mangan ist. Das Verhältnis des im Stahl zurückbleibenden Mangans zum verschlackten Mangan wird also imm er un

günstiger, der W irkungsgrad wird immer schlechter.

Weiterhin ist zu folgern: Nach Sättigung des Bades mit MnO bleibt der Zähler der rechten Seite k o n stan t; Mn, der eine F ak to r des Nenners der rechten Seite, wird jedoch immer kleiner; also muß, wegen des gleichbleibenden W ertes der Konstante K, FeO größer werden, und zwar so lange, bis der Gleichung K = is t- Dies bedeutet demnach eine Anreicherung von Sauerstoff im Stahlbade bis zur höchstmöglichen Grenze.

Nun gilt nach F au st aber auch folgende Beziehung (Mn) [Mn]

zwischen S t a h l - u n d S c h la c k e n p h a s e : = p r y ' K.

Das würde heißen, zu jedem bestim m ten M angangehalt des Bades gehört ein bestim m ter Q uotient yj/vy in der Schlacke.

Ist nun, wie soeben ausgeführt wurde, durch hohen Manganeinsatz eine Anreicherung an Mangan in der Schlacke eingetreten, zu dessen Höhe die im S tahl zurückbleibende Manganmenge in keinem Verhältnis steht, so m uß zugleich auch der Eisengehalt in der Schlacke sich anreichem , und zwar um so mehr, je höher der M anganeinsatz gewesen ist.

Die Folgerungen, die aus der zusam m engefaßten Be

trachtungsweise der beiden Gleichurgen für die Gleichge

wichtskonstante K in der Stahlphase einerseits und der Stahl- und Schlackenphase anderseits sich ergeben, sind demnach folgende:

Ein höherer Manganeinsatz fü h rt 1. zu einer erhöhten Manganverschlackung,

2. zu einer Erhöhung des Gesamt-Sauerstoffgehaltes im Bade bei beendetem Frischen,

3.

zu

einem erhöhten Eisenabbrand.

(Schluß folgt.)

Der Einfluß der Zusatzbeheizung auf die Erwärmungsbedingungen der Blöcke und die Wirtschaftlichkeit des Stoßofenbetriebes.

Von ®r.*§ng. O tto G ü n te r M e y e r in Peine.

[Mitteilung Nr. 196 der Wärmestelle des Vereins deutscher Eisenhüttenleute*).]

(Wärmebilanzen fü r einzelne Ofenteile. Abhängigkeit der Blocktemperatur und des Kraftbedarfes von der Gesamixvärmzeit und dem Verhältnis der Teilwärmzeiten zueinander. Blocktemperaturmessungen zur Ermittlung des Temperaturanstieges über die Ofenlänge und der Temperaturverteilung über Länge und Querschnitt des Blockes. Abhängigkeit des Wärme

verbrauches von Leistung und Beheizungsart. Wärmespeicherung bei Betriebspausen.)

D ie nachstehend beschriebenen Untersuchungen wurden an dem in A bi. 1 dargestellten Ofen durchgeführt, der sowohl m it Koksofengas als auch m it Kohlenstaub beheizt werden konnte und in seinem m ittleren Teil m it hoch

hegenden Gleitschienen und Seitenbrennern ausgerüstet war.

Ueber den Ofen selbst und über den wirtschaftlichen Ver

gleich zwischen Gas- und Kohlenstaubbeheizung wurde an anderer Stehe berichtet1). Die folgenden Ausführungen sollen einen Beitrag zu der Frage bilden, in welcher Weise durch die Unterbeheizung der Blöcke durch Zusatzbrenner der Verlauf des Blockerwärmungsvorganges und weiterhin die W irtschaftlichkeit des Ofenbetriebes beeinflußt wird.

