DE2005045B2 - Verfahren zur herstellung von weichem stahl - Google Patents

Description

nach dem Stand der lechnik üblicher: Verfahren zur Desoxidation Aluminiumstäbe in die Gießpfanne eingeführt wurden, wird beim erfindungsgemäßen Verfahren ein Aluminiumdraht mit hoher Geschwindigkeit in die Stahlschmelze in dem Konverter eingeführt, wobei der Sauerstoffgehalt des Stahls mit Hilfe der C-O-Gleichgewichtskurve oder mit Hi'fe einer elektrolytischen Zelle so schnell bestimmt werden kann, daß der erfindungsgemäß vorgeschriebene Sauerstoffgehalt genau eingestellt werden kann. Auf diese Weise ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, einen Großteil der Entkohlung in dem Konverter auszuführen. Es wird dann ein aluminiumberuhigter Stahl mit einem gesamten Sauerstoffgehalt von weniger als 0,01 %, also weniger als 100 ppm erhalten, wenn Aluminium räch der Vakuumentgasung zur restlichen Desoxidation zugegeben wird, wobei das dabei in dem Vakuumgefäß gebildete AI₂O₃ vollständig aufschwimmt und entfernt werden kann, wenn der Sauerstoffüberschuß vor der Vakuumentgasung weniger als 400 ppm beträgt.

Im Vergleich zum Verfahren nach der Fk-PS 15 53 748 wird somit erfindungsgemäß in dem Konverter nicht eine Stahlschmelze mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,04% erzeugt, sondern grundsätzlich wird in dem Konverter eine so weitgehende Entkohlung angestrebt, wie dies nur möglich ist. Aus wirtschaftlichen Überlegungen wird jedoch die obere Grenze für den Kohlenstoffgehalt auf unter 0,03",,, aber nicht wesentlich niedriger festgesetzt. Da jedoch infolge 3u dieses niedrigen Kohlenstoffgehalts der Sauerstoffgehalt in der Stahlschmelze größer wird, wird beim eiTindungsgeniäßen Verfahren die Desoxidation vor und nach der Vakuumentgasung verstärkt, was durch die schnelle Zuführung einer grol.'en Aluminiummenge erreicht wird. Dies ist im Gegensatz zum Verfahren nach der FR-PS 15 53 748 beim erfindungsgemäßen Verfahren möglich, da ein hoher Sauerstoffgehalt ir. der Stahlschmelze nicht so nachteilig ist und insbesondere nur auf den Kohlenstoffgehalt in ilcrr. .;" Vcrfahrensschrilt Wert gelegt wird. Der wesentliche Unterschied zwischen dem Verfahren nach der FR-PS 15 53 748 und dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht somit darin, daß crlindiingsgemäß der Kohlenstoffgehalt so niedrig wie möglich und auf jeden Fall niedriger als 0,03",', gehalten werden muß, während beim bekannten Verfahren eier Kohlenstoffgehalt nicht niedriger als 0.04",, sein darf, um dnn Sauerstoffgehalt nicht zu stark anwachsen zu lasten. Bei einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0.04",, ist es aber praktisch nicht mehr möglich, in der letzten Verfahrensstufe eine reine Stahlschmelze zu erhalten, da eine zu große Sauerstoffmenge erforderlich wäre, um eine vollständige Entkohlung während der Vakuumentgasung zu erzielen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 4. In diesem Zusammenhang ist aus der Zeitschrift »Steel Times«, 23. Oktober 1964, S. 598 bis 601, eine Zugabe von Aluminium in Form von Draht mit einer Geschwindigkeit von mehr als 2,5 m/s bekannt, wobei der Draht einen Durchmesser von mehl' als 3 mm aufweist.

Im folgenden ist die Erfindung in einem bevorzugten Ausfiihrungsbeispicl an Hand der Zeichnung näher erläutert, deren Figur ein Diagramm zur Erläuterung der Abhängigkeiten von Kohlenstoff und Sauerstoff zeigt.

