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Verfahren zum Herstellen von Stahl durch Frischen von phosphorhaltigem
bzw. phosphorreichem Roheisen Die Herstellung eines phosphor- und stickstoffarmen
Thomastahls durch Windfrischen im basischen Konverter hat in den letzten Jahren
erhebliche Fortschritte gemacht. Sie wurden zunächst dadurch erreicht, daß man während
der Kohlenstoff- und zu Beginn der Phosphorperiode einen Teil des Windsauerstoffs
durch gebundenen Sauerstoff, z. B. in Form von Erzen, Walzensinter od, dgl., ersetzte
und die Charge in der Phophorperiode kälter blies. Später ist dann zum Blasen mit
sauerstoffangereichertem Wind übergegangen worden, unter Beibehalt des Phophorfrischens
bei niedrigeren Badtemperaturen. Ein Vorziehen der Phosphorverbrennung vor die Kohlenstoffverbrennung,
durch die die Stickstoffaufnahme praktisch unterbunden wird, erfordert bekanntlich
die rasche Bildung einer an Eisenoxydul reichen und dünnflüssigen Schlacke. Davon
ausgehend wird nach einem bekannten Verfahren zum Frischen von phosphorrreichem
Roheisen in einem üblichen, bodenblasenden Konverter, der mit Luft, auch mit an
Sauerstoff angereicherter Luft betrieben werden kann, noch periodisch sauerstoffreiches
Gas auf die Oberfläche des Bades geblasen und dabei rasch eine basische und eisenoxydreiche
Schlacke gebildet, die zu einer bevorzugten Verbrennung des Phosphors führt. Nach
dessen Entfernung wird die Charge auf einen gewollten Kohlenstoffgehalt fertiggefrischt.
Dabei ergeben sich Stähle mit 0,006 bis 0,00811/o Stickstoff und 0,04 bis 0,070/9
Phosphor.
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Ein ähnliches, ebenfalls bekanntes Verfahren zum Herstellen stickstoffarmer
Stähle aus Roheisen und Schrott oder Erz durch Frischen mit auf das flüssige Roheisen
geblasenem oder in dasselbe eingeblasenem reinem Sauerstoff besteht darin, daß gleichzeitig
oder abwechselnd mit der Zugabe reinen Sauerstoffs, doch getrennt von ihr ein praktisch
stickstofffreies Gas oder Gasgemisch so durch das Bad geblasen wird, daß dies völlig
durchmischt wird. Das periodische Bodenblasen hat zum Ziel, beim sogenannten Oberwindfrischen
die gleichen physikalischen Voraussetzungen zu schaffen, unter denen auch der bekannte
bodenblasende Konverter mit seiner starken Badbewegung arbeitet.
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Zum Stand der Technik gehört auch der Vorschlag, Roheisen im basischen
Konverter bis zur Beendigung der Kohlenstoffverbrennung zu frischen, den Konverter
danach umzulegen und die Charge bis zur Entfernung der restlichen Verunreinigungen
mit Sauerstoffgas zu frischen. Das Frischen im bodenblasenden Konverter kann aber
auch in üblicher Weise bis zur Verbrennung des Phosphors durchgeführt werden. Danach
wird die Charge im umgelegten Konverter desoxydiert, legiert und mit Sauerstoffgas
kurze Zeit nachgefrischt. Das Blasen mit Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter
Luft von oben ist nach diesem bekannten Verfahren auch noch dergestalt abzuwandeln,
daß phosphorreiches Roheisen im bodenblasenden Konverter zunächst aufgeheizt und
anschließend durch Blasen mit Sauerstoff von oben zu Stahl gefrischt wird.
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Schließlich gehört zum Stand der Technik ein Verfahren zum Herstellen
eines besonders sauerstoff-und einschlußarmen Stahles nach dem Windfrischverfahren,
das vorschlägt, die Schmelze nach dem üblichen Fertigblasen mit normalem Wind im
bodenblasenden Konverter in bekannter Weise aufzukohlen, anschließend durch in an
sich bekanntes Aufblasen gasförmiger Frischmittel fertigzufrischen und dann in wiederum
bekannter Weise fertigzumachen und zu legieren. Hier soll das Problem des Vorziehens
der Phosphorverbrennung durch eine Nachbehandlung des bereits entkohlten Stahles
gelöst werden.