A. D e r V e r la u f des B lo c k e r w ä r m u n g s v o r g a n g e s . Es wurden drei verschiedene Untersuchungsverfahren angewendet:

a) Berechnung der Nutzwärme in den verschiedenen Ofen

abschnitten auf Grund von Teilwärmebilanzen;

*) Sonderabdrucke dieses Berichtes sind vom Verlag Stahl

eisen m. b. H., Düsseldorf, Postschließfach 664, zu beziehen O Stahl u. Eisen 53 (1933) S. 1110/11.

b) GegenübersteUung des K raftbedarfes an der Walze m it dem Verhältnis der Teilwärmzeiten in den verschiedenen Ofenabschnitten zueinander;

c) E rm ittlung des Tem peraturanstieges durch Messung der Oberflächen- und Innentem peraturen.

Meßeöene Wn:

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Abbildung 1. Stoßofen für Gas- und Kohlenstaubbeheizung.

a) T e i lw ä r m e b i la n z e n .

Es wurden für zwei längere Versuchszeiten auf Grün*

sorgfältiger Messungen die Teilwärmebilanzen für dei

kälteren Ofenabschnitt I ( Abb. 1) berechnet und in Zahlen

tafel 1 zusammengestellt. Die Messung der Blocktem peratu

(9)

5. April 1934. O. 's. M eyer: E in flu ß der a u f den StcdofenJbetrieb. S tahl u n d Eisen. 345

Ziiilentafel 1. Zusammenstellung der Teilwärme

bilanzen.

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Einstrahlung . . . . A b b r a n d w ä r m e . . . . B i l a n z f e h l e r . . . . .

2195 300 63 542

70,8 9.7 2,0 17,5

1818 300 63 204

76,2 12.6 2,6 8.6 G e s a m t e W ä r m e

e i n n a h m e ... 3100 100.0 23S5 100,0

S n t z w ä r m e ... 1310 42.3 1060 44.5

A b e s s w i r m e ... 155$ 50.2 1188 49,7

K ü h l w a s s e r v e r l u s t . . 130 4,2 oo 2.3

W i n d v e r l a s t ... 102 3.3 82 3.5

G e s a m t e W ä r r n e -

a u s e a b e ... 3100 100,0 2385 100,0

erfolgte hierbei durch Anvisieren der Stirnfläche durch die Ofentüren. Es ergab sich ebenso wie bei den meisten anderen bisherigen Versuchen*) in dieser Richtung ein Uebeischuß der Ausgaben über die Einnahm en, der zwar

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messung gesucht werden, also darin, daß die Tem peratur der anvisierten Stirnfläche wesentlich von der Durch

schnittstem peratur des Blockes abweicht, was durch die später beschriebenen Blocktemperaturmessungen bestätigt wurde. Es zeigte sich jedenfalls, daß das Verfahren der Teilwärmebilanzen für die Beurteilung des

Erwärm

n r.

Verlaufes wenig geeignet ist.

bl B l o c k t e m p e r a t u r . K r a f t b e d a r f u n d T e i lw ä r m z e ite n .

Auf die einfachste Weise erhält m an einen Ueberblick über die Anteile der verschiedenen Ofenabschnitte an der W ärm eübertragung auf die Blöcke durch die Gegenüber

stellung der Blocktem peratur bzw. des K raftbedarfes als Maß für den W ärm einhalt der Blöcke beim Ziehen und der Teilwärmzeiten in den verschiedenen Ofenabschnitten.

In Aid. 2 ist für eine Versuchsdauer. während der der Ofen vollkommen gleichmäßig beheizt wurde, der zeitliche Ver

lauf der Blocktem peratur m it dem der Gesamt- und Teü- wärmzeiten gegenübergestellt. Man erkennt sofort, daß die

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Abbildung 2. Abhängigkeit der Bloektemperatur von dem Verhältnis der Teilwärmzeiten.

