DE2208736B1

DE2208736B1 - Verfahren zum herstellen legierter staehle

Info

Publication number: DE2208736B1
Application number: DE19722208736
Authority: DE
Inventors: Zixang Dipl Ing Dr Ing 5930 Huttental Geisweid Yun
Original assignee: Stahlwerke Sudwestfalen AG, 5930 Huttextal Geisweid
Priority date: 1972-02-24
Filing date: 1972-02-24
Publication date: 1973-08-16
Also published as: DE2208736C2; FR2173199A1; GB1413595A; IT979315B; DE2208736A1; FR2173199B3

Description

Schwierigkeiten hinsichtlich der Prozeßsteuerung, der angesichts der erwünschten hohen Analysengenauigkeit und steigender Qualitätsanforderungen immer größere Bedeutung zukommt.

Schließlich ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 953 888 auch ein Verfahren zum Vakuumentkohlen legierter Stähle mit reinem Sauerstoff bekannt. Bei diesem Verfahren soll die Chromverschlackung jedoch dadurch vermieden werden, daß die Sauerstoffzufuhr in Abhängigkeit von der Entkohlungsgeschwindigkeit gesteuert wird. Voraussetzung für dieses Verfahren ist demzufolge die fortlaufende Verfolgung der Entkohlung durch Analyse des Bades und/oder des Abgases, was nur mit erheblichem apparativem Aufwand möglich ist.

Wie das aus der deutschen Patentschrift 735 196 bekannte Verfahren, basieren alle Sauerstoffaufblas-Verfahren darauf, den Sauerstoff mit hoher kinetischer Energie, d. h. als scharf gebündelten Strahl auf die Schlacken- bzw. Badoberfläche zu blasen, um ein tiefes Eindringen des Sauerstoffstrahls und eine hohe Frischgeschwindigkeit zu erreichen, womit die vorerwähnten Nachteile verbunden sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das durch eine hohe Ausnutzung des Sauerstoffs, einen ruhigen Frischverlauf und gleichwohl eine rasche Entkohlung bei geringen Eisen- und Chromverlusten gekennzeichnet ist. Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Frischgas mit geringer kinetischer Auftreffenergie pro Volumeinheit auf die Badoberfläche zu blasen. Die geringe kinetische Auftreffenergie, gemessen an der Badoberfläche, die in der Größenordnung von einem Hunderttausendstel oder geringer herkömmlicher Verfahren liegt, gewährleistet, daß der Frischgasstrom weich auf die Badoberfläche auf trifft bzw. sich eine große Auftrefffläche Sauerstoffstrahl/ Schmelze ergibt. Infolge der geringen Auftreffgeschwindigkeit werden Stahl- und Schlackenspritzer vermieden, so daß sich ein hohes Ausbringen bei erhöhter Haltbarkeit der feuerfesten Zustellung ergibt.

Die geringe Auftreffgeschwindigkeit und die gute Sauerstoffverteilung über die Badoberfläche verhindern eine unerwünschte Chromverschlackung und ermöglichen eine sichere Prozeßführung bei niedriger Badtemperatur, die zu einer größeren Haltbarkeit der feuerfesten Zustellung beiträgt. Überraschenderweise ergibt sich trotz der geringen Blasenergie keine ins Gewicht fallende Verlängerung der Frischzeit.

Die mittlere kinetische Energie je Volumeinheit des Frischgases liegt an der Badoberfläche vorzugsweise unter 2,0kp/m²; sie kann jedoch auch unter 1 kp/m² oder sogar unter 0,2 kp/m² liegen. Die mittlere Auftreffgeschwindigkeit des Frischgases liegt vorzugsweise unter 5 m/sec (umgerechnet auf Normalbedingungen), sie kann jedoch auch Werte von 3,5 oder 2 m/sec unterschreiten. Dabei sollte die maximale Auftreffgeschwindigkeit des Frischgases auf die Badoberfläche höchstens das Doppelte der mittleren Auftreffgeschwindigkeit betragen.

