DE10137761A1 - Verfahren zur Erzeugung nichtrostender Stähle, insbesondere chrom-und chromnickelhaltiger Edelstähle - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung nichtrostender Stähle, insbesondere chrom-und chromnickelhaltiger Edelstähle

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung nichtrostender Stähle, insbesondere chrom- und chromnickelhaltiger Stähle, in einer ein metallurgisches Gefäß aufweisenden Schmelzeinrichtung oder in einer mindestens zwei Gefäße (2, 3) aufweisenden Schmelzeinrichtung (1) zur Versorgung einer Stahlgießanlage, wobei dann 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, und die Schlacke entfernt. Danach wird der Blasprozess durchgeführt, wobei der Kohlenstoffgehalt der Schmelze bis auf einen Wert < 0,9 % 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 oder des Anspruch 2.
  • Zur Erzeugung von chrom- oder chromnickelhaltigen Edelstählen sind mehrstufige Prozesse in einer mindestens zwei Gefäße umfassenden Schmelzeinrichtung bekannt. 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 Blaslanzen 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 oder 2 angegebenen 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 nachgeschalteten 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 nachgeschaltete 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) Erhitzen von hochchromhaltiger Schlacke in dem ersten Behandlungsschritt zusammen mit dem Einschmelzen der zugegebenen Charge und zwar mittels elektrischer Energie aus dem Elektrolichtbogen,
    • b) Reduzieren der hochchromhaltigen Schlacke während des Einschmelzprozesses 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, mit anschließendem Entfernen der Schlacke,
    • c) Behandeln der Schmelze in demselben Gefäß mit einem Blasprozess, wodurch durch Blasen von Sauerstoff oder Sauerstoffgemischen durch Top- Lanzen, Seitenlanzen, Seitenunterbaddüsen, Seitendüsen, Bodendüsen bzw. Spülsteine, jeweils einzeln oder kombiniert, die Schmelze bis auf einen Kohlenstoffwert < 0,9%, vorzugsweise < 0,4%, entkohlt und auf eine Abstichtemperatur von 1.620 bis 1.720°C erwärmt wird,
    • d) Durchmischen der Schmelze mit einem Inertgas, das durch Top-Lanzen, Seitenlanzen, Seitenunterbaddüsen, Seitendüsen, Bodendüsen bzw. Spülsteine, jeweils einzeln oder kombiniert, eingeführt wird,
    • e) Ein-/Aufblasen von Legierungsmitteln, Schlackenbildnern, Reduktionsmitteln, metalloxid-metallhaltigen Stäuben oder Gemischen durch Top-Lanzen, Seitenlanzen, Seitenunterbaddüsen, Seitendüsen, Bodendüsen bzw. Spülsteine, jeweils einzeln oder kombiniert,
    • f) 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.
  • Das vorgeschlagene Verfahren kann grundsätzlich in einem einzigen metallurgischen Gefäß ablaufen. Zur Beschleunigung der Abstichzeiten wird nach Anspruch 2 vorgeschlagen, daß Verfahren in einer Schmelzeinrichtung mit zwei, wechselweise betriebenen, metallurgischen Gefäßen durchzuführen. Dann wird parallel 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.
  • Der Schmelzvorgang kann auch auf anderem Wege als elektrisch mittels Lichtbögen durchgeführt werden, wobei darauf zu achten ist, daß die günstigen thermodynamischen 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 Durchmischung und Homogenisierung der Schmelze können gleichzeitig zum Sauerstoffblasprozess Inertgase eingeblasen werden.
  • Die Schmelze wird bei einer Blaszeit des Sauerstoffs von 20 bis 40 min auf einen Endkohlenstoffgehalt von < 0,9%, vorzugsweise 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 Zieltemperatur zu erreichen.
  • Nach einem bevorzugten Verfahrensschritt wird der Blasprozess bei einem Kohlenstoffgehalt von gleich oder weniger als 0,9%, vorzugsweise gleich oder weniger als 0,4%, und einer Temperatur von über 1.680°C beendet und die Metallschmelze in eine Pfanne abgestochen. Erfindungsgemäß bleibt die Schlacke im Gefäß, um dort anschließend während des erneuten Einschmelzvorgangs reduziert zu werden. Hiervon getrennt wird im weiteren Behandlungsablauf die Metallschmelze auf den gewünschten Endkohlenstoffgehalt von < 0,1% mittels einer sekundärmetallurgischen Behandlung, vorzugsweise Vakuumentgasung, gebracht. Dies hat auch den Vorteil, dass das Feuerfest-Material des Gefäßes, das bei einem Blasprozess bis zu niedrigen Kohlenstoffgehalten 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 vorgeschlagen, 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.
  • Während des Einschmelzens der Charge werden durch Top-Lanzen, Seitenunterbaddüsen, Seitendüsen, Bodendüsen bzw. Spülsteine, jeweils einzeln oder kombiniert, Sauerstoff oder Sauerstoffgemische zur verbesserten Silizium- und Kohlenstoffoxidation zugegeben.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der die in der Figur dargestellte Ausführungsform einer Schmelzvorrichtung, hier mit zwei metallurgischen Gefäßen, 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 Behandlungsgefäßen.
