DE2223974B2 - Verfahren und Schmelzofen zur Herstellung einer Desoxydations- und Stahlveredlungslegierung - Google Patents

Description

2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 20 ist das spezifische Gewicht, da Desoxydationsmittel mit auf die Herstellung einer Legierung nach An- niedrigem spezifischem Gewicht in erster Linie an der spruch 1, bei der jedoch die Summe aus dem Alu- Oberfläche des Bades zur Wirkung kommen und so minium- und Siliziumgehalt mindestens 55 Ge- die Abbrandverluste anwachsen und der Wirkungswichtsprozent beträgt. grad des Desoxydationsmittels im Vergleich zu Des-

3. Schmelzofen zur Durchführung des Ver- 25 Oxydationsmitteln mit gleicher Desoxydationsfähigfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, keit, aber größerem spezifischen Gewicht, geringer ist. daß der Ofen einen Schacht zum gleichzeitigen Weiterhin ist also Aufgabe der Erfindung, eine Le-Ableiten der Verbrennungsgase und zum Vor- gierung, welche auch den hinsichtlich des spezifischen wärmen und zumindest teilweisen Entgasen des Gewichtes zu stellenden Anforderungen gerecht wird, Einsatzes aufweist. 30 zu er7eugen.

Bei der Herstellung der Legierung spielen die

Zugänglichkeit und die Kosten der Gemischkomponenten eine große Rolle, da bei der Stahlerzeugung die

Die Erfindung betrifft die Herstellung einer korn- Legierungen die Gestehungskosten außerordentlich

plexen desoxydierenden Legierung bzw. desoxydieren- 35 erhöhen können. Eine wichtige technische Aufgabe

den Mehrstofflegierung zur Stahlveredlung und eine ist also das Vorsehen einer Legierung mit einer solchen

Vorrichtung zur Durchführung derselben. Im Ver- Zusammensetzung, welche eine optimale Wirkung

gleich zu den bekannten Legierungen beeinflußt die ergibt und zugleich unter Verwendung eines leicht

erfindungsgemäß hergestellte neue Legierung die zugänglichen und mit nur wenig Zuschlägen modi-

tnechanischen Eigenschaften des Stahles vorteilhafter. 4» fizierten Ausgangsmaterials erhalten wird. Erfindungs-

An die bei der Herstellung von legierten Stählen gemäß wurde der letztgenannten Forderung in hohem ungewandten Desoxydierungs- und Veredlungslegie- Maße Rechnung getragen und eine Senkung der Errungen werden immer vielseitigere Anforderungen zeugungskosten der Legierung angestrebt,
gestallt. Eine der grundlegenden Anforderungen be- Bei der Herstellung der Legierungen ist eine wichtige trifft die Korngröße der reagierenden Stoffe der 45 Forderung, daß die Erzeugung in den gegenwärtig Legierung bzw. deren spezifische Oberfläche, von der gebräuchlichen Anlagen erfolgen kann, da im Falle die Geschwindigkeit der bei der Stahlveredlung ab- der Notwendigkeit neuer Anlagen die Investitionslaufenden Reduktionsreaktionen, in erster Linie die kosten die Erzeugungskosten der Legierung außer- «ier Diffusionsvorgänge, in hohem Maße abhängt. ordentlich erhöhen. Die erfindungsgemäß vorgesehene Bei den Verfahren zur Herstellung solcher Legierungen 5° Legierung kann in den für die Erzeugung von Ferrowerden feinkörnige Gemischkomponenten in fein- legierungen üblicherweise verwendeten Schmelzofen gemahlenem Zustand, die ohne oder mit verschiedenen hergestellt werden, es sind also bei der Erzeugung der Bindemitteln brikettiert oder pelletisiert werden, um Legierung Investitionskosten nicht in Betracht zu eine vorzeitige Verflüchtigung der reduzierenden ziehen.

