DE2455847A1 - Entschwefelung von stahl - Google Patents

Entschwefelung von stahl

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DE2455847A1
DE2455847A1 DE19742455847 DE2455847A DE2455847A1 DE 2455847 A1 DE2455847 A1 DE 2455847A1 DE 19742455847 DE19742455847 DE 19742455847 DE 2455847 A DE2455847 A DE 2455847A DE 2455847 A1 DE2455847 A1 DE 2455847A1
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steel
aggregate
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DE19742455847
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Robert A Fishburn
Evan Thomas Richard Jones
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Foseco International Ltd
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/064—Dephosphorising; Desulfurising

Description

PATENTANWALT DR. HANS-GUNTHER EGGERT, DIPLOMCHEMIKER
5 KÖLN 51, OBERLÄNDER UFER 90
Köln, den 19. November 1974 Eg/pz/236
Foseco International Limited, Long Acre, Nechells, Birmingham B7 5JR/England
Entschwefelung von Stahl
Die vorliegende Erfindung betrifft die Behandlung von geschmolzenem Metall, insbesondere die Entschwefelung von flüssigem Stahl.,
Die Notwendigkeit zur Herstellung von Stählen mit niedrigem Schwefelgehalt steigt ständig und die Stahlnormen werden immer strenger, insbesondere in Bezug auf Sprödbruch, Schweissen und Fabrikation. Der Schwefelgehalt von Stahl kann eine bedeutende und manchmal dominierende Rolle für diese oder andere Eigenschaften des Stahls spielen. Der Schwefelgehalt beeinflusst auch die Giess- und Verarbeitungseigenschaften des Stahls aufgrund der Oberflächenbeschaffenheit und der Neigung zur Rissbildung während des Walzens, da diese den Grad des Flämmens oder Schleifens, das erforderlich ist, und das bei der Weiterverarbeitung erzielte Ausbringen beeinflussen.
Die bevorzugten Methoden zum Entschwefeln von flüssigem Stahl bestehen in der Behandlung mit einer metallurgischen Behandlungsschlacke. Die Hauptfaktoren, die eine Entschwefelung des Metalls durch die Schlacke hervorrufen, sind aus der Literatur bekannt und können zusammengefasst werden zu erstens einer hohen Schlackenbasizität, zweitens einer niedrigen Temperatur, drittens das Vorhandensein von
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reduzierenden Bedingungen und viertens einen hohen Gehalt an Kohlenstoff, Silicium und Phosphor in dem Metall. Zusätzlich wird der Umfang der Entschwefelung erstens durch eine große Schlackendünnflüssigkeit und zweitens durch Turbulenz vergrößert (um Schlacken-Metall-Reaktionen zu erzeugen).
Nach einem Verfahren zum Entschwefeln von Stahl,insbesondere, wenn ein niedriger Schwefelgehalt des Stahls gefordert wird, wird das Feinern mittels Lichtbogen bei dem Stahlherstellungsprozess beendet, indem eine reduzierende Schlacke auf der gesamten Oberfläche des geschmolzenen Metalls vorgesehen wird. Hierbei wird die anfängliche oxydierende Schlacke vollständig entfernt, das Metallbad desoxydiert und Zuschläge von Kalk, Flussspat und Koks zugesetzt, um die reduzierende Schlacke zu bilden. Jedoch ist dieses Verfahren zum Erniedrigen des Schwefelgehalts im endgültigen Stahl langsam und zeitaufwendig.
Es wurde nun gefunden, daß bei einem Verfahren zur Entschwefelung von geschmolzenem Stahl in einem Lichtbogenofen unter reduzierenden Bedingungen, wobei in den flüssigen Stahl ein Strom aus einem teilchenförmigen Zuschlag eingeblasen wird, der Kalk, Natriumcarbonat, Flussspat und Aluminiumoxid enthält und einen Anteil eines metallischen Reduktionsmittels aufweist, aufgrund der Berührung mit dem geschmolzenen Metall eine hochbasische Schlacke gebildet wird, die große Mengen von Schwefel aus dem geschmolzenen Metall entfernt. Ferner wurde gefunden, daß diese Zuschläge auch dann nützlich sind, wenn keine Einblastechnik verwendet wird.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Zuschlagmaterial zur Verwendung bei der Entschwefelung von flüssigem Stahl,
