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Verfahren zur Entphosphorung einer Roheisenschmelze ohne nennenswerte Verminderung des Kohlenstoffgehaltes im
Schüttelbehälter
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entphosphorung von Roheisen ohne wesentliche Senkung seines Kohlenstoffgehaltes, d. h. die Umwandlung eines phosphorhaltigen Roheisen in ein Roheisen von niedrigem Phosphorgehalt, das unmittelbar als Giessereiroheisen oder für einen sauren Raffinationsprozess brauchbar ist.
Für die Raffination eines phosphorhaltigen Roheisens zu Stahl sind bisher nur die basischen Stahlverhüttungsverfahren anwendbar gewesen. Die Raffination auf einen niedrigen Phosphorgehalt erfolgt dann nur unter einer gleichzeitig auftretenden, erheblichen Oxydation des Kohlenstoffs. Thermodynamische Berechnungen zeigen allerdings, dass eine Entphosphorung von geschmolzenem Roheisen ohne Verminderung des Kohlenstoffgehalts theoretisch bei Temperaturen unterhalb etwa 12500C möglich sein sollte, die Verwirklichung eines solchen Verfahrens ist jedoch in der Praxis bisher auf zu grosse Schwierigkeiten gestossen.
Es sind schon verschiedene Versuche durchgeführt worden, um industriell brauchbare Verfahren für diesen Zweck zu entwickeln. Eines der besten Ergebnisse in dieser Hinsicht scheint das basische Herdofenverfahren gemäss dem Hoesch-Prozess zu sein, bei dem es möglich ist, auf etwa 0, 1% Phosphor bei einem maximalen Restkohlenstoffgehalt von 2% herunterzugehen. Versuche mit Sauerstoffblasen von oben und Kalkzusatz zur Schmelze haben unter günstigen Bedingungen ungefähr dasselbe Ergebnis geliefert. Es sind auch Anstrengungen unternommen worden, das Sauerstoffblasen von oben unter gleichzeitigem Rühren, u. zw. unter Hindurchblasen durch die Schmelze vorzunehmen.
Hiebei konnte zwar der Phosphorgehalt auf 0,03to bei einem Kohlenstoffgehalt von l, 5% gesenkt werden, aber bei Kohlenstoffgehalten oberhalb 2% liess sich kein Phosphorgehalt unter 0, 1% erzielen. Auch andere Methoden zur Hervorrufung einer heftigen Durcharbeitung sind vorgeschlagen worden, beispielsweise die Anwendung eines Drehofens oder einer Schütteleinrichtung bekannter Art, wie sie in der österr. Patentschrift Nr. 201637 beschrieben ist.
Auch bei derartigen Einrichtungen hat sich jedoch ergeben, dass eine Senkung des Phosphorgehaltes unter 0, 050/0 eine Verminderung des Kohlenstoffgehaltes um mehr als l% hervorruft. Wenn man diese Methoden auf die Herstellung von Giessereiroheisen anwendet, ist es daher notwendig, nach der Behandlung das Eisen einer Kohlung zu unterziehen, um den gewünschten Kohlenstoffgehalt zu erreichen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Herabsetzung des Phosphorgehaltes eines phosphorreichen Roheisens auf einen Wert unterhalb 0, 02% zu erzielen, ohne dass der Kohlenstoffgehalt unter 3% gesenkt wird. Dabei ist es wünschenswert, bei Roheisen mit einem hohen Phosphorgehalt bereits einen Grossteil des Phosphoranteiles oberhalb etwa 0, 1% vor Anwendung des nachfolgend beschriebenen Verfahrens zu entfernen.
