DE1433619A1

DE1433619A1 - Verfahren zur Herstellung von rostfreiem Stahl

Info

Publication number: DE1433619A1
Application number: DE19641433619
Authority: DE
Inventors: William Bleloch
Original assignee: Rand Mines Ltd
Current assignee: Rand Mines Ltd
Priority date: 1963-04-01
Filing date: 1964-03-26
Publication date: 1968-12-05
Also published as: AT266190B; FR1386936A; IE27831B1; NL6403394A; GB1004443A; ES298202A1; BE645983A; IE27831L

Description

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IiAITO MIiIES LIMITED, Corner House, Commissioner Street, Johannesburg, Transvaal / Südafrika

"Verfahren zur Herstellung von rostfreiem Stahl"

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Chromeisenstäfelen mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt und betrifft insbesondere die Herstellung von rostfreien Stählen, die außerdem v/eitere Legierungselemente, wie 2Fiekel, Kupfer, Molybdän, Vanadium u. dgl. enthalten können.

Der Kohlenstoffgehalt solcher Stähle hat einen sehr großen Einfluß auf deren Korrosionsbeständigkeit und andere erwünschte Eigenschaften, wie die Dehnbarkeit, Schweißbarkeit und Tiefziehbarkeit, die um so besser werden, je niedriger der Kohlenstoffgehalt der Stähle ist. Aus diesem Grunde besitzen die sogenannten ElC-rostfreien Stähle (ELO ist die für Stähle mit einem besonders niedrigen Kohlenstoff verwendete Bezeichnung) mit einem Höchstkohlenstoff gehalt von 0,03 i> große und ständig wachsende Bedeutung.

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Dresdner Bank AG Herne 2436 - Postedieckkonto: Dortmund 55868 - Telegrammanschrift: Bahrpatente Hernewestfalen

Die Tatsache, daß heute solche ELD-rostfreien Stähle zur Verfügung stehen, ist allein eine folge der Entwicklung des Irischverfahrens mit reinem Sauerstoff, jedoch sind durch die besonderen Merkmale dieses Erischverfahrens die hohen Kosten dieser Stähle bedingt« Da der Kohlenstoff aus Chromstahl vor dem Chrom durch Irischen mit reinem Sauerstoff oxydiert und entfernt werden kann, ist es insbesondere im Falle von Chrom als Legierungsbestandteil verhältnismäßig leicht möglich, durch Oberwindfrischen mit der Sauerstofflanze oder Blasen von unten, den Kohlenstoffgehalt von geschmolzenem Chromstahl auf 0,06 °/o abzusenken, ohne daß im Zuge des !Frischprozesses eine ungünstige Üb er Oxydation und

a'oer ein Verlust von Chrom erfolgt ο Yienn, das Frischen mit reinem Sauerstoff bis zur Entkohlung unterhalb dieser Grenze von 0,06 °/o Kohlenstoffgehalt durchgeführt wird, so wird weit mehr Sauerstoff verbraucht, die erforderliche Temperatur ist viel höher, und die Lebensdauer des feuerfesten ÜPutters des ITrischgefäßes nimmt sehr schnell ab, der Stahl wird stark überoxydiert und es ergibt sich ein praktisch vollkommener Verlust des Chroms wie auch des Vanadiums, falls dieses Element vorhanden ist. Der in dieser Weise durch Blasen mit reinem Sauerstoff hergestellte ELC-Stahl läßt sich sehr schwierig desoxydieren. Sein Chromgehalt muß auf dem vorgeschriebenen Wert fast völlig durch Zusatz des sehr teuren niedrig kohlenstoffhaltigen Perrochroms mit 0,03 ⁰A Kohlenstoff, das frei von Begleiterelementen sein muß, aufgefüllt werden und

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es ist praktisch unmöglich, in dem fertigen Stahl durch Zusatz des außerordentlich teuren niedrig kohlenstoffhaltigen Ferro-Vanadiums, sogar nachdem der Stahl soweit als möglich durch Ferrosilizium desoxydiert worden ist, einen

nennenswerten Yanadiumgehalt zu erreichen, ohne daß außerhohe
ordentlichac/anteilige Mengen des Vanadiums in die Schlacke

und mit dieser verlorengehen.

