DD202895A5

DD202895A5 - Zusatzstoffe fuer auf geschmolzenem eisen basierende legierungen

Info

Publication number: DD202895A5
Application number: DD82238562A
Authority: DD
Inventors: Gloria M Faulring; Alan Fitzgibbon; Frank Slish
Original assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1981-03-31
Filing date: 1982-03-30
Publication date: 1983-10-05
Also published as: PL136121B1; AU8218582A; PL235962A1; ZA822190B; EP0061815A1; NO821044L; FI821094A0; KR830009250A; FI821094L; CA1191695A; US4373948A; JPS57177913A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zuschlagmittel fuer auf geschmolzenem Eisen basierenden Legierungen. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf die Zugabe von Niob, Molybdaen, Chrom oder Wolfram zu geschmolzenem Stahl. Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von Zuschlagmitteln, welche die oben genannten Metalle enthalten, die wirtschaftlich herstellbar sind, insbesondere zu ihrer Herstellung keine Energie benoetigen und einen wirkungsvollen Zusatz der Metallbestandteile erlauben. Erfindungsgemaess besteht das Zuschlagmittel im wesentlichen aus einer agglomerierten Mischung aus 20 bis 80 Gew.-% eines feinteiligen Metalloxids, welches aus der Gruppe Nb, Mo, Cr und W ausgewaehlt wird, beispielsweise NB tief 2 O tief 5, WO tief 3, MoO tief 3, Cr tief 2 O tief 3 oder Pyrochlor mit etwa 20 bis 80 Gew.-% eines feinteiligen kalziumhaltigen Materials, welches aus einer Kalzium-Silikon-Legierung, Kalziumkarbid und Kalziumzyanamid ausgewaehlt wird.

Description

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Zuschlagmittel für auf geschmolzenem Eisen basierenden

Legierungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Zuschlagmittel für auf geschmolzenem Eisen basierenden legierungen·

Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Zugabe von Mob, Molybdän, Chrom oder Wolfram zu geschmolzenem Stahl·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, bei der Herstellung von Legierungen auf Eisenbasis, z· B· bei der Herstellung von Stahl, der geschmolzenen Legierung ITiob, Molybdän, Chrom oder ?/olfram zuzusetzen· Diese Zugabe erfolgt im allgemeinen in Form von Eisenlegierungen»

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung von Zuschlagmitteln der oben genannten Metalle zu Legierungen auf Eisenbasis, insbesondere Stahl, die ökonomisch, herstellbar sind und zu ihrer Herstellung keine Energie benötigen sowie einen wirkungsvollen Zusatz der Metallbestandteile erlauben·

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die notwendigen Zusahlagstoffe der geschmolzenen Eisenlegierung, insbesondere Stahlschmelze, in geeigneter Form zuzusetzen·

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Erfindungsgemäß werden die Zuschlagstoffe der geschmolzenen Bisenlegierung, insbesondere Stahlschmelze, in Form eines agglomerierten Gemisches, das im wesentlichen aus 20 bis 80 Gew»-% eines Oxides yon Fo, Mo, Or oder W und 20 bis 80 Gew.-$ eines kalziumhaltigen Reduktionsmittels zugegeben, das Oxid kann entweder durch ein chemisches Verfahren hergestellt werden oder es kann ein Mineral sein, z· B· kann das Oxid des Niobs das Produkt eines chemischen Verfahrens oder ein niobreiches, oxidisches Mineral sein, z· B. Pyro-

s~-, chlor· Das Reduktionsmittel ist-Silizium oder eine Kalzium-Silizium-Legierung. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält die Kalzium-Silizium-Legierung, die als Reduktionsmittel verwendet wird, etwa 28 bis 32 Gew.-$ Ca und 60 bis 65 Gew«-# Si, im wesentlichen als Phasen CaSi₂ und Si; die Legierung kann zusätzlich bis zu etwa 8 Gew.-% Eisen und andere Verunreinigungen, die aus dem Herstellungsverfahren gelegentlich anfallen, enthalten« Sin solches Herstellungsverfahren für die Kalzium-Silizium-Legierung besteht z* B. in der Reduktion von CaO und SiO₂ mit Kohlenstoff in einem Elektroofen. (Typische Analysenwerte: Ga, 28 bis 32 J6,' Si 60 bis 65 %, Pe 5,0 %, Al 1,25 %, Ea 1,0 % und kleine Mengen an Verunreinigungen durch andere

