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Verfahren zur Herstellung chromlegierter Stähle
Zur Herstellung chromlegierter Stähle, insbesondere nichtrostender Chrom-, Chrom-Nickel-und hitzebeständiger Stähle, ist es allgemein bekannt und üblich, Ferrochrom mit Kohlenstoffgehalten zu verwenden, die der Endkohlenstoffgehalt der Stahlzusammensetzung verlangt. Auch die immer stärker eindringende Sauerstoffmetallurgie bei der Erschmelzung von nichtrostenden und hitzebeständigen Stäh- len hat hinsichtlich der Verwendung von tiefgekohltem Ferrochrom kaum eine Veränderung gebracht.
Obwohl es bekannt war, dass zwischen dem normalen Ferrochrom carburé, mit beispielsweise 4 bis 80/0 Kohlenstoff, und dem Ferrochrom suraffiné mit Kohlenstoffgehalten unter 0, 10% ein beträchtlicher Preisunterschied besteht, hat man dennoch diesen Vorteil bisher bei der Herstellung von chromlegierten Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt kaum ausgenutzt. Die Ursache dafür dürfte darin gelegen gewesen sein, dass man es nicht für möglich hielt, beim Sauerstofffrischen den Schmelzverlauf so zu gestalten, dass man auf die erforderlichen niedrigen Kohlenstoffgehalte im Stahl gelangt und gleichzeitig einen erhöhten Chromabbrand vermeidet.
Zwar sind bereits Verfahren zur Herstellung hochchromhaltigen Eisens, und nichtrostender Stahllegierungen beschrieben worden, bei denen höhergekohltes Ferrochrom in Verbindung mit dem Sauerstofffrischen entweder durch mit Sauerstoff angereichertem Wind oder reinem Sauerstoff zur Anwendung gelangt.
So wird in einem Fall das Frischmedium entweder auf das Bad, in dem sich bereits das gesamte Chrom befindet, seitlich aufgeblasen oder in einem Konverter vom Boden her eingeblasen. Damit tritt eine exotherme Reaktion ein, wobei der Kohlenstoffgehalt des Bades auf höchstens 0, 2%, theoretisch sogar auf 0, 02% herabgesetzt werden kann. Entsprechend den derzeit üblichenArbeitsweisen ergeben sich jedoch bei Verwendung von beispielsweise reinem Sauerstoff Temperatursteigerungen auf über 20000C im Ofen, die auch die derzeit verwendeten feuerfesten Zustellungen der Lichtbogenöfen nicht aushalten würden. Abgesehen davon steigt die Chromverschlackung in einem nicht zulässigen Mass an.
Nach einem weiteren Verfahren werden durch Einblasen von gasförmigem Sauerstoff, in schmelzflüssiges Eisen hochchromhaltige Legierungen ohne Entfernung der Schlackenschicht hergestellt, wodurch sich ein hohes Ausbringen der zugeführten Chrommenge erzielen lässt. Das Einblasen des Sauerstoffs in das, in der Pfanne befindliche schmelzflüssige Metallbad geschieht dabei in einem Temperaturbereich von über zirka 1680 C, wodurch die Oxydation von Chrom unterdrückt werden kann. Allerdings tritt die beabsichtigte Wirkung nur dann ein, wenn der Kohlenstoffgehalt des Endproduktes hoch liegt. Bei der Herstellung tiefgekohlter Eisen - oder Stahllegierungen mit beispielsweise Kohlenstoffgehalten von 0, 07%, bei Chromgehalten von 18% oder mehr, verschlackte jedoch das meiste Chrom bei dieser vorgeschlagenen Arbeitsmethode.