Legierung aus dem Ofen zu verhindern, verwendet. 55 Die obigen Aufgaben wurden erfindungsgemäß

Aufgabe der Erfindung ist es, das Vermählen der gelöst.

Legierungsbestandteile bis zur entsprechenden Fein- Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur

heit und weiterhin die bei der Herstellung der Legic- Herstellung einer Desoxydations- und Stahlvered-

irungen bedeutende Kosten erfordernde Brikettierung lungslegierung, welches dadurch gekennzeichnet ist, der feingemahlenen Stoffe zu umgehen. ^6o daß ein etwa 15 bis 25 Gewichtsprozent flüchtige

Die an komplexe Legierungen gestellte zweite An- Substanzen, 15 bis 25 Gewichtsprozent gebundenen förderung besteht darin, daß die einzelnen Gemisch- Kohlenstoff und 2 bis 6 Gewichtsprozent Schwefel komponenten im allgemeinen in Form von Mehr- enthaltendes Kohlenebengestein mit einem Aschekomponentenverbindungen zugegen sein sollen und gehalt von 40 bis 50 Gewichtsprozent und einem somit die daraus gebildeten Oxyde schon im Augen- ⁶S Heizwert von 1500 bis 2000 kcal/kg zu einer kohlenblick ihres Entstehens miteinander zu solchen korn- stoffhaltigen Legierung, bestehend aus 25 bis 50 Geplexen Verbindungen, deren Schmelzpunkt relativ wichtsprozent Silizium, 10 bis 40 Gewichtsprozent niedrig ist und die somit eine gute Koagulationsfähig- Aluminium, 2 bis 13 Gewichtsprozent Kalzium, 0,5

T 3 4

bis 2,5 Gewichtsprozent Titan, Rest Eisen und her- Unter gebundener Kohle ist der nach Abzug der

stellungsbedingte Verunreinigungen, sowie gegebenen- Asche, der Feuchtigkeit und der flüchtigen Bestandfalls Vanadium und Bor in Spuren, geschmolzen wird. teile verbleibende Teil der Kohle zu verstehen.

Gebundene Kohle = 100 - (Feuchtigkeit in Gewichtsprozent + Asche in Gewichtsprozent + flüchtige Bestandteile in Gewichtsprozent)

Wird bei der Kennzeichnung eines Kohleneben- und Kohlenstoff verteilt enthaltenden Nebengesteinen gesteines der Schwefel gesondert angegeben, dann eines der folgenden Zusammensetzung gewählt: muß bei der Berechnung der gebundenen Kohle der io

Schwefel zum Anteil der flüchtigen Bestandteile Gewichtsprozent

addiert werden. Feuchtigkeit (lufttrocken) 8,10

Das Ausgangsmaterial der erfindungsgemäß her- Asche 48,96

gestellten Legierung enthält also bereits selbst in Flüchtige Bestandteile 19,70

ferner Verteilung den für die Reduktionsvorgänge not- 15 Gebundener Kohlenstoff 20,24

wendigen Kohlenstoff. Schwefel 3,99

Nach einer Ausfühiungsform der Eiandung wird

das erfindungsgemäße Verfahren auf die Herstellung Zusammensetzung des Aschenrückstandes einer obigen Legierung, bei der jedoch die Summe aus