509822/0734
vorzugsweise bei dem weiter oben beschriebenen Verfahren, das Kalk, Natriumcarbonat, ein Alkali- oder Alkalierdmetallfluorid oder eine Mischung hiervon, Aluminiumoxid und ein metallisches Reduktionsmittel enthält.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Entschwefeln von flüssigem Stahl in einem Lichtbogenofen unter reduzierenden Bedingungen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß dem flüssigen Stahl ein Zuschlagmaterial gemäß der Erfindung zugesetzt wird.
Vorzugsweise ist das Fluorid Flussspat, wobei die Erfindung nachfolgend im Zusammenhang mit diesem Material beschrieben wird. Es können jedoch auch andere Alkali- oder Alkalierdmetallfluoride anstelle von Flussspat verwendet werden: Beispielsweise kann Flussspat ganz oder teilweise durch Natriumfluorid ersetzt werden.
Vorzugsweise liegen die einzelnen Bestandteile des Zuschlagmaterials in folgenden Bereichen:
Kalk 5o bis 8o Gew.%, insbesondere 60-80 Gew.%
Natriumcarbonat 1 bis 2o Gew.%, insbesondere 1-15 Gew.% Flussspat 5 bis 3o Gew.%, insbesondere 5-25 Gew.% Aluminiumoxid 5 bis 3o Gew.%, insbesondere 5-25 Gew.%
metallisches Reduktionsmittel 2 bis 15 Gew.%
Das metallische Reduktionsmittel kann irgendein leicht oxydierbares Metall sein. Beispiele für derartige Metalle sind Aluminium, Magnesium, Ferrosilicium, Calciumsilicid, CaI- -cium, Cer, Silicium oder Legierungen oder Mischungen dieser Metalle. Von diesen wird Aluminium oder eine Aluminiumlegierung bevorzugt. Ein derartiges 'Reduktionsmittel kann vör-
509822/073A
zugsweise 2 bis Io Gew.% des Zuschlagmaterials bilden. Das flüssige Metall wird durch das Aluminium oder andere Reduktionsmittel schnell desoxydiert und es werden reduzierende Bedingungen geschaffen.
Die Oxydation beispielsweise von Aluminium ist stark exotherm und führt dadurch zusammen mit dem Flussspat und dem Aluminiumoxid des Zuschlagmaterials zur Bildung einer dünnflüssigen Schlacke. Das Natriumcarbonat unterstützt die Bildung der dünnflüssigen Schlacke.
Falls gewünscht, kann das Aluminiumoxid und Aluminium als Kugelmühlenmehl in dem Zuschlagmaterial vorhanden sein.
Ein Verfahren zum Einführen des Zuschlagmaterials in das geschmolzene Metall kann darin bestehen, daß einfach ein Trägermedium aus Druckluft verwendet wird. Jedoch wird es manchmal bevorzugt, ein nicht oxydierendes Gas, wie Stickstoff oder Argon zu verwenden (wobei das letztere aufgrund des Mangels an Wandeffekten bevorzugt wird). Ein weiteres Verfahren zum Vergrößern des reduzierenden Effektes des Zuschlag-materials besteht im Einblasen von diesem mittels.eines Mediums, das ein reduzierendes Gas, wie Propan, Erdgas- oder dergleichen aufweist oder ganz aus diesem besteht. Im Falle, daß Propan oder Erdgas verwendet wird, kann es wünschenswert sein, nach dem Einblasen gelösten Wasserstoff aus dem Metall durch Einblasen von Argon herauszuspülen.
Die Menge des verwendeten Zuschlagmaterials variiert mit dem Stahltyp in dem jeweiligen Ofen, seiner Vorbehandlung, dem Schwefelgehalt und dem gewünschten endgültigen Schwefelgehalt. So kann für einen 8o t Lichtbogenofen das Zuschlagmaterial mittels Argon (bei einer Verdünnung von beispielsweise 45 kg Zuschlagmaterial/Kubikmeter Argon) mit einer Zuschlagrate von
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Io bis 15 kg Zuschlagmaterial/t zu behandelnden Metalls eingeblasen werden. . -
Es wurde gefunden, daß bei Benutzung des bevorzugten Verfahrens zum Senken des Schwefelgehalts während des Feinens in dem Lichtbogenofen weniger Desoxydationsmittel als gewöhnlich dem Stähl zugesetzt werden müssen, um ihn in dem Lichtbogenofen zwischen den oxydierenden und reduzierenden Zuständen zu beruhigen. Das metallische Reduktionsmittel in dem Zuschlagmaterial verbessert den Beruhigungsvorgang.
