DE2146355B2

DE2146355B2 - Frischen einer stahlschmelze

Info

Publication number: DE2146355B2
Application number: DE19712146355
Authority: DE
Inventors: Stephen David Sheffield; Richards John Rees Morgan Cardiff Wales; Stephenson (Großbritannien)
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1970-09-17
Filing date: 1971-09-16
Publication date: 1976-03-11
Also published as: FR2106591A1; BE772760A; DE2146355A1; ES395185A1; US3749567A

Description

fertig für die Oxidation, und es wurde pulverisierter Hammerschlag in folgender Körnung zugesetzt:

folgende Grenzen der Körnungen erwiesen: Maximallcorn unter 6,35 mm; höchstens etwa 30% unter 0,0104 mm.

Um die Schlacken-Metallreaktionen zu erleichtern und zu beschleunigen, werden Schlackenbilder wie Kalkpulver, Kalkstein oder Flußspat mit dem Metalloxid oder den Metalloxiden eingeblasen, und zwar entweder kontinuierlich mit denselben oder während einer oder mehrerer ausgewählten Perioden während des Verfahrensablaufes.

Nachstehend soll das erfindungsgemäße Verfahren an Hand einiger Durchführungsbeispiele erläutert werden.

Beispiel 1

Kohlenstoffstahl Von diesem Hammerschlagpulver wurden mittels

einer in das Schmelzbad eingetauchten Lanze unter

Ein elektrischer Lichtbogenofen mit einer Kapazität 20 Verwendung von Preßluft als Trägergas 2 min lang von 41 wurde mit Stahlschrott gefüllt, auf eine Tempe- jeweils 22,7 kg/min eingeblasen. An Trägergas wurden ratur von 1550⁰C erhitzt und eine Schlacke auf dem bei Normaltemperatur und -druck 2,83 m³ Luft ver-Schmelzbad ausgebildet. Das Schmelzbad war dann braucht.

Körnung	{Ge wichtsprozent)
(mm)	6,1
3,17 bis 2,41	13,4
2,41 bis 1,685	3,5
1,685 bis 1,395	6,1
1,395 bis 1,193	6,1
1,193 bis 0,99	4,5
0,99 bis 0,863	6,1
0,863 bis 0,0687	11,8
0,687 bis 0,508	11,8
0,508 bis 0,356	30,6
unter 0,356

Eine Prüfung des Schmelzbades unmittelbar vor und unmittelbar nach den Einblasen ergab folgende Tabelle, wobei Spalte 1 die Gewichtsprozente vor und Spalte 2 die Gewichtsprozente nach dem Blasen angeben:

Mn

Si Ni

Cr

(ppm)

1	0,39	0,32	0,02	0,033	0,015	0,15	0,09	0,012	5,3
2	0,24	0,25	0,00	0,032	0,013	0,15	0,09	0,008	2,4

Dieser Stahl sollte einen Kohlenstoffgehalt von 0,24% besitzen, so daß keine Rückkühlung erf orderlieh war. Das Schmelzbad wurde dann schlackenfrei gemacht, desoxiert, eine Reduktionsschlacke ausgebildet und anschließend abgelassen.

Wie die Tabelle zeigt, wurde der Kohlenstoff so schnell entfernt, daß auch der Gehalt an Stickstoff und Wasserstoff merkbar gesenkt wurde. Das Verfahren lief ohne sichtbare Emission brauner Dämpfe ab.

Beispiel 2
Kohlenstoffstahl

Das Verfahren wurde zunächst wie im Beispiel 1 beschrieben durchgeführt und das Schmelzbad wiederum durch Einblasen von Hammerschlagpulver mit gleicher Körnung wie beim Beispiel 1 mittels Preßluft als Trägergas oxidiert, wobei jedoch in diesem Falle 45,36 kg/min 3,5 Minuten lang eingeblasen wurden, zu welchem Zweck eine Gesamtmenge an Preßluft von 10,62 m³ bei Normaltemperatur und -druck benötigt wurde. Eine Überprüfung des Schmelzbades unmitte!¹^ vor und nach dem Einblasen ergab die in nachstehender Tabelle angegebenen Werte, wobei wiederum Spalte 1 die Gewichtsprozente voi und die Spalte 2 die Gewichtsprozente nach dem Einblasen Mn

N₂

H₂ (ppm)

0,40
0,24

0,29
0,23

0,034
0,025

0,004
0,002

0,011 0,010

3,0

2,7

In diesem Fall sollte der Stahl 0,30% C aufweisen, so daß er durch Zusatz von 127 kg Roheisen rückgekohlt wurde, von dem bekannt war, daß es 4% C enthielt. Brauner Rauch wurde nicht beobachtet.

