DE1068736B

DE1068736B - Verfahren zum Entphosphoren von Stahl

Info

Publication number: DE1068736B
Application number: DENDAT1068736D
Authority: DE
Inventors: Wattenscheid-Eppendorf Dr.-Ing. Werner Coupette und Dipl.-Ing. Adolf Sickbert
Original assignee: Bochumer Verein für Gußstahlfabrikation Aktiengesellschaft, Bochum
Publication date: 1959-11-12

Description

DEUTSCHES

Es ist bekannt, sehmelzflüssigen Stahl zum Zwecke der Verminderung des Phosphorgehaltes mit Schlacken zu bedecken, die imstande sind, das durch Oxydation des im Stahl enthaltenen Phosphors entstehende P₂ O₅ weitgehend abzubinden. Solche Verfahren erfordern aber lange Behandhmgszeiten.

Es ist auch versucht worden, zu entphosphoren, indem Stahl in Form eines Gießstrahles in Schllaeke vergossen wird. Der geschlossene Gießstrahl durchschlägt hierbei aber in Bruchteilen von Sekunden die Schlackenmasse, so daß die mögliche Reaktionsarbeit nur gering und unsicher ist.

Beim Thomasverfahren wir_;d eine Entphosphorung auf Gehalte unter etwa 0,05% P nur erzielt, indem der Stahl unter Anwendung niedriger Arbeitstemperatüren stark überfrischt wird, so daß er verhältnismäßig Sauerstoff- und stickstoffreich wird und erhebliche Eisenverluste in Kauf genommen werden müssen.

Es ist weiterhinn bekannt, Roheisen, Eisen oder Metalle dadurch zu reinigen, daß sie im schmelzflüssigen Zustand mittels eines Luftgebläses zerstäubt und darauf mit Schichten von basischen Stoffen in Berührung gebracht, z. B. indem sie durch diese Schichten filtriert oder in einem Siemens-Martin-Ofen weiterbehandelt werden, um dort dem Stahl die endgültige Zusammensetzung zu erteilen.

Bei der Herstellung technisch reinen Eisens, welches bekanntlich möglichst kleine Mengen an Kohlenstoff, Silizium, Phosphor, Schwefel, Mangan und anderen Verunreinigungen, insbesondere Sauerstoff, enthalten soll, ist es bekannt, das Eisen in einem Ofen mit hohem Vakuum umzuschmelzen und diese Schmelze im Ofen mit oxydierenden oder reduzierenden Mitteln zu behandeln.

Es ist auch bekannt. Metall, insbesondere Stahl, zu entgasen in einer Vorrichtung, die zwischen der Gießpfanne und den Kokillen angeordnet ist und im wesentlichen aus einem langgestreckten wannenförtfiigen Behälter besteht. In diesen Behälter tritt das Metall aus der vakuumdicht damit verbundenen Pfanne ein. Durch besondere Gestaltung der Einflußöffniung· des Behälters kann das schmelzflüssige Metall mit einer wirbelartigen Strömung in den Behälter eingeleitet werden. Zur Erzielung dieser Aufteilung des Stahlstrahles können die bekannten, eine wirbelnde Strömung erzeugenden Düsenformen, die beispielsweise mit einem inneren Drall versehen sein können, verwendet werden, gegebenenfalls kann es zweckmäßig sein, dem Querschnitt des Stahlstrahles noch eine Ausdehnung nach einer Richtung, beispielsweise eine bandartige Form zu geben.

Es besteht vielfach der Wunsch, Stähle unter das in den bisherigen Verfahren erzielbare Maß hinaus zu Verfahren zum Entphosphoren von Stahl

Anmelder:

Bochumer Verein

für Gußstahlfabrikation

Aktiengesellschaft,

Bochum

Dr.-Ing. Werner Coupette
und Dipl.-Ing. Adolf Sickbert,

Wattens cheid-Eppendorf,
sind als Erfinder genannt worden

entphosphoren bzw. die dabei auftretenden Nachteile zu vermeiden.

Erfmdungsgemäß wird zum Zwecke der Entphosphorung von Stahl beliebiger Erschmelzungsart so verfahren, daß der Stahl in einen Unterdruckraum unter Bedingungen gegossen wird, daß er sich in feine Tröpfchen aufteilt und die Tröpfchen mit Entphosphorungsmitteln, wie Schlacke oder Schlackenbildnergemischen, in Reaktion gebracht werden.

