DD211810A1 - Verfahren zur herstellung von staehlen mit hohem reinheitsgrad - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Staehlen mit niedrigen Schwefelgehalten und hohen Reinheitsgraden fuer Schmiedestuecke, Stranggusserzeugnisse und Stahlgussstuecke. Die Erfindung hat das Ziel und die Aufgabe gestellt, ein Entschwefelungsverfahren zu entwickeln, bei dem mit verringertem Energie- und Anlagenaufwand gestufte Schwefelgehalte im Stahl erzielt werden. Erfindungsgemaess wird auf d. unter Vakuum stehenden Pfannenboden bzw. waehrend des Fuellens der Pfanne, vorzugsweise in einer Pfannendurchlaufentgasungsanlage, ein Entschwefelungsmittel- oder -gemisch zugegeben. Durch die Erfindung ist es moeglich, Staehle mit hohen Gebrauchswerteigenschaften fuer hochbeanspruchte Maschinenteile, z.B. Kernenergiemaschinenbau, herzustellen.

Description

Titel der Erfindung

Verfahren zur Herstellung von Stählen mit hohem Reinheitsgrad

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von reinen Stählen für Schmiedestücke, Stranggußerzeugnisse, Walswerkserzeugnisse und Stahlgußstücke.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Um den ständig steigenden Güteforderungen im Energiemaschinenbau, im Sernenergiemaschinenbau und bei hochbeanspruchten Maschinen aus Sicherheitsgründen zu entsprechen, werden an die Reinheit und Homogenität des Stahles besondere Anforderungen gestellt. Die geforderten Reinheitsgrade bei Stählen für hochbeanspruchte Einsatzzwecke können mit Sicherheit _{nVLI! er}_ zeugt werden, wenn Sonderschmelzverfahren oder zusätzliche Stahlnachbehandlungsverfahren in der Pfanne angewendet werden.

Eine wesentliche Verbesserung der Stahlreinheit wurde durch die Verlagerung metallurgischer Verfahrensschritte aus dem Ofen in die Pfanne erzielt, wobei in der 3_ehandlungspfanne gezielte metallurgische Reaktionen durchgeführt werden. Charakteristisch für die Nachbehandlungsverfahren in der Pfanne ist, daß eine intensive Entschwefelungsarbeit mit oder ohne Inertgasbehandlung vorzugsweise in einer basischen Pfanne durchgeführt wird.

Bekannt sind leistungsfähige pfannenmetallurgische Entschwefelungsverfahren.

H. Richter u, a.: Auswirkungen der Reoxidation beim Einblasen von Calciumverbindungen in Stahlschmelzen auf den Ablauf der Entschwefelung Rad ex-Rundschau (1981) H.1/2., S ,480-485

Sin In.jektionsverfahren, bei dein ein Sntschwefelungsmittel über eine Tauchlanze etwa 2,5 bis 3 ₅2 m tief in das Stahlbad mit Argon eingebläsen wird« Danach erfolgt die Abscheidung des Schwefels aus dem flüssigen Stahl in die Schlacke durch die aufsteigenden Reaktionsprodukte der eingeblasenen Sntschwefelungsmittel. Dabei wird durch die sich bildende Schlacke oder extra aufgegebene Schlacke zusätzliche Entschwefelungsarbeit geleistet. Bei der Sntschwefelungsbehand lung werden folgende Ga-Verbindungen oder in Sonderfällen Magnesium im Gemisch mit Kalk oder Flußspat sowie Kalk« Flußspat-Gemische vorgeschmolzen oder gemischt verwendet %

Calcium-Silizium (GaSi) Calciumcarbid (CaCp) Kalkstickstoff Mg(CaO/CaF₂) CaO/CaF₉

Dabei ist es möglich, Stähle mit Schwefelgehalten von < 0,003 % und, daraus resultierend, insbesondere mit hohen Gebrauchswert— eigenschaften herzustellen.

