DE1433652A1 - Verfahren zur Herstellung stickstoffarmer Staehle - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung stickstoffarmer Stähle FÜr das Thomasverfahren wurden viele Massnahmen bekannt, um den Stickstoffgehalt im Stahl zu senken und den Stickstoffgehalt * der Blasluft weniger wirksam zu machen. Als radikale Massnahme galt das Frischen mit stickstofffreien Gasen. So entwickelten sich die Verfahren, die durch den Konverterboden hindurch mit Gemischen von Sauerstoff und Wasserdampf oder Sauerstoff und Kohlensäure arbeiten. Beim Sauerstofffrischen wird von vornherein mit praktisch stickstofffreiem Sauerstoff gearbeitet. Dennoch zeigte es sich, dass die so geringen Stickstoffgehalte des technisch reinen Sauerstoffs eine unerwartet grosse Rolle spielen. Es wird derzeit für neue Oxygenstahlwerke eine Reinheit des Sauerstoffs von mehr als 99,5 Voll,% gefordert. Die verbleibenden Stickstoffmengen liegen weit unter 0,5 Vol-%, weil Edelgase den grössten Teil dieses Bilanzrestes von unter 0,5 Vol.% ausmachen. Dennoch liegen im Stahl die Stickstoffgehalte noch zwischen 0.002 und 0.004 Gew,%, Werte unter 0.002 % werden kaum erreicht. Man hat vielfach angenommen, dass diese Stickstoffgehalte des Stahles nicht aus dem Blasstrahl, sondern aus in den Konverter einfallender und vom Strahl angesaugter Luft stammen. Während vor noch etwa 20 Jahren die damals niedrigst denkbaren Stickstoffgehalte des Siemens-Martin-Stahles mit etwa 0.005 bis 0$008 % angegeben wurden, hat man heute erkannt, dass für die Eigenschaften des unberuhigt erstarrten weichen Stahles.erst Stickstoffgehalte unter 0,002 % eigentlich interessant und wichtig werden. Bei Gehalten zwischen etwa 0.001 und 0.002 % klingt die Alterung des Stahles merkbar ab und verschwindet erst bei Gehalten unter 0., 001 %. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit dem Sauerstoffaufblasverfahren Stahl mit solchen niedrigen StickstoffgehältL-n mit grosser Sicherheit und wenig Aufwand zu erzielen. Zur Herstellung weicher unberuhigter stähle mit Stickstoffgehalten unter 0.,002 wird die folgende Kombination von Plassnahmen angewendet: Das Sauerstoffaufblasverfahren wird mit Hilfe eines stickstoffhaltigen Sauerstoffes einer Konzentration von ca.
• 98.,5 % 02 und mehr durchgeführt und es wird dabei das Schmelzbad in Schwingung, vorzugsweise-in kreisende Schwingung, versetzt. Die Möglichkeit, ein Schmelzbad in Schwingung, insbesondere#)in kreisende Schwingung zu versetzen, ist an sich bekannt. Eine Beschreibung dieser Badbewegung mit Angaben zur Errechnung der Frequenz findet sich in 'tGiesserei" 46/1959, Heft 2-3., Seite 905/12. Die Schwingung wird in bekannter Weise beispielsweise dadurch erzielt., dass das Konvertergefäss eine Exzenterbewegung um seine nicht rotierende Längsachse erfährt mit einer solchen Frequenz., dass eine auf dem Bad kreisende Oberflächenwelle angeregt wird, die eine gute Durchmischung des Badinhaltes zur Folge hat. Auch eine nur hin- und hergehende Schwingung, die durch eine entsprechende hin- und herpendelnde Bewegung des Konverters um seine Drehachse herbeigeführt wird, hat das gleiche günstige Ergebnis. Die günstige Wirkung der schwingenden Badbewegung auf die Erniedrigung des Stickstoffgehaltes kann ausserdem durch weitere Massnahmen unterstützt werden. Dadurch kann die gesamte Wirkung so ansteigen, dass auch mit Sauerstoffblasgas mit einer geringeren Konzentration an Saueratoff, etwa bis herunten zu 97 oder gar 96 Ici, weiche unberuhigte Stähle mit Stickstoffgehalten unter 0e002 ica' hergestellt werden können. Zu diesen Massnahmen rechnet die Aufteilung der Blaszeit in mehrere Teilbereiche in welchen mit unterschiedlichen Blasbedingungen der Sauerstoff aufgeblasen wird. Der erste Teilbereich umfasst etwa das erste Drittel der Blasezeit. Genauer gesagt umfasst er jene Blasezeit, bis zu welcher der Kohlenstoff sich um etwa 1 Gew.