DE2032845A1

DE2032845A1 - Stahlherstellung

Info

Publication number: DE2032845A1
Application number: DE19702032845
Authority: DE
Inventors: Lars Erik Grevilhus Nils Frednk Hellner Lars Bofors Carlsson (Schweden) P
Original assignee: Allmanna Svenska Elektnska Aktie bolaget, Vasteras (Schweden)
Priority date: 1969-07-15
Filing date: 1970-07-02
Publication date: 1971-02-04
Also published as: JPS512411B1; SE341412B; FR2051745B1; GB1314889A; FR2051745A1; BE752728A; DE2032845B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hochwertigem Stahl in Chargen von mehr als 1t in einem Behälter,

z.B. einem Pfannenofen. ·

Bei der Herstellung von Stahl ist zu beachten, dai3 der Qualitätsstahl hohe Anforderungen bezüglich der Schlackenreinheit erfüllen soll. Das bedeutet u.a., daß die Phosphor-, Sauerstoffuiid Schwefelgehalte des Stahls niedrig sein und das Abzapfen und Gießen so ausgeführt werden müssen,- daß keine Schlacke mitgerissen oder neu gebildet wird. Die bis heute vorherrschende Methode zur Herstellung von Qualitätsstahl ist das Schmelzen im Lichtbogenofen nach dem Zweischlackenverfahren. Die Chargenzeit wird dabei in zwei Hauptperioden aufgeteilt; die erste umfaßt das Schmelzen und eventuell das Frischen und die Phosphor-■ reinigung, die zweite die Sauerstoff- und Schwefelreinigung. Die letztgenannte Periode, Reduzierungsperiode genannt, macht ungefähr 30% der gesamten Chargenzeit aus. Durch das Aufkommen' der modernen Entgasungsmethoden, vor allem des in Schweden ■ entwickelten ASEA-SKF-Verfahrens, kann ein Stahl mit sehr geringer Oxydschlacke hergestellt werden, ohne daß der

0G988S/US· _-2w

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f3:1 mit einer iloduzieruivfsperiods belastet zu werc!ö?i braucht. (A3üA Journal 33 (19όό); 6-7, pp. 67-95)« Bei dwi blsiisr "bekannten j&ntfrasungsverfahren erhält man ,jedoch k^ino iK^isn vrerte ichwefelreini^un^. Durch die gemäß der ^rfindun; sn.vui el: öl te iiethode, parallel mit der Cauerstoifreiniiain," eine Schyt^^lreini.TUiag vorzunehmen, kann eino bedeutende Produlctioii und sine außerordentlich hohe Qualität des awl diuso ',isi cestelli:en Stahls erreicht worden*

dn Schwefelreinigung im Zweischlackenverfahren im Lichibogenofen ist eine sowohl zeitraubende wie arbeitskraftfordornde und iiiiOlfredessen kostspielige I-Isthode. Jin_ausreichend niodricos .5auerstoxfpoten"tial 1^:·3ΐ sich nitdiosor iletnols coicia- nicer: ari^ic'.ien, so dao die Ausnutzung der Zusätze für die Sohwafel-, reinigung nicht zur'riods-iisteilend ist. Umfangreiche Versuche sind gemacht worden, un in industriellen Ilaßstab eine hochgradige Schwefelrsinirrung in Behältern außerhalb des Lichtbo- -enofens durchführen zu können. 3isher ist dieses Ziel nicht vriadarholbar erreicht vrorden, was in v/esentlichen seinen Grund in allzu kurzen Behandlungszeiten haben dürfte, da keine '2rwärmungsmöglichkeiten vorhanden v^aren, sowie in einer unzureichenden Umrührung. Bei Laborversuchen dagegen ist eine Schwefelreinigung auf sehr niedrige Gehalte mit Entschwefelungsmitteln wie z.B. SiCa, AlCa und CaCp erreicht worden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das eine Schwefelreinigung auf extrem niedrige Schwefel-