Entsprechend den Gleichgewichtsberechnungen nach Hilty verbleiben bei rund 16800C und 0, 07% Kohlenstoff nur mehr zirka 3% Chrom im Bad. Bei 18% Chrom im Ausgangsstahl würde dieser nach einem Frischen auf 0, 07% Endkohlenstoff bei zirka 16800C 15% seines Chroms durch Verschlackung verlieren, wodurch lediglich 3% im Bad verbleiben würden. Dies ist auch die Ursache, dass nach diesen Verfahren
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nur Eisenlegierungen mit 1, 0 bis 1, 50/0 Kohlenstoff und hohen Chromgehalten hergestellt wurden. Wegen des hohen Kohlenstoffgehaltes ist es möglich, dass das Chrom nicht verschlackt.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung chromlegierter Stähle, insbesondere nichtro- stender Chrom-, Chrom-Nickel-und hitzebeständiger Stähle, unter Verwendung von hochgekohltem
Ferrochrom (FeCr carburé) und Frischen mit Sauerstoff, wobei in Kombination die nachstehenden Ver- fahrensschritte angewendet werden : a) Führung eines üblichen Vorprozesses, vorzugsweise entsprechend einer normalen Schrott-
Aufbauschmelze ; b) ein-oder mehrmaliges Setzen von Ferrochrom carburé, beispielsweise mit 4 bis 8% Koh- lenstoff, entsprechend der anzustrebenden Stahlzusammensetzung in Mengen abgestimmt auf das Chargengewicht, und anschliessendes Sauerstofffrischen mit jeweils darauf abge- stimmten Temperatursteigerungen ; c) Einbringen von unlegierten oder legierten Abfällen als Kühlmittel, vorzugsweise gleicher od. ähnl.
Zusammensetzung wie die des zu erschmelzenden Stahles, nach Ende der letzten
Sauerstofffrischperiode entsprechend dem Schmelzgewicht und der Badtemperatur ; d) Durchführung des üblichen Feinungsprozesses.
Es ist an sich bekannt, dass bei Temperaturen beträchtlich über dem Schmelzpunkt des Eisens die
Affinität des Kohlenstoffs zum Sauerstoff laufend zunimmt, während die Affinität der andern im Stahl vorhandenen Elemente zum Sauerstoff abnimmt. Dies betrifft bei der Herstellung von chromhaltigen
Stählen insbesondere die Elemente Chrom und Kohlenstoff. Die Ausnutzung dieser Erkenntnisse allein genügt aber nicht, um die Verwendung von hochgekohltem Ferrochrom produktionsmässig für die Her- stellung von chromlegierten Stählen zu ermöglichen.
Wirdnämlich auf Grund der allgemein bekannten und üblichen Schmelzmethode Ferrochrom carburé in den Einsatz gegeben, so ist es erforderlich, phosphorarme Abfälle wegen des hohen Chromsatzes zu verwenden, da es sonst nicht gelingt, einwandfreie Phosphorendwerte im Stahl zu erzielen, da durch den hohen Chromgehalt im Einsatz die Entphosphorung kaum möglich wird. Ausserdem ergeben zu grosse
Mengen an Chrom, als Ferrochrom carbure in den Einsatz gesetzt. einen sehr hohen Kohlenstoffeinlauf.
Dadurch würden aber beim Sauerstofffrischen Temperatursteigerungen in Erscheinung treten, die die feuerfeste Auskleidung des Ofens nicht mehr verträgt.
Bei Anwendung der vorerwähnten Verfahrensschritte wäre man daher gezwungen, das benötigte Chrom zum überwiegenden Teil aus Abfällen in den Einsatz einzubringen und nur zu einem kleineren Teil in Form von hochgekohltem Ferrochrom. Damit ist aber der an sich gegebene Vorteil der Verwen- dung von Ferrochrom carburé gegenüber Ferrochrom suraffiné weitestgehend kompensiert.
Zur Herstellung chromlegierter Stähle, insbesondere nichtrostender und hitzebeständiger Chromund Chrom-Nickel-Stähle, wird gemäss der Erfindung gewöhnlicher Schrott als Einsatz verwendet. Nach dem Aufschmelzen wird wie üblich bei Schrottschmelzen entphosphort und anschliessend in das aufgeschmolzene und entphosphorte Bad in einer oder mehreren Partien hochgekohltes Ferrochrom als Legierung unter gleichzeitiger Anwendung des Sauerstofffrischens gesetzt.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird erreicht, dass das Ferrochrom carburé im Sauerstofffrischprozess in ein Ferrochrom suraffiné raffiniert wird, ohne dass besondere Mengen dieses Ferrochroms verschlackt werden. Des weiteren ist es durch das Setzen des hochgekohlten Ferrochroms in mehreren Partien möglich, die Temperaturführung des Schmelzbades regelbar zu steuern und es kann die entstehende Oxydationswärme zum Schmelzen weiterer Ferrochrom carburé-Mengen zusätzlich ausgenutzt werden.