Durch besondere Maßnahmen, beispielsweise durch Verwendung mehrerer Düsen, einer Mehrlochdüse oder von Düsen mit strahlausbreitenden Mundstücken, wird eine Auflösung und Ausbreitung des Frischgasstrahls erreicht und damit die Auftrefffläche vergrößert. Versuche haben ergeben, daß vorteilhafterweise die Auftrefffläche des Frischgasstrahls mindestens Vs der Badoberfläche je nach der kinetischen Energie je Volumeinheit, aber auch bis zu ²/s der Badoberfläche beträgt. Die Sauerstoffzufuhr und der Lanzenabstand brauchen während des Frischens nicht konstant zu sein; sie können den jeweiligen Erfordernissen entsprechend variiert werden.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbeispiels des näheren erläutert:

ίο Im Elektro-Ofen wurde eine Schmelze mit reinem Sauerstoff auf einen Kohlenstoffgehalt von 0,35 °/o entkohlt, in einer Pfanne abgestochen und durch Zugabe entsprechender Legierungsmittel auf einen Chromgehalt von 18% und einen Nickelgehalt von 10,5 % eingestellt. Die Stahlschmelze wurde mit einer Temperatur von 1630° C in eine Stehentgasungsanlage gebracht und dort bei einem Druck von 30 bis 80 Torr mit reinem Sauerstoff gefrischt. Der Sauerstoff wurde mittels einer Lanze mit einer kinetischen Auftreffenergie von 0,003 kp/m², bezogen auf den herrschenden Druck und die Temperatur in der Entgasungsanlage, bei einer Auftreffgeschwindigkeit von 0,21 m/sec (bezogen auf Normalbedingungen) auf die Badoberfläche geblasen. Unter diesen Bedingungen entsprach die Auftrefffläche Schmelze/Sauerstoffstrahl etwa der halben Badoberfläche. Nach 20minütigem Frischen betrug die Badtemperatur 1670° C und lag die Stahlanalyse bei

0,008 °/o Kohlenstoff,

17,7 °/o Chrom,
10,6% Nickel.

Die vorstehende Analyse zeigt, daß der Chromabbrand bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vernachlässigbar klein ist und allenfalls eine geringfügige Korrektur durch nachträgliche Zugabe weiterer Legierungsmittel erforderlich ist. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es, in verhältnismäßig kurzer Zeit bei ruhigem Frischverlauf Endkohlenstoffgehalte zu erreichen, wie sie bei Chrom- und Chrom-Nickel-Stählen im Hinblick auf eine hohe Korrosionsbeständigkeit und gute Schweißbarkeit erforderlich sind, ohne daß dabei hohe Chromverluste in Kauf genommen werden müßten oder aufwendige Verfahrensmaßnahmen erforderlich sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann in einer Vorrichtung durchgeführt werden, wie sie beispielsweise in der Zeichnung, Fig. 1, dargestellt ist, die einen schematischen senkrechten Schnitt durch die Apparatur darstellt.

Die Vorrichtung besteht aus einem Vakuumgefäß 10 mit einem abnehmbaren Deckel 11, durch den eine höhenverstellbare Sauerstofflanze 12 ragt, die über ein Lanzengewinde 13 an eine Sauerstoffleitung mit einem Regelventil 14 angeschlossen ist.

In der Nähe des Bodens des Vakuumgefäßes 10, d. h. in möglichst großer Entfernung vom Sauerstoff-

Co austritt an der Lanzenmündung, geht eine zu einer (nicht dargestellten) Vakuumpumpe führende Absaugleitung 15 ab. Auf diese Weise wird ein direktes Absaugen des in das Vakuumgefäß eingeblasenen Sauerstoffs vermieden.

