DE2146355C3

DE2146355C3 - Frischen einer Stahlschmelze

Info

Publication number: DE2146355C3
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: 1976-10-28

Description

Die Erfindung betrifft die Anwendung der Maß- brauner Oxiddämpfe mehr als ausgewogen,
nähme, 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 Einstoffhaltigen 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 menge auf die der Stahlschmelze in der Zeiteinheit im Fertigstahl gleicher Wert ergibt, wobei innerhalb zugeführte 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 zentemperatur, indem die endotherme Reaktions- die Charge andererseits einen niedrigeren Kohlenstoffwärme 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 stoffes mit dem Kohlenstoff der Stahlschmelze ent- entfernt sind sowie weitere unerwünschte Elemente oxispricht. 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 Kohlenstoffreinem 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 Sauerstoff frischens abläuft; der die geeigneten Oxide, wie Eisenoxid, Nickeloxid, Nachteil besteht aber darin, daß beim Frischen auf Chromoxid, Molybdänoxid, Kupferoxid, Kobaltoxid, Grund der hohen Zufulir 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 stoßgehalt von höchstens 35% in einer Menge von zu werden und einfach in die Ofenatmosphäre ge-0,06 bis 0,2 m³ pro 1 kg Oxidteilchen eingesetzt wird. blasen zu werden. Als besonders geeignet haben sich

folgende Greazen der Körnungen erwiesen: Maximal- fertig für die Oxidation, und es wurde pulverisierter korn unter 6,35 mm; höchstens etwa 30% unter Hammerschlag in folgender Körnung zugesetzt:
0,0104 mm.

Um die Schlacken-Metallreaktionen zu erleichtern und zu beschleunigen, werden Schlackenbilder wie 5 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. io

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

Beispiel 1

Kohlenstoffstahl Von diesem Haramerschlagpulver wurden mittels

einer in das Schmelzbad eingetauchten Lanze unter

Ein elektrischer Lichtbogenofen mit einer Kapazität ao 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 Normaitemperatur und -druck 2,83 m³ Luft ver-Schmelzbad ausgebildet. Das Schmelzbad war dann braucht.

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:

C Mn Si S P Ni Cr N₂ H_a

Körnung	(Gewichtsprozent)
(mm)	41
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

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 _r _{M ς p N} „

0,24% besitzen, so daß keine Rückkühlung erf order- 40 ^J (ppm)

lieh war. Das Schmelzbad wurde dann schlackenfrei

gemacht, desoxiert, eine Reduktionsschlacke ausge- ^ 0 40 0 29 0 034 0 004 0 011 3 0
bildet und anschließend abgelassen. ' ' ' ' ' '

Wie die Tabelle zeigt, wurde der Kohlenstoff so ² °>²⁴ °'²³ °'⁰²⁵ °'⁰⁰² °'^{010 2}'⁷
schnell entfernt daß auch der Gehalt an Stickstoff 45 _{In diesem Fall sollte der Stahl 0)30}% C aufweisen, und Wasserstoff merkbar gesenkt wurde Das Ver- _{s0 daß er durch Zusatz von} _m _{k Roheisen rückge}. fahren lief ohne sichtbare Emission brauner Dampfe ab. _kohU ^^ _{von dcm bekannt war>
daß es 4} 0, _{c eat}.

hielt. Brauner Rauch wurds nicht beobachtet.

50 B e i s ρ i e 1 3

Austenitischer korrosionsbeständiger Stahl

Kohlenstoffstahl Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde in

einem elektrischen Lichtbogenofen mit einer Charge

Das Verfahren wurde zunächst wie im. Beispiel 1 55 von Va t durchgeführt und das Schmelzbad wiederum beschrieben durchgeführt und das Schmelzbad wieder- durch Einblasen von Hammerschlagpulver mit gleicher um durch Einblasen von Hammerschlagpulver mit Körnung wie beim Beispiel 1 oxidiert, wobei Preßluft gleicher Körnung wie beim Beispiel 1 mittels Preßluft als Trägergas verwendet wurde. Das Pulver wurde in als Trägergas oxidiert, wobei jedoch in diesem Falle einer Menge von 9 kg/min 3,5 Minuten lang unter 45,36 kg/min 3,5 Minuten lang eingeblasen wurden, 60 Verwendung einer Gesamtmenge von 2,97 m³ Luft zu welchem Zweck eine Gesamtmenge an Preßluft (bei Normaitemperatur und -druck) eingeblasen. Es von 10,62 m³ bei Normaltemperatur und -druck be- entstand kein sichtbarer brauner Qualm. Eine Übernötigt wurde. Eine Überprüfung des Schmelzbades prüfung des Schmelzbades unmittelbar vor und ununmittelbar vor und nach dem Einblasen ergab die mittelbar nach der Oxidation zeigte folgende Zusamin nachstehender Tabelle angegebenen Werte, wobei 65 mensetzung in Gewichtsprozenten, wobei wiederum wiederum Spalte 1 die Gewichtsprozente vor und die Spalte 1 die Werte vor Und die Spalte 2 die Werte nach Spalte 2 die Gewichtsprozente nach dem Einblasen dem Einblasen angibt,
angibt. Die Tabelle zeigt deutlich die Verringerung der

