DE10115779A1 - Verfahren zur Erzeugung nichtrostender Stähle, insbesondere chrom- und chromnickelhaltiger Edelstähle - Google Patents
Verfahren zur Erzeugung nichtrostender Stähle, insbesondere chrom- und chromnickelhaltiger EdelstähleInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung nichtrostender Stähle, insbesondere chrom- und chromnickelhaltiger Stähle, in einer mindestens zwei Gefäße (2, 3) aufweisenden Schmelzeinrichtung (1) zur Versorgung einer Stahlgießanlage, wobei in beiden Gefäßen (2, 3) wechselweise ein Elektrolichtbogenofenprozess (I) und ein Blasprozess (II) betrieben wird. Um ein solches Verfahren wirtschaftlicher zu machen, soll eine reversible Behandlung unreduzierter Konverterschlacke im Elektrolichtbogenofen-Betrieb stattfinden. Hierzu wird die hochchromhaltige Schlacke (19) in dem ersten Behandlungsschritt zusammen mit der zugegebenen Charge eingeschmolzen, die Schlacke während des Einschmelzprozesses mit dem Silizium und Kohlenstoff bei günstigen thermodynamischen Bedingungen des Lichtbogens reduziert, nachdem die Schmelze einen Temperaturwert von einem Minimum von 1490 DEG C erreicht hat. Danach wird der Blasprozess durchgeführt, wobei der Kohlenstoffgehalt der Schmelze bis auf einen Wert < 0,4% vermindert wird. Bei einer Abstichtemperatur von 1620 bis 1720 DEG C wird die Metallschmelze (18) abgestochen, wobei die unreduzierte hochchromhaltige Schlacke (19) des Blasprozesses im Behandlungsgefäß verbleibt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Zur Erzeugung von chrom- oder chromnickelhaltigen Edelstählen sind mehrstufige
Prozesse in einer mindestens zwei Gefäße umfassenden Schmelzeinrichtung be
kannt. Abhängig von der jeweiligen Verfahrenstechnik wird dabei eine Entkohlung
bis zu Kohlenstoffgehalten von unterhalb 0,3% durchgeführt. Stets ist ein hoher
Energieaufwand erforderlich und Temperaturverluste sind unvermeidlich.
Ein solches Verfahren ist aus der DE 196 21 143 bekannt. Das hier beschriebene
Verfahren wird in einer Schmelzeinrichtung durchgeführt, die mindestens zwei
Gefäße umfasst. Beide Gefäße werden parallel betrieben, wobei in jedem Gefäß
wechselweise entweder Elektroden zum Einschmelzen der Charge oder Blaslan
zen zum Aufblasen und/oder Einblasen von Sauerstoff und Sauerstoffgemischen
einsetzbar sind. Die Gefäße dienen also zunächst als Einschmelz- und danach als
Frischaggregat. Nach dem Blasen wird die Schlacke mit Reduktionsmitteln wie
zum Beispiel Ferrosilizium, Aluminium oder Sekundäraluminium bei Zugabe von
Schlackenbildnern wie Kalk und Flußspat zur Rückgewinnung von oxidiertem
Chrom reduziert und anschließend abgestochen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren wirtschaftlicher
zu machen.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angege
benen Verfahrensschritte gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen des Verfahrens
sind in den Unteransprüchen enthalten.
Kern der Erfindung ist die reversible Behandlung unreduzierter Konverterschlacke
im Elektrolichtbogenofen-Betrieb. In Abkehr zu dem bekannten Verfahren, bei dem
die Reduktion der hochchromhaltigen Schlacke und somit Rückgewinnung des
metallischen Chroms in einem dem Einschmelzen und Sauerstoffblasen nachge
schalteten und hiervon getrennten Verfahrensschritt durchgeführt wird, wird die
Reduktion nunmehr gleichzeitig mit einem erneuten Schmelzvorgang einer neuen
Charge unter Beibehalten der Schlacke des vorherigen Blasprozesses im Gefäß
durchgeführt. Auf diese Weise wird ein Verfahrensschritt, nämlich das nachge
schaltete Reduzieren der Schlacke, eingespart sowie die chromhaltige Schlacke
dem System nicht entzogen. Insgesamt wird dadurch das Verfahren einfacher und
wirtschaftlicher.
