DE1758455C3 - Verfahren zum Frischen von legierten kohlenstoffhaltigen Eisenschmelzen - Google Patents

Description

des ganzen Frischvorganges hindurch eingehalten derung des Kohlenstoffs, sofern die Temperatur der wird, wichtig ist vielmehr, daß die Temperatur des Tropfen über der vorerwähnten kritischen Tempera-Ferrochroms so schnell ansteigt, daß bei jedem Koh- tür, die dem jeweiligen Kohlenstoffgehalt entspricht, lenstoffgehalt der Kohlenstoff vor dem Legierungs- gehalten wird. Es müssen daher die Silizium- und/ element oxidiert wird. Wenn also die Temperatur 5 oder Aluminiumgehalte im Ferrochrom so groß bein, etwa 2000° C erreicht hat, bevor der Kohlenstoff- daß die bei ihrer Oxydation entstehende Wärme zugehalt auf 0,3 % vermindert wurde, oder 2:200° C sätzlich derjenigec Wärme, die durch die Verbrenerreicht hat, bevor der Kohlenstoffgehalt auf 0,1% nung des jeweils zu entfernenden Kohlenstoffes ervermindert wurde, oder aber 2600° C erreicht hat, zeugt wird, ausreicht, um die erforderliche Endbevor der Kohlenstoffgehalt auf 0,02 %> vermindert _lo betriebstemperatur zu erhalten. Die derart behanwurde, wird bei weiterer Zufuhr von Sauerstoff oder delte Schmelze wird in einem entsprechenden Tiegel eines anderen oxidierenden Gases kein Chrom oxi- aufgefangen und kann dann in der üblichen Weise diert. Aus Sicherheitsgründen dürfte es sich empfeh- abgegossen werden.

len, die dem angestrebten Endkohlenstoffgebdlt er,t- Die für das Verfahren benötigte Sauerstoffmenge

sprechende Endbetriebstemperatur so ai regeln, daß 15 wird nach der Menge des zu oxidierenden Siliziums sie kurz vor dem Erhalt des Endkohlenstoffgehaltes oder Aluminiums und des zu entfernenden Kohlenerreicht wird. stoffes berechnet.

Es hat sich gezeigt, daß durch das erfindungs- Tritt das Ferrochrom z. B. mit einer Temperatur

gemäße Verfahren Betriebstemperaturen zwischen von 1500⁰C in den Sprühstrahl ein, so muß, wenn 2200 und 2600° C schnell erreicht werden können. 20 eine Legierung mit nicht mehr als 0,1 °/o Kohlenstoff Durch entsprechende Einstellung des Winkels des erhalten werden soll, durch die Oxidation des SUizersprühten Stromes und/oder durch geeignete Form- ziums oder Aluminiums und des Kohlenstoffes die gebung des Reaktionsbehälters und/oder mit Hilfe Temperatur auf 2200° C gebracht werden Soll jeeines Kühlgasstromes entlang der Behälterinnenfläche doch der EndKohlenstoffgehalt nicht mehr als 0,02 °/o ist es möglich, schädliche Auswirkungen der sehr 25 betragen, so muß die Temperatur auf 2600° C gehohen Betriebstemperaturen auf die Apparatur zu bracht werden. Dies bedeutet einen Temperaturvermeiden, anstieg von jeweils 700 bis 1100° C.

In vorteilhafter Weise kann die Erfindung derart Eine Temperaturzunahme von 700° C kann theoweitergebildet werden, daß der leichter oxidierende reticch durch die Oxidation von 2°/o Silizium oder Stoff der Schmelze vor der Bildung des Stromes zu- 30 Aluminium erhalten werden, die hinsichtlich der frei gesetzt wird. werdenden Verbrennungswärme der Oxidation von

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsfonn nach 5°/o Kohlenstoff entspricht, und die Temperaturzuder Erfindung kann dadurch geschaffen werden, daß nähme um 1000⁰C setzt theoretisch eine Oxidation Sauerstoffstrahlen gegen den Strom der Schmelze ge- von 3 °/o Silizium oder Aluminium voraus, der hinblasen werden. ₃₅ sichtlich der frei werdenden Verbrennungswärme