	C	5	Si	H	S	3	Ni	6	Cf	0,053
	1,1	0,52	0,022	21 46 355	8,66	16,1	0,020
	0,05	0,42	0,019	P	7,48	9,1
1			0,041
2	0,030

oxidierbaren Elemente durch die Oxidation. Der B e' s t>' e 1 4
Chromgehalt des Stahles wurde so weit herabgesetzt,

daß er für die gewünschte Endanalyse des Stahles zu « Austenitischer korrosionsbeständiger Stahl
niedrig war, so daß der Schlacke Reduktionsmittel

wie beispielsweise Ferrosilizium beigegeben wurden, Das gleiche Verfahren wie im Beispiel 1 wurde

wodurch Chrom aus der Schlacke wieder in das Bad wiederum durchgeführt, wobei jedoch Nickeloxid-

äbgegeben wurde. Nach Überprüfung ergab sich, pulver in ähnlicher Körnung wie bei der Körnung des

daß der Chromgehalt auf 14 % angestiegen war. Die 15 Hammerschlages nach Beispiel 1 für die Oxidation

Schmelze wurde dann von Schlacke befreit und eine verwendet und wiederum Preßluft als Trägergas ein-

Reduktionsschlacke ausgebildet, woraufhin die Schmel gesetzt wurde und das Pulver 2 min lang in einer

Reduktionsschlacke ausgebildet, woraufhin die Menge von 4,5 kg/min eingeblasen wurde. An Preß-

Schmelze schließlich abgelassen wurde. Falls für die luft wurden hierbei 0,85 m³ verbraucht, und es entstand

gewünschte Stahlsorte die anderen Legierungsele- 20 kein sichtbarer brauner Qualm. Eine Überprüfung der

mente in größerer Menge vorhanden sein müssen, Schmelze unmittelbar vor und nach der Oxidation

könnte man auch geeignete Zuschläge derartiger ergab folgende Zusammensetzung in Gewichtspro-

Elemente zusetzen, nachdem die Reduktionsschlacke zenten, wobei wiederum Spalte 1 die Werte vor und

ausgebildet worden war. Spalte 2 die Werte nach dem Einblasen darstellt.

C Si S P Mn 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 Nickel- Das Bad war dann für die Oxidation bereit und Abrieb

gehaltes, daß 95% des Nickels vom Nickeloxid rück- 35 von einer Eisenerzsinteranlage, welcher durch ein Sieb

gewonnen wurden. Chrom und andere Legierungs- mit einer Maschenweite von 6,35 mm geschickt wurde,

elemente wurden entsprechend der gewünschten Stahl- wurde in das Bad 3 min lang mit einem Durchsatz von

zusammensetzung in gleicher Weise wie im Beispiel 3 169 kg/min mittels einer in das Schmelzbad einge-

abgewandelt. tauchten Lanze eingeblasen. Als Trägergas wurde

B e i s ρ i e 1 5 4o Preßluft in einer Menge von 12,74 m³ unter einem

...,.,, . , _x_ ,. „ ,. Druck von 3,5 kg/cm² verwendet. Die Oxidation

Austenitischer korrosionsbeständiger Stahl _{erfolgte ohne sicht}§_{are bnmne Dämpfe}.

Auch hier wurde das gleiche Verfahren wie im Bei- Das Schmelzbad wurde unmittelbar vor und un-

spiel 1 durchgeführt, wobei eine Mischung von 50% mittelbar nach dem Einblasen überprüft und enthielt

Chromitsand (gemahlenes Chromerz) uud 50% Harn- 45 in Gewichtsprozenten:
merschlag in gleicher Körnung wie beim Beispiel 1

verwendet wurde. Unmittelbar vor der Oxidation ~ ~ ^ ~ ~ ^ ~

wurde das Schmelzbad überprüft, und es ergab sich ⁿ ' *

ein Kohlenstoffgehalt von 0,75% und ein Chrom- _n„ _nn, _{nfU7 nn91 n} ^_{1 nm},

gehalt von 6,18%. Nach der Oxidation enthielt die 50 °·⁴¹⁵ °'³³ °·⁰³ °'⁰⁴⁷ °'⁰²¹ °'²¹ °>⁰¹⁵