Bei der üblichen Herstellung von rostfreien Blechen und ariferen Gegenständen aus Blöcken von solchem Stahl fällt ein sehr hoher Anteil an Schrott, der beispielsweise bis zu 50 ^c/o betragen kann und aus wirtschaftlichen Gründen normalerweise wieder in den Schmelzprozess eingeführt wird, an. Zum Zwecke seiner Wiederverwendung kann dieser zurückzuführende Schrott in einem Lichtbogenofen geschmolzen werden, wobei er aber während des Schmelzvorganges Kohlenstoff aus den Elektroden aufnimmt, so daß der zurückgeführte Schrott, selbst wenn er zum Beispiel aus ELC-rostfreiem Stahl vom Typ 18 besteht, immer noch beim Schmelzen Kohlenstoff aufnimmt. Dieser überschüssige Kohlenstoff läßt sich bei der Herstellung eines neuen Postens von rostfreiem ELC-Stahl schwer entfernen.

Durch die Erfindung wirit ein einfaches und wirksames Verfahren zur Herstellung eines im wesentlichen kohlenstofffreien Eisenmaterials geschaffen, das sich für die Zulegierung zu rostfreiem Stahl eignet, und es dadurch ermöglicht, besonderen Anforde-

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rungen an diesen Rechnung zu tragen. Dieses Verfahren umfaßt auch Ausführungsformen, welche es ermöglichen, dem Stahl Iegierungselemente in wirtschaftlichster Weise je nach den besonderen Umständen, die sich jeweils durch die Art der verwendeten Erze und anderer Ausgangsstoffe, welche für die Herstellung des rostfreien Stahls zur Verfügung stehen, ergeben, einzuverleiben.

Das Verfahren zur Herstellung von rostfreiem ELG-Stahl gemäß der Erfindung besteht darin, daß in eine Pfanne gleichzeitig eine feste gemahlene reduzierende Legierung aus Eisen und Silicium und eine geschmolzene überhitzte basische Eisenerzschlacke gegeben wird, worauf der Pfanneninhalt in eine andere Pfanne umgegossen wird, um die Reaktion zu vollenden, dann der erzeugte Stahl von der Schlacke abgestochen und ihm die Legierungselemente zugesetzt werden, die notwendig sind, um die erwünschte Zusammensetzung des hergestellten rostfreien Stahls zu erhalten.

Ein weiteres Merkmal des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Legierungselemente in Form ihrer Oxyde oder anderer entsprechender Verbindungen der basischen Eisenerzschlacke einverleibt oder während der Herstellung des aus Silizium bestehenden Reduktionsmittels oder in festem oder geschmolzenem Zustande in die Pfannenreaktion oder auch schließlich in ein erneut geschmolzenes G-ieß er Zeugnis der Pfannen-

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reaktion oder unter beliebiger Kombination dieser Möglichkeiten zugesetzt werden.

Das als Reaktionsmittel verwendete Silizium muß einen Siliziumgehalt von zwischen etwa 45 und etwa 75 Gew.-^ aufweisen.

