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Verfahren zum Entgasen kohlenstoffhaltiger Eisen-und Stahlschmelzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entgasen kohlenstoffhaltiger Eisen- und Stahlschmelzen unter gleichzeitigem Frischen durch Aufblasen eines Gemisches von Edelgasen und Sauerstoff auf deren
Oberfläche.
Sie gründet sich auf die bekannte Methode Metallschmelzen zu entgasen, die z. B. in der brit. Patentschrift Nr. 772, 515 beschrieben ist und die darin besteht, dass man gegen die Oberfläche der Schmelze Strahlen von inerten Gasen bläst, wobei das inerte Gas für die in der Schmelze gelösten Gase wie ein Vakuum wirkt.
Beim Frischen von z. B. legierten Stählen mit Hilfe der bisher angewandten Methoden, besonders durch Sauerstoffblasen, kann man es nicht verhindern, dass sich im Zusammenhang mit der Oxydation von Eisen und auch vor allem von teureren Legierungsmetallen, wie z. B. Chrom, bedeutende Mengen von"Eisenrauch"bilden. Diese Metalloxyde werden in dafür geeignete Schlacken überführt, aus welchen sie, um die Verluste zu vermindern, mit Hilfe von Zuschlägen von Reduktionsmitteln wieder in die Schmelze rückgeführt werden. Wenn das Frischen im elektrischen Lichtbogenofen geschieht, kommt es zu einer zusätzlichen unerwünschten Erscheinung, nämlich der Wiederaufkohlung.
Der Zweck der Erfindung besteht darin, eine Methode zur selektiven Oxydation von unerwünschten Elementen im Stahlbad bei gleichzeitiger Entgasung zu finden, in der Absicht, den oben genannten Übelständen abzuhelfen und damit auch der Bildung von Eisenrauch entgegenzuwirken.
Erfindungsgemäss wird daher vorgeschlagen, dass man zuerst, vorzugsweise vom Beginn des Einschmelzens an, nur Edelgas aufbläst und sodann jeweils so viel Sauerstoff dem Edelgas zumischt, dass eine wesentliche Eisenrauchbildung gerade unterbleibt, wobei die zugemischte Sauerstoffmenge mit sinkendem Kohlenstoffgehalt der Schmelze entsprechend vermindert wird.
Durch den Zusatz von Edelgasen zum Sauerstoff wird dieser sozusagen verdünnt, wodurch er selektiv wirkt, so dass Kohlenstoff und andere, leichter oxydierbare Elemente, wie Silizium und Mangan, oxydiert werden, dagegen nicht die schwerer oxydierbaren Elemente, wie Chrom, Eisen, Nickel und Kobalt. Ein weiterer Umstand, dass diese letzteren Elemente nicht oxydiert werden, ist durch die verhältnismässig niedrige Temperatur an der Badoberfläche gegeben, die teils auf der Verdünnung des Sauerstoffes, teils auf der kühlenden Wirkung des Edelgases beruht.
Von den Edelgasen wird vorzugsweise Argon verwendet.
Der höchstzulässige Sauerstoffgehalt im Edelgas hängt von der Zusammensetzung der Schmelze, besonders aber von deren Kohlenstoffgehalt, ab. Wenn diese höchstzulässige Menge überschritten wird, äussert sich dies in einer kräftigen Zunahme der Rauchbildung, was leicht zu sehen ist, wodurch es dem Schmelzer möglich ist, während des Frischens den Sauerstoffgehalt so einzustellen, dass der zulässige Gehalt nicht überschritten wird. Es ist zweckmässig, zuerst nur mit Edelgas zu blasen, um die Schmelze
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zu entgasen, bevor Sauerstoff zugeführt wird. Danach wird Sauerstoff dem Edelgas in solchem Umfange zugeführt, dass eine stärkere Rauchbildung vermieden wird. In Übereinstimmung mit dem sinkenden
Kohlenstoffgehalt der Schmelze wird der Sauerstoffgehalt verringert.
Sobald der gewünschte Kohlen- stoffgehalt erreicht ist, wird nur noch mit Edelgas geblasen.
Das erfindungsgemässe Frischen bedingt eine Temperatursteigerung im Stahlbad.
Um zu vermeiden, dass die Temperatur unzulässig hoch wird, ist es zweckmässig, das Blasen abwechselnd mit einer Mischung von Edelgasen und Sauerstoff und nur mit Edelgas durchzuführen. Während des Blasens mit Edelgas allein, das mehrmals eingeschoben werden kann, tritt eine Entgasung auf, die bedeutend wirkungsvoller ist, als wenn die Entgasung nur vor und nach dem Blasen für das Frischen geschieht.
