DE1533950B1

DE1533950B1 - Verfahren zum frischen einer fe cr c schmelze

Info

Publication number: DE1533950B1
Application number: DE19671533950
Authority: DE
Inventors: Donald Hansen
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1966-02-14
Filing date: 1967-02-07
Publication date: 1971-03-11
Also published as: US3420657A; FR1511298A; NO122378B; GB1176731A

Description

Drücken mit Sauerstoff zu behandeln, um den io um die Bildung einer Schlacke auf der Oberfläche Kohlenstoff aus diesen Legierungen zu entfernen. der Legierung während der Behandlung mit Sauer-Bei den bekannten Verfahren treten aber erhebliche stoff zu vermeiden. Die Abwesenheit einer Schlacke unerwünschte Verluste an Chrom auf, besonders während des Arbeitens bringt erhebliche Vorteile dann, wenn man Legierungen mit einem geringen mit sich. So wird unter anderem die Ausbeute an Kohlenstoffgehalt gewinnen will. Bei den bekannten 15 Chrom verbessert, da etwa oxydiertes Chrom nicht Verfahren ist es schwierig, das Mengenverhältnis von in der Schlacke gelöst wird. Bei einem schlacken-Kh i d Eddk losen Verfahren kann etwa gebildetes Chromoxyd

unter Freisetzen von Kohlenmonoxyd bei geeigneten Druckbedingungen leicht wieder gelöst werden. Eine 20 weitere Erhöhung der Chromausbeute wird dadurch erreicht, daß keine feinen Metalltröpfchen als suspendierte Teilchen in der Schlacke verlorengehen. Zum Erhalten von Legierungen mit einem sehr niedrigen Kohlenstoffgehalt bewirkt die Abwesenheit genau geregelt werden kann. Insbesondere können 25 einer Schlacke, daß die gesamte Oberfläche des genach diesem Verfahren Legierungen mit einem hohen schmolzenen Metalls unter veringertem Druck steht,

weshalb das gebildete Kohlenmonoxyd leicht entweichen kann. Arbeitet man dagegen in Gegenwart einer Schlacke, so wird das Kohlenmonoxyd zwischen 30 der Schlacke und dem Metall eingefangen, wodurch ein höherer Partialdruck von Kohlenmonoxyd entsteht und die Entkohlung weniger wirksam ist. Die Abwesenheit von Schlacke spielt auch eine Rolle g bei der maximalen Arbeitstemperatur. Die höchste

den gewünschten Chromgehalt der Legierung ein- 35 Temperatur beim Aufblasen von Sauerstoff ist übgestellt und sodann auf die Oberfläche der Schmelze licherweise begrenzt durch die feuerfeste Auskleidung der Sauerstoff unter Temperatur- und Druckbedin- des Gefäßes. Bei Vorhandensein einer Schlacke bilgungen aufgeblasen wird, die im Koordinatensystem den sich Eutektika zwischen dieser und der feuerder Badtemperatur, des Druckes der Ofenatmosphäre festen Auskleidung, weshalb man die Temperatur und des Kohlenstoffgehaltes, die beiden letzteren bei 40 tiefer halten muß. Versuche haben gezeigt, daß man logarithmischer Teilung, durch Polygonzüge gegeben beim erfindungsgemäßen Verfahren in Abwesenheit

einer Schlackenschicht unter solchen Bedingungen arbeiten kann, die bei Gegenwart einer Schlacke nicht möglich sind. Ein weiterer Vorteil des Arbeitens in Abwesenheit von Schlacke besteht darin, daß der Sauerstoff nicht abgelenkt wird, bevor er in Berührung mit dem Metall kommt. Ferner erfordert die Bildung einer silicatischen Schlacke den Zusatz von Kalk oder anderen Stoffen als Flußmittel, um die

g, g

Chrom zum Kohlenstoff in dem Endprodukt zu regeln und eine Legierung mit einem hohen Gehalt an Chrom und einem niedrigen Gehalt an Kohlenstoff zu erhalten.

Das Ziel der Erfindung ist eine Behandlung von Chrom, Eisen und Kohlenstoff enthaltenden Legierungen mit Sauerstoff, wobei das Mengenverhältnis von Chrom zum Kohlenstoff in dem Endprodukt

gg

Gehalt an Chrom und einem niedrigen Gehalt an Kohlenstoff hergestellt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden auch unerwünschte Verluste an Chrom vermieden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß eine schlackenfreie, auf mindestens 50° C über ihren Schmelzpunkt erhitzte Schmelze auf einen Siliziumgehalt von weniger als 3% und d h Chhl d Li i

sind, wobei für die Punkte der Polygonzüge folgende Wertepaare der Badtemperatur (in ° C) und des Druckes der Ofenatmosphäre (in at) gelten:

	15 0/0 Cr	0,20 at	70VoCr	0,1VoC
	0,01 Vo C I 0,1VoC	0,50 at	0,01 Vo C	0,010 at
1600⁰C	0,020 at	—-		0,021 at
1700⁰C	0,053 at	—	0,0020 at	0,042 at
1800⁰C	0.12 at	—	0,0043 at	0,085 at
1900⁰C	0,25 at	0,0095 at	0,17 at
2000⁰C	0,45 at	0,017 at

021 at ⁵° Schlacke flüssig zu halten.

