DE19847271C1 - Verfahren zur Erzeugung von Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt gleich/kleiner 0,9 Gewichtsprozent und einem Si-Gehalt von 0,15 - 1,0 Gewichtsprozent - Google Patents
Verfahren zur Erzeugung von Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt gleich/kleiner 0,9 Gewichtsprozent und einem Si-Gehalt von 0,15 - 1,0 GewichtsprozentInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Stahl mit einem DOLLAR A Kohlenstoffgehalt gleich/kleiner 0,9 Gewichtsprozent und einem Si-Gehalt von 0,15-1,0 Gewichtsprozent mit den Arbeitsschritten DOLLAR A - Verblasen von Roheisen zu Stahl im basischen Konverter im einstufigen LD-Prozeß DOLLAR A - schlackefreies Abstechen in die Gießpfanne DOLLAR A - Legieren und Desoxidation nur mit Si, C und Mn ohne Zugabe von Al DOLLAR A - Feinlegieren DOLLAR A - Silizium-Desoxidation DOLLAR A Abgießen des Stahles als Strangguß. Dabei wird beim Abstich in die Gießpfanne und/oder bei der Pfannenbehandlung bei intensiver Badspülung ein Kieselsäure-abbindendes Mittel als Schlackenbildner zugegeben.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Stahl mit einem
Kohlenstoffgehalt gleich/kleiner 0,9 Gewichtsprozent und einem Si-Gehalt von 0,15-
1,0 Gewichtsprozent gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein wesentliches Qualitätsmerkmal eines Stahles ist der Reinheitsgrad. Er wird
maßgeblich beeinflußt durch den im Stahl gelösten Sauerstoff, der gleich/kleiner 20
ppm betragen soll, um eine Oxidation mit Mangan und Silizium zu unterbinden. Um
diesbezüglich auf der sicheren Seite zu liegen, hat sich das Verfahren einer
sogenannten Vollberuhigung durch Zugabe von Aluminium durchgesetzt. Da
Aluminium eine hohe Affinität zum Sauerstoff hat, wird durch eine solche Zugabe der
noch gelöste Sauerstoff abgebunden und es bildet sich Al2O3 teilweise vermischt mit
MgO. Die Tonerdeteilchen sind von Natur aus klein, haben aber einen hohen
Schmelzpunkt, so daß sie beim Stranggießen, insbesondere in den
Turbulenzgebieten, zusammenbacken können. Dies wird im englischen
Sprachgebrauch als "clogging" bezeichnet. Durch diesen "clogging"-Effekt wächst der
Tauchausguß zu, so daß die Durchflußrate sich ständig ändert und die Gefahr besteht,
daß größere Teilchen mitgerissen werden, was zu einer entsprechenden
Verunreinigung des Stahles führt.
Eine der bekannten Abhilfemaßnahmen ist die Kalziumbehandlung des Stahles, die
durch Bildung flüssiger Aluminate das nachteilige, "clogging" vermeidet. Eine weitere
Abhilfemaßnahme ist die Zuführung von Argon am Stopfen bzw. Schieber der
Verteilerrinne. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Tauchausguß mit einem im
Einlaufbereich mündenden Kanal zu versehen, oder im Lochstein einen Spülstein
anzuordnen, um auf diese Weise Argon an die kritische Stelle zu leiten. Alle genannten
Maßnahmen erschweren das Zusammenbacken der Tonerdeteilchen. Nachteilig bei
dieser Behandlung ist der mögliche Einschluß von Argonblasen, die beim Walzen nicht
verschweißen. Meistens sind die Argonblasen mit Tonerdeteilchen vermischt, so daß
dies häufig zu Oberflächenfehlern an den Endprodukten führt.
Aus der DE 195 20 833 C2 ist es bekannt, für übereutektoide Stähle auf eine
Desoxidation durch Zugabe von Aluminium zu verzichten und eine kombinierte
Desoxidation ausschließlich mit Kohlenstoff, Silizium und Mangan während einer
Vakuumbehandlung durchzuführen. Der hohe Kohlenstoffgehalt in Verbindung mit der
Druckabsenkung führt in diesem Fall problemlos zu Sauerstoffgehalten kleiner/gleich
10 ppm.
