DE102004055206B4 - Verfahren zum Herstellen von Stahl mit hohem Mangan- und niedrigem Kohlenstoffgehalt - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Herstellen von Stahl (1) mit hohem Mangan- und niedrigem Kohlenstoff-Gehalt auf der Basis von flüssigem Roheisen (2) oder flüssigem Stahl (3) und Schlackenbildnern (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Prozess durch Einbringen von flüssigem Ferromangan (5) mit etwa 6% C und flüssigem Stahl (3; 3a) mit ca. 0,1% C in einen FeMn Raffinationskonverter (6a) und einer benötigten Menge von Schlackenbildnern (4) eingeleitet wird, dass über kombiniertes Blasen von Sauerstoff (7) durch Toplanzen (8) und Unterbaddüsen (9) der Kohlenstoff-Anteil auf ca. 0,7–0,8% gesenkt wird, wonach ein Anteil des kalten Endprodukts aus einer Vorschmelze als Kühlmittel (10) eingegeben wird und wonach durch kontinuierliches Einblasen von Sauerstoff (7) durch die Unterbaddüsen (9) der Kohlenstoff-Anteil bis auf ca. 0,05–0,1% C gesenkt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Stahl mit hohem Mangan- und niedrigem Kohlenstoffgehalt auf der Basis von flüssigem Roheisen oder flüssigem Stahl und Schlackenbildnern.
• Die Herstellung von hoch manganhaltigem Stahl wird in Hüttenwerken überwiegend auf der Basis von Schrott im Lichtbogenofen durchgeführt (Vortrag am Forum für Metallurgie, Leoben, 2003, Verfasser Gigacher, Doppler, Bernard Krieger). Bei der Herstellung werden Mangan-Träger als Ferrolegierung in die Schmelze gegeben. Dadurch entsteht das Problem, dass Ferromangan (FeMn) mit einem niedrigen Kohlenstoffgehalt um das ca. 300fache teurer ist als das gleiche Produkt mit einem hohen C-Gehalt. FeMn mit niedrigem Kohlenstoffgehalt ist jedoch für die Herstellung am besten geeignet.
• Eine Herstellung von hoch manganhaltigem Stahl in einem anderen Gefäß als einem Elektrolichtbogenofen scheitert daran, dass durch das Blasen von Sauerstoff eine sehr große Menge von Mangan verschlackt, da beim Entkohlen des Stahls der Sauerstoff eine höhere Affinität zu Mangan entwickelt. Bisher bei der Wahl der Konverterroute auftretende Nachteile liegen in einem hohen Verschlacken des Mangans und einem entsprechend niedrigen Mangangehalt im Stahl von ca. 16–17%.
• Die Herstellung von Stahl mit hohem Mangan- und niedrigem Kohlenstoffgehalt im Elektrolichtbogenofen ist mit mehreren Nachteilen verbunden: Im Lichtbogenbereich findet bei Temperaturen bis 3000°C eine hohe Verdampfung des Mangans statt. Es ist hochwertiger, also teurer Schrott erforderlich, um niedrige Gehalte von Begleitelementen zu gewährleisten. Außerdem ist der Einsatz von teuren Ferrolegierungen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt notwendig.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bisherigen Nachteile der Prozessroute in anderen Gefäßen als Elektrolichtbogenöfen zu vermeiden, wobei bei Einsatz von Roheisen und flüssiger FeMn-Charge hoch manganhaltiger Stahl bei niedrigstem Kohlenstoffgehalt erzielt werden soll.
• Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Prozess durch Einbringen von flüssigem Ferromangan mit etwa 6% C und flüssigem Stahl mit ca. 0,1% C in einen FeMn-Raffinationskonverter und einer benötigten Menge von Schlackenbildnern eingeleitet wird, dass über kombiniertes Blasen von Sauerstoff durch Toplanzen und Unterbaddüsen der Kohlenstoff-Anteil auf ca. 0,7–0,8% gesenkt wird, wonach ein Anteil des kalten Endprodukts aus einer Vorschmelze als Kühlmittel eingegeben wird und wonach durch kontinuierliches Einblasen von Sauerstoff durch die Unterbaddüsen der Kohlenstoff-Anteil bis auf ca. 0,05–0,1% C gesenkt wird. Die Wirkung der Kühlmittel und der Ablauf des Verbrennungsprozesses des Kohlenstoffs bei relativ niedrigen Temperaturen und unterhalb des Badspiegels verhindert die Verdampfung des Mangans. Der Einsatz von FeMn carbure als Manganträger gewährleistet eine preiswerte Route zur Herstellung von hoch manganhaltigem Stahl. Der Mangangehalt kann auf ca. 25–30% gesteigert werden. Der Einsatz von Roheisen erleichtert die Einhaltung der strengen Anforderungen an Anteile von Kupfer und anderen Begleitelementen. Die Herstellung von hoch manganhaltigem Stahl mit Zusätzen wird auch in einem integrierten Stahlwerk möglich. Die Zugabe von Trampelementen aus Schrott, der bspw. Kupfer, Zink, Zinn, Molybdän, Wolfram o. dgl. enthält, ist nicht erforderlich.
