DE1181252B - Verfahren zum Herstellen von Stahl durch Frischen von Roheisen - Google Patents

Description

• Verfahren zum Herstellen von Stahl durch Frischen von Roheisen Das Frischen von Roheisen mit Luft in basisch oder sauer zugestellten Konvertern stellt seit B e s s e m e r und Thomas das klassische Verfahren zur Erzeugung von Massenstählen dar. Es kennzeichnet sich den bekannten Herdofenverfahren gegenüber durch seine Einfachheit und Wirtschaftlichkeit. Der Vorsprung, den die im Herdofen gefrischten Stähle in qualitativer Beziehung den im basischen Konverter aus phosphorhaltigem Roheisen hergestellten Stählen gegenüber noch aufweisen, ist in den letzten Jahren durch Maßnahmen verkürzt worden, mit denen insbesondere eine erhebliche Senkung der Stickstoff- und Phosphorgehalte des Thomasstahls erreicht wurden. Zu ihnen gehört auch der Vorschlag, eine in üblicher Weise im basischen oder sauren, bodenblasenden Konverter mit Luft auf einen praktisch kohlenstofffreienStahl gefrischteCharge im Vakuum auf einen stickstoff-, sauerstoff- und wasserstoffarmen Stahl nachzubehandeln. Das geschieht unter Zusatz von kohlenstoffhaltigen und gegebenenfalls auch von oxydischen Stoffen, die eine Kohlenoxydreaktion auslösen, die das Bad während der Vakuumbehandlung zum Kochen bringt und den Einfluß des Vakuums verstärkt. Zum Entgasen von Metallbädern ist schließlich eine Vorrichtung bekannt, die aus einem in das Metallbad eintauchenden, unten offenen und an eine Luftpumpe anzuschließenden Zylinder besteht, in den ein Teil des zu entgasenden Metalls eingesaugt wird. Zum Entleeren des Zylinders und Rückführen des entgasten Metalls wird das Vakuum abgeschaltet und das im Zylinder befindliche Metall unter Atmosphärendruck gesetzt. Diesem mehrfach zu wiederholenden Verfahren haftet der Nachteil an, daß es leistungsmäßig den Verhältnissen eines Konverterbetriebes nicht zu entsprechen vermag, weil sich durch das Abstellen des Vakuums nach der Entgasung, das Entleeren des Vakuumzylinders unter Atmosphärendruck und die Wiederherstellung des Vakuums eine viel zu geringe Entgasungsfrequenz ergibt, die bei der Behandlung größerer Chargen wegen des Temperaturverlustes nicht tragbar ist.
• Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zum Herstellen eines dem Martinstahl gleichwertigen Thomasstahls durch Frischen von Thomasroheisen üblicher Zusammensetzung im basischen, bodenblasenden Konverter mit Luft als Frischmittel, Nachbehandeln der fertig gefrischten phosphorarmen und praktisch kohlenstofffreien Stahlschmelze im Vakuum nach vorheriger Aufkohlung und Aufheizen des Metalls mindestens auf Gießtemperatur während der Entgasung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß der in der Pfanne entleerte Stahl oszillierend entgast wird, indem man die Eintauchtiefe eines vom Boden des über der Pfanne befindlichen Entgasungsgefäßes abgehenden und in den Stahl eingeführten Rohrstutzens periodisch verändert, so daß stets nur Teilmengen in das Entgasungsgefäß eingeführt, dort entgast und unter Vakuum wieder an die Pfanne zurückgegeben werden und da.ß dieses Entgasungsspiel so oft wiederholt wird, bis der Stahl unter lebhafter Bewegung im Entgasungsbehälter den angestrebten Reinheitsgrad erreicht hat.
• Nach der Erfindung kann der Stahl nach dem Entgasen im Vakuum mit Mitteln behandelt werden, die, wie Aluminium, Kalzium und Silizium oder deren Legierungen, eine besonders große Verwandtschaft zum Sauerstoff haben. Mau kann den aufgeheizten und entgasten Stahl im Vakuum auch mit bekannten, qualitätssteigernden Stoffen, wie Titan, Vanadin, Niob, Tanital, Molybdän, Chrom und Nickel, versetzen bzw. legieren.
• Für den raschen Ablauf der Vakuumbehandlung, die erst die Voraussetzung für ihren Anschluß an das klassische Windfrischverfahren darstellt, ist die Ausgestaltung und der Betrieb der Vakuumeinrichtung von entscheidender Bedeutung. Dazu bedient sich die Erfindung eines Gerätes, das diese Forderungen in besonderem Maße erfüllt, weil es nur verhältnismäßig kleine Abmessungen hat, unmittelbar neben dem Konverter ausgestellt und auf kleinstem Raum so betrieben werden kann, daß im Fluß der Weiterverarbeitung des Stahles praktisch keine Unterbrechung eintritt.