Am wichtigsten aber ist es, daß bei Abwesenheit einer silicatischen Schlacke die beschriebenen Temperatur- und Druckverhältnisse eingehalten werden können, durch welche in gewünschter Weise die Diese Beziehungen sind in den Figuren graphisch 55 Eisen-Chrom-Kohlenstoff-Legierungen gewonnen dargestellt. werden.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Ver-

Uberwachung des oben gekennzeichneten Verfahrens. f ahrens erhitzt man zunächst eine Chrom, Eisen und Es ist dadurch gekennzeichnet, daß das Aufblasen Kohlenstoff enthaltende Ausgangslegierung auf eine des Sauerstoffs auf die Schmelze beendet wird, sobald 6° Temperatur von etwa 50° C oder mehr über ihren die Menge der beim Frischen entstehenden Abgase Schmelzpunkt. Dann bringt man die Schmelze in plötzlich abnimmt. ein geeignetes Gefäß, das beispielsweise mit Ma-

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Ausgangs- gnesia ausgekleidet sein kann. Das Gefäß bringt man stoffe können Legierungen sein, die etwa 15 bis 75% in eine Vakuumkammer und versieht es mit einem Chrom, bis zu 10% Kohlenstoff, Rest Eisen und 65 vakuumdichten Deckel. Dann bläst man auf die zufällige Verunreinigungen anderer Elemente, wie Oberfläche des geschmolzenen Metalls Sauerstoff in Mangan, Schwefel, Silicium, Phosphor, Nickel, Tan- Mengen von beispielsweise 6 bis 20 m³ je m² Obertal oder Molybdän, enthalten. fläche auf. Während des Aufblasens des Sauerstoffes

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hält man den Druck unter dem atmosphärischen konstant, so nimmt beim Beginn der Oxydation des

Druck und regelt ihn mit der Temperatur. Der Druck Chroms der Druck merklich ab. Nach einer bevor-

im Gefäß kann geregelt werden durch die Abzugs- zugten Ausführungsform der Erfindung hört man

geschwindigkeit der Gase, wobei man eine übliche deshalb mit der Sauerstoffbehandlung auf, wenn ein Vakuumvorrichtung verwenden kann, beispielsweise 5 plötzlicher Druckabfall festgestellt wird; eine weitere

Dampfstrahlgebläse. Die Temperatur der Oberfläche Behandlung mit Sauerstoff würde zu einer zusätz-

der Schmelze wird geregelt durch Änderung der liehen Oxydation von Chrom führen.

Geschwindigkeit, mit welcher Sauerstoff aufgeblasen Die Fig. 2 bis 4 zeigen die Chromebenen für 50,

wird. 30 und 15 % Chrom mit Schnitten der Kohlenstoff-

Die in den Zeichnungen dargestellten Beziehungen io ebenen für 0,1, 0,05 und 0,01% Kohlenstoff. Diese zwischen den Gehalten an Chrom und Kohlenstoff graphischen Darstellungen, ebenso wie die Darfür verschiedene Temperaturen und Drücke beim stellung nach Fig. 1, können durch Interpolation Behandeln mit Sauerstoff sind nur dann gültig, wenn zum Feststellen der Arbeitsbedingungen auch für der Siliciumgehalt der Legierung unter 3% liegt. Bei andere Legierungen verwendet werden,
höheren Siliciumgehalten treffen diese Angaben nicht 15 Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung mehr zu, da die silicatische Schlacke das Verfahren kann das Verhältnis von Chrom zu Kohlenstoff in unvorhersehbar macht. einer Eisen, Chrom und Kohlenstoff enthaltenden

Die Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäß heran- Legierung geregelt werden durch die Oxydation von

gezogene Ebene für 70% Chrom und die Schnitte Chrom. So kann beispielsweise die Ausgangslegie-

äieser Ebene mit Kohlenstoffebenen, die Kohlenstoff- 20 rung 16% Chrom und 0,05% Kohlenstoff enthalten,

gehalten von 0,01%, 0,05% und 0,1% entsprechen, während das Endprodukt 15% Chrom und 0,05%

ferner verschiedene Temperaturebenen. Kohlenstoff als Maximum enthalten soll. Hierbei