• Vorteilhaft ist außerdem, dass mit dem kombinierten Blasen von Sauerstoff und Sauerstoff-Inertgasmischung durch die Toplanze bzw. über die Unterbaddüsen der Partialdruck erniedrigt wird.
• Zur Einhaltung einer vorteilhaften niedrigen Temperatur ist vorgesehen, dass alle Schritte des Prozesses in einem Temperaturbereich zwischen 1630–1650°C durchgeführt werden.
• Eine weitere Verbesserung des Verfahrens sieht vor, dass zur Einstellung der Analyse in einem Pfannenofen SiMn und/oder FeAl in die Schmelze gegeben werden.
• Damit können Stähle, wie bspw. TWIP-(Twinning Induced Plasticity) oder TRIP-Stähle (Transformation Induced Plasticity) erzeugt werden.
• In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, die nachstehend näher erläutert wenden.
• Es zeigen:
• 1 ein Diagramm für den Chargiervorgang (oberer Teil) und den Verlauf des Entkohlungsprozesses in Abhängigkeit der Zeit (unterer Teil) und
• 2 eine Blockdarstellung mit der Routine der zugeführten Rohstoffe in einer Schmelzanlage.
• Gemäß 1 arbeitet ein Verfahren zum Herstellen von Stahl 1 mit hohen Mangan- und niedrigen Kohlenstoff-Gehalten auf der Basis von flüssigem Roheisen 2 oder flüssigem Stahl 3 und Schlackenbildnern 4 (vgl. in 2 die dortige Schlackenschicht). Der Prozess wird eingeleitet durch Einbringen von flüssigem Ferromangan 5 mit etwa 6% C und flüssigem Stahl bzw. Kohlenstoffstahl 3a mit ca. 0,1% C in einen FeMn-Raffinationskonverter 6a mit einer benötigten Menge von Schlackenbildnern 4. Danach wird über ein kombiniertes Blasen von Sauerstoff 7 durch zumindest eine Toplanze 8 und Unterbaddüsen 9 der Kohlenstoff-Anteil auf ca. 0,7 bis 0,8% C gesenkt. Gleichzeitig wird ein Anteil des kalten Endprodukts aus einer Vorschmelze als Kühlmittel 10 eingegeben. In dieser Phase erfolgt ein Absenken des Kohlenstoff-Anteils bis auf ca. 0,05–0,1% C durch kontinuierliches Einblasen von Sauerstoff 7 durch die Unterbaddüsen 9.
• Mit dem kontinuierlichen Blasen von Sauerstoff 7 und einer Sauerstoff-Inertgasmischung 11 durch die Unterbaddüsen 9 und durch die Toplanze 8 kann der Partialdruck des Sauerstoffs in der Schmelze erniedrigt werden. Alle Schritte des Prozesses finden in einem (niedrigen) Temperaturbereich zwischen 1630°C und 1650°C statt.
• Zur Einstellung der Analyse in einem Pfannenofen 12 werden SiMn und/oder FeAl in die Schmelze 13 eingegeben.
• Die Schmelzanlage zum Herstellen von Stahl 1 mit hohen Mangan- und niedrigen Kohlenstoff-Gehalten arbeitet gemäß 2 mit einer Roheisen- oder Kohlenstoffstahl-Versorgung 14 unter Zugabe von Schlackenbildnern 4 und Begleitelementen 15 des Stahls. Dazu dient ein Reduktionsofen 16 (mit eingetauchten Elektroden) oder ein Hochofen 17 für das Roheisen 2 oder ein Stahlwerkskonverter 6 für Kohlenstoffstahl 3a oder ein Elektrolichtbogenofen 18, die im Stofffluss einem FeMn-Raffinationskonverter 6a vorgeordnet sind. An den FeMn-Raffinationskonverter 6a schließt sich der Pfannenofen 12 an.
• Ein praktisches Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäß Verfahren ist derart gestaltet, dass in einem ersten Schritt in den FeMn-Raffinationskonverter 6a flüssiges FeMn75 carbure in einer Menge von ca. 380 kg mit 6% C (pro Tonne Stahl) und 530 kg flüssiger Stahl mit 0,1% C und die benötigte Menge Schlackenbildner 4 zugegeben wird, wodurch die Schmelze (13) 23,3 kg Kohlenstoff erhält, die einem Kohlenstoffgehalt von C = 2,6% entsprechen. In einem zweiten Schritt wird der Kohlenstoffgehalt durch kombiniertes Sauerstoffblasen über zumindest eine Toplanze 8 und mehrere Unterbaddüsen 9 auf ca. 0,7% abgesenkt wird. In einem dritten Schritt werden ca. 150 kg (auf eine Tonne Stahl) des kalten Endprodukts aus einer Vorschmelze kontinuierlich als Kühlmittel 10 zugegeben. Als vierter Schritt wird über die Unterbaddüsen 9 eine Sauerstoff-Inertgas-Mischung 11 (das Inertgas dient zum Schutz der Düsen und übt gleichzeitig eine Rührwirkung aus) der Kohlenstoffgehalt auf ca. 0,1% C abgesenkt.
• Die Einstellung der Analyse (TWIP- oder TRIP-Stähle) erfolgt über eine Zugabe von Leichtmetallen (Si, Al u. dgl.), so dass der anzustrebende hoch manganhaltige Stahl 1 mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und Zusätzen Al und Si auch in einem integrierten Stahlwerk erzeugt werden kann.
• Bezugszeichenliste