Gemäß einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung wird die Eisenerzschlacke in besonders vorteilhafter Weise aus einem titanhaltigen Eisenerz, das außerdem Vanadiumpentoxyd enthält, wie etac in Transvaal vorkommt, hergestellt. Das vollständige erfindungsgemäße Herstellungsverfahren eines nickelhaltigen rostfreien Stahls kann aus den folgenden vier Phawen bestehen«

1) iwecksHerstellung der Siliziumlegierung werden zurückzuführender Schrott von rostfreiem Chromnickelstahl oder anderer Schrott von rostfreiem Chromnickelstahl und Ferro-Chrom einer Legierung aus Chrom, Eisen, Nickel und Silizium mit einem vernachlässigbaren Gehalt an Aluminium durch Einführung dieser Metalle oder Legierungen in einea versenkten Lichtbogenofen einverleibt. Falls Schrott von rostfreiem Stahl zur Verfügung steht, so bildet dieser die Quelle für das in die Siliziumlegierung einzuführende Nickel, falls IFiokel aus dieser Quelle nicht verfügbar ist, kann es in anderer Weise beschafft werden, jedoch

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ist zu "bemerken, daß die Legierungselemente nicht notwendigerweise bereits einen Teil des Reduktionsmittels zu bilden brauchen, sondern auch erst in das fertige rostfreie Stahlprodukt nach einer der verschiedenen in der vorliegenden Beschreibung erläuterten Methoden eingeführt werden können. Der Siliziumgehalt der Siliziumlegierung liegt vorteilhafterweise zwischen etwa 45 und etwa 75 $, sodaß sie einen sehr niedrigen Kohlenstoffgehalt in der Größenordnung von 0,04 f* und weniger erreicht, weil der Kohlenstoff durch das Silizium verdrängt wird.

2) in einem besonderen Heroult-Lichtbogenofen wird durch Miteinander-zusammenschmelzen von Transvaäl-Titaneisenerz mit 0,5 bis 2 °/o oder mehr Yanadiumpentoxyd, das restlos auf unterhalb von 2,5 cm Korngröße oder noch feiner zerkleinert wurde, und gebranntem Kalk in anteiligen Mengen von 40 bis 100 Gewichtsprozent gebranntem Kalk auf 100 Teile des Eisenerzes eine Schlacke hergestellt.

3) Äie in der Phase 1) hergestellte Siliziumlegierung wird restlos bis auf unterhalb von 1,3 cm Korngröße verkleinert und mit der geschmolzenen und überhitzten in der Phase 2) hergestellten Eisenerz-Kalk-Schlacke durch gleichzeitiges Eingießen der geschmolzenen Schlacke und Aufgabe der kaltgemahlenen Siliziumlegierung in eine mit einem basischen oder neutralem Futter ausgekleidete Pfanne in Reaktion ge-

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bracht. In die Pfanne werden vor der Reaktion und oder dem folgenden Umgießen aus einer Pfanne in die andere zurückgeführter Schrott von rostfreiem ELC-Chromnickelstahl, anderer Schrott von rostfreiem ElC-Stahl, niedrigkohlenstoffhaltiges Ferrochrom, Nickel und andere Legierungselemente oder einige oder sämtliche dieser genannten Metalle gegeben, welche in den ordnungsgemäß bemessenen anteiligen Verhältnissen als legierende Zusätze und gleichzeitig als Kühlmittel wirken und damit die Lebensdauer des Pfannefuttere erhöhen. Die Pfanne wird mit Magnesit- oder anderen Steinen von zweckentsprechenden Eigenschaften ausgekleidet und in ihrem unteren Bereich mit einer feuerfesten Magnesit- oder anderen basischen Stampfmasse»., sowie in ihrem oberen Bereich mit einer aus Chromit oder Eisenerz und Natriumsilikat bestehenden Stampfmasse oder mit hochtonerdehaltigen feuerfesten Steinen oder schließlich mit einer basischen Stampfmasse ausgefüttert.

4) Äer Inhalt der Reaktionspfanne wird dann ein oder mehrere Male in eine andere Pfanne umgegossen und die endgültige Schlacke soweit als möglich durch fallendes Gießen an der Jfannenschnäfce abgezogen. Der Inhalt der abgeschlackten Pfanne wird dann nach einer Gxießpfanne mit Stopfenausguß überführt und das Metall, welches nun den fertigen rostfreien ELO-Stahl darstellt, schließlich zwecks späteren Walzens in Blockformen gegossen.