Die Desoxidation über Silizium allein führt nicht zum Ziel, da die Einstellung eines
Sauerstoffgehaltes im Stahl unter einen Wert von 40 ppm nicht möglich ist. Bei so
hohen Gehalten reagiert aber der Sauerstoff mit Mangan und Silizium, was zu einem
schlechten oxidischen Reinheitsgrad führt.
Aus der DE 25 27 156 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Stahlschmelze für das
Stranggießverfahren bekannt, bei dem eine aus einem Schmelzaggregat unter
Zurückhalten der FeO-haltigen Frischschlacke in eine Gießpfanne abgestochene
schwefelhaltige Ausgangsschmelze durch Zusatz von Silizium und/oder Aluminium
desoxidiert, mit Legierungselementen versetzt und ggf. einer Vakuumbehandlung
unterzogen wird. Bei dem im Stranggießverfahren hergestellten Material treten
typische Fehler wie Seigerungsrisse, Kernseigerungen und Anhäufungen von
nichtmetallischen Einschlüssen auf. Zu den seigernden Elementen gehören im
flüssigen Stahl gelöst verbliebener Sauerstoff und Schwefel. Eine Vermeidung der
zuvor genannten Fehler läßt sich erreichen, wenn der im Strang zu vergießende Stahl
praktisch keinen gelösten Sauerstoff und keinen Schwefel enthält. Die
Schwefelabsenkung läßt sich über Zugabe von Calcium und die Sauerstoffabsenkung
über Silizium und insbesondere Aluminium erreichen. Dabei ergeben sich Nachteile,
wie höhere erforderliche Gießtemperatur, schlechter oxidischer Reinheitsgrad und
Zusetzen der Tauchausgüsse. Zur Lösung des geschilderten Problems wird
vorgeschlagen, die desoxidierte Schmelze mit Calcium-Behandlungsmitteln
nachzubehandeln, wobei die Menge an Calcium-Trägern größer ist als für die
Entschwefelung und/oder die Einstellung der Zähigkeit erforderlich ist. Die Zugabe
erfolgt in einer mit einem Deckel versehenen Gießpfanne mit kieselsäurefreier,
vorzugsweise aus Dolomit bestehender Zustellung mit pulverförmigem Kalk, dem 10-
30% kieselsäurefreie und nicht sauerstoffabgebende Flußmittel, z. B. Flußspat und/
oder Tonerde beigemischt sind, und der in die Stahlschmelze feinkörnig bei einer Tiefe
von mindestens 2000 mm und ca. 300 mm oberhalb des Pfannenbodens mit einem
neutralen Trägergas eingeblasen wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Erzeugung von Stahl mit einem
Kohlenstoffgehalt gleich/kleiner 0,9 Gewichtsprozent und einem Si-Gehalt von 0,15-
1,0 Gewichtsprozent anzugeben, bei dem trotz einer Desoxidation nur mit Silizium,
Kohlenstoff und Mangan unter Verzicht auf eine Al-Zugabe der Reinheitsgrad den
Anforderungen entspricht und das Stranggießen auch ohne Sondermaßnahmen frei
von "clogging" durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind Bestandteil von Unteransprüchen.
Nach der Lehre des Patentes wird beim Abstich und/oder während der
pfannenmetallurgischen Behandlung ein Kieselsäure-abbindendes Mittel als
Schlackenbildner zugegeben. Dieser Verfahrensweise liegt die Überlegung zugrunde,
daß die Aktivität der während der Desoxidation gebildeten Kieselsäure erniedrigt
werden muß, um gemäß der Reaktion
mit Hilfe üblicher Si-Gehalte den Sauerstoffgehalt auf gleich/kleiner 20 ppm absenken
zu können. Die Untersuchungen haben aber ergeben, daß diese Bedingung allein
nicht ausreicht. Damit die angegebene Desoxidationsreaktion zügig abläuft, muß eine
intensive Spülbehandlung durchgeführt werden. Hierbei kommt es zur
Emulsionsbildung der dünnflüssigen Gießpfannenschlacke mit dem Stahlbad, und die
Desoxidationsreaktion kann innerhalb weniger Minuten in der gewünschten Weise
ablaufen. Eine Möglichkeit dazu ergibt sich durch intensives Bodenspülen im Rahmen
einer Vakuumbehandlung, üblicherweise in einer Standentgasungsanlage
(VD-Verfahren). Vorzugsweise soll ein Vakuum kleiner 100 Millibar eingestellt werden
und die Bodenspülung mit einem Gasdurchfluß von mindestens 4 Liter pro Minute und
Tonne Stahl erfolgen.