1

Stahl mit hohem Mangan- und niedrigem C-Gehalt

2

flüssiges Roheisen

3

flüssiger Stahl

3a

flüssiger Kohlenstoffstahl

4

Schlackenbildner

5

flüssiges Ferromangan

6

Stahlwerkskonverter

6a

FeMn-Raffinationskonverter

7

Sauerstoff

8

Toplanze

9

Unterbaddüsen

10

Kühlmittel

11

Sauerstoff-Inertgasmischung

12

Pfannenofen

13

Schmelze

14

Roheisen- oder Kohlenstoffstahl-Versorgung

15

Begleitelemente

16

Reduktionsofen (SAF)

17

Hochofen

18

Elektrolichtbogenofen

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen von Stahl (1) mit hohem Mangan- und niedrigem Kohlenstoff-Gehalt auf der Basis von flüssigem Roheisen (2) oder flüssigem Stahl (3) und Schlackenbildnern (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Prozess durch Einbringen von flüssigem Ferromangan (5) mit etwa 6% C und flüssigem Stahl (3; 3a) mit ca. 0,1% C in einen FeMn Raffinationskonverter (6a) und einer benötigten Menge von Schlackenbildnern (4) eingeleitet wird, dass über kombiniertes Blasen von Sauerstoff (7) durch Toplanzen (8) und Unterbaddüsen (9) der Kohlenstoff-Anteil auf ca. 0,7–0,8% gesenkt wird, wonach ein Anteil des kalten Endprodukts aus einer Vorschmelze als Kühlmittel (10) eingegeben wird und wonach durch kontinuierliches Einblasen von Sauerstoff (7) durch die Unterbaddüsen (9) der Kohlenstoff-Anteil bis auf ca. 0,05–0,1% C gesenkt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem kombinierten Blasen von Sauerstoff (7) und einer Sauerstoff-Inertgasmischung (11) durch die Toplanze (8) bzw. über die Unterbaddüsen (9) der Partialdruck erniedrigt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass alle Schritte des Prozesses in einem Temperaturbereich zwischen 1630–1650°C durchgeführt werden.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Analyse in einem Pfannenofen (12) SiMn und/oder FeAl in die Schmelze (13) gegeben werden.

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