Im einzelnen werden folgende Schritte durchgeführt:
- a) Einschmelzen von hochchromhaltiger Schlacke in dem ersten Behandlungsschritt zusammen mit der zugegebenen Charge und zwar mittels elektrischer Energie aus dem Elektrolichtbogen,
- b) Reduzieren der hochchromhaltigen Schlacke während des Ein schmelzprozesses mit dem Silizium und Kohlenstoff bei günstigen thermodynamischen Bedingungen des Lichtbogens, nachdem die Schmelze einen Temperaturwert von einem Minimum von 1.490°C erreicht hat,
- c) Unterziehen der Schmelze in demselben Gefäß mit einem Blasprozess, wodurch durch Blasen von Sauerstoff oder Sauerstoffgemischen die Schmelze bis auf einen Kohlenstoffwert < 0,4% entkohlt und auf eine Abstichtemperatur von 1.620 bis 1.720°C erwärmt wird,
- d) anschließendes Abstechen der Schmelze, wobei die unreduzierte hochchromhaltige Schlacke des Blasprozesses im Behandlungsgefäß verbleibt und im erneuten Zyklus des Elektrolichtbogen-Einschmelzprozesses gemäß Schritt a) reduziert wird, und
- e) wobei zugleich neben dem entkohlenden Verblasen der Charge in dem ersten Behandlungsgefäß der Schmelzprozess einer zweiten Charge einschließlich dem Reduktionsprozess der Schlacke in dem zweiten Behandlungsgefäß durchgeführt wird.
Grundsätzlich ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf eine Schmelzein
richtung mit zwei Gefäßen, die wechselweise betrieben werden, beschränkt. Wenn
längere Abstichzeiten in Kauf genommen werden können, kann das Verfahren
auch nur in einem Gefäß ablaufen.
Der Schmelzvorgang kann auch auf anderem Wege als elektrisch mittels Lichtbö
gen durchgeführt werden, wobei darauf zu achten ist, daß die günstigen thermo
dynamischen Bedingungen zur Reduktion der Schlacke erhalten bleiben.
Vorzugsweise wird das Blasen von Sauerstoff oder Sauerstoffgemischen in Form
von Aufblasen und/oder Seitenblasen durchgeführt. Zwecks besserer Durch
mischung und Homogenisierung der Schmelze können gleichzeitig zum Sauer
stoffblasprozess Inertgase eingeblasen werden.
Die Schmelze wird bei einer Blaszeit des Sauerstoffs von 20 bis 40 min auf einen
Endkohlenstoffgehalt von < 0,4% entkohlt.
Während des Sauerstoffblasens werden Kühlmittel zugegeben, beispielsweise in
Form von Ni, FeNi, Ferrochrom, Schrott sowie anderen eisenhaltigen metallischen
Rohstoffen wie Roheisenmasseln, DRI oder Legierungsmitteln, um die Zieltempe
ratur zu erreichen.
Nach einem bevorzugten Verfahrensschritt wird der Blasprozess bei einem Koh
lenstoffgehalt von gleich oder weniger als 0,4% und einer Temperatur von über
1.680°C beendet und die Metallschmelze in eine Pfanne abgestochen. Erfin
dungsgemäß bleibt die Schlacke im Gefäß, um dort anschließend während des
erneuten Einschmelzvorgangs reduziert zu werden. Hiervon getrennt wird im wei
teren Behandlungsablauf die Metallschmelze auf den gewünschten Endkohlen
stoffgehalt von < 0,1% mittels einer sekundärmetallurgischen Behandlung, vor
zugsweise Vakuumentgasung, gebracht. Dies hat auch den Vorteil, dass das Feu
erfest-Material des Gefäßes, das bei einem Blasprozess bis zu niedrigen Kohlen
stoffgehalten sehr hoch belastet wird, geschont werden kann.
Erfindungsgemäß wird die hochchromhaltige Schlacke mit dem Silizium- bzw.
Kohlenstoff aus silizium- bzw. kohlenstoffhaltigen Legierungsträgern in der Charge
reduziert. Nach einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante wird vorgeschla
gen, dass zusätzlich Kohlenstoff und ggf. Silizium zugegeben werden. Das in der
hochchromhaltigen Schlacke enthaltende Chromoxid wird durch den Kohlenstoff
und das Silizium direkt zu metallischem Chrom reduziert.
Zudem wird vorteilhafterweise vorgeschlagen, dass während des Einschmelzens
der Charge vorzugsweise durch eine Türlanze bzw. andere
O2-Einblaseinrichtungen Sauerstoff zur verbesserten Silizium- und
Kohlenstoffoxidation zugegeben wird.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgen
den Beschreibung, in der die in der Figur dargestellte Ausführungsform einer
Schmelzvorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert wird.
Dabei sind neben den oben aufgeführten Kombinationen von Merkmalen auch
Merkmale alleine oder in anderen Kombinationen erfindungswesentlich. Hierbei
zeigt die einzige Figur die Seitenansicht einer Schmelzeinrichtung mit zwei Be
handlungsgefäßen.