Weiterhin ist bekannt, daß das beschriebene Verfahren, kombiniert mit Pfannenentgasungsverfahren, zur Herstellung von Schmiedeblöcken genutzt wird» Die nach dem kombinierten Verfahren hergestellten Schmiedeblöcke haben bei einem Blockgev/icht von 27 t keine makroskopischen Schwefelseigerungen bei SchwefeIgehalten der Schmelze voni 0,003 %» Die speziell auf Schwefel reagierenden Baumannabdrucke bleiben weiß, d„ h* es konnte keine Reaktion des Schwefels mit dem Fotopapier nachgewiesen werden·

D, Reiber: Qualitätsverbesserung bei Freiformschmiedestücken und Knüppelstrangguß durch Anwendung der Ca-Sinblasmetallur-

Bei der Blockuntersuchung eines nach diesem Verfahren erzeugten vakuumbehandelten 27-t-'3chmiedebiockes der Stahlmarke 28 NiCrMoV 85 für Turbinenrotoren zeigten sich keine Schwefelanreicherungen sowohl über die Blockhöhe als auch

_. 3 —

über den Querschnitt* Die Anisotropie der Zähigkeitseigenschaften ist dadurch weitgehend beseitigte Schiniedestücke, die nach dem Verfahren hergestellt wurden, haben vergleichbare Reinheitsgrade und Zähigkeitseigenschaften wie ESU-Stähle.

Bei einem weiteren bekannten Sntschwefelungsverfahren wird durch Zugabe von Sntschwefelungsschlacken auf der Basis Kalk/Flußspat während des Abstichs unter fortlaufendem Argonspülen durchgeführte H. Grüner u.a.:

!Metallurgische Maßnahmen und Bedingungen zur Stahlentschwefelung über das Schlackenreaktionsverfahren

Nach dem Abstich kann zur weiteren Entschwefelung nochmals ein Ealk-Flußspaigemisch aufgegeben werden, wobei weiter durch die 3odensteine gespült wird. Das Kalk-Flußspat-Entschwefelungsgemisch und die Desoxydationsmitteiprodukte sollen eine reaktionsfähige hochbasische Schlacke bilden» Der Entschwefelungseffekt der reaktionsfähigen Schlacken wird durch die Spülgasbehandlung unterstützt, Um nach dem Stand der Technik Stahlschmelzen mit niedrigen Schwefelgehalten herzustellen, sind Sonderschmelzverfahren oder pfannenmetallurgische Nachbehandlungsverfahren notwendig. Diese Sonderschmelsverfahren erfordern einen hohen apparativen und Energieaufwand· Das pfannenmetallurgische Entschwefelungsverfahren erfordert ebenfalls einen großen technischen und technologischen Aufwand bei hohen Kosten. Eine Vereinfachung des Aufwandes läßt sich durch die Anwendung der Entschwefelung in der Pfanne erzielen. Ein wesentlicher Nachteil des Verfahrens ist jedoch, daß eine intensive Entschwefelung nur unter Anwendung großer Schlackemengen und einer Spülgasbehandlung möglich ist.

Ziel der Erfindung

Ziel .der Erfindung ist es, ein Entschwefelung-Verfahren zu entwickeln, das ohne zusätzlichen apparativen Aufwand unter

definierten metallurgischen Bedingungen mit verringertem Energieaufwand Sntschwefelungseffekte garantiert.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch Schaffung metallurgischer Bedingungen ein leistungsfähiges Entschwefelungsverfahren au entwickeln, bei dem gestufte Schwefelgehalte im Stahl erzielt werden.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf dem unter Vakuum stehenden Pfannenboden oder während des Füllens der Pfanne vorzugsweise in einer Pfannendurchlaufentgasungsanlage ein Sntschwefelungsmittel zugegeben wird. Das Entschwefelungsmittel kann fest oder flüssig sein. Im Vakuum liegen ausgezeichnete metallurgische Bedingungen für eine Entschwefelung vor, wobei durch die Entgasungseffekte eine intensive Entschwefelungsarbeit infolge des günstigen Stofftransportes geleistet wird. Vorzugsweise wird das Entschwefelungsverfahren in einer basischen Pfanne durchgeführt. Unter den vorliegenden metallurgischen Bedingungen, vorzugsweise bei der Pfannendurchlaufentgasung, müssen keine Sondermaßnahmen zum Zurückhalten einer Irischschlacke oder normalen Ofenschlacke getroffen werden, da durch die Verfahrensanordnung garantiert die Ofenschlacke zuletzt auf die Entschwefelungsschlacke der Behandlungspfanne gelangt und damit günstige Sntschwefelungsbedingungen vorliegen« Die Entfernung des Schwefels aus dem Stahlbad im Vakuum erfolgt unter kinetisch günstigen Bedingungen über die Schlackenphase und über die Gasphase»

