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Verfahren zur Stahlherstellung aus Eisenschwamm Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zur Stahlherstellung aus Eisenschwamm in einem Induktionstiegelofen,
wobei auf einem (z.B. von der Vorschmelze stammenden) Stahlschmelzensumpf eine Schlacke
erzeugt und der einzuschmelzende Eisenschwamm bei voll eingeschalteter Schmelz leistung
des Induktionstiegelofens kontinuierlich aufgegeben und zur Stahlschmelze aufgeschmolzen
wird.
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Bei den (aus der Praxis) bekannten Verfahren der beschriebenen Gattung
bestehen beachtliche Schwierigkeiten. Der Eisenschwamm schwimmt auf der Schlacke
und kontinuierliche Zugabe des Eisenschwamms gelingt kaum. Das bekannte Verfahren
ist daher Versuch geblieben. Der Wärmestrom von der Stahlschmelze zur abdeckenden
Schlacke reicht nicht aus, um die Schlacke flüssig zu halten.
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Um die beschriebenen Schwierigkeiten zu vermeiden, ist es bekannt
(vgl. DT-AS 1 811 703), dem Stahlschmelzensumpf bzw.
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der Stahlschmelze eine intensive Strömungsbewegung zu verleihen, die
den Eisenschwamm gleichsam in die Stahlschmelze hineinzieht. Diese Strömungsbewegung
der Stahlschmelze wird dabei elektrisch erzeugt. Es entsteht eine von Schlacke freie
überhöhte Kuppe auf der Stahlschmelze. Der Eisenschwamm wird nicht der Schlacke
sondern der Metallkuppe aufgegeben, während die Schlacke an der Gefäßwand nur noch
einen Kranzwirbel bildet. Das hat zur Folge, daß die entstehende Schlacke häufig
abgezogen werden muß, was Betriebspausen bedingt und stört. Allerdings kann auf
diese Weise die metallurgische Arbeit, die für die Stahlherstellung erforderlich
ist, auch im Induktionstiegelofen geleistet werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Stahlherstellung
aus Eisenschwamm 3 Sch;ctt anzugeben, welches es ermöglicht, in einem Induktionstiegelofen
bei voll eingeschalteter Schmelzleistung kontinuierlich Eisenschwamm einzuschmelzen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stahlherstellung aus Eisenschwamm
in einem Induktionstiegelofen, wobei auf einem (z.B. von der Vorschmelze stammenden)
Stahlschmelzensumpf eine Schlacke erzeugt und der einzuschmelzende Eisenschwamm
bei voll eingeschalteter Schmelz leistung des Induktionstiegelofens kontinuierlich
aufgegeben und zur Stahlschmelze aufgeschmolzen wird. Zur Lösung der vorstehend
angegebenen Aufgabe lehrt die Erfindung die Kombination der folgenden Merkmale:
a) Die Basizität der Schlacke wird unter Berücksichtigung der Gangart des einzuschmelzenden
Eisenschwamms durch Zugabe entsprechender Zuschläge, wie Kalk oder Dolomit, auf
einem Wert von CaO + MgO - etwa 1,5 gehalten, SiO2 +AL 203 b) der Kohlenstoffgehalt
der Stahlschmelze im Metallsumpf und während des Einschmelzens wird im Bereich von
0,05 bis 0,15 % gehalten, c) der Eisenschwamm wird kontinuierlich chargiert, und
zwar in einer solchen Menge, die der jeweiligen maximalen Einschmelzleistung des
Ofens entspricht.
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Dies führt zu einem gleichmäßigen, von dem entweichenden Kohlenmonoxid
getragenen ständigen Wärmestrom in d Schlacke. Darüber hinaus schäumt das Kohlenmonoxid
die über der Stahlschmelze schwimmende Schlacke auf.- Im Rahmen der Erfindung liegt
es, die Badtemperatur der Stahlschmelze über die Zugabegeschwindigkeit des Eisenschwamms
zu steuern, und zwar auf einem konstanten Wert zu halten. Vorzugsweise liegt dieser
konstante Wert nur wenig oberhalb der Liquidustemperatur der Stahlschmelze.
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Durch die Anwendung der beschriebenen Merkmalskombination wird erreicht,
daß einerseits der mit dem Eisenschwamm eingebrachte Sauerstoff und andererseits
der mit dem Eisenschwamm eingebrachte Kohlenstoff während des Einschmelzens sehr
gleichmäßig miteinander unter Bildung von Kohlenmonoxid reagieren.
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Das entstehende Kohlenmonoxid entweicht aus der Stahlschmelze durch
die darüber schwimmende flüssige Schlacke und schäumt diese auf. Durch das Aufschäumen
stellt sich in der Schlacke ein scheinbares spezifisches Gewicht ein, welches kleiner
ist als das des Eisenschwamms. Uberraschenderweise zeigt sich, daß der Eisenschwamm
bei der Zugabe auf dicke, aufgeschäumte Schlackenschichten diese sehr schnell durchfällt,
um rasch in die Metallschmelze zu gelangen, wo er sehr schnell aufgeschmolzen wird.
Darüber hinaus erreicht man einen weiteren Effekt, es wird nämlich mit der intensiven
Durchgasung der Schlacke mit heißem Kohlenmonoxid aus der Stahlschmelze ein für
das Flüssighalten der Schlacke ausreichendes Wärmeeinbringen begünstigt. Darüber
hinaus wird die leicht oxidierbare Metallschmelze sicher vor Zutritt von Luftsauerstoff
und Stickstoff geschützt. Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen,
daß durch die angegebene Einstellung des
Kohlenstoffgehaltes, verbunden
mit der kontinuierlichen Zugabe des Eisenschwamms, die an sich nicht durch die verhältnismäßig
kleine spezifische Oberfläche begrenzte Frisch leistung eines Induktionstiegelofens
und damit auch die Schmelz leistung insgesamt optimal genutzt werden. Der Kohlenstoffgehalt
der Stahlschmelze wird im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft bereits
durch Einstellung des Kohlenstoffgehaltes im Eisenschwamm gesteuert bzw. geregelt.