Das vorliegende Verfahren bezieht sich daher auf eine"Fein"-Entphosphorung nach einer"Grob"-Ent- phosphorung bis auf Gehalte von etwa 0, 1%. Aus diesem Grunde wird beim erfindungsgemässen Verfahren
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vorzugsweise schon von Eisen mit 0, 1% P ausgegangen, um den besonders schwer zu entfernenden Rest unter 0, 1% P zu entfernen. Wird Roheisen mit sehr hohem Phosphorgehalt zunächst vorentphosphort, so wird damit erreicht, dass die Menge der Schlacke bei der Schlussentphosphorung nicht zu gross wird und/oder deren Fliessbarkeit nicht beeinträchtigt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Entphosphorung einer Roheisenschmelze mit vorzugsweise nicht mehr als 0, 1% Phosphor ohne nennenswerte Verminderung des Kohlenstoffgehaltes in einem mindestens am Bodenteil im wesentlichen horizontal zwischen vorbestimmten Grenzen beweglichen, aufrecht stehen- den Behälter, indem man auf die im Schüttelbehälter befindliche Schmelze basisches schlackenbilden- des Material, wie Kalk und Eisenoxyd sowie gegebenenfalls Flussspat aufbringt und daraus unter Aufblasen eines Stromes sauerstoffreichen, oxydierenden Gases eine flüssige, entphosphorende Schlacke bildet, ist nun dadurch gekennzeichnet, dass durch Aufblasen von Sauerstoff unter Vermeidung einer direkten Berührung des flüssigen Roheisens und unter intensivem Schütteln des Behälters rasch eine flüssige, entphosphorisierende Schlacke gebildet wird,
wobei in bekannter Weise eine Temperatur von 1200 bis 15000C aufrecht erhalten wird, und eine Kohlenstoffoxydation zunächst durch Herabsetzung der Schüttel- intensität und danach durch Verminderung der Sauerstoffzufuhr hintangehalten wird, bis spätestens beim Einsetzen einer ausgeprägten, Kochen verursachenden Kohlenoxydentwicklung das Schütteln und die Sauerstoffzufuhr eingestellt und rasch abgeschlackt wird.
Der beim erfindungsgemässen Verfahren angewendete Behälter hat eine basische Auskleidung und me- chanische Einrichtungen zum kräftigen Durcharbeiten. Durch die Sauerstoffzufuhr werden zunächst der Hauptteil des Siliciums und ein Teil des Mangans oxydiert und aus dem geschmolzenen Roheisen durch die basische Schlacke entfernt. Bereits bei dieser Vorraffination geht ein bestimmter Teil des Phosphors in die Schlacke. Die Entphosphorung auf niedrige Phosphorendgehalte wird jedoch durch die Entfernung der erhaltenen Vorraffinationsschlacke beträchtlich erleichtert, insbesondere wenn das geschmolzene Roheisen einen Siliciumgehalt oberhalb ungefähr 0, 4% besitzt.
Nach dem Abschlacken wird der Hauptanteil des Phosphors im Metall durch Blasen mit Sauerstoff und Rühren mit basischer eisenoxydreicher Schlacke, z. B. während etwa 2 bis etwa 5 min, entfernt. Eine geeignete Schlacke erhält man aus gebranntem Kalk, Eisenoxyd, z. B. in der Form von Eisenerzkonzentrat oder Hammerschlag, und gewünschtenfalls Flussspat in den Mengenverhältnissen
25-50 Teile Kalk 25 - 50 Teile Eisenoxyd
0-15 Teile Flussspat.
Es ist wichtig, dass die zugesetzten festen Schlackenbildner leicht eine geschmolzene Schlacke bilden und dass die Durcharbeitung im Behälter so eingestellt wird, dass der Phosphor oxydiert und in die Schlacke überführt wird, ohne dass die Kohlenstoffraffination einsetzt. Die rasche Bildung von flüssiger Schlacke wird durch Aufblasen von Sauerstoff gegen die Oberfläche des Bades in solcher Weise hervorgerufen, dass das Gas nicht wesentlich in das Bad eindringt. Wenn man so verfährt, wird das Eisen oxydiert und aus dem Eisenoxyd mit den zugesetztenSchlackenbildnern bei einer verhältnismässig niedrigen Temperatur eine Schmelze gebildet.
Wenn die Sauerstofflanze mit ihrer Mündung 200 mm oberhalb des Badspiegels im Ruhezustand eingesetzt wird, soll die Raumgeschwindigkeit des Sauerstoffes 5 Normalkubikmeter je Minute bei einer Lanzenmündungsöffnung von 26 mm nicht überschreiten. Wenn der Hauptteil des Phosphors oxydiert worden ist, wird die Kohlenstoffraffination immer heftiger, was sich durch Kochen des Bades im Behälter zu erkennen gibt. Dieses Aufwallen wird in erster Linie dadurch gemässigt, dass man den Grad des Durchrühren herabsetzt und in zweiter Linie durch Herabsetzung der Sauerstoffgeschwindigkeit. Auf diese Weise kann eine Entphosphorung in der Endstufe auf sehr niedrige Endgehalte im geschmolzenen Roheisen durchgeführt werden, ohne dass der Kohlenstoffgehalt merklich abnimmt.