Für die Mehrzahl der Stahlgüten ist eine Entgasung nicht erforderlich und die
sekundärmetallurgische Behandlung erfolgt unter Normaldruck. In diesen Fällen ist
eine intensive Lanzenspülung mit mindestens 8 Liter pro Minute und Tonne Stahl
notwendig, um die für eine Emulsionsbildung erforderliche Badbewegung zu
erreichen. Vorteilhafterweise wird die Lanzenspülung mit einer Bodenspülung von
mindestens 2 Liter Gasdurchfluß pro Minute und Tonne Stahl kombiniert. Wie bereits
weiter oben dargelegt, beruht das erfindungsgemäße Verfahren auf einer möglichst
weitgehenden Verminderung der Kieselsäurenaktivität in der Gießpfannenschlacke.
Für die dolomitisch oder magnesitisch zugestellte Stahlgießpfanne ergeben sich
daher folgende Konzentrationsverhältnisse der drei Hauptbestandteile Calciumoxid,
Kieselsäure und Magnesiumoxid:
CaO/MgO = 9,0 bis 2,5 vorzugsweise 4,5
(CaO + MgO)/SiO2 = 3,5 bis 1,5 vorzugsweise 2,4
Die Zugabe eines neutralen Flußmittels wie z. B. Flußspat bis zu 10 Gewichtsprozent
wirkt sich vorteilhaft aus.
Der Tonerdegehalt der Schlacke muß kleiner/gleich 10%, vorzugsweise ≦ 5%
betragen, da mit zunehmendem Al2O3-Gehalt ein reduktionsbedingter Anstieg des Al-
Gehaltes im Stahl verbunden ist, der wiederum zu den eingangs erwähnten
Gießproblemen führt.
Der Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens ist darin zu sehen, daß für alle
Stahlgüten mit Kohlenstoffgehalten gleich/kleiner 0,9 Gewichtsprozent und Si-
Gehalten zwischen 0,15 und 1,0 Gewichtsprozent, die nicht zwangsläufig mit
Aluminium behandelt werden müssen, auf eine Zugabe von Aluminium zur
Desoxidation verzichtet werden kann. Wie in den nachfolgenden Beispielen gezeigt
wird, macht die vorgeschlagene pfannenmetallurgische Behandlung diesen
Verfahrensweg möglich. Die starke Verringerung der Anzahl der im Stahl
vorhandenen Tonerdeteilchen verbessert in starkem Maße das Gießverhalten beim
Strangguß, so daß der "clogging"-Effekt vermieden wird. Außerdem wird die Gießleistung
vergleichmäßigt und der Reinheitsgrad ist verbessert. Darüber hinaus werden die
Desoxidationskosten durch die Einsparung des gegenüber Silizium wesentlich
teureren Aluminium beträchtlich gesenkt.