Schmelze 0,65% Kohlenstoff und 5,80% Chrom, also 0,265 0,20 0,02 0,045 0,015 0,18 0,007
einen Wert, der ohne weiteres innerhalb des für den

gewünschten Stahl erforderlichen Chromgehaltes von Das Bad wurde dann entschlackt, desoxidiert, in an 5 bis 6 % lag. Hierbei zeigt sich infolgedessen, daß der sich bekannter Weise eine Reduktionsschlacke ausverwendete Chromitsand einen preiswerten Ausgangs- 55 gebildet und schließlich abgelassen,
stoff au Chrom für die Schmelze ergab und wirksam

die durch Oxidation des Chroms entstehende Senkung Beispiel 7
des Chromgehaltes ausgeglichen hat, so daß ein Zusatz an kostspieligem Chrom in der Reduktionsstufe Ein offener Herdofen mit einer Kapazität von 2401 nicht mehr erforderlich wurde. Auch hier entstand im 60 wurde mit 1461 Schrott und 95 t heißem Metall von Zuge des Einblasens kein brauner Qualm. einem Hochofen beschickt. Nach Ablauf des Schmelzvorganges enthielt das Metall 0,70% Kohlenstoff,

Beispiel 6 wobei dieser Kohlenstoffgehalt 48 min nach Abschluß

Kohlenstoffstahl ^des Schmelzvorganges auf 0 45% sank In diesem

65 Zustand wurden 1422,5 kg Eisenoxidpulver mittels

• Ein elektrischer Lichtbogenofen wurde mit 37,95 t 39,64 m³ Luft bei einem Druck von 3,5 kg/cm² mittels

Stahlschrott beschickt und auf eine Temperatur von einer in das Schmelzbad eingetauchten Lanze einge-

1500° C erhitzt, wobei eine Schlacke ausgebildet wurde. blasen.

Das eingeblasene Eisenoxid'wies folgende Körnung _o auf: · *

Abnahme/h

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

60 min nach der * „ 0,25

Schmelzung

117 min nach der ■ - .' 0,08

Schmelzung -^,

047

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

Abnahme/h

(Vo)

Zu Ende der Schmelzung 0,70 18 min nach der 0,45

Schmelzung

51,5 min nach der Blasbeginn

Schmelzung

57,5 min nach der Blasende

Schmelzung

}o,31

0,60 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

ao 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:

	Durchsatz	a	b	a + b	C =	b + c	Sauerstoff anteil	m' an
	an Hammer				~20%vona		im Trägergas	Trägergas
Beispiel	schlag	Luftdurch	Sauerstoff	Gesamt	Sauerstoff-	Gesamtmenge	bei Rauch	pro kg
		satz	durchsatz	durchsatz	menge in	an Sauerstoff	bildung	Hammerschlag
	(kg/min)		bei Rauch	an Trägergas	der Luft	bei Rauch	(7o)
		bildung			bildung
	(m'/min)	(m'/min)	(m'/min)	(m'/min)	(m'/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

0,06

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 beeinem Durchsatz an Hammerschlag zwischen 4,54 gann, wenn der Sauerstoffanteil im Trägergas sich 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 Oxidteilchen erforderlichen Min-

Anwendung der Maßniiune, beim Frischen einer destmenge liegenden Menge, d. h. bei einem Angebot Ij₁ Stahlschmelze durch Einblasen von Oxidteilchen 5 an molekularen Sauerstoff aus dem Trägergas, gleich-

eines oder mehrerer im Fertigstahl erwünschter sam im Unterschuß im Zuge des Frischens mit den ^a Metalle vermittels eines sauerstoffhaltigen Träger- Oxidteilchen eine dem Sauerstofffrischen vergleichbare

s, gases die der Stahlschmelze in der Zeiteinheit aus Reaktionsgeschwindigkeit erreicht wird, was vermut-

dem Trägergas zugeführte Sauerstoffmenge auf die lieh darauf zurückzuführen ist, daß am Ort der ge-

^ der Stahlschmelze in der Zeiteinheit zugeführte io meinsamen Reaktion des molekularen Sauerstoffes

^ Menge der Oxidteilchen abzustimmen, zum Zwecke und der Oxidteilchen mit dem Kohlenstoff det Stahl-

§ der Verhinderung des Entstehens brauner Oxid- schmelze unter den vorgegebenen Verhältnissen be-

/ dämpfe 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 nennenswerte Abkühlung der Stahlschmelze praktisch nicht

eintritt. Sollte wider Erwarten im Zuge des Frisch-

_f Vorganges dennoch eine unerwünschte Abkühlung

ΐ der Stahlschmelze eintreten und damit eine zusätzliche

as Zufuhr von Wärme erforderlich sein, so würde dieser kleine Nachteil durch den Vorteil des Ausbleibens