Die Entphosphorung gemäss der Erfindung wird, wie bereits erwähnt, in einem Temperaturbereich von 1200 bis 1500 C, vorzugsweise zwischen 1250 und 13500C durchgeführt.
Zur Ausführung der Erfindung in der Praxis kann. eine Vorrichtung benutzt werden, durch welche ein intensives und einstellbares Durcharbeiten bewirkt und die Schlacke rasch und wirksam abgezogen werden kann. Es hat sich ergeben, dass eine Vorrichtung gemäss der eingangs erwähnten Patentschrift für diesen Zweck besonders geeignet ist, aber man kann auch das Durchrühren auf einem andern Wege vornehmen.
Drehöfen haben sich anderseits als weniger geeignet erwiesen, weil sich die Schlacke nur mit Schwierigkeit einwandfrei und wirksam abziehen lässt, um eine Rückphosphorung zu verhindern.
Als Beispiele für die Anwendung der Erfindung seien zwei Versuche angegeben, die in einer Giess-
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pfanne mit basischer Auskleidung durchgeführt wurden, in der das Durcharbeiten mit Hilfe einer Schüttelvorrichtung gemäss der eingangs erwähnten Patentschrift bewirkt wurde.
Die Mengen an Schlackenbildnern und zugesetztem Sauerstoff sowie Zusammensetzung und Temperatur des Eisens während des Versuches sind aus der folgenden Tabelle ersichtlich (Konzentrat bedeutet"Eisenoxydkonzentrat") :
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EMI4.1
<tb>
<tb> Analyse <SEP> des <SEP> Roheisens <SEP> Schlackenbildner <SEP> Nm'0 <SEP> Temperatur
<tb> in <SEP> kg/t <SEP> iet <SEP> OC <SEP>
<tb> C <SEP> Mn <SEP> Si <SEP> P <SEP> Kalk <SEP> Konzern <SEP> - <SEP> spat <SEP>
<tb> trat
<tb> Versuch <SEP> 1
<tb> Vor <SEP> der <SEP> Behandlung <SEP> 4, <SEP> 04 <SEP> 0, <SEP> 54 <SEP> 0, <SEP> 40 <SEP> 0, <SEP> 103 <SEP> 1180 <SEP>
<tb> Blasen <SEP> und <SEP> Schlackenzusatz <SEP> 20 <SEP> 9
<tb> Nach <SEP> dem <SEP> Blasen <SEP> 3, <SEP> 80 <SEP> 0, <SEP> 34 <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> 0,
<SEP> 079 <SEP> 1310 <SEP>
<tb> Entphosphorung <SEP> und <SEP> Schlackenzusatz <SEP> 15'20 <SEP> 4 <SEP> 7
<tb> Endprodukt <SEP> 3, <SEP> 30 <SEP> 0, <SEP> 19 <SEP> 0, <SEP> 015 <SEP> 1270 <SEP>
<tb> Versuch <SEP> 2
<tb> Vor <SEP> der <SEP> Behandlung <SEP> 4, <SEP> 12 <SEP> 1, <SEP> 01 <SEP> 0, <SEP> 84 <SEP> 0, <SEP> 084 <SEP> 1190 <SEP>
<tb> Blasen <SEP> und <SEP> Schlackenzusatz <SEP> 24 <SEP> 11
<tb> Nach <SEP> dem <SEP> Blasen <SEP> 4, <SEP> 10 <SEP> 0, <SEP> 66 <SEP> 0, <SEP> 31 <SEP> 0, <SEP> 081 <SEP> 1450
<tb> Entphosphorung <SEP> und <SEP> Schlackenzusatz <SEP> 14 <SEP> 12 <SEP> 2 <SEP> 7
<tb> Endprodukt <SEP> 3,70 <SEP> 0, <SEP> 23 <SEP> 0, <SEP> 01 <SEP> 0, <SEP> 027 <SEP> 1450 <SEP>
<tb>