%, beispielsweise von 4,2 % des Roheisens bis auf 3,2 %, im Konverter vermindert hat. Dieser Zeitpunkt ist nicht sehr scharf, so dass mann ihn in einem Bereich suchen kann, der durch eine Entkohlung von 0,5 bis 1,5 % gesteckt ist. In dieser ersten Frischperiode sollte der Blasstrahl möglichst scharf auf das Bad treffen. In der Auslegesehrift 1 122 090 werden die Grenzen der Blasbedingurgen für scharfes Blasen, dort t'Tiefeindringeäu des Blasstrahles in das Bad benannt" und des lischwachen11 Blasens., dort ttBeginn des Versprühensll benannt. Es sei: v = rechnerische Austrittsgeschwindigkeit des Blasstrahles aus der DUse in mIs = Gasmenge pro Zeiteinheit in Nm31s, dividiert durch engsten Düsenquerschnitt in m 2 ; d = engster Düsendurchmesser in mm; a = Abstand Düse-Bad in cm. Danach sollten die Blasbedingungen bei scharfem Blasen nahe der Grenzkurve für "Tiefeindringenn eirgestellt werden: v * di,14 = -3 - 103 + 3 - 102 - a + 5 - a2 Es sollte sich in dieser ersten Blasperlode weiterhin möglichst keine flüssige Schlacke bilden. Das geschieht dadurch, dass zum Beispiel von Anfang an so hohe.Kalksätze gegeben werden, dass das Verhältnis zwischen Basen und Säuren in der Schlacke stets hoch.insbesondere höher als 3 eingestellt wird und dass durch ausreichiende Kühlmittelzusätze an sich bekannter Art dafür gesorgt wird, dass die Temperatur niedrig, vorzugsweise niedriger als 1450 0 G bleibt. In der zweiten Periode des Frischens führen die gleichen Massnahmen zu umgekehrter Wirkung auf den Stickstoffgehalt des fertigen Stahles. Es hat sich gezeigt, dass in dieser zweiten Frischperiode eine hohe Strahlstärke zu einer Erhöhung der Stickstoff-Endgehalte fÜhrt. Die Blasbedingungen sollen einem schwachen Strahl entsprechen und der Grenzkurve für den "Beginn des-Versprühens't sich annähern.
• Die Grenzkurve für den t'Beginn des Versprühensle wird durch Funktion: v - d 1,14 = 3 0 10 2 + 50 9 a + os6 9 a 2 gegeben, Weiterhin empfiehlt es sich, die Schlacke in dieser zweiten Periode möglichst rasch zu verflüssigen. Das geschieht durch Erhöhung der Temperatur oder durch Anreicherung der Schlacke an Flussmitteln wie an Tonerde, Flußspat, Titansäure oder auch an Eisenoxydul. Eine weitere zusätzliche Massnahme, bei deren Anwendung der Sauerstoffgehalt des Frischgases auch unter 98,5 % 02 absinken darf, ohne die niedrigen Stickstoffgehalte von unter 0.0020 % zu beeinträchtigen besteht darin, stickstoffreie Gase mit dem flüssigen Eisenbad in Berührung zu bringen, die vom Eisenbad nicht oder nur teilweise absorbiert werden. Der Sauerstoff des Blasstrahles gehört nicht zu diesen Gasen, da er an der Eisenoberfläche absorbiert wird. Bei#einerAufteilung der Blasezeit in die obengenannten Teilbereiche ist es zweckmässig, im ersten Teilbereich, d. h. etwa im ersten Drittel der Blasezeit Gasmengen bis zu etwa 5 Nm_3/to Roheisen zuzugeben, da wachsende Gasmengen dieser Art immer stärker wirken., aber über die angegebene Grenze hidnaus die Wirkung nicht mehr spürbar verbessern. Auch in der zweiten Blasperiode können solche stickstofffreien Gase oder zu Gas verdampfende Flüssigkeiten zum Blasstrahl gegeben werden, welche mit dem Stahl oder der Schlacke nicht oder nur teilweise reagieren. Ein Zusatz bis zu 15 Vol. % auf die aufgeblasene Sauerstoffmenge gerechnet, besitzt eine wachsende Wirksamkeit, Dieser Zusatz ist besonders wirksam während der letzten zwei Blaseminuten. Diese Zusätze können durch den Sauerstoffstrahl dem Bad zugeführt oder auch getrennt aufgegeben werden, Es können stickstofffreie Gase, z. B» Edelgase, aber auch Kohlenoxyde oder Wasserdampf sein. Sie können auch von festen Zusätzen wie zum Beispiel von Karbonaten in Berührung mit dem Eisen abspaltbar sein, oder bei normaler Temperatur Flüssigkeiten sein, die bei der hohen Temperatur des Eisenbades verdampfen, Bedingung ist, dass sie unmittelbar mit dem Eisenbad in Berührung kommen. Gasförmige und flüssige Zusätze fÜhrt man weckmässig mittels des Sauerstoffstrahles dem Eisenbad zu. Feste Stoffe kann man auch vom Sauerstoffstrahl unabhängig in den Konverter einbringen, Ferner muss das zugegebene oder abgespaltene Gas stickstofffrei sein.