Es wird dafür gesorgt, daß der in einen Unterdruckraum einfließende Gießstrahl durch das Vakuum, die Durchfluß menge und den ferrostatischen Druck der Flüssigkeitssäule oberhalb der Eingießöffnung derart beeinflußt wird, daß der Stahl sich im freien Fall in einzelne Tröpfchen aufteilt. Die Aufteilung dieses Gieß Strahles im Unterdruck ist dadurch ermöglicht, daß beim Einfließenlassen in den Unterdruck mehrere Faktoren in eine bestimmte Beziehung zueinander gesetzt werden. Dabei wird die Einfließöffnung (die Pfannendüse) mit einer Weite gewählt, die zwischen etwa 25 und 70 mm Durahmesser liegt. Der dazugehörige Unterdruck wird im Bereich von etwa 30 bis 0,1 Torr gewählt. Bei Stahlsorten, die einen besonders hohen Gasgehalt besitzen, wird man die Torrwerte im oberen Teil des angegebenen Bereiches wählen, während bei gasärmeren Stahlsorten mit kleinen Torrwerten gearbeitet werden soll. Der gasreichere Stahl sollte aus weiten Düsen, der gasarme Stahl jedoch aus engeren Düsen vergossen werden. Weiterhin wird zweckmäßig die Stahlsäule über der Einflußöffnung mindestens 300 mm hoch gewählt. Diese Faktoren ergeben bei richtiger Auswohl eine Aufteilung des in