Ausführungsb e is vie I

Die 7/irkung der Erfindung wird beispielsweise an einem Stahl für große Schmiedestücke beschrieben:

In einer Vakuumanlage wird in eine basische Behandlungspfanne auf den Boden ein Entschwefelungsmittel oder -gemisch, beispielsweise Calciumcarbid oder ein Kaik/Flußspat-Gemisch, aufgegeben. Danach wird die Entgasungsanlage evakuiert und der flüssige Stahl nach üblicher Technologie nach dem Durch-

laufverfahren entgast. Beim Auftreffen und beim Durchschweben der flüssigen, feinen Stahltröpfchen wird durch die sich bildende Sntschwefelungsschlacke eine intensive Entschwefelungsarbeit geleistet. Während des gesamten Entgasungsprozesses erfolgt kontinuierlich eine weitere intensive Entschwefelung und kontinuierlicher Stofftransport durch die sich bildenden Gase im flüssigen Stahl der Pfanne» 2urch die -Anwendung dieses Verfahrens erfolgt ein mehrmaliger Stoffaustausch zwischen dem flüssigen Stahl und dem Entschwefelungsmittel unter thermodynamisch günstigen Bedingungen, der eine Voraussetzung zur Erzielung niedrigster Schwefelgehalte ist. Ss können sämtliche bekannten Entschwefelungsmittel verwendet werden» In sauren Pfannen kann das Verfahren ebenfalls durchgeführt werden, doch der dabei erzielte Entschwefelungseffekt ist niedriger als bei basischen Pfannen.

Der Endschwefelgehalt im Stahl resultiert aus den technologischen Rahmenbedingungen, wie z.B. Art und Menge des Entschwefelungsmittels, Entgasungsdruck, Reaktionsdauer und Art der ff-Auskleidung der Reaktionspfanne. Unter Berücksichtigung dieser Parameter lassen sich niedrigste Schwefelgehalte im Stahl einstellen.

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch

   1· Verfahren zur Herstellung von Stählen mit niedrigen Schwefelgehalten und hohen Reinheitsgraden unter Zugabe von Entschwefelungsmitteln in das Stahlbad, in Kombination mit Pfannenentgasungsverfahren oder Zugabe von Entschwefelungsschlacken während des Abstichs bei fortwährender Argonspülung, gekennzeichnet dadurch, daß ein Entschwefelungsmittel oder -gemisch vor oder während des Füllens einer im Vakuum stehenden Pfanne zugegeben wird ο

   2«, Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Verfahren mit bekannten Vakuumentgasungsverfahren, vorzugsweise der Durchlaufentgasung und Abstichentgasung, kombiniert wird,

   3ο Verfahren nach Punkt 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Verfahren in einer basischen oder sauren Pfanne durchgeführt wird _β

   4ο Verfahren nach Punkt 1 bis 3> gekennzeichnet dadurch, daß zusätzlich während der Entschwefelungsphase im Vakuum eine Inertgasspülung durchgeführt -wird.

   3» Verfahren nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß nach der Entschwefelung im Vakuum bei normalem Luftdruck unter Nutzung der reaktionsfähigen Schlacke eine Inertgasspülung durchgeführt wird»

   6» Verfahren nachPunkt 1 bis 5_S gekennzeichnet dadurch, daß während des Entschwefelungsprozesses im.Vakuum das Metallbad'aufgeheizt wird,

   7· Verfahren nach Punkt 1 bis 6, '-gekennzeichnet dadurch, daß während und nach der Entschwefelung im Vakuum zu— sätzlich die Temperatur des Metallbades gemessen wird»