Das Vakuumgefäß 10 ist mit einem Inertgasanschluß 16 und einer Randdichtung 17 sowie einem Pfannengestell 18 versehen. Außerdem weist der Deckel 11 zum Abheben ösen 19 auf. Im Bereich des

Pfannenbodens ist ein Düsenstein 21 angeordnet, von dem aus sich eine Leitung 22 zu dem Inertgasanschluß 16 erstreckt. Die aus der Lanzenöffnung austretende Sauerstoffmenge wird durch ein Regelventil 14 eingestellt. Beim Frischen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ergibt sich durch ein entsprechend ausgebildetes Lanzenmundstück ein breit ausgefächerter Sauerstoffstrahl 23, dessen kinetische Energie sich bei diesem Vorgang verringert. Wie in F i g. 2 schematisch dargestellt, nimmt seine Auftrefffläche 42 den überwiegenden Teil der Badoberfläche 41 ein. Die geringe kinetische Energie des Sauerstoffstrahls beim Auftreffen gewährleistet dabei nicht nur eine verhältnismäßig große Reaktionsfläche, sondern auch einen ruhigen Frischverlauf.

Um einen raschen Stoffaustausch und Konzentrationsausgleich zu erreichen, wird über den Düsenstein 21 ein inertes Rührgas eingeleitet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 erforderlich. Derartige Stähle mit sehr niedrigem Patentansprüche: Kohlenstoffgehalt wurden früher ausschließlich im Lichtbogenofen unter einer eisenoxydulreichen

1. Verfahren zum Herstellen legierter Stähle, Schlacke und/oder Zugabe von Erz gefrischt und insbesondere von Chrom- und Chrom-Nickel- 5 anschließend mit C-armem Ferrochrom auflegiert. Stählen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt durch Ab etwa 1947 wurde das sogenannte O₂-Umschmelz-Vakuumentkohlen mit einem von oben aufgebla- verfahren entwickelt, bei dem bereits in der Einlaufsenen Frischgas, dadurch gekennzeich- probe der Schmelze ein Chromgehalt von mehr als net, daß das Frischgas mit geringer kinetischer 10 °/o vorhanden war. Eine solche Schmelze kann auf Auftreffenergie je Volumeinheit von unter io die gewünschten C-Gehalte nur mit gasförmigem O₂ 2,0 kp/m² auf die Badoberfläche geblasen wird. oder geeigneten O₂-haltigen Gasgemischen gefrischt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- werden.

kennzeichnet, daß die mittlere kinetische Auf- Da unter den Legierungselementen sich insbeson-

treffenergie je Volumeinheit unter 1,0 kp/m² liegt. dere das Chrom durch eine hohe Sauerstoffaffinität

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch ge- 15 auszeichnet, kommt es unter normalen Bedingungen kennzeichnet, daß die mittlere kinetische Auf- nicht nur zu einer Oxydation des Kohlenstoffs der treffenergie je Volumeinheit unter 0,2 kp/m² liegt. Schmelze, sondern auch des Chroms und damit zu

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 einer erheblichen Chromverschlackung. Um eine derbis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere artige Chromverschlackung zu vermeiden, ist es be-Auftreffgeschwindigkeit, bezogen auf Normalbe- 20 kannt, die Entkohlung bei einer Temperatur durchdingungen, des Frischgases auf die Badober- zuführen, bei der die freie Enthalpie der Kohlenfläche unter 5 m/sec liegt. Stoffoxydation geringer ist als die der Chromoxyda-

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch ge- tion, so daß es so lange nicht zu einer nennenswerten kennzeichnet, daß die mittlere Auftreffgeschwin- Chromoxydation kommt, wie die Schmelze noch digkeit unter 3,5 m/sec liegt. 25 übliche Gehalte an Kohlenstoff enthält. Dieses Ver-

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge- fahren ist jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß die kennzeichnet, daß die mittlere Auftreffgeschwin- hohe Badtemperatur besondere Anforderungen an digkeit unter 2 m/sec liegt. die Haltbarkeit der feuerfesten Zustellung stellt und

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 mit zusätzlichen Kosten für den hohen Wärmebedarf bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale 30 belastet ist.