0&9886/U58

BAD ORIGINAL

• hnlt nit ζ ehr iiiedricon Kosten L.i iiv'uctri'-lle-; Hau stab in .J.u-:r.i u.ir.ilt-cr außerhalb des Licntbc; enofens "estattex und das •„i.ic,:n ;iti'; ci:i>2 KatmsitUtrctoi -crun;: Izε .'JcI-nelzoiGns erlaubt.

i'-c 'Y.r..'; hrcn erforderte die Löcuir r^visnor .^vrr\ktisclior Probleme incir-tiicL ά<..ν Sauc-r^to^r^i-halts, der ^altbc.rlioiz der Ausriittcrun-;·,

..*r .|..\ ' Ί:ι ur von Sf.";orctoüi' vo:.: .är,-o:vunc* cer .'adobcr^luchc '. -^:i .. li;".·. Iz c cov/ie t:.:n Ilonxahtc zwischen .j"a^l lind ;nx

.'ic Α'.Γ.-',-.ν wird erfin-ran.rscem'·.. ürdurm ~·-··1"γχ, daJ der -johülttr :.;i1 b· i'i.r'cher .johlack'iiilinie unc. i:n ilbrir^n ;.;i" einer A'icf'itxcrunr vji'soi.v-.i ist, die das ..indrin .-.i von Ijr.uei'stoi'f von i-'utter in die i-tnhlrc.-.iielze verhindert, daC d-r iStahlsciincl:;-?' i:i behälter Kalk und/n.v r ein r..idercr basischer Jc::lrxl:enbildor zuresetzt v;ird, in •Ληβ !iorlibaFisclie Schlacke zu erhalten, sov.'iu cchvefelreinirrende Zusatz-., b^ispielsweic: Misclu.ietr.il, '"alziu:-, oiliziunkalziui.! und Alu:air.iii:"iiialziMn, wobei die Sciinelze niifxtlc ■Yr.kuunentrnsun^:

der /'c:\^e!te?.luii.';' irni^erührx und enürnt vird.

Aue vrirxschaftlichen Graden sollte- dia ^chvci'-ilreini-unr in dem PfaimonoiOn durcligeiührt v/erdsn, der zur die Jnx-asung des oxahls ■veniÄUao« wird» sie kaiin aber auch in einen anderen Behälter vor-.:enoinincn \;?rdör.. Die Schv;ei"elreir.irunir basiert auf der Reakxion ait gasctoolsäner Schlackenphase, die eine hohe Basizität haben muß-,, sowie eventutXl einen Zusatz von festers Healitionsoittel·

00t Mi/ US·

Unter' Vakuum arbeitende Stahlöfen werden in der Regel mit neu- ' ■ tralen Ziegeln ausgefüttert₉ die jedoch von basischen Schlacken angegriffen werden* Öfen, in denen die Schwefelreinigung nach konventionellen Methoden ausgeführt wird^ werden in der Regel basisch ausgefüttert· Solche Ausfütterungen sind jeäöoh nicht beständig unter Vakuum und außerdem empfindlich bei Temperaturwechseln, was sie für Behälter und öfen des hier beschriebenen Typs ungeeignet, macht. .

Ein nachdem erfindungsgemlßen Verfahren hergestellter Stahl ist von hoher Qualität, seine Herstellung kann in großem Maßstab mit niedrigen Kosten erfolgen» Der Stahl kann kontinuierlich oder satzweise vergossen werden«

Das genannte Verfahren kann beispielsweise bei einem solchen Ofen angewandt werden, der für das ÄSEA-SKF-Verfahren' benutzt wird«, Man kann z.B. eine Stahlschmelze in einen Behälter füllen, der mit einer Haube mit durchgehenden Elektroden vergehen ist und in dem die durch die Haube abgedeckte Schmelze' mit Hilfe eines Lichtbogens auf eine bestimmte Temperatur erwärmt wird» Während dieser Erwärmung wird Kalk zugesetzt, der" ScImIlSt,! so _:daß sich eine basische Schlacke bildet. Die Umrüfrrung. geschieht während der ganzen Zeit mit einem elektromagnetischen, - BieJterpJaaBigen Umrührer. Danach wird der Behitlter mit einem Vakuumdeckel mit Eva·? kuierungsorgan verschlossen, und. es folgt eine ®atgas«ög unter Umrührung, um den Gehalt an. Sauerstoff und anderen. schläuchen ' ' Gasen zu senken. Nachdem der gewünschte Entgasmuagsgrad erreicht ' · 1Ä, wird das Vakuum aufgehoben tmä Aluminium midi-anschließend

