DE1598790B1 - Verfahren zur bestimmung des eisenoxidgehaltes einer metall urgischen schlacke bzw deren metallbades bei schmelzen von eisen und stahl - Google Patents

Verfahren zur bestimmung des eisenoxidgehaltes einer metall urgischen schlacke bzw deren metallbades bei schmelzen von eisen und stahl

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DE1598790B1
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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung des Eisenoxidgehaltes einer metallurgischen Schlacke bzw. deren Metallbades beim Schmelzen von Stahl und Eisen, das eine Steuerung der für jeden Schmelzvorgang wichtigen Verschlakkung ermöglicht.
  • Es ist bekannt, daß verschiedene Verunreinigungen, die in dem chargierten Metall und in dem für die Wärmeerzeugung benötigten Brennstoff vorliegen bzw. während des Schmelzvorganges entstehen, durch die Schlacke. aus dem Metallbad entfernt werden. Bei den meisten Schmelzvorgängen stehen die Art und Zusammensetzung der Schlacke mit der Qualität des erzeugten Metalls in unmittelbarer Beziehung. Insbesondere der Gehalt der Schlacke an Oxiden, der bei Eisenschmelzen Eisenoxide, Siliziumoxide und Manganoxide umfaßt, ist für den Erfolg der Schmelze weitgehend bestimmend.
  • So ist ein hoher Gehalt an Metalloxiden in der Schlacke Kennzeichen für stark oxidierende Schmelzbedingungen. übertrieben große Oxydation während des Schmelzens führt zu Einschlüssen, Hohlräumen und anderen Fehlern in den Gußstücken, die aus dem Metall erzeugt werden, während übermäßig reduzierende Schmelzbedingungen, die sich in einem niedrigen Gehalt der Schlacke an Metalloxiden äußern, Fehler wie Gasbildung, »bot tears« und andere Dendrit Bildungen infolge der Gegenwart von Wasserstoff in der Schmelze verursachen.
  • Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren für eine schnelle Abschätzung des Eisenoxidgehaltes der Schmelze oder der auf dem Metallbad liegenden Schlacke zu schaffen. Entsprechend dem Ergebnis der Messung können die Schmelzbedingungen so gesteuert werden, daß ein demiOptimum derMetallquali- ; tät entsprechender Oxydationsgrad eingestellt wird.
  • Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die wahre Temperatur der Schlacke und ohne Berücksichtigung des Emissionskoeffizienten die scheinbare optische Temperatur der Schlacke gemessen werden und die Differenz dieser beiden Temperaturen als Maß für den Eisenoxidgehalt bestimmt wird.
  • Die Erfindung ist auf alle Arten von Schmelzprozessen mit Gußeisen, Roheisen und Stahl anzuwenden.
  • Wird die Temperatur einer Schlacke mit Hilfe eines Pyrometers gemessen, erhält man nicht die wahre Temperatur. Das liegt daran, daß die Schlacke kein schwarzer Strahler ist, wie für die Pyrometerrnessung erforderlich, sondern ihr Emissionskoeffizient von 1, dem Wert für schwarze Strahlung, abweicht. Nur bei einem sogenannten »schwarzen Strahler«, der das bei einer bestimmten Temperatur erreichbare Maximum an Lichtwellen-Energie ausstrahlt, ist der mit einem Pyrometer erhaltene Wert gleich der wahren Ternperatur, wie sie mit einem eingetauchten Thermoelement gemessen werden kann. Ist der Emissionskoeffizient eines Körpers kleiner als 1, d. h., wird nur ein Teil der Lichtwellen ausgesandt, die ein schwarzer Körper bei der gleichen Temperatur abgibt, dann mißt man mit dem Pyro:neter eine zu niedrige »scheinbare Temperatur«. Sofern der Emissionskoeffizient bekannt ist, kann mit dessen Hilfe eine entsprechende Korrektur der erhaltenen scheinbaren Temperatur ausgeführt werden. Geschmolzene Metalle, wie Roheisen, Gußeisen und Stahl haben ziemlich gut bekannte Emissionskoeffizienten, so daß es bei der pyrometrischen Temperaturmessung , dieser Metalle möglich, ist, die entsprechende Korrektur vorzunehmen und damit die wahre Temperatur zu erhalten.
