DE1963322B2

DE1963322B2 - Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffarmem Stahl

Info

Publication number: DE1963322B2
Application number: DE19691963322
Authority: DE
Inventors: Vladimir A. Baskov; Vladimir A. Kazanskij; Aleksandr I. Lukutin; Oleg V. Martynov; Leonid S. Necaev; Lev M. Novik; Aleksandr M. Samarin; Nikolaj P. Seljutin; Vasilij N. Ustjuzanin
Original assignee: Institut Metallurgii Imeni Aa Bajkova Akademii Nauk Ssr Moskau
Current assignee: Institut Metallurgii Imeni Aa Bajkova Akademii Nauk Ssr Moskau
Priority date: 1969-12-17
Filing date: 1969-12-17
Publication date: 1978-08-03
Also published as: DE1963322A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffarmem Stahl, auch nichtalterndem Stahl sowie technisch reinem Eisen.

Kohlenstoffarmer Stahl findet Verwendung bei der Herstellung von Blech, welches z. B. im Kraftfahrzeugbau eingesetzt wird.

Ein solcher Stahl soll hohe Verformbarkeit aufweisen. Diese Eigenschaft ist beim Stanzen von Kraftfahrzeugbauteilen notwendig, die eine komplizierte Gestalt haben und Tiefziehen erfordern. Einen wesentlichen Einfluß auf die plastischen Eigenschaften des Stahls übt die Menge des in ihm enthaltenen Kohlenstoffs und Sauerstoffs aus. Je geringer deren Gehalt im Stahl, desto höher sind seine plastischen Kenndaten.

Zu den kohlenstoffarmen Stählen gehört auch technisch reines Eisen, das gute magnetische Eigenschaften aufweist und in der Elektrotechnik beispielsweise zur Fertigung von Magneten, elektromagneti schen Geräten, zum Emaillieren und zur Gewinnung von Legierungen auf Eisengrundlage verwendet wird.

Bekannt sind Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffarmem Stahl durch Vakuumbehandlung nach dem Heber- und Umlaufentgasungsverfahren (Ryuna H i r a -ta, »Low-carbon Steels Manufactured by Circulating. Flow Vacuum Degassing Process«, »Journal of Metals«, Vol.18, Mai 1966, S.617-622; F.D. Delve, G.C. Duderstadt undR.F. Kοwa 1,»Kineticsof Carbon and Oxygen Removal in the D. H. Process at Low Carbon Levels«, »Journal of The Iron and Steel Institute«, Dezember 1968, S. 1281 — 1222).

Jedoch ermöglichen die bekannten Verfahren nur die Erzeugung von kohlenstoffarmem Stahl mit erhöhtem Gehalt an Sauerstoff, nämlich 0,010 bis 0,079%. Dies deshalb, weil der Prozeß der Vakuumbehandlung ohne Beteiligung von Frischschlacke durchgeführt wird und die Kohlenstoffoxidation auf Kosten des im Stahl gelösten Sauerstoffs erfolgt Da die Löslichkeit des Sauerstoffs im Stahl beschränkt ist und hauptsächlich von der Kohlenstoffkonzentration abhängt, ist es für die Gewinnung von kohlenstoffarmem Stahl erforderlich, vor Beginn des Evakuierens stark überoxidierten Stahl zu haben, dessen Sauerstoffgehalt höher als sein

Kohlenstoffgehalt ist

Unter diesen Bedingungen ist es nicht möglich, den Stahl durch den in ihm enthaltenen Kohlenstoff ausreichend tief zu desoxidieren. Bei einem hohen Sauerstoffgehalt ist es auch nicht möglich, dichte und in der chemischen Zusammensetzung homogene Stahlblöcke sowie Walzgut mit hoher Verformbarkeit zu gewinnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren zur Gewinnung von kohlenstoffarmem Stahl aus flüssigem, unberuhigtem Stahl mit erhöhtem Kohlenstoffgehalt zu entwickeln, der dann durch Verwendung von Reaktionsmitteln kohlenstoffarm mit niedrigem Sauerstoffgehalt ist, aus dem man dichte und in ihrer chemischen Zusammensetzung homogene Stahlblöcke sowie Walzgut mit hoher Verformbarkeit herstellen kann. Gleichzeitig soll die Möglichkeit geschaffen werden, die Schmelzdauer infolge Beendigung der Oxidation bei einem höheren Kohlenstoffgehalt im Stahl zu reduzieren.