  n

  Schliesslich darf es von dem Eisen nicht oderYzrum Teil absorbiert

  werden. In dem Fall, daßausser der Anwendung einer Badschwingung auch noch mindestens eine der obengenannten Zusatzmassnahmen angewendet wird, kann die Badschwingung auch auf einen der oben genannten Tellbereiche der Blasezeit eingeschränkt werden. Beispiel: Eine heute übliche Schmelze von Stahlroheisen auf weichen Stahl ergab einen Stickstoff-Endgehalt von 0.0025 Eine Schmelze wog 200 to an Rohstahl.
• Das Roheisen erhielt: 4,25 % c; islo % mn; os18 % P; o.o3o % s; Os 70 % Si; os oo65 % N.
• Zugesetzt wurden 330 kg/t Roheisen an Schrott, zu Beginn: 15 Kalk, nachgeset±t: 39 Kalk. Der Sauerstoff mit 99,7 % Reinheitsgrad wurde mit einer Blaslanze, die eine Öffnung von 75 mm 0 enthält, bei einer Blasgeschwindigkeit von 1,8 - 2,0 Nm-3/t u, min aus einem gleichbleibenden Abstand von 220 cm auf das Bad aufgeblasen, Dagegen wurde nach erfindurgsgemässer Arbeitsweise bei gleichem Kalkzusatz zu Beginn ein Zusatz von 10 kg/t Roheisen an Kalkspat zugegeben. Der Schrottsatz/t Roheisen'wurde auf :500 kg/t Roheisen vermindert. Es-wurde mit einem Blaslanzenabstand von 200 cm bei einem Durchfluss von 1,9'Nm3/t RE u. min gearbeitet. Zugleich wurde das Bad in Schwingung versetzt. Die Badschwingung wurde bis zum Ende des Frischens beibehalten. Nach einer Blaszeit von 6 Min. war der Kohlenstoffgehalt auf 3,0 % abgebrannt. Jetzt wurde die Blaslanze auf einen Abstand von 320 cm von der Badoberfläche gehoben. Die Blasgeschwindigkeit betrug 1,8 Nm-3,/t u. min, Es wurden 10 kg/# Roheisen an Bauxit zugesetzt und 35 kg/t Roheisen an Kalk nachgesetzt. Die Schlacke wurde verflüssigt. Nach einer Blasezeit von 28 Min. wurde ein Stahl erhalten, dessen Stickstoffgehalt 0.001 j55 betrug. Wurde bei gleichen Verhältnissen nach einer Blasezeit von 26 Min, 2 Min. vor Blasende, dem Sauerstoff Edelgas zugesetzt, das bei der Sauerstoffgewinnung anfällt, und zwar in einer Menge von 10 Vol, % zum Sauerstoff, bis zum Ende des Frischens, so enthielt der Stahl nur 0.0008 % Stickstoff. Die Vorteile, die die Gewinnung so stickstoffarmer weicher unbe.;-ruhigt erstarrter Stähle bringt, liegt auf der Hand. Man kann diese alterungsarmen oder nichtalternden Stähle anstelle beruhigter alterungsbeständiger Stähle setzen, erhält ein besseres Ausbringen, eine bessere Oberfläche und erspart den Aluminiumzusatz.

Claims (4)

1. Patentansprüche. 1. Die Anwendung des Verfahrens, ein Eisenschmelzbad während des Frischens zu Stahl in Schwingung, vorzugsweise in kreisende Schwingung zu versetzenauf die Herstellung weicher unberuhigter Stähle mit Stickstoffgehalten unter 0.002 % mit der Massgabe, dass das Frischen mit auf das Stahlbad geblasenem stickstoffhaltigem Sauerstoff einer Konzentration von etwa 98,5 % 02 und mehr erfolgt.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einer ersten Blasperiode, die etwa ein Drittel der gesamten Blasezeit umfasst, mit scharfem Blasstrahl, gekennzeichnet durch die Blasbedingungen v- d 1914 = _ -3 - 103 + 3 0 10 2 a + 5 0 a 2 , gefrischt wird.lund dass in der darauffolgenden 1 Blasezeit mit schwachem Strahl" gekennzeichnet durch die Blasbedingung v - d 1914 = _3 - 10 2 + 50 * a + 0,6 - a 2 , und/oder unter flüssiger Schlacke zu Ende gefrischt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass während der ersten Blasperiode mit fester, dagegen in der zweiten Blasperiode mit flüssiger Schlacke gearbeitet wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Schmelzbad stickstofffreies Gas welches vom Eisenbad nicht oder nur teilweise absorbiert wird oder feste, flüssige oder gasförmige Stoffe die solches Gas abspalten, zugegeben werden. 5- Verfahren nach Anspruch 41 dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Frischperiode das stickstofffreie Gas oder die solches Gas abspaltenden Mittel dem Eisenbad in den letzten zwei Blasminuten zugegeben werden, wobei sie vorzugsweise mit Hilfe des Sauerstoffstrahles aufgeblasen werden.