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Claims

ien Unterdruck einfallenden Strahles in Tröpfchen ran der Größenordnung 10 bis 10—s mm. Die richtig getroffene Auswahl der Faktoren kann auf die Weise Kontrolliert werden, daß der Fließvorgang mit hoher Bildfolge (einige tausend Aufnahmen je Sekunde) ;>hotographiert wird, so daß auf den Filmbildern die ibsolute Tröpfchengröße ausgemessen werden kann. Es wurde erfindungsgemäß weiterhin erkannt, daß der Stahl in diesem feinverteilten Zustand besonders geeignet ist, Reaktionen mit Schlacken wirkungsvoll und schnell auszuführen. Dabei übertrifft die Wirkung in erheblichem Maße diejenige, welche erzielt werden würde, wenn der Stahl ohne Aufteilung in Tröpfchen in einen Unterdruckraum gegossen und dort mit Entphosphorungsmitteln in Reaktion gebracht würde. Wesentlich ist die Tatsache, daß der Stahl sich während der Reaktionen im Zustand der Gasabgabe befindet, welche durch den Unterdruck weitgehend gefördert wird. Hierdurch entsteht eine weitere Vergrößerung der Reaktionsoberfläche. Daher ist es in Ausgestaltung der Erfindung sogar vorteilhaft, einen gasreicheren Stahl zu wählen. Man kann auch das der Unterdruckbehandlung vorausgehende Schmelzverfahren, wie SM-, Thomas-, Bessemer-, Oberwindfrisohverfahren (mit Luft, O2-angereicherter Luft, reinem Sauerstoff oder sonstigen beliebigen Frischmitteln), Elektrostahlverfahren usw., gegebenenfalls so ändern, daß eine Vereinfachung bzw. Verbesserung oder Verbilligung der Erzeugung bei Einschaltung der Erfindung eintritt, z. B. so, daß bei höherem P-Gehalt als bisher, also frühzeitiger, abgestochen wird bzw. daß weniger Sorgfalt auf die Auswahl von Ausgangsstoffen, wie Roheisen, Schrott, Zuschlägen usw., verwendet zu werden braucht. Auch ist die bisherige verhältnismäßig kalte Chargenführung, die zur Begünstigung der Entphosphorung angewendet werden mußte, nicht mehr notwendig, zumal für das vorliegende Verfahren eine Temperaturüberhöhung zur Berücksichtigung des beim Unterdruckgießen eintretenden Temperaturverlustes erwünscht ist. Außer der Temperatur ist zweckmäßig auch die während der Unterdruckbehandlung vorkommende Frischwirkung zu berücksichtigen, indem z. B. die Kohlenstoff- bzw. Mangangehalte vor dem Vergießen in den Unterdruckraum entsprechend höher eingestellt werden. Dabei ist es gleichgültig, ob der Stahl Sauerstoff, Stickstoff oder Wasserstoff in größeren Mengen enthält. Bei sauerstoffhaltigen Stählen ist es vorteilhaft, bei der Unterdruckbehandlung für mindestens so viel Kohlenstoff zu sorgen, daß im Unterdruck eine lebhafte CO-Bildung stattfindet. Die mit dem in Tröpfchen aufgeteilten Stahl in Reaktion zu bringenden Entphosphorungsmittel (Schlacke bzw. Schlackenbildner oder deren Gemische) sollen — wie bekannt — ausreichend basisch sein und in ihrem Oxydationsvermögen auf die Höhe des Phosphorgehaltes im zu behandelnden Stahl eingestellt sein. Es ist beispielsweise für einen hohen Gehalt an durch Phosphor reduzierbaren Metalloxyden, z. B. Eisenoxyd oder an sonstigen Sauerstoff abgebenden Verbindungen zu sorgen. Darüber hinaus sind je nach Höhe und Art der Beruhigung des zu behandelnden Stahles die oxydierenden Mittel zu wählen, so daß bei beruhigtem Stahl mehr Oxydationsmittel vorzusehen sind als bei anderen Stählen. Bevorzugt werden flüssige Schlacken, jedoch können auch feinzerkleinerte Schlacken, gegebenenfalls vorgewärmt, zugegeben werden. Dabei kommen vor allem auch synthetische Schlacken wegen der Möglichkeit, sie in genauer Zusammensetzung und Gleichmäßigkeit herzustellen, und wegen ihrer Freiheit von Verunreinigungen in Frage. In Kombination mit fertigen Schlacken können auch Schlackenbildner bzw. insbesondere, falls ohne fertige Schlacke gearbeitet wird, Schlackenbildnergemische zur Anwendung kommen. Die Zugabe der Mittel kann vor dem Eingießen des Stahles in den Unterdruckbehälter erfolgen. Die ίο Mittel können aber auch bevorzugt während des Gießens auf einmal, in Teilmengen oder fortlaufend in den Unterdruckraum eingeschleust und gegebenenfalls in den Gießstrahl gegeben werden. Schließlich ist es möglich, einen Teil der Mittel vor dem Gießen in den Unterdruckraum zu bringen und den Rest auf einmal oder in Portionen oder fortlaufend während des Gießens hinzuzufügen. Erfindungsgemäß ist es wichtig, daß die Eigenart der Schlacke, eine Reaktion in einer bestimmten Ridh- ao tung aufrechtzuerhalten, während der gesamten Behandlungszeit bestehenbleibt. Dieses wird durch die notwendige Zugabe bestimmter Stoffe oder durch Vergrößerung der Schlackenmenge während der Behandlung erreicht. Bemerkenswert ist ferner, daß sich die as Schlacke infolge Abgabe ihres eigenen Gases im Unterdruckraum schaumartig aufbläht, so daß hierdurch eine Vergrößerung des Reaktionsraumes und der Reaktionszeit entsteht. Erfindungsgemäß wird daher empfohlen, für diese Reaktionen Schlacken mit reidhlichem Gasgehalt zu verwenden. Bei der Erfindung ist vor allem auch die Möglichkeit einer kontinuierlichen Arbeitsweise gegeben, wobei intermittierend oder vollkontinuierlioh Stahl bzw. Schlacke abgezogen wird. Dabei kann der Stahl etwa am Boden des Unterdruckbehälters entnommen werden, und es ist für die Schlacke mindestens eine Öffnung in gewünschter Höhe vom Boden des Unterdruckbehälters vorzusehen, die vorzugsweise im Nebenschluß unter Vakuum gebracht wird. Die kontinuierliche Arbeitsweise hat außer deren normalen Vorzügen den, daß die Temperaturverluste besonders gering sind. Das kontinuierliche Durchsetzen durch denUnterdruck-Entphosphorungsbehälter kommt insbesondere bei Stahlwerken mit rascher Abstichfolge, kurzzeitigen Schmelzverfahren und großer Erzeugungsmenge wie den Windfrischverfahren aller Art zum Zuge. Eine Beschränkung auf Stähle bestimmter Erschmelzungsart ist jedoch nicht gegeben. Die Erfindung eröffnet somit, wie ersichtlich, eine Reihe von neuen Möglichkeiten, in einfacher, schneller und wirkungsvoller Weise eine weitgehende Entphosphorung von Stahl zu erzielen. Patentansprüche:

1. Verfahren zum Entphosphoren von Stahl durch Behandlung mit phosphorbindenden Mitteln im Vakuum, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl in Tröpfchen aufgeteilt im Unterdruck mit den Entphosphorungsmitteln in Reaktion gebracht wird, wobei der in das Vakuum einfließende S tabl gießstrabl durch das Vakuum (etwa 30 bis 0,1 Torr [mm Quecksilbersäule]), die Durchfließmenge (Einfließöffnungen von etwa 25 bis 70 mm Durchmesser) und den ferrostatischett Druck oberhalb der Eingieß Öffnung in einzelne Tröpfchen von der Größenordnung 10 bis 10~³mm aufgelöst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein gasreicher Stahl behandelt wird.