Dies wird mittels der in den Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Verfahren durch die in den kennzeichnenden Teilen aufgeführten Merkmale erreicht

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Anspruch 3 gekennzeichnet

so Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,02 bis 0,07 Gew.-% und einem Sauerstoffgehalt von 0,003 bis 0,010 Gew.-% zu erzeugen. Aus diesem Stahl stellt man dichte, in ihrer chemischen Zusammensetzung homoge ne Stahlblöcke und Stranggußbrammen her; die nach dem Walzen gefertigten Erzeugnisse weisen hohe Verformbarkeit sowie hohe Beständigkeit gegen die Deformationsalterung auf. Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewonnene technisch reine Eisen enthält 0,005 bis 0,01% Kohlenstoff, 0,005 bis 0,02% Sauerstoff und besitzt gute magnetische Eigenschaften. Bei den der Erfindung vorausgegangenen Untersuchungen wurde festgestellt, daß das Desoxidationsvermögen des Kohlenstoffs bei einem Druck von 0,5 bis 2,0 mm QS in der Vakuumkammer auf das 10- bis 20fache steigt. Bei zwanzigfacher Vergrößerung des Desoxidationsvermögens des Kohlenstoffs entspricht das Gleichgewicht zwischen der Konzentration des

Kohlenstoffs (%C) und der Konzentration des Sauerstoffs (%O) bei i= 1600⁰C der folgenden Gleichung

Ot₂ = [%C]-[%O] = 0,00012,

während beim Druck von 1 ata m, = 0,0024 ist. Aus dieser Gleichung ergibt sich, daß bei einem Kohlenstoffgehalt von 0,02 bis 0,05% das Konzentrationsgleichgewicht des Sauerstoffs entsprechend 0,006 bis 0,0025 betragen wird. Nachstehend werden zur Erläuterung der Erfindung einige Ausführungsbeispiele beschrieben, ι ο

Beispiel 1

Ein erschmolzener Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,10 bis 0,15% und einer Temperatur von 1650 bis 1700⁰C wird zusammen mit der Frischschlacke, die 1 bis 2% von seinem Gewicht beträgt, in eine Pfanne abgestochen. Danach wird das Desoxidationsmittel (Peinkoks, Ferrosilizium, Aluminium in Grießform), das mit der Schlacke vermischt wird, in die Pfanne gegeben. Die mit Stahl gefüllte Pfanne bringt man in eine Vakuumkammer ein, in welcher der Druck allmählich bis auf 0,5 bis 1,0 mm QS herabgesetzt wird. 2 bis 3 Minuten vor dem Ende der Evakuierung wird Aluminiumeisen, das 10% Aluminium enthält, in einer Menge entsprechend 100 bis 600 g (Aluminium) pro 1 t Metall zugeführt. Die Dauer der Vakuumbehandlung kann in Abhängigkeit von der Stahlmenge zwischen 10 und und 20 Minuten betragen.

Dadurch gewinnt man kohlenstoffarmen Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,02 bis 0,07% und einem Sauerstoffgehalt von 0,003 bis 0,010%.

Der gemäß dem beschriebenen Beispiel erzeugte Stahl weist folgende Eigenschaften auf:

Streckgrenze
Bruchfestigkeit
Härte
Dehnung

14bis20kp/mm²
30bis35kp/mm²
HRb 40 bis 50
40 bis 50%.

Ein solcher Stahl ist außerdem ein Jahr und länger gegen Deformationsalterung beständig.
Die oben angegebenen Reaktionsmittel Feinkoks,

35

40 Ferrosilizium, Silikokalzium und Aluminium können einzeln, alle zusammen bzw. in beliebiger Kombination miteinander eingeführt werden.

