DE1916945B2 - Anwendung eines Verfahrens zum Frischen von Roheisen zu Stahl - Google Patents

Description

35

Die Erfindung bezieht sich auf die Anwendung eines Verfahrens zum Frischen von Roheisen zu Stahl, bei dem unterhalb der Badoberfläche zum Schutz der Sauerstoffdüse und des Konverterbodens mindestens ein mit einem Schleier eines reaktionsträgen Manteigases umgebener Sauerstoffstrahl in die Schmelze eingeblasen wird.

Hochlegierte Stähle wie ferritische und austenitische Chromstähle werden im allgemeinen als Aufbauschmelzen im Elektroofen hergestellt, wobei zunächst eine aus Schrott und einem geringen Anteil Roheisen bestehende Charge zum Entfernen des Phosphors oxydiert und nach dem Abschlacken gefeint, d. h. entschwefelt wird. Danach werden der meist unlegierten Schmelze die Legierungszusätze in Form von Ferrolegierungen zügesetzt. Es ist aber auch bereits ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem ein im Kupolofen, Hochofen oder Lichtbogenofen erschmolzenes legiertes Roheisen mit 14 bis 20% Chrom durch Aufblasen von Sauerstoff im Konverter zu Stahl gefrischt wird. Beim Frischen wer- «len die unerwünschten Begleitelemente des Eisens, insbesondere Phosphor, Schwefel und Mangan, durch den aufgeblasenen Sauerstoff oxydiert und in die Schlacke überführt. Ein Charakteristikum dieses Verfahrens besteht darin, daß der aufgeblasene Sauerstoff nicht direkt in die Schmelze gelangt. Vielmehr bildet sich zunächst in starkem Maße Eisenoxydul, was den hohen Eisenoxydulgehalt der Schlacke des Sauerstoffaufblas-Vcrfahrens erklärt. Das Eisenoxydul der Schlacke bewirkt schließlich die Oxydation der unerwünschten Eisenbegleiter und eines Teils des Chroms der Schmelze. Die Verhältnismäßig hohe Sauerstoffaffinität des Chroms würde bei den üblichen Frischtemperaturen zu einer starken Verschlackung des Chroms und damit zu erheblichen Chromverlusten führen.

Um die Verschlackung des Chroms in Grenzen zu halten, erfolgt das Frischen chromhaltiger Schmelzen vorzugsweise bei sehr hohen Temperaturen von etwa 1800⁰C, da bei dieser Temperatur die freie Enthalpie des Chromoxyds nur noch wenig über der freien Enthalpie des Eisenoxyduls liegt. Eine wehr·« Verringerung der Chromverluste ergibt sich, wenn das Frischen bei einem Endkohlenstoffgehalt von etwa 0,10% abgebrochen und der Schlacke nach dem Frischen Silizium zugesetzt wird, das einen Teil des oxydierten Chroms wieder reduziert und auf diese Weise den Chromgehalt der Schmelze erhöht. Der Nachteil dieser Schlackenreduktion besteht jedoch darin, daß auch andere Elemente, die wie Phosphor, eine geringere Affinität zum Sauerstoff besitzen als Silizium, reduziert und von der Schmelze aufgenommen werden. Das gilt insbesondere für Phosphor und Mangan, so daß im Sauerstoffaufblas-Verfahren gefrischte Chromstähle neben einem verhältnismäßig hohen Kohlenstoffgehalt auch überdurchschnittliche Gehalte an Phosphor und Mangan besitzen. Schließlich erhöht die hohe Frischtemperatur auch den Verschleiß des feuerfesten Konverterfutters nicht unerheblich, so daß eine häufigere Neuzustellung des Konverters erforderlich ist.

Aus der USA.-Patentschrift 33 36 132 ist auch bereits ein Verfahren bekannt, bei dem ein chromhaltiges Roheisen beispielsweise im Konverter vorgefrischt und dabei mit Sauerstoff gesättigt wird. Das Fertigfrischen bis auf den Endkohlenütoffgehalt erfolgt dann mit Hilfe des gelösten Sauerstoffs im Vakuum. Bei einer Verfahrensvariante wird das Roheisen zwar ebenfalls vorgefrischt, die Sauerstoff sä »igung erfolgt jedoch im Vakuum bzw. während der Vakuumbehandlung. Dieses Verfahren ist angesichts seiner Zweistufigkeit und des Erfordernisses einer Sauerstoffsättigung der Schmel/e außerordentlich aufwendig.

Bekannt ist es aus der USA.-Patentschrift 30 03 865 auch, Chromschmelzen im Elektroofen zunächst mit Luft und alsdann mit einem Gemisch aus Sauerstoff und Inertgas zu frischen.

Ein zweistufiges Frischverfahren ist auch aus der britischen Patentschrift 9 31 403 bekannt. Bei diesem Verfahren wird eine chromhaltige Eisenschmelze mit auf 30% Sauerstoff angereicherter Luft vorgefrischt und alsdann unter gleichzeitigem Einblasen eines Inertgases als Rührgas im Vakuum entkohlt.

