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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum kontinuierlichen Schmelzen von Stahl aus zumindest weitgehend vorreduzierten Eisenträgem, wie z. B. Roheisen und/oder Schrott, bei welchem die Schmelze für nachfolgende metallurgische Schritte in eine Pfanne abgegossen wird.
Für die Stahlherstellung aus festen metallischen Eisenträgem, insbesondere Schrott, festem Roheisen, Pellets, Eisenschwamm oder Mischungen hievon, werden in der Regel Sauerstoffdurchblaskonverter eingesetzt, wobei zum Erzielen der erforderlichen Schmelzwärme kohlenstoffhaltige Brennstoffe eingeblasen werden. Die Stahlerzeugung aus Schrott, ohne Einsatz von flüssigem Roheisen gelingt ohne nennenswerte Probleme in Elektrolichtbogenöfen, jedoch ist der Aufwand für die elektrische Energie in diesen Fällen relativ hoch, so dass die Wirtschaftlichkeit derartiger Prozesse nicht ohne weiteres gegeben ist. Bei bekannten Konverterverfahren, bei denen Sauerstoff auf oder durch die Schmelze geblasen wird, kann in der Regel schneller und kostengünstiger gearbeitet werden.
Der Frischprozess führt allerdings zu relativ hohen Anteilen an Oxiden im Schmelzbad und die bei derartigen Frischprozessen anfallende Schlacke weist in der Regel eine relativ hohe Viskosität auf. Derartig hochviskose Schlacken haben darüber hinaus zumeist eine unzureichende Gasdurchlässigkeit und es kann zu starkem Schäumen und gegebenenfalls zum Überkochen des Bades kommen.
Die Erfindung zielt nun darauf ab, bei einem Einschmelzvorgang der eingangs genannten Art das Verfahren so zu führen, dass übermässige Kochreaktionen vermieden werden und die Gefahr eines Schäumens wesentlich herabgesetzt wird. Weiters zielt das erfindungsgemässe Verfahren darauf ab, die nachfolgende Feinung bzw. nachfolgende metallurgische Schritte in einer Pfanne bei Verwendung des auf diese Weise erschmolzenen Stahlbades zu erleichtern und das Eisenausbringen auch aus der Pfanne zu verbessern. Zur Lösung dieser Aufgabe besteht das erfindungsgemässe Verfahren im wesentlichen darin, dass die metallurgische Schlacke durch Zugabe von Flussmitteln auf
20-50 % FeO
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- 30eingestellt wird.
Dadurch, dass eine metallurgische Schlacke dieser Zusammensetzung eingestellt wird, hat sich überraschenderweise gezeigt, dass neben der bekannten Veränderung der Viskosität durch Änderung der Schlackenzusammensetzung auch die mechanische Gasdurchlässigkeit günstig beeinflusst werden kann. Es hat sich wider Erwarten gezeigt, dass durch Einstellen der Schlacke auf die oben angeführte Zusammensetzung das Aufschäumen der Schlacken bei gasbildenden metallurgischen Reaktionen unterdrückt werden kann, wobei eine derartige Schlacke darüber hinaus die Möglichkeit bietet, in der Stahlschmelze bestimmte Siliziumgehalte exakt einzustellen, wodurch für die nachfolgenden metallurgischen Schritte bedeutende Vorteile erzielt werden können.
Beim nachfolgenden Abgiessen in eine Pfanne ist es von wesentlichem Vorteil, wenn gezielte Temperaturen in der Stahlschmelze und der metallurgischen Schlacke eingestellt werden können. Zur Einstellung bestimmter Temperaturen ist es bekannt, silikothermische Reaktionen auszunützen, bei welchen notwendige Temperaturerhöhungen durch die Anwendung von FeSi erreicht werden können.