Beispiel 2

Ein erschmolzener Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,05 bis 0,1% und einer Temperatur, die um 50 bis 100°C höher als die Temperatur des Stahls bei üblicher Verhüttung ist, wird gleichzeitig mit Frischschlacke in die Pfanne gegossen, die 1 bis 2% vom Gewicht des Stahls in der Pfanne beträgt.

Die mit Stahl und Schlacke gefüllte Pfanne führt man in eine Vakuumkammer ein, in der der Druck allmählich auf 0,5 bis 1,0 mm QS vermindert wird. Der Stahl beginnt zu kochen. Nach der Verringerung der Kochintensität des Stahls wird das Reaktions- und Oxidationsmittel (Agglomerat, Erz, Zunder) in einer Menge von 2,0 bis 4,0 kg/t in die Pfanne zugegeben.

Um ein besseres Vermengen des Metalls mit der Schlacke und mit dem Reaktionsmittel zu erreichen, verbläst man das Metall etwa 2 bis 4 Minuten lang mit Gas. In diesem Fall kann man bei Bedarf Oxidationsmittel in geringeren Mengen einführen. Nach der Abnahme der Kochintensität wird der Schlacke Desoxidationsmittel (Ferrosilizium, Silikokalzium, Aluminium) zugeführt.

Die obengenannten Komponenten kann man zusammen gleichzeitig, einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander einführen.

Nach der Vakuumbehandlung kann Aluminium in einer Menge von 0,5 bis 1,0 kg/t eingeführt werden.

Auf diese Weise gewinnt man technisch reines Eisen mit 0,005 bis 0,010% C und 0,005 bis 0,02% O₂.

Die Untersuchungen zeigten, daß in einem 0,018% Kohlenstoff enthaltenden Stahl nach dem Evakuieren der Gehalt an Kohlenstoff und Sauerstoff auf 0,02 bis 0,07% bzw. 0,003 bis 0,01 % sank.

Bei der Gewinnung von technisch reinem Eisen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verringert sich der Gehalt an Kohlenstoff von 0,05 bis 0,10% bis auf 0,005 bis 0,010%.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entkohlung und Desoxidation eines flüssigen Stahls mit 0,10 bis 0,15% Kohlenstoff und einer Temperatur vo) 1650 bis 1700⁰C durch Vakuumbehandlung in der Gießpfanne unter einer Schlackendecke zur Verminderung des Gehaltes an Kohlenstoff auf 0,02 bis 0,07% und des Sauerstoffs auf 0,003 bis 0,010% mit Zugabe von Aluminium oder Aluminiumeisen am Schluß der Evakuierung, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Oxidationsschlacke 1 bis 2% des Stahlgewichtes beträgt, wobei durch Zugabe eines Desoxidationsmittels in Form von Feinkoks oder eines Oxidationsmittels in Form von Zunder oder Erz eine Korrektur entsprechend dem erforderlichen Oxidationspotential im System Metall-Schlacke vor oder während der Vakuumbehandlung vorgenommen wird.

2. Verfahren zur Entkohlung eines flüssigen Stahls mit 0,05 bis 0,1 % Kohlenstoff und einer Temperatur, die um 50 bis 100⁰C höher als die Temperatur des Stahls bei üblicher Verhüttung ist, durch Vakuumbehandlung in der Gießpfanne unter einer Schlackendecke zur Verminderung des Gehaltes an Kohlenstoff auf 0,005 bis 0,01% und des Sauerstoffs auf 0,005 bis 0,02% mit Zugabe von Desoxidationsmitteln oder Legierungselementen, wobei die Zugabe von Aluminium am Ende oder nach der Vakuumbehandlung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der Oxidationsschlacke 1 bis 2% vom Stahlgewicht beträgt, das Oxidationspotential des Systems Metall — Schlacke vor oder während der Vakuumbehandlung durch Einführung von Oxidationsmitteln korrigiert wird und nach der Herabsetzung der Intensität der Vermischung des Stahls mit der Schlacke die Schmelze während 2 bis 4 Minuten mit Gas verblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beendigung des Entkohlens die Schlacke vor der Einführung von Aluminium oder Aluminiumeisen und der Legierungselemente durch Koks, Ferrosiiizium oder Siiikokaizium einzeln oder zu mehreren desoxidiert wird.