: Elemente). Die verdichtete, kompakte Masse oder das Agglomerat eines- oxidischen Materials und eines Reduktionsmittels wird als Gemisch zu dem geschmolzenen Stahl zugegeben, in dem die Wärme des Metallbades ausreicht, um die Reduktion des oxidischen Materials zu unterstützen» Die auf diese Art und Weise hergestellten metallischen Elemente wie Hiob, Molybdän, Chrom oder Wolfram werden sofort in den geschmolzenen Stahl integriert· Wenn das Gemisch aus Oxid und Reduktionsmittel zu dem geschmolzenen Metall zugegeben wird, muß ein Kontakt mit Schlacke sowie mit Bedingungen, die zur Oxydation führen können, z· B* der Atmosphäre, auf ein Minimum beschränkt werden, um zufriedenstellende Ausbeuten zu erhalten, da die kalziumhaltigen Reduktionsmittel eine Neigung zur Oxydation aufweisen» Zum Beispiel kann das Gemisch

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aus Oxid und Reduktionsmittel verkapselt v/erden und in das geschmolzene Metall eingebracht werden oder während des Überganges des Metalls vom Schmelzofen zur Gießpfanne in den Gießstrom eingegeben werden· Im letzteren Falle sollte die Gießpfanne vor 'Beginn der Zugabe wenigstens teilweise gefüllt sein· Wenn es sich bei dem Reduktionsmittel um eine Kalzium-Silizium-Legierung handelt, werden während der Reduktionsreaktion CaO und SiO₂ gebildet. Wenn als Reduktionsmittel Silizium verwendet wurde, wird SiO„ gebildet und überschüssiges Silizium wird als metallisches Element in den Stahl mit einbezogen» Die Oxide OaO und SiOp gehen in die Schlacke über, außer in Stahlsorten, die durch Aluminium deoxydiert wurden· In derartigen Stahlsorten reagiert das gebildete GaO mit den Al^O^-Einschlüssen, die aus der Reduktion durch das Aluminium stammen·

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel näher erläutert·

Beispiel

Durchführungsvorschrift; In einem mit Magnesia ausgekleideten Induktionsofen wird Armco-Eisen geschmolzen, während Argon durch eine Graphit-Abdeckung strömt* Nachdem die Temperatur bei 16OO + 10 ⁰C stabilisiert worden war, wurde die Partie mit Silizium geblockt· Als nächstes wurden die Partien, außer der für den oxidhaltigen Zusatz, auf den benötigten Grad der Zusammensetzung eingestellt· Hachdem die Temperatur auf I6OO + 5 ⁰C stabilisiert worden und eine Minute gehalten worden war, wurde eine Röhrenprobe zur Analyse entnommen und daraufhin das oxidhaltige Zuschlagmittel eingegeben, indem kompaktes oder agglomeriertes oxldhaltiges Material oder ein Gemisch aus oxidischem

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Material und Reduktionsmittel, eingehüllt in eine Stahlfolie, in den geschmolzenen Stahl eingegeben wurde· Die Temperatur des Stahls wurde mit Hilfe der Energie des Induktionsofens während drei Minuten nach der Zugabe des Oxids oder des Gemisches aus Oxid und Reduktionsmittel auf 1600 +-5 C gehalten· Danach wurde die Energiezufuhr abgestellt und nach einer Minute Rö'hrenproben zur Analyse entnommen sowie der Stahl in eine 45»36 kg (100 pounds), 10,2 cm (4^rt) Kokille gegossen· Danach wurden Proben, die aus dem Mittelradius der Kokille bei einer Höhe von einem Drittel oberhalb des Bodens entnommen wurden, zusätzlich mikroskopisch untersucht und chemisch analysiert· Einige Proben wurden außerdem mit dem Elektronenmikroskop untersucht·