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Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zum Frischen von phosphorhaltigem
Roheisen, insbesondere eines Roheisens mit mehr als etwa 0,6% und bis zu etwa 2%
Phosphor, das sich die Vorzüge sowohl des basischen Windfrischens (im bodenblasenden
Konverter) als auch des sogenannten »Oberwindfrischens« zu eigen macht und dabei
ohne Beeinträchtigung der Chargendauer des üblichen Windfrischverfahrens im bodenblasenden
Konverter einen
Stahl mit niedrigsten Phosphor-, Sauerstoff- und
Stickstoffgehalten erzeugt.
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Erreicht wird das dadurch, daß z. B. ein Thomasroheisen bekannter
Zusammensetzung mit dem üblichen Kalkzuschlag, dem auch noch Eisenoxyde in Form
von Walzensinter od. dgl. .beigegeben sein können, meiner ersten Stufe des Prozesses
in einem basischen bodenblasenden Konverter lediglich mit Unterwind, der vorzugsweise
mit Sauerstoff angereichert ist, so weit verblasen wird, daß neben dem Silizium
und Mangan bereits ein merklicher Teil des Kohlenstoffs verbrannt ist. Mit einem
Kohlenstoffgehalt der Charge von beispielsweise 0,5 bis 0,8'%wirdderKonverter umgelagt
und in der zweiten Stufe des Prozesses dieCharge im umgelegten Konverter von der
Badoberfläche aus mit Sauerstoff gefrischt und dabei so gearbeitet, daß sich aus
dem in der ersten Stufe (Bodenblasen) hocherhitzten und weitvorbereiteten Kalk schnell
eine dünnflüssige hocheisenhaltige Schlacke bildet. Das kann beispielsweise dadurch
geschehen, daß man zu Beginn des Sauerstoffblasens Eisenerz oder Walzensinter chargiert
oder mit dem Sauerstoff, der zu diesem Zweck möglichst dicht auf oder in das Metall
geblasen wird, eine ausreichende Menge an Eisen verschlackt. Unter dieser Schlacke
vollzieht sich dann bei weiterer Sauerstoffzufuhr eine besonders rasche Verbrennung
des Phosphors auf niedrige Werte, aber eine wesentlich verlangsamte Kohlenstoffverbrennung.
Das Sauerstoffblasen von oben auf die Charge im umgelegten Konverter (zweite Verfahrensstufe)
wird so lange durchgeführt, bis der Phosphorgehalt der Charge auf weniger als 0,1%
gesenkt worden ist. Dieser phosphor- und stickstoffarme Kohlenstoffstahl wird nun
in der dritten Stufe des Prozesses durch kurzzeitiges Aufrichten und Blasen des
Konverters lediglich durch den Boden hindurch weiter entkohlt und entphosphort.
Durch nochmaliges Umlegen des Konverters und Sauerstoffblasen von oben kann man
ihn unter einer frischen Kalkschlacke fertigmachen.
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In der Zeichnung ist das Verhalten der Eisenbegleiter beim Frischen
von Thomasroheisen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren veranschaulicht: Ein Thomasroheisen
mit 3,60"/o Kohlenstoff, 1,75% Phosphor und den bekannten Gehalten an Mangan, Silizium
und Schwefel wird nach dem üblichen Kalkzuschlag im aufgerichteten bodenblasenden
basischen Konverter in einer ersten, etwa 71/2 Minuten dauernden Stufe mit sauerstoffangereichertem
Unterwind auf einen Kohlenstoffgehalt von etwa 0,7% gefrischt. Das Eisen enthält
danach etwa 1,4"/o Phosphor. Jetzt wird der Konverter umgelegt und die Charge mit
Sauerstoff von der Badoberfläche her gefrischt, so daß aus ihm eine Art Herdofen
entsteht. Man arbeitet hier nun so, -daß es unter Verbrennung der erforderlichen
Menge an Eisen schnell zu einer dünflüssigen und eisenhaltigen Schlacke kommt. Unter
dieser Schlacke setzt dann bei weiterem Sauerstoffblasen eine rasche Verbrennung
des Phosphors ein, während der Kohlenstoffgehalt der Charge im Verhältnis dazu nur
wenig abnimmt. Am Ende des die zweite Stufe des Verfahrens bildenden, etwa 15 Minuten
dauernden Oberwindfrischens enthält die Charge noch etwa 0,4% Kohlenstoff, etwa
0,07% Phosphor, etwa 0,03% Schwefel und 0,003"/o Stickstoff. Der Eisengehalt der
Endschlacke beträgt etwa 17%.