Der zur Durchführung des erfindungsgemäßen eine Oxidation von 8°/o Kohlenstoff entspricht. Verfahrens erforderliche Zusatzstoff in der Roh- Durch aufeinander abgestimmte Kombinationen von schmelze der Ferrolegierung kann z. B. Silizium und/ Silizium, Aluminium und Kohlenstoff können also die oder Aluminium sein. Diese Elemente sind hierfür jeweils erforderlichen Temperaturzunahmen erzielt sehr geeignet, zumal sie normalerweise als Oxyde in 40 werden. Der Kohlenstoffgehalt einer solchen Kombidem Erz vorliegen, aus dem die Ferrolegierung er- nation kann entweder bereits in der geschmolzenen schmolzen wird. Sie können in der erforderlichen Rohferrolegierung vorhanden sein oder nachträglich Menge während der normalen Betriebsstufen, selbst- ergänzt werden, zumal er ja in der Schmelze in Löverstandlich auch gesondert, zugesetzt werden. sung geht. Alle metallurgischen Prozesse, die mit

Die Erfindung wird nunmehr an einem Beispiel 45 solch hohen Temperaturen durchgeführt werden, sind erläutert: mit unvermeidlichen Wärmeverlusten durch Strah-

Zur Herstellung eines niedriggekohlten Ferro- lung, Eigenwärme der Abgase usw. verbunden, chroms wird zunächst rohes Ferrochrom, das 70°/o Solche Wärmeverluste, die durch erhöhte Wärme-Chrom enthält, in einem Hochofen oder einem elek- erzeugung ausgeglichen werden müssen, stehen im irischen Schmelzofen mit einem bestimmten Silizium- 50 umgekehrten Verhältnis zum Maßstab des Verfah- oder Aluminiumgehalt erzeugt. Sofern der erreichte rens, doch können sie niemals ganz vermieden wer-Silizium- oder Aluminiumgehalt nicht hoch genug den. Daraus ergibt sich, daß zum Erreichen der krisein sollte, kann das eine oder andere dieser Eie- tischen Endtemperatur die Menge der oxidierbaren mente nachträglich in der erforderlichen Menge zu- Stoffe größer sein muß als in den vorgenannten Beigesetzt werden. Dieses Ferrochrom kann einige Pro- 55 spielen. Die im Einzelfalle tatsächlich erforderlichen zent Kohlenstoff enthalten. Das geschmolzene Roh- Mengen können nur durch praktische Versuche mit ferrochrom fällt im Strom aus einer geeigneten Aus- wechselnden Anteilen ermittelt werden. In einer Anströmöffnung und wird der Wirkung starker Gas- lage mit mittleren Wärmeverlusten hat sich die Oxistrahlen aus Sauerstoff oder einem anderen oxydie- dation von 3°/o Silizium oder Aluminium bzw. äquirenden Gas ausgesetzt. Diese Gasstrahlen zersprühen 60 valenter Kombinationen von Silizium, Aluminium und den Strom in feine Tröpfchen, die dem oxydierenden Kohlenstoff als ausreichend erwiesen, um einen Tem-Gas eine große Oberfläche bieten und die Vorausset- peraturanstieg um 700° C zu erzielen, während für zungen für eine schnelle Reaktion schaffen. In jedem einen Temperaturanstieg um 1100⁰C die Oxidation Tropfen wird zuerst das Silizium bzw. Aluminium von 5 %> Silizium oder Aluminium bzw. entsprechenoxydiert. Durch die Oxidation des Siliziums oder 65 der Kombination dieser Elemente mit Kohlenstoff Aluminiums steigt die Temperatur in den Tropfen. genügte.

Die weitere oxydierende Wirkung der Gasstrahlen Im folgenden wird die Erfindung an Hand von auf

führt zur ausschließlichen Entfernung bzw. Vermin- Versuchen, aus denen die jeweils anzustellenden Be-

rechnungen hervorgehen, beruhenden Beispielen näher erläutert.

Beispiel 1

Um den Kohlenstoffgehalt eines Ferrochroms mit 70% Chrom und 2,0% Kohlenstoff auf 0,1% zu senken, müssen in dem Sprühstrahl der Schmelze 1,9% Kohlenstoff oxidiert werden, und zwar zusammen mit einer zur Erzielung des Temperaturanstiegs von 1500 auf ">200^oC ausreichenden Menge an SiIiäum oder Aluminium. Die hierfür benötigten 2,3% Silizium oder Aluminium werden durch entsprechende Einstellung der Zusammensetzung des zu frischenden Ferrochroms erhalten. Ein Strom dieses Ferrochroms wird dann Saucrstoffstrahlen ausgesetzt und durch diese zersprüht. An reinem Sauerstoffgas werden je Tonne behandelten Metalls benötigt:

a) für 1,9 % Kohlenstoff
für 2,3% Silizium

23.7 kg O₂/t

26.8 kg (yt J

50,5 kg/t

b) für 1,9% Kohlenstoff 23,7kgCyt 1 _insgesamt 48,6 kg/t für 2,3% Aluminium 20,9 kg O₂Zt J

Nachweisbare Al- oder Si-Gebnlte soll die fertige Schmelze nicht aufweisen.