Um derartige silikothermische Reaktionen jedoch ohne Gefahr eines Überschäumens und ohne Gefahr des Auftretens einer übermässigen Kochreaktion durchführen zu können, ist es von wesentlicher Bedeutung, eine geeignete metallurgische Schlacke vorzusehen, welche in ihrer Viskosität und ihrer mechanischen Gasdurchlässigkeit auch auf nachfolgende silikothermische Schritte abgestimmt ist Im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens ist es daher besonders vorteilhaft, wenn in der Folge so vorgegangen wird, dass der Schmelze beim Abgiessen in die Pfanne exotherm reagierende Zuschläge, wie z. B. Si, Al oder exotherm reagierende Legierungen, zugesetzt werden.
Durch die erfindungsgemäss vorgeschlagene Schlackenführung und die oben angegebene Schlackenzusammensetzung ist es nunmehr möglich, hohe Schlackenmengen mit einem technisch vertretbarem Pfannenvolumen zu heherrschen, wobei die Gefahr eines Überfliessens der Pfannen vermieden wird.
In besonders einfacher Weise können im Rahmen des erfindungsgemässen Verfahrens als Flussmittel Verbindungen aus dem System FeO-MgO-SiO, wie z. B. Olivine oder Pyroxene, zugesetzt werden, wobei vorzugsweise Forsterit, Mg-Orthosilikat oder Fe-Orthosilikat als Flussmittel eingesetzt werden. Auf diese Weise ergibt sich eine gezielte Beeinflussung der Viskosität und des Schmelzpunktes der Schlacke, wobei gleichzeitig eine hohe Gasdurchlässigkeit erzielt wird, welche ein Aufschäumen der Schlacke in der Pfanne unterdrückt.
Verbindungen aus dem System FeO-MgO-Si02 beispielsweise Olivine oder Pyroxene weisen an sich einen hohen Schmelzpunkt auf. Durch die Reaktion mit sehr eisenreichen sauren Schlacken ergeben sich Verbindungen mit Schmelzpunkten um 1100 bis 1200 C, wodurch bei den üblicherweise vorherrschenden Temperaturen eine niedrigviskose Schlacke mit hoher Gasdurchlässigkeit sichergestellt wird. Die Verwendung derartiger Flussmittel ergibt im Vergleich zu dem konventionellen Einsatz von Flussspat bedeutende Vorteile. Flussspat wandelt zwar
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gleichfalls Kalk in Kaliumsilikat um, jedoch ist die Reaktionsgeschwindigkeit bzw. Umsetzgeschwindigkeit wesentlich geringer als bei Einsatz von beispielsweise Forsterit.
Die energetische günstigere Umwandlungsreaktion, wie sie sich bei der Anwendung von Magnesium und Eisenorthosilikaten ergibt, führt zu einer weitgehend neutralen Schlacke und damit zu einer längeren Standzeit der Auskleidungen. Die Verwendung von Silikaten, insbesondere Magnesiumorthosilikat und Eisenorthosilikat, führt zum Unterschied zur Verwendung von Flussspat nicht zur Bildung von toxischen und umweltbelastenden Gasen.
Die Verwendung von Forsterit, welcher selbst einen hohen Schmelzpunkt besitzt, führt gemeinsam mit SiO, CaO, FeO und FeOg zu einer bedeutenden Herabsetzung des Schmelzpunktes, wobei die auftretende Mischungswärme voll genützt werden kann. Die Reaktion mit Silizium ergibt wiederum weitere Mengen an Six2, welches die Bildung von Dikalziumsilikat verzögert und ein tieferschmelzendes Monokalziumsilikat ergibt.
Insbesondere bei überfrischten Stahlschmelzen mit eisenreichen sauren Schlacken, führt die erfindungsgemäss vorgeschlagene Abänderung der Zusammensetzung der Schlacke dazu, dass in der Folge silikothermische Reaktionen bzw. exotherme Reaktionen mit geringer Neigung zum Schäumen bzw. Überkochen durchgeführt werden können. Gleichzeitig lässt sich die gewünschte Temperatur relativ präzise vorgeben und es kann mit einem geringen Ausmass an Überhitzung im Schmelzofen vor dem Abgiessen in die Pfanne gearbeitet werden. Mit Vorteil wird das Verfahren hiebei so durchgeführt, dass in die Pfanne vor dem oder während des Abgusses CaO zugegeben wird.
