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Verfahren zur treffsicheren Herstellung von Stählen mit gleichmässig niedrigem Kohlenstoffgehalt und/oder Sauerstoffgehalt durch
Behandeln der Stahlschmelzen im Vakuum
Die grosstechnische Herstellung von Stahlschmelzen mit einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0, 005% gewinnt zunehmend an Bedeutung. Besonders wirtschaftliche Vorteile ergeben sich bei der Herstellung von Blechen aus diesen Stählen, die als Elektrobleche oder für die Direktweissemaillierung Verwendung finden. Die niedrigen Kohlenstoffgehalte, auf deren Gleichmässigkeit es besonders ankommt, versucht man durch eine vakuummetallurgische Behandlung des flüssigen Stahles zu erreichen. Man geht dabei von in den üblichen Frischaggregaten hergestellten Stahlschmelzen aus, die etwa 0, 04% Kohlenstoff und
0, 06 bis 0, 08% Sauerstoff enthalten.
Das Problem bei deren Weiterverarbeitung besteht, wie dargelegt, darin, die für eine maximale Wirtschaftlichkeit, beispielsweise für Elektrobleche oder Bleche für eine Einschichtemaillierung, erforderlichen niedrigen Kohlenstoffgehalte der Stähle mit grosser Treffsicherheit und Gleichmässigkeit zu erzielen. Die zur Zeit erreichten Kohlenstoffgehalte der entgasten Stähle schwanken jedoch zwischen 0, 005 und 0, 015%
Es gelang noch nicht, die Gründe für diese Schwankungen zu klären, obwohl man glaubte, aus theoretischen überlegungen schliessen zu können, dass die Keimbildung für die Gasblasen die unterschiedlichen Ergebnisse bedingt. Man versuchte dann, durch Einleiten eines Gases in die im Vakuumbehälter befindliche Schmelze eine gleichmässige Entgasungswirkung zu erreichen. Aber auch damit konnte man den angestrebten Erfolg nicht erreichen.
Die Erfindung löst das Problem nun in der Weise, dass dem flüssigen Stahl vor oder während der Entgasung körnige feuerfeste Stoffe, in erster Linie körniger Kalk, zugesetzt werden. Einzelheiten des Verfahrens seien an mehreren Beispielen erklärt, bei denen das Entgasen nach dem bekannten Teilmengenverfahren (Entgasung in Portionen) stattfindet, das die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens besonders deutlich herausstellt, ohne dass das Verfahren auf diese Art der Stahlentgasung beschränkt wäre.
Bei der Entgasung einer 35 t-Schmelze, die aus einem LD-Tiegel mit 0, 04% Kohlenstoff und 0, 070% Sauerstoff abgestochen wurde, werden in den auf das in den zu entgasenden Stahl eintauchende Ende des vom Boden des Vakuumgefässes abgehenden Ansaugstutzen aufgesetzten kegelförmigen Schlackenabweiser etwa 10 kg abgesiebten gebrannten Kalkes einer Körnung von 2 bis 4 mm eingefüllt. Bei jeder Teilbehandlung gelangen in das Vakuumgefäss etwa 6 t flüssiger Stahl. Bei einer Gesamtbehandlungszeit von etwa 10 min nach insgesamt 30 Teilbehandlungen ist ein Endkohlenstoffgehalt von 0, 005% erreicht.
Gelegentlich kann es auch vorteilhaft sein, einen Teil oder die gesamte Kalkmenge während der Vakuumbehandlung in das Entgasungsgefäss zu geben. Besonders vorteilhaft wird dabei so verfahren, dass man den ersten Teil der Entgasungsbehandlung, bei der an sich grosse Gasmengen freigesetzt werden, - für das genannte Beispiel geschieht das in etwa 10 bis 15 Teilmengenbehandlungen-ohne Zusatz von Kalk ablaufen lässt und dann erst die für die Erzielung der niedrigen Endkohlenstoffgehalte erforderliche Kalkmenge durch die üblichen Zugabeschleusen auf einmal oder portionsweise in das
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Entgasungsgefäss eingeführt werden.
Die günstigste Arbeitsweise ist an Hand einer Druckkurve (Druckverlauf in Abhängigkeit von der
Zeit) festzustellen. Die Auswirkung der Kalkzugabe lässt sich hier aus der erhöhten mit einem
Druckanstieg verbundenen Gasabscheidung leicht ablesen.