B e i s ρ i e 1 3

Austenitischer korrosionsbeständiger Stahl

Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde in einem elektrischen Lichtbogenofen mit einer Charge von ¹I₂ 1 durchgeführt und das Schmelzbad wiederum durch Einblasen von Hammerschlagpulver mit gleicher Körnung wie beim Beispiel 1 oxidiert, wobei Preßluft als Trägergas verwendet wurde. Das Pulver wurde in einer Menge von 9 kg/min 3,5 Minuten lang unter Verwendung einer Gesamtmenge von 2,97 m³ Luft (bei Normaltemperatur und -druck) eingeblasen. Es entstand kein sichtbarer brauner Qualm. Eine Überprüfung des Schmelzbades unmittelbar vor und unmittelbar nach der Oxidation zeigte folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozenten, wobei wiederum Spalte 1 die Werte vor und die Spalte 2 die Werte nach dem Einblasen angibt.
Die Tabelle zeigt deutlich die Verringerung der

	C	Si	S	P	Ni	Cr	N₂
1	1,1	0,52	0,022	0,041	8,66	16,1	0,053
2	0,05	0,42	0,019	0,030	7,48	9,1	0,020
oxidierbaren Elemente	durch	die Oxidation.	Der		Beispiel 4

Chromgehalt des Stahles wurde so weit herabgesetzt, daß er für die gewünschte Endanalyse des Stahles zu niedrig war, so daß der Schlacke Reduktionsmittel wie beispielsweise Ferrosilizium beigegeben wurden, wodurch Chrom aus der Schlacke wieder in das Bad abgegeben wurde. Nach Überprüfung ergab sich, daß der Chromgehalt auf 14% angestiegen war. Die Schmelze wurde dann von Schlacke befreit und eine Reduktionsschlacke ausgebildet, woraufhin die Schmel Reduktionsschlacke ausgebildet, woraufhin die Schmelze schließlich abgelassen wurde. Falls für die gewünschte Stahlsorte die anderen Legierungselemente in größerer Menge vorhanden sein müssen, könnte man auch geeignete Zuschläge derartiger Elemente zusetzen, nachdem die Reduktionsschlacke ausgebildet worden war.

Austenitischer korrosionsbeständiger Stahl

Das "leiche Verfahren wie im Beispiel 1 wurde wiederum durchgeführt, wobei jedoch Nickeloxidpulver in ähnlicher Körnung wie bei der Körnung des Hammerschlages nach Beispiel 1 für die Oxidation verwendet und wiederum Preßluft als Tragergas eincesetzt wurde und das Pulver 2 min lang in einer Menge von 4,5 ke/min eingeblasen wurde. An Preßluft wurden hierbei 0,85 m³ verbrauchend es entstand kein sichtbarer brauner Qualm. Eine Überprüfung der Schmelze unmittelbar vor und nach der Oxidation ergab folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozenten, wobei wiederum Spalte 1 die Werte vor und Spalte 2 die Werte nach dem Einblasen darstellt.

Si

Cr

Ni

Mo

1	0,26	0,28	0,005	0,034	0,76	10,8	5,49	0,73
2	0,20	0,10	0,001	0,037	0,38	8,16	9,06	0,77

Während der Oxidation zeigte der Anstieg des Nickelgehaltes, daß 95% des Nickels vom Nickeloxid rückgewonnen wurden. Chrom und andere Legierungselemente wurden entsprechend der gewünschten Stahlzusammensetzung in gleicher Weise wie im Beispiel 3 abgewandelt.

Beispiel 5 *°

Austenitischer korrosionsbeständiger Stahl

Auch hier wurde das gleiche Verfahren wie im Beispiel 1 durchgeführt, wobei eine Mischung von 50% Chromitsand (gemahlenes Chromerz) und 50% Harnmerschlag in gleicher Körnung wie beim Beispiel 1 verwendet wurde. Unmittelbar vor der Oxidation wurde das Schmelzbad überprüft, und es ergab sich ein Kohlenstoffgehalt von 0,75% und ein Chromgehalt von 6,18%. Nach der Oxidation enthielt die Schmelze 0,65% Kohlenstoff und 5,80% Chrom, also einen Wert, der ohne weiteres innerhalb des für den gewünschten Stahl erforderlichen Chromgehaltes von 5 bis 6% lag. Hierbei zeigt sich infolgedessen, daß der verwendete Chromitsand einen preiswerten Ausgangsstoff an Chrom für die Schmelze ergab und wirksam die durch Oxidation des Chroms entstehende Senkung des Chromgehaltes ausgeglichen hat, so daß ein Zusatz an kostspieligem Chrom in der Reduktionsstufe nicht mehr erforderlich wurde. Auch hier entstand im Zuge des Einblasens kein brauner Qualm.