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Wachstehend wird zur "besseren Veranschaulichung ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß der ürfindung gegeben.

Titanhaltiges Transvaal-Bisenerz mit 11,5 $ SiO₂, 54,2 °ß> Eisen und 1,51 i° Vanadiumpentoxyd wurde restlos auf unterhalb von 2,5 cm Korngröße zerkleinert und in einem 1500 KVA Heroult-Iiichtbogenofen mit einem basischen butter aus 70 Gew.-$ gebranntem Kalk, welcher 91,6 ⁰Jo Kalziumoxyd enthält, geschmolzen. "Ί360 kg der geschmolzenen auf annähernd 1450⁰C überhitzten Schlacke wurde zusammen mit 290 kg kalt auf eine Formgröße von unterhalb 1,3 cm gemahlener Eisen-Chrom-Silizium-Legierung mit 14,1 'a Bisen, 26,2 $ Chrom, 56,8 °ß> Silizium und 0,032 "/<> Kohlenstoff - Rest Aluminium in eine Pfanne mit Ausgießechnauze eingegossen. Das Reaktionsgemisch wurde aus einer Höhe von 2,5 m innerhalb von einigen Minuten in eine zweite Pfanne, in welche vorher 73 kg elektrolytisch reines Nickel in Form von Plattenbruch und 68 kg kaltes auf annähernd Faustgroße oder noch kleinere Stücke gemahlenes niedrigkohlenstoffhaltiges Ferro-Chrom mit 56,4 i<> Chrom und 0,028 ^c/o Kohlenstoff gegeben worden v/ar, eingegossen. Dann wurde die Mischung erneut und zwar innerhalb von einigen Minuten aus einer ähnlichen Höhe wie im ersten Falle in die erste Pfanne zurückgggossen, in welche vorher weitere 68 kg Ferrochrom von gleicher Beschaffenheit eingebracht worden waren. Dann wurde die Mischung aus Schlacke und Metall zweimal von einer Pfanne in die andeie

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umgegossen und schließlich in eine Pfanne mit Bodenabzug gegossen, nachdem etwa 2/3 der Schlacke nach einer Maß-Granuliervorriohtung für die Schlacke abgezogen worden waren. Das fertige rostfreie SLG-Chromnickelstahl wurde schließlich in Formen für Blöcke von 225 kg gegossen, und aus diesen in Blockform entnommen. Die analytische Zusammensetzung des fertigen Stahls war 0,024 i° Kohlenstoff, 17,3 $> Chrom, 9,8 # Nickel, 0,023 °ß> Schwefel, 0,012 $ Phosphor, 0,62 $> Vanadium und 0,24 °/> Mangan, Rest im we- . sentliehen Bisen.

Das vorstehend gegebene Ausführungsbeispiel bezieht sich auf den besonderen Fall, in welchem das Legierungselement Vanadium der Eisenerzschlacke in Form seines Oxyds einverleibt, öhrom während der Herstellung des Reduktionsmittels und Nickel während der Reaktion in der Pfanne zugesetzt wurde.

Das Beispiel bezieht sich also auf die Verwendung von in festem Zustande in die Reaktionspfanne gegebenen Legierungselementen. Es kann jedoch unter Umständen auch erwünscht sein, diese Iregierungselemente in bereits geschmolzenem Zustande zuzuführen.

Das nach der einen oder anderen der oben beschriebenen Arbeitsweisen unter Beachtung der vier aufgezählten Produktfonsphasen hergestellte Erzeugnis braucht nicht zwecks Weiter-

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verarbeitung in Blockformen gegosaen zu werden, sondern es kann auch einfach ausgegossen werden und dann ein Vorratsbasismetall bilden, welches im gegebenen Zeitpunkt zusammen mit den weiteren notwendigen Elementen erneut geschmolzen und legiert wird, um einen rostfreien Stahl von besonderen Anforderungen angepaßten Eigenschaften zu erhalten.