Beispiel 2

Um d. LM₄M des glichen Fern, chroms auf 0,02% zu vermindern, müssen 1,98% Kohlenstoff verbrannt und 4% Silizium oder Aluminium zugesetzt werden, um die Temperatur von

recnnet

Tonne wie folgt:

a) für 1,98% Kohlenstoff
für 4,0% Silizium

b) für 1,98% Kohlenstoff

für 4,0 % Alumimium 36,1 kg O₂Zt j insgesamt 73,5 kg/t

26,8 kg O,/t 1 O/t J insgesamt62,9kg/t

26,8 kg O₂Zt 46,5 kg OJt

Auch hier muß alles Silizium und Aluminium aus der Schmelze entfernt sein.

Die kritischen Temperaturen für andere Endkohlenstoffgehalte können aus der Fachliteratur oder durch Interpolation der oben angegebenen Werte erhalten werden. Für jede einzelne Anlage ist die Menge an zuzusetzenden oxidierbaren Stoffen (Silizium, Aluminium) durch praktische Versuche besonders zu ermitteln, während der Sauerstoffbedarf in vorstehender Weise errechnet werden kann. In das Reaktionsgefäß kann Kalk eingesetzt oder als Pulver längs des fallenden Rohferrochromstromes eingetragen werden, und zwar als Flußmittel für die entstehende Kieselsäure oder Tonerde. Hierdurch werden allerdings entsprechende zusätzliche Mengen der oxidierbaren Stoffe notwendig, da ja von der gebildeten Kalk/Kieseisaure- oder Kalk/Tonerde-Schlacke Wärme absorbiert wird.

Das Verfahren nach der Erfindung ist nicht auf das Frischen von Ferrochrom beschränkt Die für die verschiedenen Kohlenstoffgehalte im Ferromangan, Ferrovanadin usw. jeweils erforderlichen kritischen Temperaturen können nach an sich bekannten bzw. in der Literatur angegebenen Richtlinien errechnet werden, wobei naturgemäß die jeweiligen Betriebsbedingungen zu berücksichtigen sind. In diesem Zusammenhang ist allerdings darauf hinzuweisen, daß die Temperaturen, die für die Verbrennung des Kohlenstoffes zur Erlangung besonders geringer Kohlenstoffgehalte notwendig sind, gegebenenfalls so hoch sein können, daß ζ. B. wegen der Verdampfung des Legierungselementes äußerste Vorsicht geboten ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist überdies nicht beschränkt auf das Frischen von Ferrolegierungen mit hohen Gehalten an Legierungsbestandteilen, vielmehr kann es auch bei der Herstellung von nichtrostenden Stählen zur Anwendung kommen, z. B. bei der Herstellung eines Stahles mit 16 bis 20% Chrom, 7 bis 10% Nickel und einem geringen Kohlenstoffgehalt vorzugsweise unter 0,1% und sogar unter 0,03 %. Solche niedriggekohlten nichtrostenden Stähle wurden bisher in der Weise hergestellt, daß eine entsprechende Stahlschmelze in einem elektrischen Lichtbogenofen mit Sauerstoff verblasen wurde, um den Kohlenstoff zu verbrennen. Auch dieses Verfahren hat den großen Nachteil, daß Chrom oxidiert wird, bevor der Kohlenstoff in hinreichender Menge verbrannt ist, so daß teure Desoxidationslegierungen nachträglich zugesetzt werden müssen, um durch Reduktion der Oxyde das metallische Chrom zurückzuei halten.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Schmelze aus nichtrostendem Stahl Silizium, Aluminium oder Kohlenstoff bzw. eine Kombination dieser Elemente in einer solchen Menge zugesetzt, daß während der beschriebenen Zersprühung das Metall auf oder über die für den gewünschten Endkohlenstoffpehalt maßgebende kritische Temperatur erhitzt wird. Da der Chromgehalt des Stahles geringer ist als bei den normalen Ferrolegierungen, sind auch die kritischen Temperaturen niedriger. Bei einem nichtrostenden Stahl mit 18% Chrom beträgt die kritische Temperatur für einen Endkohlenstoffgehalt von 0,1% 183O°C und für einen Endkohlenstoffgehalt von 0,03% 2000° C.

Das folgende Versuchsbeispiel bezieht sich auf das Frischen eines nichtrostenden Stahles.

Beispiel 3

800 kg nichtrostender Stahlschrott wurden in einem elektrischen Lichtbogenofen geschmolzen und Silizium zugesetzt, so daß die Stahlschmelze 0,42% C, 6,0% Si, 17,0% Cr und 8,85% Ni enthielt. Die Schmelze wurde mit einer Temperatur von 153O⁰C einer Sprühfrischanlage zugeleitet und mit 59,9 kg Sauerstoff und 72,6 kg Kalk behandelt. Die hieraus erhaltene Legierung enthielt 0,04% C, 16,9% Cr, 8,85% Ni und Spuren von Silizium.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, von einer Schmelze aus nichtrostendem Stahlschrott auszugehen, vielmehr kann die Stahllegierung auch in einem Hochofen oder Kupolofen hergestellt werden, ausschlaggebend ist nur, daß die Legierung die richtigen Chrom- und Nickelgehalte sowie einen ausreichenden Kohlenstoffgehalt aufweist und gleichzeitig

andere Elemente enthält, die leichter oxidierbar sine als Chrom, um durch diese die für den jeweils gewünschten Endkohlenstoffgehalt entsprechende Be triebstemperatur zu erhalten, und daß die Sauerstoffzufuhr ausreicht, um nur die leichter oxidierbarer Zusatzelemente und den Kohlenstoffüberschuß zi entfernen.

Claims (6)

\ r- ι v Ans diesem Gnpde hat es nicht an Versuchen ge- \ Patentansprüche: fehlt, den KoKtenstoffgehalt der durch Reduktion mit i?' Kohlenstoff gewonnenen bilh'geren Ferrolegierungen

1. Verfahren zum Frischen von legierten koh- zu vermindern. Eines dieser Verfahren besteht darin, iehstofihaltigen Eisenschmelzen, insbesondere 5 auf oder in das Schmelzbad der Ferrolegierung Ferrolegierungen, bei dem ein kontinuierlicher Sauerstoff zu blasen, um hierdurch den Kohlenstoff Strom der legierten kohlenstoffhaltigen Eisen- zu verbrennen. Dieses Verfahren hat sich nicht beschmelze mittels eines oxidierenden Gases ver- wahrt, weil bis zum Erreichen der hohen kritischen sprüht wird, dadurch gekennzeichnet, Badtemperatur vor dem Kohlenstoff die Legierungsdaß die Eisenschmelze in Gegenwart eines im io elemente oxydiert wurden. Obgleich durch die bei Vergleich zum Legierungselement leichteroxidier- der Oxydation des Legierungselementes erzeugte baren Stoffes versprüht wird wnd daß durch ent- Wärme die Badtemperatur auf eine Höhe ansteigen sprechende Mengenbemessung dieses Stoffes und kann, bei der in erster Linie der Kohlenstoff oxydiert des Gases die Temperatur des Spriihstromes wird, so ist bis dahin so viel von dem Legierungsschnell auf die für die ausschließliche Verbren- i₅ element oxydiert worden, daß dieses Verfahren unnung des Kohlenstoffes erforderliche Höhe ge- wirtschaftlich ist, und zwar wegen der hierdurch entbracht wird. standenen Verringerung der Ausbeute bzw. der Not-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- wendigkeit, das oxydierte Legierungselement in kennzeichnet, daß der leichter oxidierende Stoff einem anschließenden Verfahrensgang wieder zu der Schmelze vor der Bildung des Stromes zu- ao reduzieren, um eine zufriedenstellende Ausbeute zu gesetzt wird. erreichen. Hinzu kommt, daß die Badtemperatur um

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, so höher sein muß, je niedriger der Kohlenstoffdadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoffstrahlen gehalt der Legierung werden soll, und daß bis zur gegen den Strom der Schmelze geblasen werden. Erreichung dieser höheren Badtemperatur ein ent-

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, as sprechend größerer Teil des Legierungselementes verdadurch gekennzeichnet, daß als leichter oxidier- brannt wird. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens barer Stoff Aluminium zugesetzt wird. besteht darin, daß derart hohe Badtemperaturen zu

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, einer schnellen Zerstörung der hitzebeständigen Ausdadurch gekennzeichnet, daß als leichter oxidier- kleidung des Schmelzgefäßes führen.

barer Stoff Silizium zugesetzt wird. 30 Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist zum

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, Sprühfrischen von Roheisen bekannt (»Stahl und dadurch gekennzeichnet, daß die Rohschmelze Eisen«, 1967, S. 458 bis 462), bei dem das flüssige einer nichtrostenden Stahllegierung gefrischt wird. Roheisen beim Auslauf aus einem Zwischengefäß

oder Pfanne direkt mit Sauerstoff versprüht wird. Da

35 jedoch für die erfolgreiche Durchführung eines nach-

träglichen Oxidationsprozesses der oben beschriebenen Art unbedingt erforderlich ist, daß eine derartige Ferrolegierung, was auch für rostfreie Stahlschmelzen zutrifft, so schnell wie möglich auf eine Temperatur

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Frischen 40 gebracht wird, bei der in allen Stufen der Behand-

von legierten kohlenstoffhaltigen Eisenschmelzen, lung der Kohlenstoff vor dem Legierungselement

insbesondere Ferrolegierungen, bei dem ein konti- oxidiert wird, ist dieses bekannte Verfahren nicht ge-

buierlicher Strom der legierten kohlenstoffhaltigen eignet, um legierte kohlenstoffhaltige Eisenschmelzen

Eisenschmelze mittels eines oxydierenden Gases ver- der beschriebenen Art, zu denen die Ferrolegierun-

sprühtwird. 45 gen und die rostfreien Stahlschmelzen gehören, zu

Kohlenstoffhaltige Eisenschmelzen, insbesondere behandeln.

Ferrolegierungen, wie Ferrochrom, Ferromangan, Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, Ferrovanadin u. dgl., die hauptsächlich für die Des- ein Verfahren der obengenannten Art zu schaffen, Oxydation und als Zusatzlegierungen von Stahl und welches diese Bedingungen erfüllt und darüber hin-Eisen verwendet werden, werden auf verschiedene 50 aus gewährleistet, daß die Reaktionen ohne schnelle Weise hergestellt, z. B. durch Schmelzen geeigneter Zerstörung der hitzebeständigen Auskleidung der Erze in einem Hochofen bzw. in einem Elektroofen Behandlungsgefäße vor sich gehen,
oder auf aluminothermischem Wege. In den beiden Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geerstgenannten Fällen wird als Reduktionsmittel für löst, daß die Eisenschmelze in Gegenwart eines im die Metallgewinnung aus dem Erz Kohle in irgend- 55 Vergleich zum Legierungselement leichter oxidiereiner Form benutzt, während bei dem aluminothermi- baren Stoffes versprüht wird und daß durch entspreschen Verfahren als Reduktionsmittel Aluminium chendc Mengenbemessung dieses Stoffes und des verwendet wird. Dient Kohlenstoß als Reduktions- Gases die Temperatur des Sprühstromes schnell auf mittel, so sind die erhaltenen Ferrolegierungen mehr die für die ausschließliche Verbrennung des Kohlenoder weniger durch Kohlenstoff verunreinigt und 60 stoffes erforderliche Höhe gebracht wird,
vielfach für die Stahlerzeugung ungeeignet, vor allem Auf Grund von Angaben aus der einschlägigen für solche Stähle, für die ein niedriger Restkohlen- Fachliteratur angestellte Berechnungen ergeben, daß stoffgehalt erforderlich ist. Andererseits ist das zur Erzeugung eines Ferrochroms mit z.B. 7O°/o aluminothermische Verfahren mit höheren Kosten Chrom und 0,1 % Kohlenstoff eine Endbetriebstemverbunden, so daß die hiernach hergestellten niedrig- 65 peratur von etwa 2200° C und für das gleiche Ferrogekohlten Ferrolegierungen teurer sind als diejeni- chrom mit 0,02% Kohlenstoff eine solche von etwa gen, bei denen Kohlenstoff als Reduktionsmittel be- 2600° C erforderlich ist. Es ist nicht unbedingt notnutzt wurde, wendig, daß diese Endbetriebstemperatur während