nicht so groß war, wie er von anderer Seite gefunden wurde, der aber in keinem Verhältnis steht zu dem Restglied der Gesamtwärmebüanz über den ganzen Ofen (hier ergab sieh nur 1.4 ° 0 bzw. *2 ° ö als Rest), und der diesem außer

dem entgegengerichtet ist. Die Ursache für diesen Fehler kann nur in den größeren Bilanzposten, also in Rauehgas- und Autzwärme gesucht werden. D a die Rauchgastem pe- raturmessungen m it größter Sorgfalt durchgeführt w urden1), so daß ein nennenswerter Fehler nicht in Frage kommt, lag es zunächst nahe, an unverbrannte Rauchgasbestand

teile zu denken, die sich der analytischen Erfassung durch Aachverbrennung im Probenahm erohr entziehen. Teilt man jedoch die Restglieder der Teilwärmebilanzen durch die gesamte zugeführte W ärmemenge, so ergibt sich, daß innerhalb des untersuchten Ofenabschnittes bei Versuch I b 13,1 % und bei Versuch I I 5,9 % der gesam ten im Brenn- stoö enthaltenen W ärme durch A ach Verbrennung h ätten frei werden müssen, wenn das Restglied tatsächlich aus

schließlich auf A achverbrennung zurückgeführt werden müßte, eine Annahme, die in A nbetracht der Beheizung m it Preßgasbrennern und des kleinen Restgliedes der Wärme- bilanz über den ganzen Ofen als praktisch ausgeschlossen anzusehen ist. Da der A nteil der Seitenbrenner an der Wärmezufuhr bei Versuch I I nur 17 ° 0, bei \ ersuch I b dagegen 50 % betrug, so ist bei dem letzten ein gewisser Aachverbrennungsfehler möglich, in der H auptsache muß jedoch die Fehlerquelle in unrichtiger B locktem peratur-

s) Vg], A. S c h a c k : Arch. Eisenhütten*es.4 (1930 31)

S.

333.

*) Es wurde zunächst die Temperaturverteilung über den Baoehgasquersehnirt untersucht, um die Durchflußpyrometer zuverlässig an Punkten mittlerer Rauchgastemperatur einbauen zu können.

1 4 ^

* k r,rx

7 f W b a M ' T

Abbildung 3. Abhängigkeit zwischen Wartezeit u n i Kraft- verbrauch. Versuch H L

Blocktem peratur bei annähernd gleicher Gesamtwärmzeit hauptsächlich d u r c h d ie T e i l w ä r m z e i t i n d e m m i t t l e r e n m i t h o c h l ie g e n d e n G l e i t s e h i e n e n u n d S e i

t e n b r e n n e r n v e r s e h e n e n O f e n t e i l I I b e e i n f l u ß t w ir d . In Abb. 3 ist der durch Planim etrieren eines kW- Schreiber-Diagrammes erm ittelte K raftbedarf sowohl in Abhängigkeit von der Gesamt- als auch von der Teüwänn- zeit in Öfenabschnitt I I dargestellt. Das Ergebnis ist das gleiche, denn eine bestim m te Verlängerung der Teilwärmzeit im m ittleren Ofenabschnitt bew irkt eine wesentlich stärkere Abnahme des Kraftbedarfes als eine gleich große Verlänge

rung der Gesamtwärmzeit. D e r g r o ß e W e r t d e r durch die hochliegenden Gleitschienen ermöglichten U n t e r b e - h e i z u n g der Blöcke für die W ärm eübertragung wird dam it erwiesen: die D arstellung in J ib . 3 gestattet auch bereits z a h l e n m ä ß i g e A n g a b e n ü b e r d ie bei einer etwaigen Vergrößerung des m inieren O fenabschnines e r z i e l b a r e n

S tr o m e r s p a r n i s s e .

c) B l o e k t e m p e r a t u r m e s s u n g e n .

U m den Verlauf des Block-Erwärmungsvorganges noch eindeutiger festzulegen un d gleichzeitig auch über die innerhalb des Blockes auftretenden Tem peraturunterschiede Aufschluß zu bekommen, w urde an einem in der Längs

richtung angebohrten und an der Oberfläche angefrästen Block der Tem peraturanstieg über die Ofenlänge an mehreren Stellen der Oberfläche und im Innern verfolgt. Die Messung erfolgte im Innern durch Einführen eines äußerst dünnen Thermoelementes, an der Oberfläche m it einem besonders durchgebildeten Anlegepyrometer.

Abb. 4 zeigt die Ergebnisse bei einer D urchsatzzeit von 1.35 h, entsprechend der Höchstdauerleistung des Ofens

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