Mischmetall (z.B. die Hälfte der gesamten Mischmetallmenge) unter fortgesetzter UmrUhrung in einer bestimmten Zeit, beispielsweise 15 Minuten, zugesetzt. Danach wird Aluminium und · -.. ein Teil der. restlichen Mischmetallmenge in weiteren 15 Minuten ; und danach Aluminium und der Rest des Mischmetalls zugesetzt und ungefähr genau so lange umgerührt· Die Zahl der Schritte, ■ in denen Mischmetall zugesetzt werden kann, kann einer oder wie im genannten Beispiel mehrere sein» Wird das Verfahren in einem Behälter ohne Vakuumbehandlung ausgeführt, wird der letzte Verfahrensschritt durch eine Ausscheidungsdesoxydation mit starken Desoxydationsmitteln, z.B. Aluminium, ersetzt» Die so erhaltene Schmelze ist von hoher Qualität mit niedrigem Schwefel- und Sauerstoffgehalt« . '-:

Wenn die Schmelze schon beim Einfüllen in den Behälter eine Ausreichend hohe Temperatur hat, kann das Vakuum direkt angebracht werden, wonach die hochbasische Schlacke hergestellt und Mischmetall unter Erwärmung und Umrührung zugesetzt wird. Die Vakuumbehandlung wird fortgesetzt, bis der! gewünschte niedrige Gas-j· gehalt erreicht ist, . ' j. j

Die elektromagnetische Üna^Ührung kann durch Gaseinblasen oder mechanische Umrührung (mechanischer UajrÜhrer oder Schüttelpfanne) ersetzt werden, auch die Erwärmung kann auf andere Weise als mit einem Lichtbogen geschehen*

Der Zwack der Umrührung ist„ daß alle Teile der Schmelze entgast wenden und daß ein guter-Kontakt zwischen- der entschwefelnden Schlacke bzw. dem eventuell zugesetzten Eirtschwefelungsmittel und der Stahlschmelze zustandekömmt»

Das Eindringen von Sauerstoff von der Ausfütterung zur Schmelze wird dadurch verhindert, daß man eine basische Ausfütterung oder eine hochwertig© Ausfütterung aus neutralem- A^O^-reichem Ziegel ■ verwendet· Auf der Schlackenlinie muß die Ausfütterung basisch sein, um zu verhindern,, daß diese von der hochbasischen Schlacke zu stark angegriffen wird.

Der zu behandelnde Stahl soll bei der Sehwefelreinigung gut desoxycliert sein« Dies erreicht man durch, eine Vakuumbehandlung mittels eines auf dem Behälter angebrachten Vakuumdeckels oder eines einen Behälter umschließenden Vakuwmtsaks und/oder dadurch, da0 der Schmelze ein starkes Desoxidationsmittel, wie Aluminium zugesetzt wird, während gleichzeitig eine Umrührung erfolgt, . jE«B· durch einen elektromagnetischen, niederfrequenten Umrührer oder durch Gaseinblasen oder durch mechanisches

Der Stahl soll Ijeim iintschwef ein mit höchbasischer Schlacke au« vorzugsweise Kalk, bedeckt sein, reduziert mit Aluminium:- und eventueli mit Zusatz von Flußmittel, Eventuell kamt beim Gießen I Flußspat xug-teeret- werden,- vm ein-Ötfr4.ei*e2i-der Schlacke zu, -_: verhindern. Der;Kalk. mu0 gut* getrooknet.eeixi_r. damit der Wasser» '.' stoffgehalt der/Schmtlas® nielit steigt/Bi* üochlsisiscte© Schlacke'