  • Für die Schlacken sind die Emissionskoeffizienten kaum bekannt und so variabel, daß die optische Bestimmung der wahren Temperatur von Schlacken ohne besondere Hilfsmittel unausführbar ist. Bei bestimmten Pyrometern werden besondere Filter benutzt, mit deren Hilfe man wie bei schwarzer Strahlung messen und daher auch ohne Schwierigkeit die Temperatur geschmolzener Schlacken bestimmen kann. Eintauchbäre Thermoelemente können für diesen Zweck ebenfalls benutzt werden. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird zunächst die wahre Temperatur einer Schlackenprobe oder des Schlackenbades bestimmt. Dies kann z. B. mit einem Gesamtstrahlungspyrometer, das für ein Messen wie bei schwarzer Strahlung eingerichtet ist, oder mit Hilfe eines eingetauchten Thermoelementes geschehen. Man kann die Temperatur der Schlacke auch mit guter Näherung dadurch bestimmen, daß man die wahre Temperatur des Metallbades mißt, das in Berührung mit dem Schlackenbad steht: Da die Schmelze auf dem Metallbad schwimmt, sind ihre Temperatur und die des Metallbades einander ziemlich gleich. Als zweiter Schritt wird die scheinbare Temperatur der Schlacke mit Hilfe eines normalen optischen Pyrometers, also ohne Berücksichtigung des Emissionskoeffizienten, gemessen. Die Differenz zwischen der wahren und der erhaltenen scheinbaren Temperatur entspricht dem Emissionskoeffizienten der Schlacke.
  • Der Emissionskoeffizient steht, wie gefunden wurde, in direkter Beziehung zu dem Eisenoxidgehalt der Schlacke, so daß man ihn oder die Differenz zwischen der wahren und der scheinbaren Temperatur zur Messung des Eisenoxidgehaltes der Schlacke benutzen kann. Man wird dadurch in den Stand gesetzt, den Schmelzvorgang zu lenken, d. h. den Oxydationsgrad in der Schmelze zu erhöhen oder zu erniedrigen, wie dem Fachmann bekannt ist, und so den Eisenoxidgehalt der Schlacke auf den für das zu erzeugende Metall günstigen Wert einzustellen. Eine solche Einstellung würde z. B. beim Schmelzen in einem Kupol-Ofen in einem Verringern der Luftzufuhr zur Erniedrigung des Oxydationsgrades oder in einer Zugabe von Kohle zu dem gleichen Zweck bestehen. Im Falle der Benutzung von Gas oder öl als Brennstoff würde das Einstellen eines geringeren Oxydationsgrades in einer Veränderung der Flammenfarbe durch stärkere oder schwächere Zuführung von Brennstoff im Vergleich zur Verbrennungsluft bestehen. Im Falle elektrischer Beheizung könnte eine solche Einstellung in der Einführung eines kohlenstoffhaltigen Materials in das Bad zur Erniedrigung des Oxydationsgrades oder in der Zugabe von Eisenoxid zur Erhöhung des Oxydationsgrades bestehen.
  • Die Erfindung soll nun an Hand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden, das eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf das Schmelzen von Gußeisen im Kupol-Ofen beschreibt. Die Zeichnung zeigt eine Eichkurve für den im Ausführungsbeispiel betrachteten Fall, die die Beziehung zwischen dem Eisenoxidgehalt der Schlacke und der Differenz zwischen wahrer und scheinbarer Temperatur der Schlacke darstellt. Ein Kupol-Ofen wurde chargiert und auf die Schmelztemperatur des Metalls gebracht. Zwei Stunden nach dem Erreichen der Arbeitstemperatur wurde die wahre Temperatur der von dem vorderen Schlackenabzug ablaufenden Schlacke mit Hilfe eines Platin-Thermoelements gemessen. Sie betrug 1510° C. Ungefähr zur gleichen Zeit wurde die Temperatur der Schlacke unter Benutzung eines Pyrometers gemessen, das kein Filter zum Ausgleichen der Abweichung der Strahlung von schwarz enthielt. Die scheinbare Temperatur lag bei 1475° C. Die Differenz zwischen der wahren und der scheinbaren Temperatur betrug also 35° C. Gemäß der Zeichnung entspricht das einem Eisenoxidgehalt von 8,8 %. Da dieser zu hoch war, wurde die Luftzufuhr erhöht. Nach weiteren 30 Minuten wurden die gleichen Temperaturmessungen ausgeführt. Die wahre Temperatur hatte jetzt 1525° C erreicht und die scheinbare Temperatur war l470° C. Die Differenz betrug demzufolge 55° C, was gemäß der Zeichnung einem Eisenoxidgehalt von 5,4 o n entspricht. In der gleichen Zeit änderte sich die Farbe der Schlacke; sie erschien heller und zeigte damit einen geringeren Oxydationsgrad an.