Der weniger als 0,03",, Kohlenstoff enthaltende Stahl wird in einem Stahlschmelzofen, vorzugsweise einem Sauerstoff-Aufblaskonverter, hergestellt. In diesem Fall ist die in cter Stahlschmelze vorhandene Sauerstoffrr.enge infolge der Charakteristika von Aufblaskonvertern größer als 1000 ppm (0,1%). Wenn die Vakuumentgasung unter diesen Bedingungen durchgeführt wird, kann über die Reaktion C + O -> CO nur eine das 4 3fache der reduzierten Kohlenstoffmenge betragende Sauersioffmenge reduziert, werden, so daß bei unter 0,01 % C ein großer Anteil an Sauerstoff in der entgasten Stah'schmelze zurückbleibt. Aus diesem Grund wird die Stahlschmelze bis zum Punkt A im Diagramm gefrischt, d. h. entsprechend C = 0,026% und O = 1200 ppm, worauf dann Al- oder Al-Legierungs-Drahtstangen mit hoher Geschwindigkeit zugeführt werden, um den Anteil an Sauerstoff auf einen Wert im Bereich von [400 -(- Endzeitpunkt — (%C beim Ofenabstich) · 10^l · 4/3 und [Endzeitpunkt -(%C beim Ofenabstich) · 10¹ · 4/3 — 133] ppm reduziert worden ist. Dieser Wertebereich ist im Diagramm ungefähr durch das Parallelogramm a-b-c-d dargestellt, wobei die obere Grenze des Sauerstoffgehalts durch die Restmenge an Sauerstoff im angenommenen Fall dargestellt ist. in welchem die Gesamtmenge an Kohlenstoff der Stahlschmelze praktisch vollständig entfernt ibt. Es hat sich gezeigt, daß das Vorhandensein von 400 ppm Restsauerstoff eine Menge ist, mit der die Erzeugung von reinem, Al-beruhigtem. Stahl durch Zugabe von Al zur Stahlschmelze in eine unter Vakuum stehende Stahlschmelze und bei wiederolter hAbsorption und Evakuierung, um ALO_:l-Einschlüsse im Stahl aufschwimmen bzw. ausscheiden zu lassen und abzutrennen, gegeben ist. Der auf diese Weise erzielte Stahl wird als reines ΛΙ-bcruhigtes Eisen definiert, bei welchem die Rcstmenge an Gesamtsauerstoff weniger als 0,01% beträgt. Die untere Cienz.e der Sauerstoffmenge kann als die Mindcstnv.ngc an Sauerstoff bezeichnet werden, die erforderlich ist, um den Rcstkohlenstoffgchall bis nach der Vakuumentgasung auf einen Wert von unter 0,0'", gemäß der Reaktion C -f- O -> CO einzustellen.

Füi die Erzeugung von weichem Stahl mit weniger als 0,01 % Kohlenstoff ist es erlorücriii.h, daß das Verhältnis von .Sauerstoff zu Kohlenstoff vor der Entgasung der Stahlschmelze gleich [% O]/[%C] S 4'3 ist, und zwar gemäß der Entgasungsreaktion C -;- O -.-CO. Wenn der Kohlenstoffgehalt am Endzeitpunkt unter 0,05% liegt, wird stets unter Berücksichtigung des Verhältnisses zwischen C und O am Endzcitpunkt eines herkömmlichen Konverters das Verhältnis [",,O]'[",,C] ^ 4 3 erzielt.

Aus der Entkohliinusgeschwindiikeit nach der Forme! Ul[C]Ui!) = K[C] ergibt sich, daß der Kohlenstoffanteil am Endzeilpunkl nicht im Bereich von 0,03 bis 0,05",,. sondern unter 0,03";, liegt. Auf jeden Fall kann die Stahlschmelze nicht mehr bis unter 0,01% C weitcrgcfiischt werden, weil die Entkohlungsgcschwindigkeit im Bereich von C = 0,01",, zu niedrig ist. Darüber hinaus kann die Reduktion der Sauerstoffmenge vom Punkt .-!, d. h. dem Bereich C < 0,03",,, bis zum Punkt Z? nach dem herkömmlichen Verfahren der Einführung von Al, beispielsweise in Form von Stangen, nicht mit einem wirtschaftlich hohen Ausbringen an Al und mit genauer Steuerung der Sauerstoffmenge durchgeführt werden. Die erlindungsgemäß mit hoher Geschwindigkeit erfolgende Einführung von Al- oder Al-Legierungs-

Orahtst£ir!^oen ermöglicht dy°c^(TC!i eine '⁷cnuue Steuerung des erforderlichen Gehalts. Dieser Gehalt läßt sich vor der Zugabe der DrahlsUingcn durch .Schnellanalyse oder mit einer Fcstslofi'-Elcktrulylzellc bestimmen.