An Hand eines Ausführungsbeispiels soll das erfindungsgemässe Verfahren noch näher erläutert werden :
Für eine Schmelze mit einem Endausbringen von zirka 38 t wird der Einsatz so gewählt, dass die Schmelze mit zirka 0,90% Kohlenstoff einläuft. Nach entsprechender Entphosphorung beträgt der Koh- lenstoffgehalt der Schmelze zirka 0, 700/0. Dieser Kohlenstoffanteil des flüssigen Bades stellt somit einen Teil der Energiereserve für die Temperatursteigerung dar.
Nach einem ersten Setzen von 2, 3 t Ferrochrom carburé mit 5% Kohlenstoff, 68% Chrom und l% Silizium wird das Ferrochrom aufgeschmolzen und das Bad auf eine Temperatur von zirka 16200C gebracht. Daraufhin wird erstmals mit Sauerstoff gefrischt, wodurch sich am Ende der ersten Sauerstofffrischperiode eine Badtemperatur von zirka 17500C ergibt. Der Kohlenstoffgehalt in der Schmelze beträgt dabei ungefähr 0, 55% und der Chromgehalt liegt bei 5%.
Nun erfolgt ein weiteres Setzen von Ferrochrom carbure, u. zw. in einer Menge von 2, 7 t, wodurch
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die Badtemperatur nach Auflösung des Ferrochroms auf ungefähr 15750C sinkt. Gleichzeitig ist der Bad- kohlenstoffgehalt auf 0, 940/0 und der Chromanteil auf 10% angestiegen. Nach kurzer Verweilzeit wird nun neuerlich mit Sauerstoff gefrischt. Dabei erreicht man eine Senkung des Kohlenstoffgehaltes auf zirka 0, 30% und der Chromgehalt erniedrigt sich auf zirka 9, 30%. Die Badtemperatur steigt nunmehr i auf zirka 1820 C an. Durch ein neuerliches Setzen von 3 t Ferrochrom carbure als dritte Partie wird relativ rasch ein Sinken der Schmelzetemperatur auf ungefähr 16300C erreicht.
Nach einer Verweilzeit von rund 15 min nach diesem Ferrochromsetzen wird dann die letzte Sauer- stofffrischung vorgenommen. Das Gewicht des Schmelzbades beträgt bei 38 t. In dieser Frischperiode geht der Kohlenstoffgehalt von 0, 70% auf 0, 07% und der Chromgehalt von 13, 93% auf 12, 80% zurück.
Die Badtemperatur selbst steigt auf 1880 C an, wobei diese Temperatursteigerung auch durch die Menge des verschlackten Ferrochroms mitbeeinflusst wird.
Da jedoch die feuerfeste Zustellung des Ofens auf längere Dauer diesen hohen Temperaturbean- spruchungen nicht standhalten würde, ist es notwendig, nach vorher erfolgter Fällungsdesoxydation un- mittelbar nach Beendigung des letztenFrischprozesses diese Temperatur zu senken. Dies kann beispiels- weise am besten durch Zusätze von unlegierten oder legierten Abfällen, vorzugsweise der gleichen Zu- sammensetzung wie die des zu erschmelzenden Stahles, als Kühlschrott geschehen. Setzt man z. B. eine
Menge von 10% des Badgewichtes in Form dieses Kühlmittels zu, so ergibt sich eine Temperatursenkung des Bades von 18800C auf zirka 16500C.
In weiterer Folge wird nun die entsprechende Reduktion der Schlacke vorgenommen, abgeschlackt, eine Feinungsschlacke aufgegeben und der Legierungsausgleich herbeigeführt. Geringe Chromschwan- kungen werden, falls nötig, nun mit Ferrochrom suraffine ausgeglichen.
Die Schmelze wird nun in üblicher Art fertiggearbeitet, auf Temperatur eingestellt und abge- stochen.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht somit unter Ausnutzung der noch zulässigen erhöhten
Temperaturen während der Frischperiode eine starke Absenkung des Kohlenstoffgehaltes. Gleichzeitig tritt aber nur eine äusserst geringe Chromverschlackung ein. Weiters wird das hochgekohlte Ferrochrom erst im Verlauf des Frischprozesses durch ein-oder mehrmalige Zugabe gesetzt, wodurch eine bewusst gesteuerte Temperaturführung erzielt wird, die die Chromverschlackung auf ein Minimum beschränkt.
Ein Abgiessen des Metallbades in die Pfanne während der einzelnen Verfahrensschritte ist nicht erforder- lich.