Die Schmelzeinrichtung 1 besteht aus zwei Behandlungsgefäßen 2, 3, in denen
wechselweise ein Elektrolichtbogenofenprozess (I) und ein Blasprozess (II) betrie
ben werden. Im linken Behandlungsgefäß 2 ist der Betriebszustand des Ein
schmelzens mittels elektrischer Lichtbögen, in dem rechten Behandlungsgefäß 3
der Betriebszustand des Frischens bzw. Sauerstoffblasens zur Verminderung des
Kohlenstoffgehaltes der Schmelze dargestellt.
Zum Sauerstoffeinblasen ist eine Lanze 4 an einem Lanzentragarm 5 befestigt, die
koaxial zur Gefäßhauptachse durch einen Abgaskrümmer 6 und die Deckel
herzöffnung 7 eines verschwenkten Deckels 8 des rechten Behandlungsgefäßes 3
in den Innenraum des Gefäßoberteils 9 geführt ist. Die Mündung 10 des Abgas
krümmers 6 lehnt sich an die Deckelherzöffnung 7 des Deckels 8 an. Das Oberteil
9 und das Unterteil 11 bilden zusammen das Ofengefäß 3. Der Abgaskrümmer 6
ist über eine Drehvorrichtung 12 zu dem benachbarten Behandlungsgefäß 2 ver
schwenkbar. Das Unterteil 11 weist eine Abstichöffnung 13, hier den Bodenab
stich, für die Metallschmelze auf, während die chromhaltige Schlacke im Gefäß
verbleibt.
Das links dargestellte Behandlungsgefäß 2 weist einen verschwenkbaren Elektro
denarm 14 auf, an dem im vorliegenden Fall drei Elektroden 15a, b, c, befestigt
sind, die durch das Deckelherz 16 des linken Behandlungsgefäßes 2, welches die
Deckelherzöffnung 17 verschließt, geführt sind.
Nachdem in einem Behandlungsgefäß die Metallschmelze 18 über die Abstichöff
nung 13 abgestochen ist, wird ein erneuter Schmelzvorgang begonnen. Die abge
stochene Schmelze wird einer Stahlgießanlage oder einer sekundärmetallurgi
schen Behandlungsanlage (nicht gezeigt) zugeführt. Auf die nicht abgestochene
und im Gefäß verbleibende Schlacke 19 wird chargiert, wobei die Charge insbe
sondere kohlenstoff- und siliziumhaltige Rohstoffe enthält, und der gesamte Inhalt
wird anschließend eingeschmolzen. Während des Einschmelzprozesses wird die
hochchromhaltige Schlacke reduziert, nachdem die Schmelze einen Temperatur
wert von einem Minimum von 1.490°C erreicht hat. Nach Erreichen eines Tempe
raturwertes von vorzugsweise einem Minimum von 1.550°C wird die Schmelze
einem Blasprozess unterzogen, wodurch die Schmelze bis auf einen Kohlenstoff
wert < 0,4% entkohlt und auf eine Abstichtemperatur von 1.620 bis 1.720°C er
wärmt wird. Hierzu werden der Elektrodenarm 14 ausgeschwenkt und die Sauer
stoff-Lanze 4 eingeschwenkt. Anschließend wird nur die Metallschmelze abgesto
chen. Die Lanze 4 wird herausgefahren und der Vorgang beginnt von neuem. In
dem benachbarten Behandlungsgefäß läuft dieser Vorgang jeweils zeitlich ver
setzt ab.