Beispiel 6

Kohlenstoffstahl

65

Ein elektrischer Lichtbogenofen wurde mit 37,95 t Stahlschrott beschickt und auf eine Temperatur von 1500° C erhitzt, wobei eine Schlacke ausgebildet wurde. Das Bad war dann für die Oxidation bereit und Abrieb von einer Eisenerzsinteranlage, welcher durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 6,35 mm geschickt wurde, wurde in das Bad 3 min lang mit einem Durchsatz von 169ks/min mittels einer in das Schmelzbad eingetauchten Lanze eingeblasen. Als Trägergas wurde Preßluft in einer Menge von 12,74 m³ unter einem Druck von 3,5 kg/cm² verwendet. Die Oxidation erfolgte ohne sichtbare braune Dämpfe.

Das Schmelzbad wurde unmittelbar vor und unmittelbar nach dem Einblasen überprüft und enthielt in Gewichtsprozenten:

Mn Si

Cr

0,415 0,33 0,03 0,047 0,021 0,21 0,015
0,265 0,20 0,02 0,045 0,015 0,18 0,007

Das Bad wurde dann entschlackt, desoxidiert, in an sich bekannter Weise eine Reduktionsschlacke ausgebildet und schließlich abgelassen.

Beispiel 7

Ein offener Herdofen mit einer Kapazität von 2401 wurde mit 146 t Schrott und 95 t heißem Metall von einem Hochofen beschickt. Nach Ablauf des Schmelzvorganges enthielt das Metall 0,70% Kohlenstoff, wobei dieser Kohlenstoffgehalt 48 min nach Abschluß des Schmelzvorganges auf 0,45% sank. In diesem Zustand wurden 1422,5 kg Eisenoxidpulver mittels 39,64 m³ Luft bei einem Druck von 3,5 kg/cm² mittels einer in das Schmelzbad eingetauchten Lanze eingeblasen.

Das eingeblasene Eisenoxid wies folgende Körnung auf:

Teilchengröße

(mm) (Gewichtsprozent)

3,390 bis 1,590	0,7
1,590 bis 0,060	15,7
0,060 bis 0,025	24,5
0,025 bis 0,018	3,8
0,018 bis 0,015	11,6
0,015 bis 0,0105	10,5
0,0105 bis 0,0075	24,7

Zu verschiedenen Zeiten während der Veredelung dem Schmelzbad entnommene Proben ergaben nachstehende Resultate:

(7o)

Abnahme/h

(⁰W

Zu Ende der Schmelzung 0,70 18 min nach der Schmelzung 51,5 min nach der Schmelzung 57,5 min nach der Schmelzung

0,45

Blasbeginn Blasende

0,31

0,60

Probe

Abnahme/h

(Vo)

60 min nach der 0,25

Schmelzung

117 min nach der 0,08

Schmelzung

0,17

Der Stahl wurde dann in üblicher Weise abgelassen und vergossen.

Die Oxidation erfolgte ohne sichtbaren braunen Dampf über dem Schmelzbad.

Beispiele 8 und 9

Die Beispiele 8 und 9 wurden durchgeführt, um den Grenzwert für den Sauerstoffgehalt des Trägergases darzustellen, der zur Verhinderung der Entstehung

ίο von braunen Eisenoxiddämpfen eingehalten werden muß.

Bei jedem Beispiel wurde pulverisierter Hammerschlag in einen Widerstandsofen mit einem Fassungsvermögen von 204 kg unter Verwendung von Preßluft als Trägergas eingeblasen. Die Luft wurde dann so weit mit Sauerstoff angereichert, bis erstmals brauner Oxiddampf beobachtet wurde, wobei der Anteil an Sauerstoff im Trägergas zu diesem Zeitpunkt in nachstehender Tabelle niedergelegt ist:

	a	b	a + b	c =	b + c	Sauerstoffanteil	m³ an
				~20% von a		im Trägergas	Trägergas
Beispiel Durchsatz	Luftdurch	Sauerstoff	Gesamt	Sauerstoff-	Gesamtmenge	bei Rauch	pro kg
an Hammer	satz	durchsatz	durchsatz	menge in	an Sauerstoff	bildung	Hammerschlag
schlag		bei Rauch	an Trägergas	der Luft	bei Rauch	C/o)
		bildung			bildung
(kg/min)	(m'/min)	(m³/min)	(m'/min)	(m³/min)	(m³/min)