dem Aluminium- und Siliziumgehalt mindestens 20 Gewichtsprozent

55 Gewichtsprozent beträgt, angewandt. SiO₂ 37,31

Gegebenenfalls kann durch Zusätze, vorzugsweise Al₂O₃ ²¹»83

Abfallprodukte oder Oxyde, eine Streuung der Fe₂O₁, 8,90

Legierungszusammensetzung innerhalb der festgelegten CaO 19,19

Grenzen bei Verwendung ein und desselben Ausgangs- 25 TiO₂ 1>⁶²

materials erreicht werden. V₂O₅ ²>²⁷

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Schmelzofen MgO 2,91

zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, B₂O₃ 3,28

welcher dadurch gekennzeichnet ist, daß er einen MnO 0,14

Schacht zum gleichzeitigen Ableiten der Verbrennung- 30 P₂O₅ 0,05

gase und zum Vorwärmen und zumindest teilweisen

Entgasen des Einsatzes aufweist. Das Gestein der oben angegebenen Zusammen-Die erfindungsgemäß hergestellte komplexe Des- Setzung wurde in einem Lichtbogenelektroofen zur oxydations- und Stahlveredlungslegierung vereinigt Erzeugung von Ferrolegierungen geschmolzen. Da in sich die Vorteile der bekannten Zweikomponenten- 35 der im Gestein in feiner Verteilung enthaltene Kchlendesoxydationsmittcl, wie Ferrosilicium, Silicium-Alu- stoff ausreichend war, um den Bedarf an Reduktionsminium, Ferrotitan und Silicium-Mangan, und beein- mittel zu decken, war ein Einbringen eines gesonderten flußt darüber hinaus zusätzlich vorteilhaft den End- Kohlenstoffträgers in das Gemisch nicht notwendig, sauerstoffgehalt des Stahles sowie Art und Menge der so daß also die Herstellung ohne jeden Zuschlagstoff metallischen Einschlüsse und damit die mechanischen 4° vorgenommen wurde. Bei störungslosem Betrieb des Eigenschaften des Stahles. Die vorteilhaften Wir- Ofens wurde die Legierung alle zwei Stunden abgekungen und Eigenschaften der Legierung sind im stochen.

einzelnen an Hand von zahlenmäßigen Werten im Im folgenden ist die durchschnittliche Zusammenweiter unten folgenden Beispiel erläutet t. setzung der beim Abstich erhaltenen Legierung an-

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß die 45 gegeben: komplexen Desoxydations- und Stahlveredlungslegierungen in den für die Erzeugung von Ferrolegierungen _Sj 37g Gewichtsprozent

üblicherweise verwendeten Elektroöfen hergestellt p_e 31,8 Gewichtsprozent

werden können, wobei ohne Produktionsunterbre- ^l 21,7 Gewichtsprozent

chung beispielsweise von der Erzeugung von Ferro- 5° Cn 5*2 Gewichtsprozent

silicium zur Herstellung der erfindungsgemäß zu _Ti 1,5 Gewichtsprozent

erhaltenden komplexen Desoxydations- und Stahl- _Mn 0,12 Gewichtsprozent

Veredlungslegierungen übergegangen werden kann. _Mg 0,7 Gewichtsprozent

Bei den für die Erzeugung von Ferrolegierungen _c 0,03 Gewichtsprozent

üblicherweise verwendeten Elektroöfen werden die 55 S 0,03 Gewichtsprozent

im Laufe der Reduktionsvorgänge gebildeten Ver- q 0,0025 Gewichtsprozent

brennungsgase vorteilhafterweise durch einen Bc- _H 50 Ncm³/t00 g

schickungsschachl, in dem die Charge, während sie _N 0,01 Gewichtsprozent

im Gegenstrom zu den Verbrennungsgasen nach

unten sinkt, vorgewärmt und teilweise entgast wird, 60 . ■·

abgeführt ^{Mit der so} erhaltenen Legierung wurde in einem

Die Erfindung wird an Hand der folgenden nicht 15-t-Lichtbogenofen für die Stahlerzeugung eine

als Beschränkung aufzufassenden Beispieles näher Versuchscharge hergestellt. Fur 15 t Stahl wurden

erläutert ^{80 k}8 ^der Legierung verwendet, also 5,3 kg pro Tonne. . 65 Die Legierung wurde in den Kessel eingefüllt und die

Beispiel Charge aufgegeben. In der folgenden Tabelle 1 ist die

Zur Herstellung der Legierung wurde von den in chemische Zusammensetzung des Stahles vor dem

Kohlenbergwerken in großen Mengen vorkommenden Abstich und während des Gusses angegeben.