Stahlgüte: St35 (beispielsweise als Vormaterial für nahtlose Rohre) Al-frei
Abstichgewicht: 260 t (LD-Konverter)
Abstichgewicht: 260 t (LD-Konverter)
Zugaben in die Gießpfanne beim schlackenfreien Abstich:
1250 kg FeSi 75%ig
1560 kg FeMn 75%ig
125 kg Kohle
750 kg Kalk
750 kg Dolomit
1250 kg FeSi 75%ig
1560 kg FeMn 75%ig
125 kg Kohle
750 kg Kalk
750 kg Dolomit
12 Min. Lanzenspülung mit 2500 l/Min Argon
gleichzeitig Bodenspülung mit 600 l/Min Argon
gleichzeitig Bodenspülung mit 600 l/Min Argon
Abguß der Schmelze in eine Stranggießanlage, beispielsweise Rundstrangguß
Stahlgüte: Großrohrstahl, Al-frei
Abstichgewicht: 250 t (LD-Konverter)
Abstichgewicht: 250 t (LD-Konverter)
Zugaben in die Gießpfanne beim schlackenfreien Abstich:
1230 kg FeSi 75%ig
4600 kg FeMn affiné 80%ig
1000 kg Kalk
670 kg Dolomit
300 kg Flußspat
1230 kg FeSi 75%ig
4600 kg FeMn affiné 80%ig
1000 kg Kalk
670 kg Dolomit
300 kg Flußspat
Vakuumpumpen einschalten, Bodenspülen Gießpfanne mit 2800 l/Min Argon.
Gefäßdruck nach 5 Min. auf 3 Millibar absenken. Nach 15 Min. Ende der Behandlung,
Fluten des Gefäßes, Abstellen der Bodenspülung
Abguß der Schmelze auf einer Brammenstranggießanlage
Der in beiden Beispielen in der 2. Pfannenanalyse vor dem Abstich angegebene Al-
Gehalt ist keine Legierungszugabe, sondern ergibt sich durch Verunreinigung der
Zugaben. Dieser niedrige Al-Gehalt ist aber unschädlich in bezug auf den nicht
erwünschten "clogging"-Effekt.
Claims (7)
1. Verfahren zur Erzeugung von Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt gleich/kleiner
0,9 Gewichtsprozent und einem Si-Gehalt von 0,15-1,0 Gewichtsprozent mit
den Arbeitsschritten
daß beim Abstich in die Gießpfanne und/oder bei der Pfannenbehandlung bei intensiver Badspülung Kalk und/oder MgO und/oder Dolomit und/oder Flußspat als Schlackenbildner zugegeben wird, wobei die drei Hauptbestandteile Kalziumoxid, Magnesiumoxid und Kieselsäure in der Gießpfannenschlacke folgende Gewichtsverhältnisse aufweisen:
CaO/MgO = 9,0 bis 2,4
(CaO + MgO)/SiO2 = 3,5 bis 1,5
- 1. Verblasen von Roheisen zu Stahl im basischen Konverter im einstufigen LD-Prozeß
- 2. schlackenfreies Abstechen in die Gießpfanne
- 3. Legieren und Desoxidation nur mit Si, C und Mn ohne Zugabe von Al
- 4. Feinlegieren
- 5. Silizium-Desoxidation
- 6. Abgießen des Stahles als Strangguß
daß beim Abstich in die Gießpfanne und/oder bei der Pfannenbehandlung bei intensiver Badspülung Kalk und/oder MgO und/oder Dolomit und/oder Flußspat als Schlackenbildner zugegeben wird, wobei die drei Hauptbestandteile Kalziumoxid, Magnesiumoxid und Kieselsäure in der Gießpfannenschlacke folgende Gewichtsverhältnisse aufweisen:
CaO/MgO = 9,0 bis 2,4
(CaO + MgO)/SiO2 = 3,5 bis 1,5
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Tonerdegehalt der Gießpfannenschlacke ≦ 10% ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Tonerdegehalt der Gießpfannenschlacke ≦ 5% ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Stahl vor dem Abgießen in die Stranggußkokille in einer
Entgasungsanlage entgast wird mit gleichzeitiger Bodenspülung.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Vakuum kleiner 100 Millibar eingestellt wird und die Bodenspülung mit
einer Spülleistung von mindestens 4 Liter pro Minute und Tonne Stahl erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Pfannenbehandlung unter Normaldruck erfolgt mit einer
Lanzenspülleistung von mindestens 8 Liter pro Minute und Tonne Stahl.
7. Verfahren nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Lanzenspülung kombiniert wird mit einer Bodenspülung mit einer
Leistung von mindestens 2 Liter pro Minute und Tonne Stahl.
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