4,54 6,8 9,07

0,368 0,368 0,368

0,368

0,3

0,48

0,057 0,037 0,066

0,042 0,051 0,085

0,42

0,405

0,433

0,411 0,351 0,490 0,074
0,074
0,074

0,074

0,082

0,13
0,11
0,139

0,116

0,11

0,167

30,5
27,7
31,8

28,0
31,5
35,0

0,093 0,060 0,048

0,091 0,052 0,054

Aus vorstehender Tabelle ist ersichtlich, daß bei zwischen Trägergas und Oxid die Rauchbildung be einem Durchsatz an Hammerschlag zwischen 4,54 gann, wenn der Sauerstoffanteil im Trägergas sici und 9,07 kg/min und einem Verhältnis von etwa 1:1 50 etwa 30 Volumprozent näherte.

Claims

Die Erfindung nutzt hierbei die Erkenntnis, daß

Patentanspruch: auch bei Einsatz des Trägergases in einer nahe an der

zum Einblasen der Oxidieilchen erforderlichen Min-

Anwendung der Maßnahme, beim Frischen einer destmenge liegenden Menge, d. h. bei einem Angebot Stahlschmelze durch Einblasen von Oxidteilchen 5 an molekularen Sauerstoff aus dem Trägergas, gleicheines oder mehrerer im Fertigstahl erwünschter sam im Unterschuß im Zuge des Frischens mit den Metalle vermittels eines sauerstoffhaltigen Träger- Oxidteilchen eine dem Sauerstofffrischen vergleichbare gases die der Stahlschmelze in der Zeiteinheit aus Reaktionsgeschwindigkeit erreicht wird, was vermutdem Trägergas zugeführte Sauerstoffmenge auf die lieh darauf zurückzuführen ist, daß am Ort der geder Stahlschmelze in der Zeiteinheit zugeführte io meinsamen Reaktion des molekularen Sauerstoffes Menge der Oxidteilchen abzustimmen, zum Zwecke und der Oxidteilchen mit dem Kohlenstoff der Stahlder Verhinderung des Entstehens brauner Oxid- schmelze unter den vorgegebenen Verhältnissen bedampfe über der Stahlschmelze, indem als Träger- sondere thermodynamische Bedingungen vorliegen, gas gegebenenfalls mit Sauerstoff angereicherte Überraschend ist weiterhin, daß trotz des Einblasens Luft mit einem Sauerstoffgehalt von höchstens 15 von molekularem Sauerstoff in die Stahlschmelze die 35% in einer Menge von 0,06 bis 0,2 m³ pro 1 kg bisher als unvermeidbar angesehene Entwicklung Oxidteilchen eingesetzt wird. brauner Oxiddämpfe über der Stahlschmelze ausbleibt.

Für das Vorliegen besonderer thermodynamischer Verhältnisse in der Stahlschmelze spricht auch, daß im ao Rahmen der beschriebenen Maßnahmen eine nennens werte Abkühlung der Stahlschmelze praktisch nicht

eintritt. Sollte wider Erwarten im Zuge des Frischvorganges dennoch eine unerwünschte Abkühlung der Stahlschmelze eintreten und damit eine zusätzliche as Zufuhr von Wärme erforderlich sein, so würde dieser kleine Nachteil durch den Vorteil des Ausbleibens

Die Erfindung betrifft die Anwendung der Maß- brauner Oxiddämpfe mehr als ausgewogen, »ahme, beim Frischen einer Stahlschmelze durch Ein- Wenn der Kohlenstoffgehalt der Charge, aus der

blasen von Oxidteilchen eines oder mehrerer im das Schmelzbad hergestellt wird, über dem im ver-Fertigstahl erwünschter Metalle vermittels eines sauer- 30 edelten Stahl erforderlichen Wert liegt, wird das Ein-(Btoffhaltigen Trägergases die der Stahlschmelze in der blasen so lange fortgesetzt, bis der Kohlenstoff durch Zeiteinheit aus dem Trägergas zugeführte Sauerstoff- Oxidation so weit entfernt ist, daß sich ein dem Wert Bienge auf die der Stahlschmelze in der Zeiteinheit im Fertigstahl gleicher Wert ergibt, wobei innerhalb lugeführte Menge der Oxidteilchen abzustimmen. dieser Zeit auch Wasserstoff und Stickstoff sowie