Im fnli'cnflen Reknicl ist die Krfindune in Tabellenform veranschaulicht. Die Stahlschmelze wird in einem SO-t-Anl'blas-Konvcrtcr erzeugt. Die Stahlblöcke wiegen Γ) bis 15 t, wobei eine DH-Vakuumentgasung angewandt wird.

	o%	Schmelze	2	3	4	5
	kg/t	1	0,025 0,130	0,024 0,129	0,023 0,135	0,018 0,144
Bestandteile bei Abstich des Konverters	CIO 0%	0.028 0,124	0,71	0,79	0,76	0,85
Zugabcmenge an Al-Drähten	C% o%	0,53	0,024 0,055	0,025 0,034	0,023 0,048	0,018 0,051
Analysenwerte vor dem Vakuum entgasen	kg/t	0.028 0,071	0.008 0,035	0.008 0,020	0,006 0,026	0,005 0,035
Nach dem Vakuumentgasen	ppm	0,004 0,039	Al: 0,35	A 1: 0,40	Al: 0,45 Ti: 1,5	Al: 0,45 Ti : 1,8
ZuschlagstoiTe zur Vakuumsclimelzc	Al: 0,36	78	83	85	82
Sauerstoffendwerte im Stahlblock	98

Wie aus der vorangehenden Beschreibung hervor- 25 der Herstellung von titanstabilisiertem Stahl, be

ij.rhl; prmfifjlirhi <1:ις pr(induni>si>emäße Verfahren die welchem das Mciippnverhältnis von Titan zu Kohlen

Herstellung von praktisch reinem Eisen, das nach dem stoff mehr als 20 betragt, kann die erforderliche Mengi

Entgasen weniger als 0,01 % Kohlenstoff enthält. Bei an teuerem Titan beträchtlich herabgesetzt werden

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

2

Claims (4)

20 Οδ 045 Ein Verfahren der eingangs bezeichneten uanung Patentansprüche: ist aus der FR-PS 15 53 748 bekannt und dient zum kontinuierlichen Gießen von Brammen für die Eisen-

1. Verfahren zur Herstellung von weichem Stahl buchherstellung. Dabei ist es erforderlich, daß der mit weniger als 0,01% Kohlenstoff, weniger als 5 Sauerstoffgehalt der Stahlschmelze weniger als 150ppm 0,01% Gesamtsauerstoff und hohem Reinheits- beträgt, um die für das Blechwalzen erforderlichen grad, bei dem die Stahlschmelze zunächst in einem blasenfreien Brammen zu erhallen. Andererseits soll Siahlschir.clzcfen gefrischt wird, der gefrischte der Kohlenstoffgehalt des Stahls im Bereich von 0,02 Stahl mit Aluminium desoxidiert und anschließend bis 0,15% liegen, um die für die Stahlbleche erfordeceiner Vakuumentgasung unterzogen wird, d a- io liehe Festigkeit zu erhalten. Aus diesem Grunde wird durch gekennzeichnet, daß die Stahl- bei dem bekannten Verfahren in dem Konverter eine schmelze auf einen Kohlenstoffgehalt von weniger Stahlschmelze mit einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,03% gefrischt und das Aluminium als Alu- als 0,04% erzeugt. Wie aus dei C-O-Gleichgewichtsminium- oder Aluminiumlegierung-Drahtstange kurve B in F i g. 1 der FR-PS 15 53 748 zu erkennen mit hoher Geschwindigkeit in die Stahlschmelze 15 ist, nimmt der Sauerstoffgehalt bei einer Abnahme des eingeführt wird, bis die im Stahl vor der Vakuum- Kohlenstoffgehaltes im Gleichgewichtszustand zwientgasung enthaltene Sauerstoffmenge auf einen sehen Kohlenstoff und Sauerstoff im Konverter stark Wert im Bereich von [400-f (prozentualer C-Ge- zu. Um den Sauerstoffgehalt für ein blasenfreies halt beim Ofenabstich) · 10¹ · 4/3] ppm und [(pro- Gießen niedrig zu halten, ist es daher bei dem bezentualer C-Gehalt beim Ofenabstich) · 10⁴ · 4/3 20 kannten Verfahren notwendig, den Kohlenstoffgehalt — 133] ppm verringert ist. höher als 0,04% zu halten. Mit der vorliegenden Er-

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- findung soll jedoch ein möglichst niedrig gekohlter zeichnet, daß als Stahlschmelzofen ein Sauerstoff- Stahl geschaffen werden, dessen Kohlenstoffgehalt aufblaskonverter verwendet wird. niedriger als 0,01 % und vorzugsweise niedriger als

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 25 0,005 % liegen soll.