  • Die Schmelzeinrichtung 1 besteht aus zwei Behandlungsgefäßen 2, 3, in denen wechselweise ein Elektrolichtbogenofenprozess (I) und ein Blasprozess (II) betrieben werden. Im linken Behandlungsgefäß 2 ist der Betriebszustand des Einschmelzens 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 Deckelherzöffnung 7 eines verschwenkten Deckels 8 des rechten Behandlungsgefäßes 3 in den Innenraum des Gefäßoberteils 9 geführt ist. Die Mündung 10 des Abgaskrümmers 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 6ist über eine Drehvorrichtung 12 zu dem benachbarten Behandlungsgefäß 2 verschwenkbar. Das Unterteil 11 weist eine Abstichöffnung 13, hier den Bodenabstich, für die Metallschmelze auf, während die chromhaltige Schlacke im Gefäß verbleibt.
  • Im Boden bzw. in der Wand des Gefäßes befinden sich jeweils einzeln oder kombiniert Bodendüsen 22, Spülsteine, Seitenunterbaddüsen, Seitendüsen 20 oder/und Seitenlanzen 21, durch die Sauerstoff-, Inertgas- bzw. Gasgemische geblasen werden.
  • Das links dargestellte Behandlungsgefäß 2 weist einen verschwenkbaren Elektrodenarm 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 Abstichöffnung 13 abgestochen ist, wird ein erneuter Schmelzvorgang begonnen. Die abgestochene Schmelze wird einer Stahlgießanlage oder einer sekundärmetallurgischen Behandlungsanlage (nicht gezeigt) zugeführt. Auf die nicht abgestochene und im Gefäß verbleibende Schlacke 19 wird chargiert, wobei die Charge insbesondere kohlenstoff- und siliziumhaltige Rohstoffe enthält, und der gesamte Inhalt wird anschließend eingeschmolzen. Während des Einschmelzprozesses wird die hochchromhaltige Schlacke reduziert, nachdem die Schmelze einen Temperaturwert von einem Minimum von 1.490°C erreicht hat. Nach Erreichen eines Temperaturwertes von vorzugsweise einem Minimum von 1.550°C wird die Schlacke entfernt und die Schmelze einem Blasprozess unterzogen, wodurch die Schmelze bis auf einen Kohlenstoffwert < 0,9%, vorzugsweise < 0,4%, entkohlt und auf eine Abstichtemperatur von 1.620 bis 1.720°C erwärmt wird. Hierzu werden der Elektrodenarm 14 ausgeschwenkt und die Sauerstoff-Lanze 4 eingeschwenkt. Anschließend wird nur die Metallschmelze abgestochen. Die Lanze 4 wird herausgefahren und der Vorgang beginnt von neuem. In dem benachbarten Behandlungsgefäß läuft dieser Vorgang jeweils zeitlich versetzt ab.

Claims (10)

1. Verfahren zur Erzeugung nichtrostender Stähle, insbesondere chrom- und chromnickelhaltiger Stähle, in einer ein metallurgisches Gefäß aufweisenden Schmelzeinrichtung zur Versorgung einer Stahlgießanlage,
wobei in dem Gefäß ein Elektrolichtbogenofenprozess und ein Blasprozess betrieben wird, und
wobei in einem ersten dieser Behandlungsschritte, in dem der Elektrolichtbogeneinschmelzprozess durchgeführt wird, eine Charge, im wesentlichen bestehend aus festem und/oder flüssigen Roheisen und Rohstoffen, insbesondere aus Schrott und teilweise Kohlenstoff- und Silizium enthaltenden Legierungsträgern, eingeschmolzen wird,
und die Schmelze anschließend gefrischt wird, gekennzeichnet durch
reversive Behandlung unreduzierter Schlacke nach dem Blasprozeß im Elektrolichtbogenofen-Betrieb mit den folgenden Schritten:
a) Erhitzen von hochchromhaltiger Schlacke in dem ersten Behandlungsschritt zusammen mit dem Einschmelzen der zugegebenen Charge,
b) Reduzieren der hochchromhaltigen Schlacke während des Einschmelzprozesses 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, mit nachfolgedem Entfernen der Schlacke,
c) Behandeln der Schmelze in demselben Gefäß mit einem Blasprozess, wodurch durch Blasen von Sauerstoff oder Sauerstoffgemischen durch Top-Lanzen, Seitenlanzen, Seitenunterbaddüsen, Seitendüsen, Bodendüsen bzw. Spülsteine, jeweils einzeln oder kombiniert, die Schmelze bis auf einen Kohlenstoffwert < 0,9% entkohlt und auf eine Abstichtemperatur von 1.620 bis 1.720°C erwärmt wird,
d) Durchmischen der Schmelze mit einem Inertgas, das durch Top- Lanzen, Seitenlanzen, Seitenunterbaddüsen, Seitendüsen, Bodendüsen bzw. Spülsteine, jeweils einzeln oder kombiniert, eingeführt wird,
e) Ein-/Aufblasen von Legierungsmitteln, Schlackenbildnern, Reduktionsmitteln, metalloxid-metallhaltigen Stäuben oder Gemischen durch Top- Lanzen, Seitenlanzen, Seitenunterbaddüsen, Seitendüsen, Bodendüsen bzw. Spülsteine, jeweils einzeln oder kombiniert,
f) 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.