Dem geschmolzenen Stahl wurden verschiedene Gemische oxidischer Materialien, die Mob, Molybdän, Chrom und/oder Wolfram mit entweder einer handelsüblichen Kalzium-Silizium-Legierung oder mit handelsüblichem Silizium in kompakter oder agglomerierter Form enthielten, zugesetzt· Zum Vergleich wurden Chrom, Wolfram und Molybdän enthaltende oxidische Materialien in kompakte Form übergeführt oder agglomeriert und geschmolzenem Stahl zugesetzt, d. h· das Agglomerat oder Kompaktmaterial enthielt kein Reduktionsmittel· Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Tabelle 1 zusammengefaßt·

Wie man ausder Tabelle 1 entnehmen kann, ist ein gut verteiltes, agglomeriertes Gemisch der Oxide der Elemente Niob, Chrom, Molybdän und Wolfram mit einem Reduktionsmittel wie Silizium oder eine Kalzium-Silizium-Legierung eine effektive, ökonomische und energiegünstige Basis für den Zusatz dieser metallischen Elemente zur Stahlschmelze· Erze oder Mineralien, die reich an den benötigten oxidischen Metallen oder dem Metalloxid sind, können in den

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Gemischen anstelle von Oxiden, die durch chemische Terfahren hergestellt wurden, verwendet werden· Zum Beispiel kann Pyrochlor eine Basis für Hiob sein» Kontakt mit der Atmosphäre und der Schlacke sollte vermieden werden oder zumindest auf ein Minimum beschränkt werden, wenn das zu einer kompakten 2?orm verdichtete oder agglomerierte Gemisch zu dem Stahl zugesetzt wird, um eine Oxydation der Reduktionsmittel zu verhindern· Das Kalziumoxid, das während der Reduktion der oxidischen Materialien durch eine Kalzium-Silizium-Legierung gebildet wird, reagiert mit Einschlüssen von Aluminiumoxid in Stählen, die mit Aluminium deoxydiert worden waren·

Die Siebgrößen (mesh), auf die hierin Bezug genommen wird, sind SiebgrÖ'ßen nach dem US-Standard·

Tabelle 1: Oxidzusatzstoffe für Stahl

	0,20 5	0,12 S	0,14 5	Partie- Nummer	Oxid * Art	:d	Reduktions mittel Art %	50	Zugabe- methode (3)	Element % Zu gabe	0,20	Ausbeute an Element im Ofen in «»3 Min."(4)
	0,40 S	0,42 5	0,21 ί
	1,05 S	1,56 J	0,86 J	J779	Nb 0	50	Ca-Si		P	Nb		95
Kohlenstoffstahl;	,054 S	,061 5	0,04 5
0,16 -	fo G	S C
0,32 -	S Si	S Si						30			0,10
0,91 -	£ Mn	£ Mn						30			0,10
0,044-0	% Al	S Al		J801	Nb₂O₅	70	Ca-Si	20	B	Nb	0,10	90
Kohlenstoffstahl j	Kohlenstoffstahl:	£ C	J802	Nb₂O₅	70	Si		B	Nb	0,10	87
0,09 -	0,12 -	S Si	J803	MoO₃	80	Ca-Si		B	Mo		85
0,25 -	0,10 -	£ Mn	J806	MoO₃	100		20	B	Mo	0,10	69
1,43 -	0,8 V-	% Al								0,10
0,046-0	0,03 -		J825	WO₃	80	Ca-Si	50	B	W	0,10	90
		J826	WO,.	100		30	B	W	0,10	60
		J817		50	Ca-Si	40	P	Nb	0,10	80
		J818	Nb_p0^	70	Ca-Si	50	P	Nb	0,10	80
	J827	Cm J	60	Si		P	Nb	0,20	80
J863	Nb«033 2 5	: 50	Oa-Si	20	P	Nb	0,20	90
J828	Cr₂O₃			B	Cr	35
J829	Cr₂O₃		Ca-Si	B	Cr	60