Tabelle 1

Chemische Zusammensetzung des Stahles

Legierungsbestandteile Vor dem Abstich des Stahles

Nach dem Abstich und dem
Einschmelzen der Legierung

Mn

Ni

Cr

Si
Al
Ti
O
N
H

0,18 Gewichtsprozent 1,38 Gewichtsprozent 1,23 Gewichtsprozent 0,08 Gewichtsprozent

0,22 Gewichtsprozent 0,00 Gewichtsprozent 0,00 Gewichtsprozent 0,0097 Gewichtsprozent 0,0061 Gewichtsprozent 9 Ncm³/100 g

0,18 Gewichtsprozent
1,40 Gewichtsprozent
1,22 Gewichtsprozent
0,12 Gewichtsprozent

0,42 Gewichtsprozent
0,05 Gewichtsprozent
0,01 Gewichtsprozent
0,0063 Gewichtsprozent
0,0087 Gewichtsprozent
8,5 Ncm /100 g

Aus den Veränderungen der Zusammensetzung des Stahles sind folgende Nutzungsgrade zu entnehmen:

Si-Nutzung etwa 100%

Al-Nutzung etwa 50%

Ti-Nutzung etwa 100%

Der Al-Gehalt der Legierung konnte durch Zugabe eines mehr als 40 Gewichtsprozent Al₂O₃ enthaltenden Gesteines oder in einer Stufe mit Hilfe von Al-haltigen Metallschrott auf einen Wert von 25 bis 40 Gewichtsprozent erhöht werden.

Der Gesamtsauerstoffgehalt verminderte sich von 0,0097 Gewichtsprozent auf 0,0063 Gewichtsprozent, und der Wasserstoffgehalt nahm ebenfalls ab, der Stahl wurde also durch die Legierung nicht verunreinigt. Der Stickstoffgehalt wurde etwas erhöht, und zwar zum Teil infolge des mit dem Legierungsmaterial eingebrachten Stickstoffs, was wegen der veredelnden Wirkung des Aluminium- und Titannitrides von Vor-

25 teil ist.

Vom Ober-, Mittel- und Unterteil eines der aus der Charge gegossenen 51 schweren Schmiedeblöcke wurden Stangen mit einem Querschnitt von 100 mm² geschmiedet und zum Zwecke der Untersuchung der mechanischen Eigenschaften wärmebehandelt.

Die mechanischen Eigenschaften sind in der folgenden Tabelle 2 zusammengestellt; in dieser haben die Symbole folgende Bedeutung:

ob — Zugfestigkeit,

of = Streckgrenze,

δ = Dehnung,

Ak = Kerbschlagzähigkeit.

Tabelle 2

Mechanische Eigenschaften der Versuchscharge

Lage der Probestange Normalglühen 960⁰C, Luft 600° C, Öl

im Block _{ag m σ/7} -_{m Λ ]n Af}_ _{jn Og m}

kp/mm^s % % mkp/mm^! kp/mm²

Anlaßhärtung 880°C, Öl 650°C, öl

Of in <5 in A_K

% % mkp/cm¹

Oberer Teil des Blockes	59,9	40,7	28
Mittlerer Teil des Blockes	62,4	43,3	28
Unterer Teil des Blockes	59,9	43,3	28

19,0	59,9	45,9	26
22,5	59,7	46,4	29
21,5	58,6	44,5	28

25,0
26,5
26,0

Für die im chemischen Apparatebau zur Anwendung kommenden Stähle ist eine Kerbschlagzähigkeit von mindestens 2,8 mkp/cm² bei —40^cC vorgeschrieben. Die Kerbschlagzähigkeit der mit der Legierung verfeinerten Probestücke wurde bei den Temperaturen { 20³C, 0"C, -20⁰C, -40⁰C und —60"C an je drei Schlagstäbcn ermittelt; in der Figur sind die Mittelwerte der jeweils in drei Versuchen erhaltenen Kerbschlagzähigkeiten aufgetragen. Das Diagramm veranschaulicht die Abhängigkeit der Kerbschlagzähigkeit von der Temperatur und die ausgezeichnete Kältebeständigkeit der Stahlcharge. Dabei bedeutet »Ακ mkg/cm²« die spezifische Schlagzähigkeit, gemessen mit einem normgerechten Probestab mit einer V-Kerbe, ausgedrückt in mkg/cm².