Auftreffgeschwindigkeit des Frischgases hoch- Um hohe Badtemperaturen zu vermeiden, gleich-

stens das Zweifache der mittleren Auftreffge- wohl aber mit geringerer Chromverschlackung nied-

schwindigkeit beträgt. rige Kohlenstoffgehalte in der Größenordnung von

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 0,05 oder 0,01% zu erreichen, ist es auch bekannt, bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauer- 35 die Entkohlung unter vermindertem Druck, d. h. in stoffmenge und/oder der Lanzenabstand während einer der bekannten Vakuumanlagen bzw. -gefäße, des Frischens variiert wird. durchzuführen. Das Sauerstofffrischen bei vermin-

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- dertem Druck wirkt sich insofern vorteilhaft auf die rens nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeich- Entkohlung aus, als dabei das Kohlenstoff/Sauernet durch ein Vakuumgefäß 10 mit einem von 40 stoff-Gleichgewicht zu niedrigeren Werten verschoeiner höhenverstellbaren Sauerstofflanze 12 benwird.

durchragten Deckel 11, einem Intertgasanschluß Hierfür bestehen zahlreiche Vorschläge; ein der-

16, 22 und einem in größtmöglichem Abstand artiges Verfahren ist aus der deutschen Offenlegungs-

von der Lanzenöffnung abgehenden Saug- schrift 1758107 bekannt. Dabei wird die in einer

stutzen 15. 45 Pfanne befindliche und zu entkohlende Schmelze in

eine Stehentgasungsanlage gebracht und mittels einer Blaslanze Sauerstoff mit hoher kinetischer Energie

auf die Badoberfläche geblasen. Die kinetische

Energie des Frischgasstroms kann dabei außerordent-

50 Hch hoch sein, wie im Falle des aus der deutschen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Offenlegungsschrift 1904 442 bekannten Vakuum-Herstellen legierter Stähle, insbesondere von Chrom- entkohlens, bei dem der Sauerstoff mit Uberschall- und Chrom-Nickel-Stählen durch Vakuumentkohlen geschwindigkeit auf die Schmelze geblasen wird,
mit einem von oben aufgeblasenen oxydierenden Das Einblasen des Frischgases mit hoher kineti-Frischgas. 55 scher Energie hat eine scharfe Bündelung des Frisch-Es sind zahlreiche Verfahren zum Frischen bzw. gasstroms zur Folge und ergibt demzufolge einen Entkohlen legierter Stähle bekannt, die sich in der verhältnismäßig kleinen Brennfleck bzw. eine verPraxis hinreichend bewährt haben und im allgemei- hältnismäßig geringe Auftrefffläche Sauerstoff/ nen keine besonderen Schwierigkeiten bieten, wenn Schmelze. Des weiteren kommt es beim Auftreffen die Schmelze nicht auf sehr niedrige Kohlenstoffge- 60 des scharf gebündelten Frischgasstrahls hoher kinetihalte gefrischt zu werden braucht. Für eine Reihe von scher Energie auf die Schlacken- bzw. Badober-Verwendungszwecken, insbesondere im Falle korro- fläche zu Schlacken- und Stahlspritzern, die die Futsionsbeständiger Chrom- und Chrom-Nickel-Stähle terhaltbarkeit beeinträchtigen, zusätzliche Schutzmit 10 bis 40% Chrom und bis 25% Nickel sowie und/oder Reinigungsmaßnahmen erfordern bzw. geringen Gehalten an Kobalt, Kupfer, Mangan, 65 nicht unerhebliche Eisenverluste ergeben. Schließ-Molybdän, Silizium, Vanadin, Wolfram, Titan, lieh ergeben sich auf Grund der hohen kinetischen Tantal/Niob und Stickstoff einzeln oder nebenein- Energie des Frischgasstrahls und der daraus resulander, sind jedoch sehr niedrige Kohlenstoffgehalte tierenden hohen Reaktionsgeschwindigkeit auch