Weiterhin wurde gefunden, daß bei Verwendung der Behandlung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Reduktion in der Quantität der nicht-metallischen Einschlüsse in dem schließlich gegossenen Metall, insbesondere bezüglich der Anzahl der Silikateinschlüsse, auftritt.
Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.
Beispiel 1 '
Ein °'43/o.48 % Kohlenstoff, lml/l.A5 % Mangan, °*15/o.3o %Sili-"cium * /o.3o£ Chrom-Sortenstahl wurde durch Einblasen eines Zuschlagmaterials folgender Zusammensetzung entschwefelt:
CaO 65, Gew.% O.O15 O.O12 Anwendungs
menge
CaF2 Io Gew.% 16.3 kg/t
Na2CO3 5 Gew.%
.■ . 14 Gew.%
.Al 6 Gew.%
Schwefelgehalt %
ursprüng
lich		 Nach dem Ein- beim Abstich in der Grube ,
blasen
o.o36 o.dl9
509822/0734'
Die Zeit zum Feinen bis zum Abstich betrug 2 h. Im Vergleich beträgt die mittlere Zeit hierfür für diese Stahlgüte gemittelt über 11 Abgüsse 2 h 4o min. ohne das erfindungsgemäße Verfahren.
Ein typisches Ergebnis war:
Schwefelgehalt, %
ursprünglich beim Abstich in der Grube
o.o28 o.o2o 0.0I6
Beispiel 2 Kohlenstoffstahl behandelt mit Al liefernd
A °·38/ο.43 % 65 Gew.% Anwendungs
menge
CaO Io Gew.%
CaF2 5 Gew.%
Na2CO3 2o Gew.% (14 Gew.% Al3O3, 6 Gew.%
Kugelmühlen
mehl		 nach dem Ein- beim Abstich
blasen		 in der
Grube
ursprünglich
o.o29
0.0I2
o.olo 16.3 kg/t
Die Zeit vom Feinen bis zum Abstich betrug 2 h Io min und ist vorteilhaft im Vergleich mit der mittleren Zeit von 3 h (gemittelt über 9 Abgüsse), wenn das erfindungsgemäße Verfahren nicht verwendet wird.
Beispiel 3
Zwei Abgüsse eines 18/8 titanstabilisierten Stahls wurden mit einem Zuschlagmaterial folgender Zusammensetzung behandelt:
509822/073
CaO 65 Gew.%
Na2CO3 5 Gew.%
CaF- 6 Gew.%
Al2O3 2o Gew.%
Al-pulver 4 Gew.%
Folgende Resultate wurden erhalten:
Schwefelgehalt, %
ursprünglich in der Grube Anwendungsmenge
O.O28 o.olo 9 kg/t
o.o2o 0.008 15 kg/t
Beispiel 4
Zwei Abgüsse von Kohlenstoffstahl wurden mit einem Zuschlagmaterial folgender Zusammensetzung behandelt:
CaO 65 Gew.% Schwefelgehalt, % Anwendungsmenge
Na3CO3 5 Gew. % der Grube Io kg/t
CaF2 8 Gew.% 0.006 7 kg/t
Al2O3 2o Gew.% 0.0I6
Al 2 Gew. %
ursprünglich in
0. öl 0
o.o42
Beispiel 5
Ein °*43/o.48 % Kohlenstoff, 1'1/l-45'% Mangan, °'15/o.3o %
ο 15 Silicium, " /o.3o % Chrom-Sortenstahl wurde durch Einblasen von Zuschlagmaterial folgender Zusammensetzung entschwefelt:
509822/073A
CaO 68 Gew. % Anwendungs
menge
CaF2 6 Gew. % 16.3 kg/t
Na2CO3 5 Gew. %
Al2O3 11 Gew. %
Al-pulver Io Gew. %
Schwefelgehalt, %
ursprüng
lich		 Nach dem
blasen		 Ein- beim Ab- in der Grube
stich
o.o36 O.O19 O.O15 o.olo
Die Zeit vom Feinen bis zum Abstich betrug 2 h. Im Vergleich hierzu betrug die entsprechende mittlere Zeit für diese Stahlgüte gemittelt über 12 Abgüsse 2 h 5o min bei üblichen Verfahren.
Ein typisches Resultat war:
Schwefelgehalt, %
ursprünglich .43 % beim Abstich in der Grube
O.O28 o.o2o 0.0I6
Beispiel 6
Ein °-38/o. Kohlenstoffstahl wurde behandelt mit
CaO 68 Gew.%
CaF2 Io Gew.%
Na3CO3 5 Gew.% '
Al2O3 11 Gew.%
Al 6 Gew.%
ursprüng
lich		 Nach dem Ein- beim Ab- in
blasen stich		 der Grube Anwendungs
menge
O.O29 o.olo 16.3 kg/t
0.0I2
509822/0.7 3 4
Die Zeit vom Feinen bis zum Abstich betrug 2 h 15 min und ist vorteilhaft gegenüber einer mittleren Zeit von 3 h (gemittelt über 9 Abgüsse), wenn das erfindungsgemäße Verfahren nicht verwendet wird.
Beispiel 7
Ein vorgeschmolzener rostfreier Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (18/8) wurde durch Einblasen eines Zuschlagmaterials folgender Zusammensetzung entschwefelt:
CaO 65 Gew.% Beim Abstich Anwendungs-
menge
Na2CO3 5 Gew.% 0.060 15.0 kg/t
CaF2 6 Gew.% o.o33 15.0 kg/t
Al2O3 14 Gew.% o.o32 15.0 kg/t
Al-pulver Io Gew.%
Abguss Anfänglicher
Schwefelge
halt, %		 Nach dem Ein
blasen
1 O.12O 0.080
2 O.12O 0.060
3 o.o9o o.o7o
509822/0734