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verhindert störendes Eindringen von Sauerstoff von der Badoberfläche und wirkt auch teilweise ent schwefelnd. Xn vielen Fällen ist die auf diese Weiße erreichte So.hwefelreiaigimg vollauf zufriedenstellend·

Kalk wird in Mengen von 0·2 his .2«0» sweckmäßigerweis© 0*3 1,5 Gewichtsprozenten» vorzugsweise 0#5 bis -1.0 Gewichtsprozentendes gesamten Chargengewichts zugesetzt. Mischmetal! zur Entschwefelung wird Dis zu 1# des Chargengewichts zugesetzt, zweckmäßigerweise dos O.3?6_# vorzugsweise 0#1 bis 0

Ftir die Schwefelreinigung der Schmelze kann auch Kalzium zugesetzt werden, vorzugsweise in Form von Kalzium enthaltenden Legierungen his zu ungefähr 0.5 Gewichtsprozent Kalzium des Chargengewichts, vorzugsweise 0.2 bis 0.3 %· FUr denselben Zweck kann auch Magnesium, vorzugsweise Magnesium enthaltende ' Legierungen, in entsprechenden Mengen zugesetzt werden· Auch ©ine Kombination dieser beiden Zusätze (Ca, Mg) kann vorkommen·

Bei durchgeführten Schwefelreinigungsversuchen mit 50 t Chargengewicht in einer Vakuismpfarme hatte die Pfanne eine basische Sohlackenlinie und im übrigen eine gewöhnliche neutrale'Ausfütterung· Bei sämtlichen Versuchen wurde Kalk zugesetzt, und zwar in Mengen, die aus der unten folgenden Tabelle hervorgehen»

.. Nach normaler Entgasung unter einem ?akuumdeokel (siehe obengenanntes ASBA-Journal) wurde 100 g Al/t zugesetzt. Bei einer ■" Charge (1) wurde der Schmelze kein anderes schwefelreinigen&es

-B-

Ilittel als Kalk zugesetzt-, während bei dem übrigen "Versuchen (2-S) aui3erdem I-iischmetall in verschiedenen Mengen zugesetzt wurde. Das Zusetzen des Misclmietalls erfolgte durch Eindrücken von Dosen in das Bad in drei Schritten (siehe oben) mit Zwischenräumen von unrefähr 15 Hinuten zwischen den einzelnen Schritten.. Das Aluminium wurde immer vor den j.-Iis.'climetall zugesetzt, umi diie Sauerstoff aktivität niedrig zu halten» UIe- crwiihnt;_r war die Al-.Ienge 100 g/t bei dem ersten Zusatz und. danach 50. g/t pro. Versuch.

?ür die fünf Chargen erhielt man folgende Resultate :

Charre	Stahlcualität	Zusatz	Kalk rf i*	Miaclinetall	Schwefelßehalt	beim Giessen
1	3IS 1650	O.5	—	ι vor dem ι Abzapfen	■•0.016
2	313 1650	O. ο	0.2	\ 0..037	0.001
2-	SlS 1630	Ο.ό	0.05	0.034	0.016
L	olo 2225	OsC	0.1	Q. 038	0.005
	SIS 2511	0.6	0.2	0.025	0.002
0.032

.'wie aus der Tabelle zu ersehen ist, war der Sntschwefelungsgrad an höchsten, wenn auch liischmetall zugesetzt wurde (Charge 2-5), aber auch nur mit Kalkzusatz (basischer Schlacke) wurde eine gute lint Schwefelung erreicht (1).

Bei Versuchen mit ungefähr 1 t Chargengewicht ohne Vakuumbehandlung erhielt man folgende Resultate. Bei den Versuchen war

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BAD ORIGINAL.

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dor untere Teil des Behälters neutral ausgefüttert und sein oberes Teil basisch. Die jeweiligen Zusatzmengen gehen aus nachfolgender Tabelle hervor.