  • Zur Aufstellung der in der Zeichnung dargestellten Kurve wurde eine Reihe von Versuchsschmelzen mit unterschiedlichen Oxydationsgraden durchgeführt. Es wurden bei diesen Versuchen gleichzeitige Messungen der wahren und der scheinbaren Temperatur der Schlacke gemacht und dabei Proben zur Analyse des Eisenoxids genommen. Der analytisch ermittelte Eisenoxidgehalt wurde gegen die Differenz zwischen wahrer und scheinbarer Temperatur aufgetragen.
  • Die Messungen der wahren und der scheinbaren Temperatur können mit Hilfe zweier Teilstrahlungs-oder Gesamtstrahlungs-Pyrometer durchgeführt werden. Das Pyrometer zur Messung der wahren Temperatur muß dann mit entsprechenden Filter-Medien für den Ausgleich der Abweichung von der schwarzen Strahlung ausgerüstet sein, wohingegen die Messung der scheinbaren Temperatur ohne solche Kompensationsfilter gemacht wird.
  • Bei Anwendung der Erfindung ist zu berücksichtigen, daß die neben dem Eisenoxid in der Schlacke enthaltenen Bestandteile für den Emissionskoeffizienten mitbestimmend sind. Zum Beispiel kann bei einer basischen Schlacke, die einen hohen Ca0- und Mg0-Gehalt hat, aber niedrig im Si0,-Gehalt ist. die genaue Beziehung zwischen dem Eisenoxidgehalt und dem Emissionskoeffizienten nicht zahlenmäßig die deiche sein, wie bei einer sauren Schlacke mit niedrigem Mg0- und Ca0- und verhältnismäßig hohem Si0"-Gehalt. Es ist aus diesem Grunde besser, die in der Zeichnung dargestellte Beziehung für jede Art von Schmelzvorgang und Schlacke gesondert aufzustellen. Der Eisenoxidgehalt wird damit zur einzigen Variablen.
  • In der Praxis ist die Zusammensetzung einer Schlacke mit Ausnahme des Eisenoxidgehaltes ziemlich leicht zu regulieren, da diese durch die Anteile der beim Schmelzprozeß benutzten Flußmittel bestimmt wird. Der Eisenoxidgehalt hängt jedoch grundsätzlich von dem Oxydationsgrad der Schmelze ab. Die Erfindung gibt eine Möglichkeit zu einer genauen und sorfortigen Einstellung der Oxydationsgrades, da durch sie die Schmelzbedingungen entsprechend den Erfordernissen geändert werden können. Da sich der Oxydationsgrad beim Schmelzen ohne vorherige Anzeichen in kurzen Zeitabschnitten ändern kann, ist es nicht möglich, sich zur Steuerung des Schmelzvorganges auf eine chemische Analyse zu verlassen: Die Analvsen-Methoden für Eisenoxid sind zeitraubend, so daß noch während der Analyse verschiedene Veränderungen des Oxydationsgrades stattfinden können. Bei Benutzung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich dagegen der Oxydationsgrad der Schlacke sofort feststellen. Eine sehr geeignete Methode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist z. B. die Benutzung aufzeichnender Pyrometer sowohl für die wahre als auch für die scheinbare Temperatur der Schlacke. Es können dann kontinuierliche Bestimmungen des Eisenoxidgehaltes der Schlacke gemacht und jederzeit entsprechende Korrekturen durch das Bedienungspersonal vorgenommen werden.

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Verfahren zur Bestimmun- des Eisenoxid- - C, ge altes einer metallurgischen Schlacke, die beim h 1 Erschmelzen von Eisen wie Gußeisen, Roheisen und Stahl verwendet wird, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß die wahre Temperatur der Schlacke und ohne Berücksichtigung des Emissionskoeffizienten die scheinbare optische Temperatur der Schlacke gemessen werden und die Differenz dieser beiden Temperaturen als Maß für den Eisenoxidgehalt bestimmt wird.
DE19661598790 1966-05-07 1966-05-07 Verfahren zur bestimmung des eisenoxidgehaltes einer metall urgischen schlacke bzw deren metallbades bei schmelzen von eisen und stahl Withdrawn DE1598790B1 (de)

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