Claims (5)

- Io - P atentansprüche
1. Zuschlagmaterial zur Entschwefelung von flüssigem Stahl, das Kalk aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß es Natriumcarbonat, ein Alkali- oder Erdalkalimetallf luorid oder eine Mischung hiervon, Aluminiumoxid und ein metallisches Reduktionsmittel aufweist.
2. Zuschlagmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluorid Flussspat ist.
3. Zuschlagmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es 5o bis 8o Gew.% Kalk enthält.
4. Zuschlagmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es 5 bis 3o Gew.% Aluminiumoxid enthält.
5. Zuschlagmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß es 1 bis 2o Gew.% Natriumcarbonat enthält.
6. Zuschlagmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es 5 bis 3o Gew.% Flussspat enthält.
7. Zuschlagmaterial nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß es 1 bis 15 Gew.% Natriumcarbonat, 5 bis 25 Gew.% Flussspat und 5 bis 25 Gew.% Aluminiumoxid enthält.
8. Zuschlagmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß es 6o bis 8o Gew.% Kalk enthält.
9. Zuschlagmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß es 2 bis 15 Gew.% eines metallischen
50982 2/0734
Reduktionsmittels enthält.
ίο. Zuschlagmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Reduktionsmittel Aluminium, oder eine Aluminiumlegierung ist.
11. Zuschlagmaterial nach einem der Ansprüche 2 bis Io, dadurch gekennzeichnet, daß der Flussspat ganz oder teilweise durch Natriumfluorid ersetzt ist.
12. Verfahren zum Entschwefeln von flüssigem Stahl in einem Lichtbogenofen unter reduzierenden Bedingungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zuschlagmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dem flüssigen Stahl zugesetzt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strom aus teilchenförmigem Zuschlagmaterial in den flüssigen Stahl eingeblasen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuschlagmaterial mit einem Medium eingeblasen wird, das Druckluft, Stickstoff, Argon oder eine Mischung hiervon aufweist.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuschlagmaterial mit einem Medium eingeblasen wird, das ein reduzierendes Gas enthält.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als reduzierendes Gas Propan oder Erdgas verwendet wird.
5 098 22/07 3
DE19742455847 1973-11-27 1974-11-26 Entschwefelung von stahl Withdrawn DE2455847A1 (de)

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