Charge Stahl- rlr. ι quälität	SIS 1572	ünt s chwe felung S- aittel	CaC₂	tlenge	Sclwefel vor Behandl·	rehalt, /j nach Behandlung
1	Il	SiCa	Il .	0.3^s	.035	.004
O	SIS 2225	11	CaO, Si/Ca	O.3^X	.026	.003
3	SIS 1572	It	CaO	0.3*	.021	.003
4	ti	AlCa	0.3"	.040	.002
5	11	Mischmetall	0.2	.050	.004
6.	SIS 2225	Il	0.3	.039	.005
7	SIS 1572	Il	0.3	.028	.007
8	ti	0.6^x	.036	.008
9	Il	0.6^x	.035	.012
10	Il	1.0, _v	.036	.004
11	1.0	.033	.012

x) berechneter Kalziumgehalt in den Legierungen

Bei den Versuchen 1-9 ist eine hochbasische Schlacke bis zu 1 % des Chargengewichts und bei den Versuchen 10-11 bis zu :0.3% des Chargengewichts auf die Badoberfläche aufgebracht worden.

Die Erfindimg kann im Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche variiert werden«

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- Jf-

Claims

- AO - Patent aiisrir "lche :

1. Verfahren zur Schv/oielrsini^uri:- von Stahl in Chargen von mehr als 1 t in einen Beliülter, z.B. einem Pfannenofen, dadurch gekennzeichnet, dafj der Behälter mit basischer Schlackenlinie und im übrigen nit einer Ausfütterung versehen ist, die das Eindringen von Sauerstoff vom Putter in die Stahlschmelze verhindert, daß der Stahlschmelze im Behälter Kalk und/oder ein anderer basischer Scnlackenbilder zugesetzt wird, um eins hochbasische Schlacke zu erhalten, sowie schwefelreinigende Zusätze, beispielsweise Hischnete.ll, Kalzium, Siliziunkalzium und AIuminiuiükalzium, wobei die Schmelze mittels Vakuumentgasung und/oder Ausscheidungsdesoxydation gut dososrydiert und während der Herstellung ungerührt und erwärmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Desoxidation der Schmelze über der Schmelzoberfläche ein Vakuum erzeugt wird, z.B. indem ein Behälter mit Vakuumdeckel oder ein Vakuumtank verwendet wird, wobei z.B. die Umrührung durch einen elektromagnetischen, niederfrequenten Unrührer odef durch Einblasen von Gas oder durch mechanisches Umrühren erfolgt,

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Kalk in Mengen von 0.2 bis 2.0 Gewichtsprozenten, zweckmäßigerweise 0.3 bis 1.5, vorzugsweise 0.5 Ms 1.0 Gewichtsprozent des gesamten Chargengewichts zugesetzt wird*

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BAD ORlQINAL

4. Vorfahren nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch -rekennzeichnet, daß l'ischmetall biß zu Y^ des Char-en-ewichtc, zveclimilßi/rerweise bis zu 0,3%$ vorzugsweise 0.1 Με 0.2 ,* zugesetzt v/ird.

5* Verfallen nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch rekeinizcichnet, daß Kalzium oder Kolziuir. oiithaltsndo Legierungen bic zu ungefähr 0.5 Gewichtsprozent Kalzixrn, vorzurrcweiso ungefähr 0.2 bis 0.3/0, zugesetzt werden. . "

6» Verfahren nach iuispruch 1 oder 1 uiic 1, dadurch fekennzeichnot, daJ3 nagiiefiium oder Haäinesium enthaltende Lc-ieruncen bis zu ung-efähr 0.5 Gewichtsprozent liagnesium, vorzurswcise 0.2 bis 0.3>v, zugesetzt irerden,

7. Verfahren nach iαlεpruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als butter ein basischer Ziegel oder neutraler, Al_o0,-reicher

C. j -

Ziegel verwendet wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, ca.? die Schlacke durcL Zusatz M von Aluminium und eventuell Flussmittel v.-ie Plusspat (CaF) leicht-fliessend ^enacht v/ird, wobei das liincrincen von Sauerstoff über die Schlacke zur Schmelze durch die reduzierende Wirkung des Aluminiums verhindert wird.

009l8S/nS!

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