Um eine allzu hohe Temperatur an der Stelle zu vermeiden, wo der sauerstoffhaltige Gasstrahl die Badoberfläche trifft, ist es zweckmässig, die Berührungsstelle der Badoberfläche mit den Gasstrahlen zu verschieben. Das kann dadurch geschehen, dass die Blasdüse, durch welche die Gasmischung zugeführt wird, über die Badoberfläche bewegt wird, oder dadurch, dass man die Gasmischung mittels mehrerer stationärer Blasdüsen zuführt, von welchen man wechselweise eine oder mehrere einschaltet.
Im Ofenraum über der Schmelze wird mit Vorteil ein solcher Überdruck erzeugt, dass die Luft in den Ofen nicht eindringen kann. Dies geschieht am einfachsten durch eine entsprechende Ausströmöffnung für das Gas aus der Haube, die den Ofen deckt, so dass der Gasdruck zwischen 10 und 50 mm WS liegt.
In der Regel kann der Prozess ohne Zusatz von Schlackenbildern durchgeführt werden. Sollten die beim Frischen gebildeten Oxyde, z. B. saure Schlacken, die Tendenz haben, die Ausmauerung des Ofens anzugreifen, ist es zweckmässig, z. B. basische Schlackenbestandteile zuzusetzen, um einem solchen Angriff entgegenzuwirken. Die Schlackenmenge, die auf diese Weise entsteht, ist aber im Verhältnis zu der Schlackenmenge, die man bei den heute angewandten Verfahren zusetzen muss, klein.
Als Beispiel soll die Entgasung wie auch das Frischen eines warmfesten austenitischen Stahls der
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ist an beispielsweise Sauerstoff, Kohlenstoff oder Stickstoff. Es ist sehr wichtig, dass die Gehalte an Sauerstoff, Kohlenstoff und Stickstoff im Stahlbad sehr niedrig sind, bevor man Titan zusetzt, teils um
Titanverluste zu vermeiden, teils um die Bildung von unerwünschten Titanverbindungen im Stahl zu verhüten.
Zuerst wurde in bekannter Weise eine Stahlschmelze erstellt, die alle gewünschten Elemente, ausser Titan, enthielt, und die einen C-Gehalt von 0, 10% besass. Die Erschmelzung geschah in einem Strahlungsofen. Die Schmelze wurde bei einer Temperatur von zirka 1650 C gehalten. Während der Erwärmung und während des Schmelzens wurde ein kräftiger Strahl von praktisch reinem Argon gegen die Beschickung bzw. die Badoberfläche gerichtet. Dieses Argon erhielt man aus technischem Argon mit einem Sauerstoffgehalt von zirka 2%, welches durch ein Bett von Eisenspänen und Titanschwamm bei einer Temperatur von 8750C geleitet wurde.
Nachdem das Stahlbad auf diese Weise erschmolzen und entgast worden war, wurde der genannte Reinigungsapparat für das Argongas ausgeschaltet. so dass nunmehr mit Argon mit zirka 2% Sauerstoff gegen die Badoberfläche geblasen wurde. Dabei trat, wie oben beschrieben, ein selektives Frischen auf, das man so lange fortsetzte, bis der C-Gehalt im Stahlbad unter 0, 01% gesunken war. Danach wurde der oben genannte Reinigungsapparat für das Argongas wieder eingeschaltet und die gewünschte Menge Titan in Form einer Ti-Ni-Legierung zugesetzt, die man auf die oben beschriebene Art und Weise mit Hilfe von reinem Argon entgast hatte. Der fertige Stahl wurde in einer Schutzatmosphäre von reinem Argon vergossen und erstarrte auch in einer solchen Atmosphäre.
Die Titanverluste betrugen nur 3% von der dem Stahl zugesetzten Titan-Menge. Die verlorene Titan-Menge wurde in der dünnen Schlackenschicht gefunden, die sich auf der Oberfläche des Stahlbades gebildet hatte.
Bei der Herstellung von beispielsweise gewöhnlichem, niedrig gekohltem, rostfreiem Stahl auf Schrottbasis verfährt man im Prinzip auf dieselbe Weise, wobei allerdings eine Reinigung des technischen Argongases nicht notwendig ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren wird mit Vorteil nicht nur für die Herstellung von Stahl oder Spezialstahl verwendet, sondern kann gleichermassen für das Umschmelzen von Schrott unter gleichzeitiger Berichtigung der Zusammensetzung angewendet werden.
Das Verfahren kann mit gleichzeitigem Einblasen von Argon oder Argon und Sauerstoff in die Schmelze kombiniert werden.