• Anstatt die zu entgasende, in einer Pfanne od. dgl. befindliche Stahlcharge, wie bisher, auf einmal zu entgasen, werden Portionen von z. B. 2 bis 5 t davon in ein kleines, stationäres und mit einer Heizung ausgestattetes Vakuumgerät nacheinander so lange hineingehoben, bis der gesamte Pfanneninhalt erfaßt worden ist. Die Metallportionen bleiben jeweils kurze Zeit unter gleichzeitiger Erwärmung im Vakuum und werden unter Vakuum an die Pfanne zurückgegeben. Dieses Spiel läuft bei den üblichen Chargengewichten in wenigen Minuten ab. Es wird einfach dadurch ausgelöst und in Gang gehalten, daß die Eintauchtiefe eines am Bcden des Entgasungsgefäßes befindlichen, in das Stahlbad eintauchenden Rohrstutzens durch Heben und Senken der Pfanne oder des Vakuumbehälters periodisch vergrößert und verkleinert wird.
• Durch die beschriebene und dem herkömmlichen basischen Windfrischverfahren erfindungsgemäß nachzuschaltende Entgasungs- und Aufheizungsbehandlung entsteht aus einem in einfacher Weise mit Luft verblasenen Thomasstahl unter kleinstem Aufwand an Zeit und Kosten ein hochwertiger, praktisch gasfreier Stahl.
• Beispiel Im basisch zugestellten Konverter wurde in üblicher Weise und mit Luft als Frischmittel ein Stahl mit 0,006% C, 0,12% Mn, 0,022% P, 0,018% S, 0,101)/o0" 0,014% N, und 6,8 em3/100 g Hz erblasen, dieser Stahl anschließend durch Zusatz von Hämatitroheisen auf 0,16%C aufgekohlt und mit einer Temperatur von etwa 1570 C unter den Entgasungsbehälter gefahren. Nachdem der vom Boden des Behälters nach unten abgehende Rohrstutzen genügend tief in das in der Pfanne befindliche Metall eingetaucht und das Vakuum hergestellt war, wurde die Pfanne periodisch gehoben und gesenkt und dieses Spiel so lange fortgesetzt, bis die Charge in ihrer Gesamtheit entgast war. Nach etwa 8 Minuten konnte die auf 1610° C erhitzte Charge mit folgender Analyse vergossen werden: C = 0,03 0/0, Mn = 0,10 %, P = 0,020 %, S = 0,0l6 0/0, 02 = 0,005 %, N2 = 0,003 0/0, H, = 2,1 cm3/100 g.
• Das Vergießen erfolgte im Freien unter einem in bekannter Weise um den Gießstrahl gelegten Schutzgasmantel. Der Stahl ließ sich wie ein beruhigter Stahl vergießen. Er zeigte keinerlei Steigerungserscheinungen.
• An vorstehendem Beispiel erkennt man die Tragweite des erfindungsgemäßen Verfahrens: Das Verfahren nach der Erfindung gestattet die Herstellung von Stählen, die den Siemens-Martin-Stahl gütemäßig noch übertreffen, jedoch ohne den Aufwand, den die in den letzten Jahren zur Verbesserung des Thomasstahles entwickelten Verfahren benötigen. Die bekannten Frischverfahren mit an Sauerstoff angereicherter Luft oder mit technisch reinem Sauerstoff von der Badoberfiäche her haben die Errichtung großtechnischer Sauerstoffanlagen zur Voraussetzung. Sie führen damit nicht nur zu einer technischen Komplizierung, sondern auch zu einer nicht unbeträchtlichen Verteuerung des Stahlherstellungsverfahrens. Das Frischen von der Badoberfiäche her benötigt zum Teil auch andere als die bisher üblichen Frischgeräte. Aus dem Sauerstoffbetrieb ergeben sich bisher noch nicht gelöste Schwierigkeiten bezüglich des sogenannten »braunen Rauches«, der im wesentlichen auf eine vermehrte Eisenverbrennung zurückzuführen ist. Rechnet man die erheblich angestiegenen Eisenverluste in der Schlacke hinzu, dann ergibt sich, daß die in den letzten Jahren zweifellos erreichte Gütesteigerung des durch Sauerstoff-;rischen hergestellten Stahles verhältnismäßig teuer erkauft werden mußte.