Zur Gewinnung einer Legierung mit 70% Chrom bringt man die Ausgangslegierung auf eine Tempe- und nicht mehr als 0,05 % Kohlenstoff kann man ratur von etwa 1600° C, verringert den Druck über von einer Legierung ausgehen, die 70% Chrom und 25 der Oberfläche des geschmolzenen Metalls auf einen 1 % Kohlenstoff enthält. Die hierbei anzuwendenden unteratmosphärischen Druck und bläst Sauerstoff auf Arbeitsbedingungen während der Behandlung mit die Oberfläche der Legierung auf. Als Ergebnis Sauerstoff liegen links von der Chromebene für 70 % dieser Behandlung mit Sauerstoff steigt die Tempebei der jeweiligen Arbeitstemperatur und vor der ratur der Metalloberfläche. Da man im vorliegenden Kohlenstoffebene, die einem Gehalt von 0,05% 30 Fall den Chromgehalt der Legierung herabsetzen Kohlenstoff entspricht. Beim Arbeiten unter Bedin- will, regelt man die Temperatur und den Druck so, gungen rechts von der Chromebene wird nicht der daß sie rechts von der Chromebene für 16% liegen Kohlenstoff, sondern das Chrom oxydiert, bevor der und im wesentlichen zusammenfallen mit dem Schnitt gewünschte Kohlenstoffgehalt erreicht ist. Wie die der Chromebene für 15% und der Ebene für 0,05% gestrichelten Pfeile in der F i g. 1 zeigen, wird durch 35 Kohlenstoff. Unter diesen Arbeitsbedingungen wird Behandlung mit Sauerstoff in einer 70% Chrom Chrom oxydiert und schneller als Kohlenstoff aus enthaltenden Legierung bei einer Metalltemperatur der Legierung entfernt. Das bedeutet, daß das Chrom von 1800° C und bei einem Druck von 0,022 Atmo- vorzugsweise oxydiert wird, bis der Gehalt der Lesphären eine Oxydation und Entfernung des Kohlen- gierung an Chrom etwa 15 % beträgt. Dann hört die Stoffs bis auf einen Gehalt von 0,05 % erreicht, ohne 40 Oxydation des Chroms plötzlich auf, und Kohlendaß hierbei eine stärkere Oxydation des Chroms in stoff wird oxydiert. Der Beginn der Oxydation des Mengen von mehr als 5% stattfindet. Beim Arbeiten Kohlenstoffes zeigt sich durch die Bildung von bei tieferen Drücken, beispielsweise bei 0,01 Atmo- Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd an der Obersphären, kann ein noch niedrigerer Kohlenstoffgehalt fläche der geschmolzenen Legierung,
erreicht werden, wie bei Punkt 5 gezeigt ist, bevor 45 Die nachstehenden Beispiele zeigen einige Ausdas Chrom in größerer Menge oxydiert wird. Man führungsformen der Erfindung,
kann auch bei tieferen Temperaturen arbeiten, wie

bei Punkt 7 gezeigt ist, um ohne Oxydation des Beispiel 1
Chroms einen Kohlenstoffgehalt von 0,05% zu erreichen. Entsprechend kann man bei höherer Tem- 5° 1930 kg einer Legierung mit 0,38 % Kohlenstoff, peratur auch einen höheren Druck anwenden. In 19,4% Chrom, weniger als 0,1% Silicium, Rest jedem Falle muß während des ganzen Verfahrens- Eisen wurden in einem mit Magnesia ausgekleideten Verlaufes bei einer bestimmten Arbeitstemperatur der Behälter auf 1600° C erhitzt und dann unter Va-Druck links von dem Schnitt der Chromebene und kuum gesetzt. Man erniedrigte den Druck auf vor der Kohlenstoffebene für den entsprechenden 55 0,275 Atmosphären und führte mit einer Geschwin-Kohlenstoffgehalt der Legierung liegen, d. h., daß digkeit von 7 m³ je Minute insgesamt 35 m³ Sauerman zunächst bei höheren Drücken arbeiten kann stoff zu. Während des 5 Minuten dauernden Blasens und diese Drücke herabsetzen kann, aber unter sol- verringerte man den Druck auf 0,01 Atmosphären, chen Bedingungen, daß der Kohlenstoffgehalt herab- Nach Abstellen des Sauerstoffs hielt man die Legiegesetzt ist; auch diese Beziehungen gehen aus der 60 rung weitere 5 Minuten bei diesem Druck. Das erZeichnung hervor. ' haltene Endprodukt enthielt 0,06% Kohlenstoff,

Der Beginn der Oxydation des Chroms gegenüber 18,4% Chrom, Rest Eisen,
der Oxydation des Kohlenstoffs kann festgestellt

werden durch eine deutliche Abnahme der Bildung Beispiel 2
von Kohlenmonoxyd und Kohlendioxyd an der 65