2. 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, und
wobei in einem ersten dieser Behandlungsschritte, in dem der Elektrolichtbogeneinschmelzprozess (I) durchgeführt wird, eine Charge, im wesentlichen bestehend aus festem und/oder flüssigen Roheisen und Rohstoffen, insbesondere aus Schrott und teilweise Kohlenstoff- und Silizium enthaltenden 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 Schlacke (19) nach dem Blasprozeß im Elektrolichtbogenofen-Betrieb mit den folgenden Schritten:
a) Erhitzen von hochchromhaltiger Schlacke (19) in dem ersten Behandlungsschritt zusammen mit dem Einschmelzen der zugegebenen Charge,
b) Reduzieren der hochchromhaltigen Schlacke während des Einschmelzprozesses 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, mit nachfolgedem Entfernen der Schlacke,
c) Behandeln der Schmelze in demselben Gefäß mit einem Blasprozess, wodurch durch Blasen von Sauerstoff oder Sauerstoffgemischen durch Top-Lanzen, Seitenlanzen, Seitenunterbaddüsen, Seitendüsen, Bodendüsen bzw. Spülsteine, jeweils einzeln oder kombiniert, die Schmelze bis auf einen Kohlenstoffwert < 0,9% entkohlt und auf eine Abstichtemperatur von 1.620 bis 1.720°C erwärmt wird,
d) Durchmischen der Schmelze mit einem Inertgas, das durch Top- Lanzen, Seitenlanzen, Seitenunterbaddüsen, Seitendüsen, Bodendüsen bzw. Spülsteine, jeweils einzeln oder kombiniert, eingeführt wird,
e) Ein-/Aufblasen von Legierungsmitteln, Schlackenbildnern, Reduktionsmitteln, metalloxid-metallhaltigen Stäuben oder Gemischen durch Top- Lanzen, Seitenlanzen, Seitenunterbaddüsen, Seitendüsen, Bodendüsen bzw. Spülsteine, jeweils einzeln oder kombiniert,
f) anschließendes Abstechen der Schmelze (18), wobei die unreduzierte hochchromhaltige Schlacke (19) des Blasprozesses im Behandlungsgefäß verbleibt und im erneuten Zyklus des Elektrolichtbogen- Einschmelzprozesses gemäß Schritt a) reduziert wird, und
g) wobei zugleich neben dem entkohlenden Verblasen der Charge in dem ersten Behandlungsgefäß der Schmelzprozess einer zweiten Charge einschließlich Reduktionsprozess der Schlacke in dem zweiten Behandlungsgefäß durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Blasen von Sauerstoff oder Sauerstoffgemischen durch Top- Lanzen, Seitenlanzen, Seitenunterbaddüsen, Seitendüsen, Bodendüsen bzw. Spülsteine, jeweils einzeln oder kombiniert, in Form von Aufblasen und/oder Einblasen durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks der Durchmischung und Homogenisierung der Schmelze gleichzeitig zum Sauerstoffblasprozess die Inertgase durch Top-Lanzen, Seitenlanzen, Seitenunterbaddüsen, Seitendüsen, Bodendüsen bzw. Spülsteine, jeweils einzeln oder kombiniert, eingeblasen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Blaszeit des Sauerstoffs von 20 bis 40 min die Schmelze auf einen Endkohlenstoffgehalt von < 0,9% entkohlt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass während des Sauerstoffblasens Kühlmittel zugegeben werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Blasprozess bei einem Kohlenstoffgehalt von < 0,9% 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 Metallschmelze auf den gewünschten Endkohlenstoffgehalt < 0,1% mittels einer sekundärmetallurgischen Behandlung, vorzugsweise Vakuumentgasung, gebracht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich Kohlenstoff und und/oder Silizium bzw. andere Reduktionsmittel zugegeben werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das in der hochchromhaltigen Schlacke (19) enthaltende Chromoxid und andere Metalloxide durch den Kohlenstoff und das Silizium direkt zu metallischem Chrom bzw. anderen Metallen reduziert werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass während des Einschmelzens der Charge durch Top-Lanzen, Seitenlanzen, Seitenunterbaddüsen, Seitendüsen, Bodendüsen bzw. Spülsteine, jeweils einzeln oder kombiniert, Sauerstoff zur Silizium- und Kohlenstoffoxidation zugegeben wird.
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