Dabei kann man beispielsweise so vorgehen, daß der Kohlenstoffgehalt im Eisenschwamm
in Abhängigkeit vom Metallisierungsgrad entsprechend der Formel (% Feges - % Femet)
12 = % C eingestellt wird. Bei diesem Kohlenstoffgehalt im Eisenschwamm wird sich
ohne weiteres der angegebene Kohlenstoffgehalt in der Stahlschmelze einstellen.
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Abweichungen von dem für den Eisenschwamm gewünschten Kohlenstoffgehalt
können beim Einschmelzen durch Zugabe von Oxidations-bzw. Reduktionsmitteln korrigiert
werden.
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Arbeitet man nach dem erfindungsgemäßen Verfahren, so behindert die
auf der Stahlschmelze schwimmende Schlackenschicht das Einschmelzen nicht mehr.
Man kann diese Schlackenschicht ohne weiteres so anwachsen lassen, bis die Schlacke
über eine am Tiegelrand angeordnete Schlackenrinne kontinuierlich abläuft.
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Betriebspausen zum Abschlacken sind nicht mehr erforderlich.-Voraussetzung
für das Aufschäumen der Schlacke ist, daß die Schlacke während der gesamten Schmelzdauer
mit kontinuierlicher Aufgabe im Sinne des Merkmals c) flüssig bleibt. Arbeitet man
mit niedriger Temperatur wenig oberhalb der Liquidustemperatur, so wird das Flüssigbleiben
der Schlacke durch die für Stahlschmelzen sehr niedrige Basizität um 1,5 erreicht,
außerdem durch den Gehalt an Eisen bzw. Eisenoxid, der sich bei den
angegebenen
Kohlenstoffgehalten der Stahlschmelze in der Schlacke einstellt. überraschenderweise
zeigt sich, daß trotz der sehr niedrigen Basizität der Schlacke (bei traditionellen
Stahlherstellungsverfahren liegt die Basizität über 2,5) sehr niedrige Phosphorgehalte
im Stahl gefunden werden.
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Zu begründen ist dieser Effekt damit, daß der Phosphor im einzuschmelzenden
Eisenschwamm bereits in oxidischer Form vorliegt, bei der Stahlerzeugung aus Roheisen
bzw. Schrott jedoch vor Aufnahme in die Schlacke-erst oxidiert werden muß. Durch
Merkmal c) wird das während des Einschmelzens notwendige Flüssighalten der Schlacke
durch den von den austretenden Gasen bedingten Wärmestrom erreicht.
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Aus führungsbeispiei Zur Verfügung stand ein 2t-Induktionstiegelofen
mit einer spezifischen elektrischen Leistung von 350 kW/t bei einer Frequenz von
50 Hz, einem Inhalt von max. 2 000 kg und einer basischen Ausmauerung. Es wurde
Eisenschwamm mit folgender Zusammensetzung 92,4 % Fetot 0,15 Mn 0,034 % o 1,1 %
A1203 2,0 % SiO2 1,4 % CaO 0,7 % C 7,2 % FeO eingeschmolzen.
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Auf den von der Vorschmelze stammenden flüssigen Metallsumpf von
800 kg mit der chemischen Analyse 0,1 % C, 0,10 % Mn, 0,031 % P und 0,011 % S wurde
zunächst Dolomit aufgegeben, bis sich eine zähe an der Tiegelwandung haftende Schlacke
gebildet hatte. Hierdurch wurde die Tiegelwandung während der folgenden Schmelze
vor dem Angriff der Stahlschmelze weitgehend geschützt. Danach wurden 750 kg Eisenschwamm
sowie insgesamt 24 kg Kalk und Magnesit kontinuierlich zugegeben. Während des Schmelzvorgangs
wurden Proben mit folgendem Ergebnis genommen: 1.Vorprobe nach 20 Min. 0,06 % C
0,04 % Mn 0,019 % P 0,011 % S 2. " " 30 Min. 0,04 % C 0,03 % Mn 0,011 % P 0,009
% S 3. " " So Min. 0,05 % C 0,02 % Mn 0,009 % P 0,011 % S Fertigprobe " 60 Min.
0,03 % C 0,03 % Mn 0,013 % P 0,009 % S Die gleichzeitig vorgenommenen Temperaturbestimmungen
ergaben 1520 bis 15350C nach der Eintauchmethode. Die gleichzeitig genommenen Schlackenproben
ergaben: 1.Vorprobe 4,5 % Fe 38 % 0a0 9 % MgO 20,7 % Si02 20,1 % A1203 2. " 7,4
% Fe 39 % Ca0 10 % MgO 20 % SiO2 15 % A1203 3. " 9,0 % Fe 39 % Ca0 9 % MgO 20 %
SiO2 13 % A1203 Fertigprobe 10,2 % Fe 41 % Ca0 9 % MgO 18 % SiO2 13 % A1203
Die
Leistungsaufnahme des Induktionstiegelofens nahm bei jeweils höchster Spannungsstufe
des Transformators von 550 kW gleichmäßig, in Abhängigkeit von der vom Füllungsgrad
des Tiegelvolumens auf 700 kW bei gefüllter Spule zu.