A bezeichnet vergütete, B normalgcglühtc, C vcr-

gütete und gealterte und D normalgeglühte und ge- und nicht alternde und eine erhöhte Streckgrenze alterte Probestangen. aufweisende geschmiedete chemische Apparatebau-Aus dem Ergebnis des Versuches ist die Schluß- teile 5,3 kg der erfindungsgemäß erhaltenen kom-ITolgerung zu ziehen, daß bei einem Stahl zur Ver- plexen Legierung pro Tonne Stahl eine bessere Wirwendung für auch bei —40°C nicht spröde werdende 5 kung ausüben als beispielsweise

4,5 kg/t SiZr (40 Gewichtsprozent Si und 23 Gewichtsprozent Zr) + 1,4 kg/t Al
oder

3,0 kg/t FeSi (75 Gewichtsprozent Si) + 0,8 kg/t Al + 3,0 kg/t FeTi (32 Gewichtsprozent Ti)

Die vorteilhaften Eigenschaften der für die Versuchscharge verwendeten Legierung sind in erster Linie dem guten Nutzungsgrad der Elemente zuzuschreiben, d. h. dem Umstand, daß neben den desoxydierenden Elementen Si und Ca die ebenfalls desoxydierend wirkenden, aber auch Stickstoff bindenden Elemente Al und Ti praktisch ohne Verluste zur Wirkung kommen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

keit aufweisen, reagieren. Die angewandten komplexen Patentansprüche: Legierungen können außer der guten desoxydierenden und eventuell entschwefelnden Wirkung auch andere

1. Verfahren zur Herstellung einer Desoxy- vom Gesichtspunkt der Legierungen aus vorteilhafte dations-und Stahlveredlungslegierung, dadurch 5 Eigenschaften haben. Eine solche vorteilhafte Eigengekennzeichnet, daß man ein etwa 15 bis schaft ist, daß die Legierungen zur Bildung stabiler 25 Gewichtsprozent flüchtige Substanzen, 15 bis Nitride geeignet sind. Ferner liegt also der Erfindung 25 Gewichtsprozent gebundenen Kohlenstoff und die Aufgabe zugrunde, eine solche Legierung, welche 2 bis 6 Gewichtsprozent Schwefel enthaltendes nicht nur eine gute desoxydierende und entschwefelnde Kohlenebengestein mit einem Aschegehalt von io Wirkung aufweist, sondern auch zur Bildung stabiler 40 bis 50 Gewichtsprozent und einem Heizwert Nitride beiträgt, vorzusehen.

von 1500 bis 2000 kcal/kg zu einer kohlenstoff- Die Anwendung von komplexen desoxydierenden

haltigen Legierung, bestehend aus 25 bis 50 Ge- und stahlveredelnden Mehrkomponentenlegierungen

wichtsprozent Silizium, 10 bis 40 Gewichtsprozent ist in den folgenden Fachbüchern abgehandelt:

Aluminium, 2 bis 10 Gewichtsprozent Kalzium, 15 Helmut Knüppel, Desoxydation und Vakuum-

0,5 bis 2,5 Gewichtsprozent Titan, Rest Eisen und behandlung von Stahlschmelzen, Bd. I, 1970, 2. Ka-

herstellungsbedingte Verunreinigungen, sowie ge- pitel; V.J. J a vojszk i j, Theorie der Stahlerzeugung,

gebenenfalls Vanadium und Bor in Spuren, Leipzig, 1969, S. 456.

schmilzt. Eine weitere wichtige Eigenschaft der Legierungen