Oberfläche der geschmolzenen Legierung, und zwar 950 kg einer schlackenfreien Legierung mit 8,9 %

unabhängig von der Menge des aufgeblasenen Sauer- Kohlenstoff, 63,5 % Chrom, weniger als 1 % Silicium,

Stoffs. Hält man beispielsweise die Sauerstoffzufuhr Rest Eisen wurden in geschmolzenem Zustand in ein

mit Magnesia ausgekleidetes Gefäß eingegossen. Man schloß das Gefäß und evakuierte bis auf einen Druck von 500 mm Hg mit Hilfe eines Dampfstrahlgebläses. Etwa 14 m³ Sauerstoff wurden mittels einer mit Wasser gekühlten Lanze nach dem nachstehenden Schema aufgeblasen. Hierbei wurde der Druck innerhalb des Gefäßes zunächst links von der Chromebene nach Fig. 1 gehalten, wobei die Menge der bei niederem Druck entwickelten Gase zur Verminderung des Spritzens herabgesetzt wurde und um mit Hilfe des Sauerstoffs die Temperatur der Legierung auf etwa 1800° C zu bringen. Die einzelnen Verfahrensstufen sind nachstehend zusammengefaßt:

O2 Menge. m³	Zeit, Minuten	mm Hg	Druck Atmosphären
5,0 4,0 3,0 2,3	13,3 6,1 5,4 4,2	550 bis 500 500 bis 335 335 bis 145 145 bis 40	(0,724 bis 0,658) (0,658 bis 0,441) (0,441 bis 0,191) (0,191 bis 0,053)

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Beim Erreichen dieses Punktes sank der Druck plötzlich von 40 auf 36 mm, was den Beginn der Oxydation des Chroms anzeigte. Gemäß der graphischen Darstellung liegt bei 1800° C und einem Druck von 0,05 Atmosphären ein Kohlenstoffgehalt von 0,2 °/o vor. Da man eine Legierung mit einem niedrigeren Kohlenstoffgehalt herstellen wollte, wurden weitere 14 m³ Sauerstoff mit einer Geschwindigkeit von 2,3 m³ je Minute aufgeblasen, wobei ein Teil des Chroms unter Bildung von Chromoxyd oxydierte. Dann stellte man die Sauerstoffzufuhr ab und verringerte den Druck auf 5 mm, was gemäß der graphischen Darstellung erforderlich ist, um bei 1800° C einen Kohlenstoffgehalt von 0,05% zu erreichen. Das gebildete Chromoxyd setzt sich mit dem Kohlenstoff in der Legierung unter Freisetzen von Kohlenmonoxyd um. Als nach 13 Minuten die Gasbildung im wesentlichen aufhörte, leitete man Luft ein. Die erhaltene Legierung enthielt 0,04 °/o Kohlenstoff und 68,4% Chrom. Die berechneten Chromverluste durch Oxydation betrugen 5%.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Frischen einer Fe-Cr-C-Schmelze durch Aufblasen von Sauerstoff bei einem Druck der Ofenatmosphäre unter 1 at zur Erzeugung von Fe-Cr-C-Legierungen mit 0,01 bis 0,1% Kohlenstoff und 15 bis 70% Chrom, dadurch gekennzeichnet, daß eine schlackenfreie, auf mindestens 50° C über ihren Schmelzpunkt erhitzte Schmelze auf einen Siliziumgehalt von weniger als 3% und den gewünschten Chromgehalt der Legierung eingestellt und sodann auf die Oberfläche der Schmelze der Sauerstoff unter Temperatur- und Druckbedingungen aufgeblasen wird, die im Koordinatensystem der Badtemperatur, des Druckes der Ofenatmosphäre und des Kohlenstoffgehaltes, die beiden letzteren bei logarithmischer Teilung, durch Polygonzüge gegeben sind, wobei für die Punkte der Polygonzüge folgende Wertepaare der Badtemperatur (in ° C) und des Druckes der Ofenatmosphäre (in at) gelten:

15°/oCr 0,1 »/0 C 70% Cr 0,1 »/0 C 0,01 «/ο C 0,20 at 0,01 »/0 C 0,010 at 1600° C .. 0,020 at 0,50 at 0,021 at 1700° C.. 0,053 at — 0,0020 at 0,042 at 1800° C. 0,12 at — 0,0043at 0,085 at 1900° C.. 0,25 at — 0,0095 at 0,17 at 2000° C .. 0,45 at 0,017 at

2. Verfahren zur Überwachung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufblasen des Sauerstoffs auf die Schmelze beendet wird, sobald die Menge der beim Frischen entstehenden Abgase plötzlich abnimmt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen