DE1811755A1 - Verfahren zur Herstellung von Metallen und Legierungen in reproduzierbarer Qualitaet - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dipl. !ng. WaS'-er Meissner

Dip!. L- -Γ" ^ri. nscher

Büro i,i^;:i!chan

München 2, Tat 71

ünchen, den ^y. November Ί

Budapest, XI₁ Lonkoly Jhege

und I)UIΓλΙ 7^üi.-i', Junaujväros (Ungarn)

VERFAHREN ZUR HBRfITBLLUNQ VON METALLEN UND LEOIKRUNGEN IN REPRODüZISRBARER QUALITÄT

Die Erfindung betrifft ein Verfahren *ur Heretellung von Reinmetallen und Legierungen« inbegriffen da« Eieen und seine Legierungen, in reproduzierbarer Qualität. Das Verfahren let sur Steuerung von netallurgiachen Prozessen, die in nicht reproduzierender Ofenatmoephäre 935/33/Kne*

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vor sich gehen, geeignet, Di® Herstellung in reproduzierbarer Qualität wird durch das Verfahre» erfindungsgemäss dadurch gesichert» dass die verschiedenen Abschnitte dee metallurgischen Prossesse« in der Kenntnis dee kontinuierlich bestimmten Sauerstoffgehalt®® der Schmelze gesteuert werden* Nach dem Verfahren werden die aiur Beseitigung der Begleit- und Yerunreinigunggelemente notwendigen (oxydierenden) Stoffe» weitere di© s&ar Beseitigung oder Abbindung der in der föetallaohmeläs® ssuTÜoicble !bonden Sauerstoffgehaltes notwendigen (deeoxjdierenden) Stoffe, in der Kenntnis des jewcsiXlgep, Saueret of f gehalt es d®r Schmelze, bestimmt«, Diese Mengen werden durch etöchiometrloche Berechnung feetgeβtelit«

Bel den bekannten herkömml lohen metallurgischen Verfahren zur Here teilung von veroehiedenen Metallen und Legierungen mittels nieht-redazlerender Schmelzung» wird das Verfahren eigentlich ebenfalls auf Grund der Aenderung der Menge dee in der Schmelz© vorhandenen Sauerstoffgehaltes durchgeführt· Da aber keine geeignete 'Methode zur raschen, genauen und kontinuierlichen Bestimmung dieses Begleitelamentes bekannt ist, erfolgt die ChargenfUhrung auf Grund der '.Jengenänderung eines oder mehreren anderen Begleitelemente» oder aber auf Grund von anderen Prllfungemethoden, die die mittelbare Abschätzung dea Saueretoffgehalt es in der Schmelze ermöglichen« so wird» z.b. in der Stahlerxeugung aua der Aenderung den Karbongehaltes der Schmelze oder aus der Farbe und dem Charakter der aus der flüssigen Schlacke genommenen Probe auf den Sauerstoffgehalt des StehIbadeθ gefolgert.

Durch den Mangel an Kenntnis des Sauerstoffgehaltes in der Metallschmelze werden einerseits das Verfahren verlangsamt und andererseits der Kostenaufwand erhöht.

Der Mangel aß Kenntnis dee Saueratoffgehaltes verlangsamt das Erzeugungsverfahren aus folgenden Gründenι

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- ·· Wird In dtn Schmelzofen eine geringere oder grüeeer· Menge von Zusatzstoffen« die Sauerstoff abgebende (i.B. Prisoners bei Stahlerzeugung) als sur Beseitigung der Begleit- oder Yerunreinigungestoffe notwendig« eingegeben, kann Jewellβ die Gefahr der Abkühlung oder überhitzung de· Bades entstehen·

- b· Die Menge der Zusatzstoffe und demzufolge auch die Menge der üntstehenden Schlacke können nicht im voraus genau beatimat werden*

- c· Die Zeitdauer die sur Beseitigung des Sauerstoff gehaltes aus der Metallschmelze, d.h. die Dauer der Desoxydation kann nicht mit notwendiger Genauigkeit la voraus bestimmt werden·

Durch den Mangel an Kenntnis des Saueretoffgehaltes «erden die Kosten des Verfahrene aus folgenden Gründen erhöht ι

• a. Die Desoxidationsmittel werden sur sicheren Beseitigung des Sauerstoffes oft in überschuss verwendet.

- b. Infolge der Ib überschuss verwendeten Desoxidationsmittel stent sich die chemische Zusammensetzung der hergestellten Metalllegierungen (ζ·Β· der Stühle) Hanohmal zwischen unvertretbar breiten Grenzen ein·

- o· Infolge der Unkontrollierbarkeit des Sauerstoffgehaltes der Schmelze, kann sich die venge der nichtnetalllachen (oxydlschsn) BinsohlUsse erhöhen, wodurch sich in den verarbeiteten Produkt infolge des inneren Materialfehlera auch der Ausschuss erhöht,

Zur Bestimmung des Säuerstoffgehaltes von Metallen und legierungen eind auch bisher mehrere Verfahren bekannt geworden* Eine häufig verwendete Methode benutzt eine reduzierende Schmelzung in Yakuun oder in einen schutzgas« wobei die entstehenden !Sengen des CO-Gaaes gemessen werden} bsi diesen Verfahren ergeben sich zu lange Analys-Zeitdauern, wobei auch die Ergebnisse infolge der sieh schwer reduzierenden Oxyde unzuverlässig sind, demzufolge

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kann dleeea Verfahren zur Steuerung von metallurgiechen Prozessen nloht verwendet werden« - Ee let auch ein Verfahren auf Grund der Spektralanalyse bekannt gewordenι bei diesem werden die Ergebnisse mit entsprechender Geschwindigkeit erhalten, doch die Streuung derselben let derart hoch, dass die zur ChargefUhrang notwendigen Berechnungen auf diesen Grund au gross· Fehler ergeben würden, - neuerdings sind auch nukleare Methoden bekannt geworden« Sin Teil derselben kann aber nur mittels groesen und kostspieligen Einrichtungen (z«B, Zyklotronen, linearen Beschleunigern, Betatronen) durchgeführt werdeηι derartige Einrichtungen können aber für Betrlebeprttfungezweck· nloht eingesetzt werden, Ee gibt auch derartige Einrichtungen mit geringen Abmessungen, die auch unter Betriebe-Verhältnissen betrieben werden können (β·Β· Neutrongeneratoren)) bis Jetzt sind aber keine Analyslerverfahren- und -Einrichtungen bekennt geworden, mittels welchen unter Betrlebsverhiiltnissen In entsprechendem Zeltpunkt verlust-Hohe Analysenergebnisee erhalten werden könnten, die in entsprechenden Zeltpunkten zur Steuerung der Chargeführungeabschnitte geeignet sind· Infolge der geschilderten Umstfinde wurden bisher die Bedingungen, mittels welcher die Hersteilungetechnologic der Metalle und Legierungen auf Grund des Saueretoffgehaltes gesteuert werden könnte, erfüllt. Alle diese Verfahren beschränken eich aber nur auf die nachträgliche Feststellung des Saueretoffgehaltes, bzw· dienen zur Erhöhung der Genauigkeit der erhaltenen Analyeeergebniesei da aber diese Methoden nur langsam durchführbar oder verhältnismässig ungenau sind, eignen sieh dies· Verfahren zur Steuerung von metallurgischen Prozessen auf Grund des erhaltenen Saueretoffgehaltee nloht·

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Das Wesen der Erfindung liegt darin, dass die zur Erzeugung von Metallen und Legierungen dienenden metallurgischen Prozesse auf Grund der raschen, genauen und kontinuierlichen Bestimmung des Sauerstoffgehaltes unmittelbar

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gesteuert werden. Xn kontinuierlicher Kenntnis dee Baueretoffgehaltee werden Im Oxydationeabeohnitt der Herstellung von Metallen und Legierungen die Sauerstoff abgebenden, bzw. In dem Deeoxydatloneabeohnitt die Sauerstoff entziehenden Mengen der Zusätze durch Berechnung bestimmt. Die Berechnung erfolgt auf Orund der Kenntnis des genauen Sauerstoffgehaltes durch Bestimmung der stöohlometriach notwendigen Mengen.

Als Beispiel der Regelung des metallurgischen Proteases auf Qrund des Sauerstoffgehalt, bzw. als Beispiel zur Möglichkeit der Regelung» wird die Stahlerzeugung er» wähnt· Das lesen der Stahlerzeugung besteht darin» dass der Karbongehalt der Schmelz·, ausgehend aus dem Anfangs* (Elnsohmelz-)wert» stufenweise auf den vorgeschriebenen Endwert herabgesetzt wird. Zu dem jeweiligen Karbongehalt gehurt ein bestimmter Sauerstoffgehalt» welcher auf Qrund des aus der Literatur bekannten QIeichgewiohtzustandeβ bestimmt werden kann, wobei der Sauerstoffgehalt mit abnehmenden Karbongehalt stufenweise zunimmt· In Hinsloht der Bestimmung der zur Beseitigung des Karbongehalteβ notwendigen Mengen von oxydierenden stoffen ist die Kenntnis de« Säuerstoffgehaltes der Ochmelze am Anfang des Dekarbonisatlonsprozeonea grundsätzlich wichtig. Durch die Dosierung der oxydierenden Stoffe in notwendiger Menge wird zugleich auch die optimale Geschwindigkeit und der optimal« Takt der Dekarbonisation gesichert. ,

Da der Sauerstoffgehalt» welcher mit dem Bndwert des Karbongehaltes Gleichgewicht hält, jeweils höher, alt der Wert des Säuerstoffgehaltes» welchen der Stahl ohne Beeinträchtigung der mechanischen und anderen Eigenschaften enthalten kann» ist· muss diese Daueretoffaenge beseitigt» bzw. auf einen wert herabgesetzt werden» welcher wesentlich unterhalb des Gleichgewichtwertββ liegt« Die tu diesem Zweck zu dosierende Menge von Saueratoff-entziehenden» bzw. Sauerstoff abbindenden Stoffen (Desoxydatlon·-

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mitteln) kann desto genauer beβtimrat werden» je genauer der Sauerstoffgehalt der Schmelze bekannt ist» Die Dosierung dee Desoxydationsmittels in geregelten ,Mengen dem Sauerstoffgehalt entsprechend, ergibt den Vorteilt dass jeweils die stöchiometrlsoh notwendigen Mengen in den Stahl eingetragen werden, wodurch einerseits die '/!engen der Begleitelemente binnen engeren Zueammeneetzungegrenzen gehalten v/erden können und andererseits die im Laufe der Desoxydation entstehenden Oxydmengen und demzufolge das Verhältnis infolge der inneren Materialfehler entstehenden technologiechen Ausschüsse herabgesetzt werden können, wodurch der Ertrag proportional erhöht wird.

Bei der Verwendung des erfindungsgemtissen Verfahrens wird aus dem !tetall, welches aus der Schmelze genommen wurde, nach dem Erstarren ein Probenkörper mit bestimmten Abmessungen und mit einfacher geometrischer Form gefertigt und nachher werden die im PrOberkörper vorhandenen Säuerstoffaton», durch eine Kernreaktion 16₀/n^f d/ ^N in radioaktive Isotope umgewandelt, wobei die Strahlung des

H Isotops gemessen wird. Die Bestimmung des Neutronenfluases während der Bestrahlung, bzw« die Normalisierung der im Probenkörper erfolgenden Aenderung auf den gleichen Fluss erfolgt duroh eine Strahlungszahl-Abtrennung, mittels einer Zeltvariationemethode,

Weiter· Einzelheiten dee erfindungegemässen Verfahrens werden auf Grund einer beispielsweisen Anordnung zur Durchfuhrung dee Verfahrene näher erläutert, wobei in der Zeichnung «eigenι

Fig· 1 eine beispielsweise Anordnung der Analysler-Einrichtung in sehematlecher Darstellungι

Fig· 2 ein Noinogramn zur Erleichterung der Bestimmung de« notwendigen Zusatzstoffes und

Fig. 3 ein prozessjschema. zur Verwendung des erfindungsgemaasen Verfahrene·

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Wie Fig· 1 zeigt, enthält die Einrichtung eine Keutronquelle 1, dl· innerhalb einer gegen Strahlung eiehernden Wand 2 angeordnet let· Vor der Neutronenquelle 1 lot ein Rohr 3 zur Förderung der probe und ein Rohr 4 lur Forderung des Heutronenfluseraesaers angeordnet} diese Rühren enden in einer Messkammer 5· In der Messkammer 5 ist einerseits ein Detektor 6 zur Messung der Strahlung der Probe und ein Detektor 7 zur Messung der Strahlung de· Measerktirpers zur Messung des Heutronflueses vorgesehen· Die Messkammer 1st durch einen Mantel umgeben· An den Detektor 6 ist ein Probenetrahlungtmessgerät 8 und an den Detektor 7 ein Neutronflussmeeegerät 9 angeschlossen· An die Einrichtung gehört noch ein ErgebniedruckgorUt 10, sowie ein automatisches Betijtigungssteuergerät 11« ^

Durch die Strahlung der Strahlung«quelle 1 der Einrichtung werden die in der Probe vorhandenen Sauerstoff atome in strahlenden Isotope umgewandelt, wobei die Strahlung der auf diese Welse entstehenden radioaktIren Isotope, sowie der Fluss der Quelle durch die Geräte 5 bis 10 der Einrichtung gemessen und ausgewertet werden.

In Fig. 1 sind Bit den Bezugsnunrnern 12, bzw· die Frobeneingabe-, bzw· probeentnahmeatellen bezeichnet·

Die Vorteile des erfindungegemassen Verfahrens sind wie folgt t

- Die Metalle und die Legierungen können in reproduzierbarer Qualität hergestellt werden.

- Die Überschüsse an Oxydations- und Desoxydatlonesdtteln werden eingespart·

- Bins gleiohmfiseigere Qualität der Metalle und der legierungen wird gesichert·

- Bei den Produkten« die aus Metallen und Legierungen, welche nach dem erfindungsgemüsaen Verfahren erzeugt würden, hergestellt werden, wird ein erhöhter Ertrag erreicht·

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Claims (1)

flacher Wal»war· (bei Platten und Rollen) alt Bertteksieh· t igung far Weltmarktpreise etwa 1»2 bl· 1,5 $ pro Tonne as Brtrag-Übereohusa* PATEKTAMSPRÜCHE

1. Verfahren eur Herstellung τοπ Metallen und Legierungen, die mit nichtreduzierender Methode erzeugt «erden« in reproduzierbarer Qualität, dadurch g e k e n η -se lehn et» dass der metallurgische prozeaa auf Grund der Kenntnis des Saueretoffgehaltee der Scheel»· ge» steuert wird·

2, Verfahren nach Anepruoh 1» dadurch g β k β η n- ^w zeichnet, dass so die Oxy d at i one-, wie auch die DeeoxydatlonesusStse in etöchiometrischer Menge dosiert werden»

3· Verfahren naoh Anperuoh 1 oder 2, dadurch g ekennxe lehnet, dass der Sauerstoffgehalt der Schmelze durch eine zerstörungsfreie Analyse der vom dar Schmelze genommenen und erstarrten Probe bestlssit wird.

4« Verfahren nach irgendeine» der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt der Probe durch Äeutronbeatrahlung der* selben und durch Messung der Strahlung der entstandenen

N-Iaotopen bestimmt wird»

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