Schließlich ist es aus der USA.-Patentschrift 31 98 624 bekannt, beim Sauerstofffrischen im Siemens-Martin-Ofen in die 5>chmelze siliziumhaltige Chromlegierungen zu geben, um den Chromgehalt einzustellen.

Aus der französischen Patentschrift 14 50 718 ist zwar bereits ein Verfahren zum Frischen von Roheisen zu Stahl bekannt, bei dem über eine Bodendüse von einem reaktionsträgen Mantelgas umgebener Sauer stoff in die Schmelze eingeblasen wird. Dieses Verfahren zielt jedoch ausschließlich auf eine Erhöhung der Düsen- und Bodenhaltbarkeit sowie auf eine Verringerung des Anfalls an braunem Rauch ab; beides steht in keinem Zusammenhang mit dem Problem der beim Frischen unter Normalbedingungen mit fallendem Kohlenstoffgehalt zunehmenden Chromverschlackung.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein im wesentlichen chromverlustfreies Frischen chromhaltigen Roheisens bei normalen Druck und üblicher Temperatur bis auf einen Kohlenstoffgehalt von höchstens etwa 0,1% zu ermöglichen, ohne daß dabei die Lebens-

dauer der Konverterausmauerung beeinträchtigt wird. Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf der überraschenden Feststellung, daß es nur zu einer geringen Verschlackung des Chroms kommt, wenn beim Frischen chromhaltigen Roheisens das eingangs erwähnte Verfahren angewandt wird, d. h. wenn bei einer Temperatur von etwa 1700⁰C mindestens ein Sauerstoffstrahl zum Schutz der Sauerstoffdüse und des Konverterbodens mit einem Schleier eines reaktionsträgen Mantelgases umgeben ist und unterhalb der Badoberfläche eingeblasen wird.

Nach der Erfindung kann ohne größere Chrom Verluste Roheisen bei einer Temperatur von etwa 1700⁰C bis auf einen Endkohlenstoffgehalt von 0,10% gefrischt werden. Um den Kohlenstoffgehalt weiter zu verringern und die an sich schon geringe Verschlackung des Chroms zu vermindern, kann gegen Ende des Frischens der Anteil des reaktionsträgen Mantelgases erhöht und/oder der Sauerstoff durch Beimischen eines Inertgases wie beispielsweise Argon verdünnt werden. Da nur kurze Zeit mit dem Sauerstoff/Inertgas- bzw. Sauerstoff/ Argon-Gemisch, beispielsweise etwa 10% der gesamten Frischzeit, geblasen wird, leidet die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens hierdurch nicht.

Sofern die Schmelze einen sehr geringen Endkohlenstoffgehalt besitzen soll, können erfindungsgemäß die Reaktionsgase der Schmelze mittels einer leistungsstarken Vakuumpumpe abgesaugt werden, wobei es genügt, wenn der Druck über der Schmelze etwa 10% des Atmosphärendrucks beträgt Eine Verringerung des Kohlenstoffgehaltes ergibt sich auch, wenn die Schmelze nach dem Frischen im Vakuum behandelt wird, wobei es vorteilhaft ist, die gesamte oder wenigstens einen Teil der Schlacke auf dem Bad zu belassen. Die Nachbehandlung im Vakuum sollte bei wesentlich geringerem Druck als das Frischen, vorzugsweise bei etwa 1 % des Atmosphärendrucks stattrinden.

Die erfindungsgemäße Anwendung des Frischens mit Mantelgas läßt sich auch in der Weise durchführen, daß zunächst ein übliches Roheisen vorgefrischt und der Schmelze nach dem Abziehen der Schlacke das erforderliche Chrom in Form von Ferrochrom mit etwa 6% Kohlenstoff und einem überdurchschnittlichen Gehalt an Sili/ium, beispielsweise etwa 3% Silizium, zugesetzt wird Der hohe Siliziumgehalt des Ferrochroms liefert bei der Oxydation die für das Aufschmelzen des Ferrochroms erforderliche Wärmemenge. Das Vorfrischen erfolgt vorzugsweise dann, wenn die Schmelze nur noch 0,05% Kohlenstoff, 0,15% Mangan, 0.012% Phosphor und 0.014% Schwefel enthält.

Die erfindungsgemäße Anwendung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbcispielen des näheren erläutert.