D_as Erzeugnis dieses Wiederschmelzens wird je nach den Anforderungen entweder zu Blöcken von der erforderlichen Größe oder kontinuierlich vergossen.

Zur Veranschaulichung dieser letzteren Ausführungsform des neuen Verfahrens wird nachstehend ein Beispiel gegeben, bei welchem ein solcher nach dem oben grundsätzlich beschriebenen Verfahren hergestellter Stahl verwendet wurde.

Dieser Stahl hatte die folgende Zusammensetzung nach Gewichtsprozenten:

0 0,018 $>

Si 0,21 fo

Mm 0,24 1°

Gr · 18,3 $

V . 0,63 $>

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Der Stahl wurde in einem Hochfrequenzinduktionsofen mit einem Kieselsäurefutter erneut geschmolzen, worauf ihm dann Nickel, Chrom, Mangan und Kupfer zulegiert und die Schmelze durch Abzug nach unten durch eine Düse von 2,5 cm Durohmesser über einen G-ießaufsatz üblicher Ausbildung zu Blöcken von 1800 kg vergossen wurde.

Die analytische Zusammensetzung des fertigen Blockes war nach Gewichtsprozenten:

C 0,015 °f>

Cr 18,5 $>

ffi 13,9 ^

Cu 2,98 io

Mn 1,46 io

V 0,44 $

Si 0,38 #

S weniger als 0,02 $>

P weniger als 0,01 io

Die Legierungselemente können, wie ersichtlich, dem fertigen Stahl in einer Vielzahl von Arten unter Anwendung der üblichen grundsätzlichen Technik der Reduktion einer basischen Eisenerzsohlacke zu einem Stahl von vernachlässigbarem Kohlenstoffgehalt einverleibt werden.

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!Ferner kann das oben "beschriebene Reaktionsverhältnis bzw. die Geschwindigkeit der Reaktion zwischen der^asischen Eisenerzschlacke und dem Reduktionsmittel auch dadurch geändert werden, daß zweckentsprechende verdünnend wirkende Metalle und/oder Schlackenbildner in die Pfanne oder zusammen mit dem Reduktionsmittel zugegeben werden.

Patentansprüche:

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Claims

U33619

Patentanaprüohe t

1. Verfahren zur Herstellung von rostfreiem ELC-Stahl, dadurch gekennzeichnet, daß in eine Pfanne gleichzeitig eine gemahlene Legierung von Eisen und Silizium in festem Zustand und eine geschmolzene überhitzte basische Bisenerzschlacke gegeben wird, worauf der Pfanneninhalt in eine zweite Pfanne umgegossen und derart die Eeaktion beendet wird, dann der gebildete Stahl von der Schlacke getrennt und ihm die zur Herstellung des rostfreien Stahls von gewünschter Zusammensetzung notwendigen Legierungselemente zugesetzt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumgehalt des siliziumhaltigen Reduktionsmittels zwischen etwa 45 und etwa 75 Gewichtsprozent liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige oder wenigstens eins der Legierungselemente der endgültigen Schmelze von rostfreiem Stahl dadurch einverleibt wird, daß es der Eisenerzschlacke in Form seines Oxyds zugesetzt wird.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige oder wenigstens eins der Legierungeelemente dem siliziumhaltigen Reduktionsmittel während dessen Herstellung zugesetzt wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige oder wenigstens eins der Legierungselemente in die Reaktionspfanne vor dem gleichzeitigen Eingießen der
Schlacke und Aufgabe des Reduktionsmittels in diese zugesetzt wirdo

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige oder wenigstens eins der Legierungselemente während des Reaktionsvorganges in die Pfanne gegeben wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Endprodukt vergossen, darauf erneut geschmolzen und wenigstens einige oder wenigstens eins der Legierungselemente dem wiedergeschmolzenen Produkt vor dessen Vergießen zu fertigem rostfreien Stahl zugesetzt wird»

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