gekennzeichnet, daß die Aluminium- oder Aiu- Aus der GB-PS 11 34 110 ist ein Verfahren bekannt,

miniumlegierung-Drahtstange mit einer Geschwin- bei dem der Stahl im Vakuum entkohlt wird, ohne vor digkeit von mehr als 2,5 m/s in die Stahlschmelze der Vakuumbehandlung einer Desoxidation untereingeführt wird. zogen zu werden. Bei diesem bekannten Verfahren

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 30 könnte e:, möglich sein, eine Entkohlung bis zu einem dadurch gekennzeichnet, daß die Aluminium- oder Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,01 % oder weniger Aluminiumlegierung-Drahtstange mit mehr als als 0,005 % zu erreichen, da ein hoher Sauerstoffgehalt 3 mm Durchmesser eingeführt wird. für die Entkohlungsreaktion vorhanden ibt. Es ibt bei

diesem Verfahren jedoch nicht möglich, einen reinen 35 Stahl mit einem gesamten Sauerstoffgehalt von

weniger als 100 ppm herzustellen, da diese große

Sauerstoffmenge entfernt werden müßte. Mit diesem bekannten Verfahren wird somit ein Stahl mit einem

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herste!- niedrem Kohlenstoffgehalt von beispielsweise 0.006% lung von weichem Stahl mit weniger als 0,01 % Kohlen- 40 erhalten, der Sauerstoffgehalt beträgt jedoch auch stoff, weniger als 0,01 % Gesamtsauerstoff und hohem nach einer zusätzlichen Entgasung noch etwa 390 ppm Reinheitsgrad, bei dem die Stahlschmelze zunächst und liegt somit erheblich hoher als erfindungsgemäß in einem Stahlschmelzofen gefrischt wird, der ge- angestrebt.

frischte Stahl mit Aluminium desoxidiert und an- Aufgabe der Erfindung ist es somit, einen weichen

schließend einer Vakuumentgasung unterworfen wird. 45 Stahl herzustellen, der einen Kohlenstoffgehalt von Zur Erzeugung von weichem Stahl, der für zahl- weniger als 0,01 % und vorzugsweise von weniger als reiche Anwendungen eingesetzt wird, muß der Ge- 0,005",, aufweist und der dennoch bei einem gesamten samtgehalt an Verunreinigungen, insbesondere an Sauerstoffgehalt von weniger als 0,01 % äußerst wenige Kohlenstoff, möglichst niedrig gehalten werden. Bei Al₂O₃-FJnSChHiSSe besitzt.

der für das Tiefziehen und Kaltwalzen verwendeten 50 Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der einStahlsorte, bei welcher duo Verhältnis von Titan zu gangs bezeichneten Gattung durch die kennzeichnen-Kohlenstoff mehr als 20 betragen muß, ist anzu- den Merkmale des Anspruches I gelöst,
streben, den Kohlenstoffgehalt auf unter 0,01 % zu Dabei wird der Stahl zunächst in dem Konverter

halten, da hierdurch auch die Menge an kostspieligem auf einen C-Gehalt von weniger als 0,03% gefrischt Titan entsprechend gedrückt werden kann. 55 und der Sauerstoffgehalt auf einen End-Wert von

Es ist jedoch schwierig, die Stahlschmelze mit den weniger als 100 ppm dadurch gebracht, daß Aluüblichen Verfahren soweit zu entgasen, daß der miniumzugabu-n vor und nach der Vakuumentgasung Kohlenstoffgehalt des Stahles dementsprechend Werte erfolgen. Die vor der Vakuumentgasung zuzugebende von weniger als 0,01°,', erreicht. Das in einem prak- Aluminiummenge wird so gewählt, daß sie ausreicht, tisch üblichen Stahlkonverter, beispielsweise einem 60 den gesamten überschüssigen Sauerstoff abzubinden, Aufblaskonverter, erzielte Verhältnis zwischen Kohlen- aber noch ausreichend Sauerstoff übrigläßt, der für stoff und Sauerstoff entspricht der Darstellung im die Entfernung des Kohlenstoffs bei der Vakuum-Diagramm der Zeichnung. In diesem Falle kann die entgasung benötigt wird. Es ist ein wesentlicher Geim Stahl enthaltene Kohlenstoffmcngc am Endpunkt sichtspunkt der Erfindung, daß vor der Vakuumvergleichsweise einfach auf einen Minimalwert von 65 entgasung eine Desoxidation auf einen Sauerstoff-0,01% reduziert werden, doch ist es nahezu unmög- gehalt von weniger als 400 ppm durchgeführt wird lieh, den Kohlenstoffanteil auf einen Wert unter 0,01 % unter der Voraussetzung, daß die Stahlschmelze auf zu drücken. weniger als 0,03 %C entkohlt wurde. Während bei den