Um einen ferritischen Chromstahl mit etwa 0,10% Kohlenstoff und 14% Chrom herzustellen, wurde ein übliches Stahleisen, d. h. ein Roheisen mit etwa 3 bis 4% Kohlenstoff, bis 1% Silizium. 0.2 bis 0.6% Mangan, 0,08 bis 0,12% Phosphor und bis 0,04% Schwefel, im Konverter gefrischt, wobei über mehrere im Konverterboden befindliche Düsen aus je einem Sauerstoffrohr und einem konzentrischen Mantelgasrohr Sauerstoffstrahlen eingeblasen wurden, die jeweils von einem Mantelgasschleier, beispielsweise Propan, umgeben waren. Das unlegierte Stahleisen wurde bis auf 0,05% Kohlenstoff, 0,010% Phosphor, 0,010% Schwefel und 0,10% Mangan gefrischt Bei dieser Analyse betrug die Badtemperatur 1740⁰C. Nach dem Abschlacken und einer Desoxydation mit 2 kg Aluminium je t Stahl wurden 23% Ferrochrom, bezogen auf das Gesamtgewicht der fertigen Schmelze, und 50 kg Kalk je t Stahl zugesetzt. Das Ferrochrom bestand aus 64% Chrom, 6% Kohlenstoff und 5% Silizium, Rest Eisen. Nach der Zugabe von Ferrochrom und Kalk wurde weitere 5 Minuten gefrischt und dabei insgesamt 25 Nm³ Sauerstoff je t Stahl durch die Bodendüsen eingeblasen. Danach lag der Kohlenstoffgehalt bei 0,15% und der Chromgehalt bei 15,4%, weswegen nochmals 20 Sekunden nachgeblasen wurde. Der Stahl konnte dann mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,10^a.u und einem Chromgehalt von 14% bei einer Temperatur von 1640⁰C abgestochen werden.

Es ist nicht, wie bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel, erforderlich, nach dem Abschlacken sogleich das gesamte Chrom zuzugeben; vielmehr kann das Ferrochrom auch in mehreren Portionen während der zweiten Frischphase zugegeben werden. Besonders gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn der Kalk als feiner Staub zusammen mit dem Sauerstoff in die

ϊ5 Schmelze emgeblasen wird.

Bei einer anderen Schmelze wurde zur Herstellung eines ferritischen Chromstahls mit 17% Chrom zunächst ein Roheisen mit 7% Crhom gefrischt. Dieses Roheisen wurde in einem 30 t-Konverter aus einem übliehen Stahleisen mit 4,2% Kohlenstoff. 0,5% Silizium, 0,1% Phosphor und 0,04% Schwefel hergestellt, dem je Tonne Roheisen 200 kg Schrott mit einem Chromgehalt von 17% und 65 kg kohlenstoffhaltiges Ferrochrom mit einem Chromgehalt von 64% zugesetzt wurden. Während des Frischens wurde zusammen mit dem Sauerstoff Kalkstaub eingeblasen. Nach 15minütigem Blasen und einem Gesamtsauerstoffverbrauch von 55 Nm³ je t Schmelze betrug die Temperatur 1680⁰C und die Analyse 0,15% Kohlenstoff. 7,1% Chrom, 0,015% Phosphor und 0,012% Schwefel.

Nach dem vollständigen Abschlacken wurden der Schmelze, bezogen auf das Gesamtgewicht der fertigen Stahlschmelze, 18% Ferrochrom mit einem Chromgehalt von 63%, einem Kohlenstoffgehalt von 6% und einem Siliziumgehalt von 4% zugesetzt. Ein weiteres Blasen von 4 Minuten mit insgesamt 20 Nm³ Sauerstoff je t Stahl ergab einen Kohlenstoffgehalt von 0.13%, einen Chromgehalt von 17,4% und eine Badtemperatur von 1620⁰C. Nach einem weiteren Blasen von 90 Sekünden, bei dem durch das Sauerstoffrohr ein Gemisch aus 50% Argon und 50% Sauerstoff sowie durch das Mantelgasrohr reines Argon eingeblasen wurde, konnte die Schmelze mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,05% und einem Chromgehalt von 16,8% abgestochen werden.

Die beiden Ausführungsbeispiele zeigen, daß sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei nur geringen Verschlackungsverlusten Chromstähle mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,10% oder weniger herstellen lassen, ohne daß die Anwendung von Unterdruck erforderlich ist. Noch niedrigere Kohlenstoffgehalte lassen sich ohne weiteres erreichen, wenn das Frischen bei vermindertem Druck erfolgt, oder der gefrischte Stahl im Vakuum nachbehandelt wird.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   ί. Anwendung eines Verfahrens zum Frischen von Roheisen zu Stahl, bei dem unterhalb der Bad-. oberfläche zum Schutz der Sauerstoffdüse und des Konverterbodens mindestens ein mit einem Schleier eines reaktionsträgen Mantelgases umgebener . Sauerstoffstrahl in die Schmelze eingeblasen wird, auf das Herstellen von Stahl mit einem Chromgehalt von 10 bis 30% und einem Kohlenstoffgehalt von höchsten etwa 0,1%, Rest im wesentlichen Eisen aus chromhaltigem Roheisen, bei einer Temperatur von etwa 1700⁰C.
2. 2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei dem gegen Frischende ein Gemisch aus Sauerstorf und Inertgas eingeleitet wird
3. 3. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, bei dem nach dem Frischen mit Argon nachgeblasen wird.
4. 4. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, bei dem zunächst ein übliches Roheisen vorgefrischt und der Schmelze nach dem Abziehen der Schlacke eine Chromlegierung mit mindestens 3% Silizium zugesetzt und die Schmelze fertiggefrischt wird.
5. 5. Anwendung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, bei dem ein höchstens 50% des Ausgangschroms enthaltendes Roheisen vorgefrischt, die Schlacke abgezogen und danach das restliche Chrom zugesetzt wird.