• Demgegenüber hat das erfindungsgemäße Verfahren dadurch, daß es an dem klassischen Windfrischverfahren unter Verwendung von Luft als Frischmittel festhält und ihm eine in verhältnismäßig kleinen Gefäßen rasch ablaufende Vakuumbehandlung anschließt, einen besonders einfachen und betrieblich sicheren Weg zur Herstellung von Qualitätsstählen durch Windfrischen gezeigt.
• Mit den nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Stählen sind auch viele der die Stahltechnik seit Jahren beschäftigenden Probleme gelöst. So beispielsweise das Problem der Herstellung einwandfreier Tiefziehbleche. Der erfindungsgemäß hergestellte Stahl weist auch eine verringerte Korrosionsneigung an Luft und in Wasser auf. Er neigt weniger zur Lochfraßbildung, ein Umstand, der die Stähle für Konstruktionsstähle und insbesondere für Schiffsbleche geeignet macht. Die Stähle sind schweißunempfindlich, versprödungssicher und von einer wesentlich höheren Kaltverformbarkeit als die bekannten Windfrischstähle. Das Gebiet der Kaltstauchstähle, das bisher praktisch dem Siemens-Martin-Stahl vorbehalten war, ist nunmehr auch dem Windfrischstahl erschlossen. Einsatz- und Vergütungs- sowie unlegierte Werkzeugstähle mit höchsten Güteeigenschaften lassen sich nunmehr nicht nur im Siemens-Martin-Ofen, sondern mit noch besseren Eigenschaften nach dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellen. Das Gleiche gilt für die legierten Stähle und für Stähle, die aushärtungsfähig sein müssen. Dauerstandfeste Stähle und überhaupt Stähle, deren Eigenschaften durch Zusätze an z. B. Niob, Tantal, Vanadin und Titan und anderen gleichwirkenden Elementen verbessert werden sollen, lassen sich mit wesentlich geringerem Aufwand an solchen Legierungszusätzen erzeugen als bisher.
• Das Charakteristikum des Verfahrens nach der Erfindung besteht zusammenfassend darin, daß es das klassische, sich durch große Einfachheit, Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit auszeichnende basische Windfrischverfahren beibehält und ihm eine Vakuumbehandlung angeschlossen wird, durch die der Windfrischstahl mindestens Siemens-Martin-Güte erreicht.

Claims (3)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen eines dem Martinstahl gleichwertigen Thomasstahls durch Frischen von Thomasroheisen üblicher Zusammensetzung im basischen, bodenblasenden Konverter mit Luft als Frischmittel, Nachbehandeln der fertig gefrischten phosphorarmen und praktisch kohlenstofffreien Stahlschmelze im Vakuum nach vorheriger Aufkohlung und Aufheizung des Metalls mindestens auf Gießtemperatur während der Entgasung, dadurch gekennzeichnet, daß der in eine Pfanne entleerte Stahl oszillierend entgast wird, indem man die Eintauchtiefe eines vom Boden des über der Pfanne befindlichen Entgasungsgefäßes abgehenden und in den Stahl eingeführten Rohrstutzens periodisch verändert, so daß stets nur Teilmengen in das Entgasungsgefäß eingeführt, dort entgast und unter Vakuum wieder an die Pfanne zurückgegeben werden, und daß dieses Entgasungsspiel so oft wiederholt wird, bis der Stahl unter lebhafter Bewegung im Entgasungsbehälter den angestrebten Reinheitsgrad erreicht hat.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl nach dem Aufheizen und Entgasen im Vakuum mit Mitteln behandelt wird, die, wie Aluminium, Kalzium und Silizium oder deren Legierungen eine besonders große Verwandtschaft zum Sauerstoff haben.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der aufgeheizte und entgaste Stahl im Vakuum mit bekannten qualitätssteigernden Stoffen, wie Titan, Vanadin, Niob, Tautal, Molybdän, Chrom und Nickel, versetzt bzw. legiert wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 545166, 660 094, 720 777, 817 526, 832 903; österreichische Patentschrift Nr. 138 020; französische Patentschriften Nr. 800 003, 922 385, 1049 773; britische Patentschriften Nr. 339 579, 425 369, 484 637, 598 311; USA.-Patentschrift Nr. 2144 200; Buch von R. Dürrer: »Die Metallurgie des Eisens«, 3. Aufl., Berlin, 1943, S. 163; Buch von W. Baukloh: »Die physikalischchemischen Grundlagen der Metallurgie«, Berlin, 1949, S. 126.