Im Stand der Technik (US-PS 25 02 259) dient die 35 weitere unerwünschte Elemente, wie Silizium, Mangan genannte Maßnahme der Konstanthaltung der Schmel- und Phosphor entfernt bzw. oxidiert werden. Wenn fcentemperatur, indem die endotherme Reaktions- die Charge andererseits einen niedrigeren Kohlenstoff- <wärme aus der Reaktion der Oxidteilchen mit dem gehalt besitzt, als zur Herstellung des gewünschten Kohlenstoff der Stahlschmelze der exothermen Reak- veredelten Stahles erforderlich ist, wird nur so lange tionswärme aus der Reaktion des Trägergassauer- 40 eingeblasen, bis Wasserstoff und Stickstoff einwandfrei »toffes mit dem Kohlenstoff der Stahlschmelze ent- entfernt sind sowie weitere unerwünschte Elemente oxi- »pricht. Dazu weist das Trägergas einen Sauerstoff- diert sind, woraufhin dann der veredelte Stahl in an sich gehalt von mindestens 45% auf; bevorzugt wird mit bekannter Weise auf den gewünschten Kohlenstofffeinem Sauerstoff in einer Menge von 0,34 bis 0,41 m³ gehalt rückgekohlt wird.

pro 1 kg Oxidteilchen gearbeitet. Der Vorteil dieser 45 Die beschriebenen Maßnahmen lassen sich bei Verfahrensweise ist darin zu sehen, daß der Frisch- praktisch allen vorgenannten Stahlsorten anwenden. Vorgang größenordnungsmäßig mit der Reaktions- Je nach der gewünschten speziellen Stahlsorte werden geschwindigkeit des Sauerstofffrischens abläuft; der die geeigneten Oxide, wie Eisenoxid, Nickeloxid, Nachteil besteht aoer darin, daß beim Frischen auf Chromoxid, Molybdänoxid, Kupferoxid, Kobaltoxid, Grund der hohen Zufuhr von molekularem Sauerstoff 50 Wolframoxid, zugesetzt. Für Kohlenstoffstähle wird aus dem Trägergas große Mengen brauner Oxid- beispielsweise ein Oxid in Form von Hammerschlag, dämpfe über der Stahlschmelze entstehen, deren nach- Eisenerz oder Eisenoxidstaub von Staubreinigern trägliche Beseitigung (FR-PS 11 24 227) große Schwie- zugesetzt, während für korrosionsbeständige Stähle rigkeiten und Kosten verursacht. Oxide von Nickel, Chrom, Molybdän, Kupfer, Kobalt

Der Erfindung liegt die im Stand der Technik 55 oder Wolfram oder irgendeine Kombination derselben (BE-PS 7 27 735) zwar bekannte, jedoch nicht nach- möglicherweise mit einem Eisenoxid, um für wenigarbeitbar gelöste Aufgabe zugrunde, anzugeben, wie stens einen Teil der metallischen Bestandteile der eine Stahlschmelze mit etwa der Reaktionsgeschwin- Stähle einen billigeren Ausgangsstoff zu bilden, verdigkeit des Sauerstofffrischens gefrischt werden kann, wendet werden.

jedoch ohne daß dabei braune Oxiddämpfe über der 60 Unter »Oxidteilchen« sollen in diesem Zusammen-Stahlschmelze auftreten. hang alle Körnungen von relativ grober Körnung bis

Die Erfindung besteht in der Anwendung der ein- zu staubfeiner Körnung verstanden werden. Dabei gangs genannten Maßnahme zum Zwecke der Ver- darf die Körnung natürlich nicht so grob sein, daß hinderung des Entstehens brauner Oxiddämpfe über sie nicht durch eine Lanze eingeblasen werden kann; der Stahlschmelze, indem als Trägergas gegebenenfalls 65 sie darf aber auch nicht zu fein sein, um nicht vom mit Sauerstoff angereicherte Luft mit einem Sauer- Trägergas durch das Schmelzbad hindurch mitgerissen stoffgehalt von höchstens 35% in einer Menge von zu werden und einfach in die Ofenatmosphäre ge-0,06 bis 0,2 m⁸ pro 1 kg Oxidteilchen eingesetzt wird. blasen zu werden. Als besonders geeignet haben sich