co 00 cn cn

cn

Tabelle 1, Fortsetzung

(1) Basis der Oxide: Hb₃O₅

MoO₃

WO₃

Cr₂O₃

99 % rein, 100 MxD

wolframhaltiges Molybdänoxid, 45,4 % Mo, 10,64 % W, 2,17 % S, 0,009 % P, 2,1 % SiO₂ 48 M# Wolframblauoxid, 79,5 % W. 100 M. niobhaltiger Pyrochlor, 42,78 % Ub (Analyse durch optische Spektroskopie; 10 % Ga, 1 bis 10 % Wa₁ 1 bis 10 OJi, 0,8 bis 8 % Fe) 48 M·

niobhaltiger Pyrochlor· 200 MxD handelsübliches Chromoxid (67,72 % Cr)· 48 Μ·

(2) Reduktionsmittel (8 MxD) iKalzium-Siliziura-Legierung· 29,5 % Ca, 62,5 % Si,

4,5 % Fe, Spurenmengen an Mn, Ba, Al, C usw» Silizium: 98 % rein

(3) P j Dicht verpackt in einem Stahlblechumschlag

B : In einer Handpresse mit einem Binder brikettiert und in einer Stahlfolienumhüllung verpackt·

Alle Zugaben wurden durch Einwerfen der Zugabegemische in den geschmolzenen Stahl mit den Folieumhüllungen gemacht.

(4) Bei den gewählten Zugabegrößenordnungen ~ 0,10 bis 0,20 % - ist die Genauigkeit der Prozentangabe bei. den Ausbeuten geschätzt + 8 %,

Claims

1, Zuschlagmittel für auf geschmolzenem Eisen basierenden Legierungen, bestehend aus einem Metall, das aus der Gruppe lib, Mo, Cr und W ausgewählt wird, gekennzeichnet dadurch, daß das Zuschlagmittel im wesentlichen aus einer agglomerierten Mischung aus 20 bis 80 Gew.-% eines feinteiligen Metalloxides, welches aus der Gruppe Wo, Mo, Cr und W ausgewählt wird, besteht, mit ungefähr 20 bis 80 Gew.-% eines feinteiligen kalziumhaltigen Materials, welches aus einer Kalzium-Silikon-Legierung, Kalziumkarbid und Kalziumzyanamid ausgewählt wird·

2· Zuschlagmittel nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das kalziumhaltige Material eine Kalzium-Silikon-Legierung

ist.

3. Zuschlagmittel nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das kalziumhaltige Material Kalziumkarbid ist«

4· Zuschlagmittel nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das kalziumhaltige Material Kalziumzyanamid ist.

5· Zuschlagmittel nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß

das Oxid Hb₀Oc- ist.

6· Zuschlagmittel nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Oxid WO, ist.

7. Zuschlagmittel nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Oxid MoO, ist.

8. Zuschlagmittel nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß

das Oxid Cr₂O, ist.

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9· Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Oxid Pyrochlor ist·

10· Verfahren des Zusetzens eines Metalls aus der Gruppe bestehend aus Fb, Mo, Gr und W zu einer auf Eisen basierenden Legierung nach den Punkten 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, daß bei diesem Verfahren in eine geschmolzene Legierung ein Zuschlagmittel eingebracht wird, welches im wesentlichen aus einer agglomerierten Mischung besteht von 20 bis 80 Gew»-% eines feinteiligen Metalloxides, welches aus Ib, Mo, Cr und W ausgewählt wird mit ungefähr 20 bia 80 Gew»-% eines feinteiligen kalziumhaltigen Materials, das aus einer Kalzium-Silikon-Legierung, Kalziumkarbid und Kalziumzyanamid ausgewählt wird»