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An das Sauerstoffblasen von oben auf die Charge im umgelegten Konverter
(zweite Verfahrensstufe) schließt sich nun eine dritte Stufe an, in der der Konverter
nur ganz kurzzeitig aufgerichtet und etwa 1/2 Minute lediglich durch .den Boden
hindurchgeblasen wird. Dabei sinkt der Kohlenstoff der Charge auf etwa 0,15%, ihr
Phosphorgehalt auf etwa 0,04"/o, und zwar ohne Veränderung des 0,003% betragenden
Stickstoffgehaltes.
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Man kann den Konverter nun nochmals umlegen und die Charge erneut
mit Sauerstoff von oben blasen, und zwar nach vorherigem Schlackenwechsel. Dabei
kommt man dann zu einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,10%, einem Phosphorgehalt von
0,02%, einem Schwefelgehalt von 0,0180h, und einem Stickstoffgehalt von 0,003 0/0.
Ein nochmaliges kurzes Aufrichten des Konverters verbessert diese Werte noch und
ermöglicht es ohne weiteres, den Kohlenstoffgehalt nahezu augenblicklich praktisch
beliebig niedrig einzustellen.
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Das Diagramm zeigt auch das Zusammenwirken von Bad und Schlacke während
des Unterwind- und Sauerstoffblasens von oben. Am Ende der zweiten, d. h. der Sauerstoffstufe
(Oberwind), liegt, wie bereits erwähnt, eine hocheisenhaltige Schlacke mit 17% Fe
vor, aus der aber in der kurzen Nachblasstufe (Bodenblasen) das Eisen durch den
Kohlenstoff bis auf 8% reduziert wird. In der zweiten Oberwindfrischperiode steigt
der Eisengehalt wieder auf 14% an, um beim letzten Aufrichten des Konverters (Bodenblasen)
mit etwa 9"/o Eisen abgestochen zu werden.
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Das in der Zeichnung veranschaulichte Diagramm läßt die außerordentlichen
Vorzüge des Verfahrens nach der Erfindung ohne weiteres erkennen. Sie liegen nicht
nur darin, daß das Verfahren mit den betriebsüblichen Einrichtungen auf einfachste
Weise durchgeführt werden kann, sondern vor allem in der Beherrschung der Phosphor-
und Kohlenstoffverbrennnung, von denen erstere außerordentlich rasch und letztere
so verläuft, daß bereits am Ende des zweiten Aufrichtens des Konverters (dritte
Stufe) ein hochwertiger Stahl erzeugt ist, der dann durch abermaliges Oberwindfrischen
bezüglich seines Phosphorgehaltes noch weiterverbessert werden kann. Es gelingt
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit Sicherheit, hochwertige phosphor- und stickstoffarme
Stähle mit beliebigen Kohlenstoffgehalten zu erzeugen. Durch die Vereinigung des
basischen Windfrischens (Unterwind) in der ersten Stufe, bei dem der Kalkzuschlag
für seine spätere Verflüssigung weitestgehend vorbereitet wird, mit einem Oberwindfrischen
in der darauffolgenden Stufe kommt es zu einer so raschen Bildung einer hocheisenhaltigen
und dünnflüssigen Phosphorschlacke, daß der Frischprozeß in kürzester Zeit zu einem
hochwertigen phosphor- und stickstoffarmen Stahl abläuft.
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Für die Güte der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung zu erzielenden
Stähle ist die zweite Stufe des Verfahrens ausschlaggebend. Sie spielt sich im umgelegten
Konverter ab, in dem sich eine noch kohlenstoffhaltige Charge befindet, die in dieser
Stufe durch Auf- und Einblasen von Sauerstoffgas entphosphort werden soll. Wie im
Herdofen bewirkt das bei der Verbrennung des Kohlenstoffs entstehende Kohlenoxyd
ein lebhaftes Kochen des Metalls auf breiter Fläche, das die Aufnahme von Sauerstoff
verhindert und eine kräftige Entstickung des Bades bewirkt. Bei dem eingangs zum
Stand der Tecknik behandelten Verfahren findet demgegenüber das Nachfrischen des
Metalls im umgelegten Konverter erst
nach der Entfernung des Kohlenstoffs
statt, so daß hier der für die Güte der Stähle entscheidende Kochprozeß ausbleibt.