Das in der Pfanne als Vorlage befindliche oder im Zuge des Abgiessen zugesetzte CaO reagiert mit Silizium nach der nachfolgenden Gleichung 1 kg Si + 5, 1 kg FeO + 4 kg CaO = 4 kg Fe + 6, 1 kg (2 CaO. Si02) + 13816 kJ wodurch eine Erwärmung des Bades erfolgt. Durch diese Reaktion wird einerseits die Schlacke aufgeheizt,
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verbessert. Das Metallbad kann hiebei durch Einleiten von Argon durch einen Spülstein am Pfannenboden durchmischt werden, um die in der Schlacke entstehende Wärme weitgehend homogen in das Metall einzubringen und starke Schlackenüberhitzungen, welche das Pfannenfutter angreifen könnten, zu vermeiden. Mit Vorteil werden CaO-Mengen zwischen 4 bis 16 kg/t Metall und Si-Mengen zwischen 2 und 8 kg/t Metall eingesetzt, wodurch die silikothermische Reaktion optimal ablaufen kann.
Eine stöchiometrische und quantitative Umsetzung kann dadurch erzielt werden, dass CaO und Si im Massenverhältnis von etwa 4 zu 1 eingesetzt werden.
Als besonders vorteilhaft wurde eine Schlacke der Zusammensetzung
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2 % MnO
4 % CaO
0, 8 % Cr203
S + P Spuren aufgefunden.
Auf Grund der erfindungsgemässen Schlackenführung kann unter Einsatz von FeSi, insbesondere unter Einsatz von FeSi (75 %) der Siliziumgehalt des Stahlbades vollständig auf die gewünschten Werte eingestellt werden, wobei mit Vorteil so vorgegangen werden kann, dass in der Stahlschmelze ein Gehalt von 0, 15 % - 0, 40 % Si durch Einsatz von FeSi eingestellt wird.
Insgesamt lässt sich durch die erfmdungsgemässe Schlackenführung das Verfahren so durchführen, dass mit nur geringer Überhitzung, insbesondere mit einer Überhitzung von 10 bis 30 C abgegossen werden kann, wobei die Erstarrung in der Pfanne durch Zusatz exotherm reagierender Zusätze verhindert oder zumindest verzögert wird. Das schwach überhitzte Metall kann hiebei mit einer Überhitzung von 10 bis 300C aus dem Schrottschmelzgefäss
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erzielen lassen. Als typisch kann eine Einlaufrate zwischen 50 und 150 t/h angesehen werden, wobei die Pfannengrösse zwischen 50 und 60 t liegen kann.
Für eine Analyse des Metalls von 0, 1 bis 0, 8 % Kohlenstoff, ungefähr 0, 1 % Silizium und ungefähr 0, 2 % Mangan, kann eine Schlacke mit 50 % FeO, 20 % Si02, Rest AIOg, MgO und die oben angegebenen Schlackenbegleiter eingestellt werden. Die gewünschte Temperaturerhöhung für weitere sekundärmetallurgische Schritte in der Pfanne, ermöglicht es in der Folge, Schritte wie eine Entgasung, eine LF-Behandlung und ein Weiterverblasen im Konverter mit oder ohne Roheisenzugabe vorzunehmen. Während des Füllvorganges der Pfanne kann FeSi (75 %) und Kalk abgestuft
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zugesetzt werden oder aber so vorgegangen werden, dass Kalk als Vorlage in die leere Pfanne eingebracht wird und kontinuierlich FeSi (75 %) zugesetzt wird.