Unter bestimmten Bedingungen hat sich auch eine andere Variante dieses Verfahrens bewährt, u. zw. in der Art, dass der Kalk vor Beginn der Entgasungsbehandlung auf den Boden des
Entgasungsgefässes gestreut wird. Bei dieser Arbeitsweise erreicht man die günstigste Wirkung jedoch erst unter Verwendung einer gröberen Körnung des Kalkes, z. B. bei einer Körnung von etwa 1 cm.
Vorstehende Beispiele geben die optimalen Bedingungen für eine treffsichere Senkung des
Kohlenstoffgehaltes von Stahlschmelzen durch eine Vakuumbehandlung auf Werte von etwa 0, 005% an.
Wird von der Verwendung einer optimalen Kalkkömung von 2 bis 4 mm zu einer grösseren Körnung z. B. von etwa 1 cm übergegangen, dann ergibt sich trotzdem noch ein merklicher Erfolg im Sinne der
Erfindung. So konnte beispielsweise unter den gleichen Bedingungen wie den beschriebenen schon mit dem Zusatz von 3 kg Kalk, einer Körnung von etwa 5 mm eine beträchtliche Verbesserung der Entkohlung des Stahles erreicht werden.
Das Verfahren nach der Erfindung kann, obwohl seine Bedeutung dort nicht so entscheidend ist, auch zur Erzielung niedrigster Sauerstoffgehalte von Schmelzen mit höheren Kohlenstoffgehalten angewendet werden. Auch dort beobachtete man, dass es schwierig ist, die letzten kleinen Gasmengen zu entfernen.
Es hat sich weiterhin gezeigt, dass die Kalkzugaben sich vorteilhaft auf die Haltbarkeit der feuerfesten Zustellungen auswirken. So konnte beispielsweise die Haltbarkeit der bei einem Vakuum-Hebergefäss (Teilmengenentgasung) verwendeten Magnesitzustellung, die bei etwa 100 Schmelzen lag, auf mehr als das Doppelte erhöht werden.
Das Verfahren nach der Erfindung ist nicht auf die Verwendung von körnigem Kalk beschränkt.
So liessen sich beispielsweise auch günstige Ergebnisse bei der Verwendung von gekörntem Kalkstein oder körniger Tonerde erzielen.
So wurde beispielsweise einer Stahlschmelze mit 0, 039% Kohlenstoff und 0, 066% Sauerstoff im Schlackenabweiser 10 kg Tonerdebruch einer Körnung von 2 bis 4 mm zugegeben. Die Verwendung von Tonerdebruch, d. h. von gemahlenen, gebrauchten feuerfesten Steinen mit einem Tonerdegehalt von etwa 95%, ist besonders wirtschaftlich, weil Tonerdebruch auf den Hüttenwerken in grossen Mengen anfällt. Anschliessend wurde der Stahl einer Vakuumbehandlung nach dem Vakuumheber-Verfahren unterworfen, während dessen der Schmelze dreimal, u. zw. beim achten, vierzehnten und zwanzigsten Hub über eine Vakuumschleuse jeweils 5 kg Tonerdebruch im Vakuumgefäss zugesetzt wurden. Nach der Vakuumbehandlung wies die Schmelze einen Kohlenstoffgehalt von nur 0, 005% und einen Sauerstoffgehalt von nur 0, 030% auf.
Einer weiteren Versuchsschmelze mit einem Ausgangskohlenstoffgehalt von 0, 046% und einem Ausgangssauerstoffgehalt von 0, 067% wurden zu Beginn der Vakuumbehandlung im Schlackenabweiser 10 kg Kalkstein einer Körnung von 3 bis 5 mm sowie beim zehnten Hub noch einmal die gleiche Menge Kalkstein derselben Körnung über die Vakuumschleuse zugesetzt. Nach der Vakuumbehandlung enthielt der Stahl noch 0, 006% Kohlenstoff und 0, 041% Sauerstoff.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur treffsicheren Herstellung von Stählen mit gleichmässig niedrigem Kohlenstoffgehalt und/oder Sauerstoffgehalt durch Behandeln von Stahlschmelzen mit etwa 0, 04%
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den üblichen Frischaggregaten entnommene Stahlschmelze in Gegenwart von auf etwa 2 bis 4 mm gekörnten feuerfesten Stoffen, vornehmlich von Kalk, auf einen Kohlenstoffgehalt von etwa 0, 005% entgast wird.
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