Claims (9)
1. Verfahren zur Erzeugung nichtrostender Stähle, insbesondere ehrom- und
chromnickelhaltiger Stähle, in einer mindestens zwei Gefäße (2, 3) aufwei
senden Schmelzeinrichtung (1) zur Versorgung einer Stahlgießanlage,
wobei in beiden Gefäßen (2, 3) wechselweise ein Elektrolichtbogenofenpro zess (I) und ein Blasprozess (II) betrieben wird, und
wobei in einem ersten dieser Behandlungsschritte, in dem der Elektrolicht bogeneinschmelzprozess (I) durchgeführt wird, eine Charge, im wesentli chen bestehend aus festem und/oder flüssigen Roheisen und Rohstoffen, insbesondere aus Schrott und teilweise Kohlenstoff- und Silizium enthalten den Legierungsträgern, eingeschmolzen wird,
und die Schmelze gefrischt wird, und wobei
zugleich neben dem entkohlenden Verblasen der Charge in dem ersten Behandlungsgefäß (2) der Schmelzprozess einer zweiten Charge in dem zweiten Behandlungsgefäß (3) durchgeführt wird, gekennzeichnet durch
reversive Behandlung unreduzierter Konverterschlacke (19) im Elektrolicht bogenofen-Betrieb mit den folgenden Schritten:
wobei in beiden Gefäßen (2, 3) wechselweise ein Elektrolichtbogenofenpro zess (I) und ein Blasprozess (II) betrieben wird, und
wobei in einem ersten dieser Behandlungsschritte, in dem der Elektrolicht bogeneinschmelzprozess (I) durchgeführt wird, eine Charge, im wesentli chen bestehend aus festem und/oder flüssigen Roheisen und Rohstoffen, insbesondere aus Schrott und teilweise Kohlenstoff- und Silizium enthalten den Legierungsträgern, eingeschmolzen wird,
und die Schmelze gefrischt wird, und wobei
zugleich neben dem entkohlenden Verblasen der Charge in dem ersten Behandlungsgefäß (2) der Schmelzprozess einer zweiten Charge in dem zweiten Behandlungsgefäß (3) durchgeführt wird, gekennzeichnet durch
reversive Behandlung unreduzierter Konverterschlacke (19) im Elektrolicht bogenofen-Betrieb mit den folgenden Schritten:
- a) Einschmelzen von hochchromhaltiger Schlacke (19) in dem ersten Behandlungsschritt zusammen mit der zugegebenen Charge,
- b) Reduzieren der hochchromhaltigen Schlacke während des Ein schmelzprozesses mit dem Silizium und Kohlenstoff bei günstigen thermo dynamischen Bedingungen des Lichtbogens, nachdem die Schmelze einen Temperaturwert von einem Minimum von 1.490°C erreicht hat,
- c) Unterziehen der Schmelze in demselben Gefäß mit einem Blaspro zess, wodurch durch Blasen von Sauerstoff oder Sauerstoffgemischen die Schmelze bis auf einen Kohlenstoffwert < 0,4% entkohlt und auf eine Ab stichtemperatur von 1.620 bis 1.720°C erwärmt wird,
- d) anschließendes Abstechen der Schmelze (18), wobei die unredu zierte hochchromhaltige Schlacke (19) des Blasprozesses im Behand lungsgefäß verbleibt und im erneuten Zyklus des Elektrolichtbogen- Einschmelzprozesses gemäß Schritt a) reduziert wird, und
- e) wobei zugleich neben dem entkohlenden Verblasen der Charge in dem ersten Behandlungsgefäß der Schmelzprozess einer zweiten Charge einschließlich Reduktionsprozess der Schlacke in dem zweiten Behand lungsgefäß durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Blasen von Sauerstoff oder Sauerstoffgemischen in Form von
Aufblasen und/oder Einblasen seitlich oder durch den Boden durchgeführt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass zwecks der Durchmischung und Homogenisierung der Schmelze
gleichzeitig zum Sauerstoffblasprozess Inertgase eingeblasen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einer Blaszeit des Sauerstoffs von 20 bis 40 min die Schmelze auf
einen Endkohlenstoffgehalt von < 0,4% entkohlt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass während des Sauerstoffblasens Kühlmittel zugegeben werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Blasprozess bei einem Kohlenstoffgehalt von < 0,4% und einer Temperatur von über 1.680°C beendet wird,
dass die Metallschmelze (18) in eine Pfanne entleert wird und die Schlacke (19) im Gefäß verbleibt, und dass im weiteren Behandlungsablauf die Me tallschmelze auf den gewünschten Endkohlenstoffgehalt < 0,1% mittels ei ner sekundärmetallurgischen Behandlung, vorzugsweise Vakuumentga sung, gebracht wird.
dass der Blasprozess bei einem Kohlenstoffgehalt von < 0,4% und einer Temperatur von über 1.680°C beendet wird,
dass die Metallschmelze (18) in eine Pfanne entleert wird und die Schlacke (19) im Gefäß verbleibt, und dass im weiteren Behandlungsablauf die Me tallschmelze auf den gewünschten Endkohlenstoffgehalt < 0,1% mittels ei ner sekundärmetallurgischen Behandlung, vorzugsweise Vakuumentga sung, gebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass zusätzlich Kohlenstoff und ggf. Silizium zugegeben werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass das in der hochchromhaltigen Schlacke (19) enthaltende Chromoxid
durch den Kohlenstoff und das Silizium direkt zu metallischem Chrom redu
ziert wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass während des Einschmelzens der Charge vorzugsweise durch eine
Türlanze bzw. andere O2-Einblaseinrichtungen Sauerstoff zur Silizium- und
Kohlenstoffoxidation zugegeben wird.
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