DE2535339C3

DE2535339C3 - Schmelzverfahren für Gußeisen

Info

Publication number: DE2535339C3
Application number: DE2535339A
Authority: DE
Inventors: Takashi Kawai; Yoshimi Kubo; Michio Makino; Fumio Obata; Ryoji Yukuhashi Takahashi
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1974-08-09
Filing date: 1975-08-07
Publication date: 1978-05-24
Also published as: FR2281429B1; GB1524362A; US4021232A; DE2435339A1; FR2281429A1; DE2535339B2; DE2535339A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Schmelzverfahren für Gußeisen im Lichtbogenofen, insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung einer Ausgangsschmelze für Gußeisen mit Kugelgraphit, dessen Gefüge überwiegend ferritische Struktur im Gußzustand aufweist.

Bei Gußeisen mit Kugelgraphit kann Gußeisen mit Ferritgefüge und mit Perlitgefüge unterschieden werden. Das Kugelgraphit-Gußeisen mit Ferritgefüge weist dabei gute Duktilität und Bearbeitbarkeit auf, so daß es als Ausgangsmateria! für die Herstellung von Maschinen- und Kraftfahrzeugteilen oder anderen mechai isch beanspruchten Teilen in ausgedehntem Maße herangezogen wird.

Ferritisches Gußeisen mit KugeJgraphit wurde bisher durch Wärmebehandlung von Gußeisen mit Kugelgraphit und Perlitgefüge hergestellt

Es wurde auch schon Kugelgraphit-Gußeisen mit Ferritgefüge im Gußzustand hergestellt wobei die Gehalte an solchen Elementen, die das Perlitgefüge stabilisieren und die Graphitisierung in der Ausgangs-

schmelze hemmen, auf ein Minimum zu reduzieren sind. Cr und Mn sind typische derartige Elemente, und insbesondere der Mangangehalt sollte nicht mehr als 0,25 Gew.-% betragen (unter der Bezeichnung % sind hier und im folgenden stets Gewichtsprozente verstan-

den). Mangan ist in handelsüblichem Stahlschrott im allgemeinen in Mengen von 0,4—0,7% enthalten, so daß die angestrebte Herstellung von Kugelgraphit-Gußeisen mit Ferritgefüge im Gußzustand durch Zusatz großer Mengen von speziellem Guß- bzw. Roheisen mit sehr geringem Gehalt derartiger Elemente wie Mangan vorgenommen werden muß.

Dabei wird insbesondere eine Ausgangsschmelze von Kugelgraphit-Gußeisen mit Ferritgefüge im Gußzustand durch Vermischen einer großen Menge an

hochreinem Gußeisen mit sehr geringem Mn-Gehalt, mit Stahlschrott und Kreislaufmaterial oder Sekundärschrott erhalten. Eine weitere Schwierigkeit besteht jedoch da/in, daß ausreichende Mengen des speziellen Roheisens nur schwer beschafft werden können und

.10 zudem kostspielig sind, so daß sich daraus wirtschaftliche Hinderungsgründe ergeben, die einer ausgedehnten Anwendung von Kugelgraphit-Gußeisen mit Ferritgefüge im Gußzustand (im folgenden einfach als Kugelgraphit-Gußeisen mit Ferritgefüge bezeichnet)

.15 bisher im Wege stehen.

In der US-PS 12 42 442 ist ein Verfahren zur Gußeisenherstellung angegeben, bei dem Stahlschrott oder Gußeisen sowie ein kohlender Zusatz wie Koks oder Kohle zusammen mit Kalk und ggf. Eisenerz in einen Lichtbogenofen eingebracht werden.

Nach dem Einschalten des elektrischen Stroms wird ein Luftstrom auf die heiße, jedoch noch nicht geschmolzene, feste Charge geleitet, wenn die Charge oder zumindest ihr unterer Teil rotglühend ist Dabei verbrennt ein Teil des kohlenstoffhaltigen Materials; durch die dabei nach der Reaktion C + O₂^ CO₂ + E entstehende Reaktionswärme, die sich zur durch die elektrische Heizung erzeugten Wärme hinzuaddiert, wird der Eisenschrott geschmolzen. Zugleich schmilzt ein Teil des kohlenstoffhaltigen Materials in die Eisenschmelze hinein, wodurch deren Kohlenstoffgehalt erhöht wird.

Auch nach der Bildung eines geschmolzenen Bads wird in den unteren Teil der Charge in den Teil des rotglühenden Eisenschrotts Luft eingeblasen, der noch nicht geschmolzen ist nicht jedoch in die Schmelze. Das Einblasen von Luft wird im wesentlichen zu dem Zeitpunkt unterbrochen, zu dem die Charge vollständig geschmolzen ist

Npch diesem Verfahren tonnen Phosphor und Silicium aus der Schmelze entfernt werden. Dabei wird das kohlenstoffhaltige Material wie Koks oder Kohle, das zusammen mit dem Eisenschrott in den Ofen eingetragen wird, nicht nur als kohlender Zusatz,

fts sondern auch zur Energieerzeugung verwendet, was entsprechend zu einer niedrigen Aufkohlungsausbeute führt.

Die AT-PS 1 70 250 gibt ein Verfahren zur Gewin-

nung einer manganreichen Schlacke aus Spiegeleisen-, Roheisen- oder Stahlbädern durch Zusatz von Oxiden zum Bad und Einblasen von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft an; dadurch wird eine manganreiche Schlacke erzeugt Das geschmolzene Roheisen, Spiegeleisen oder der geschmolzene Stahl wird anschließend, ggf. zusammen mit einem Flußmittel, in ein Gefäß geleert, in das entweder vor oder während des Entleerens Oxide eingetragen werden, wobei die Oxidation des Mangans durch Einblasen von Sauerstoff oder sauefstoffangereicherter Luft vorgenommen wird. Das Einblasen erfolgt dabei gegen die Badoberfläche, bis die Oxidation des Mangans aufgrund der Anwesenheit der Oxide so weit fortgeschritten ist, daß der entsprechende Mangangehalt des Bads auf eine vorgesehene Grenze gesunken oder der Mangangehalt der Schlacke einen bestimmten angestrebten Wert erreicht hat

Aus der DE-PS 2 39 079 ist andererseits ein Verfahren zur Reinigung von Metallen oder Metallegierungen durch gänzliches oder teifweises Entfernen eines oder mehrerer unerwünschter oxidierbarer Elemente bekannt; das Verfahren beruht darauf, daß die Temperatur des Metallbads in der Weise kontrolliert wird, daß die Sauerstoffaffinität des oder der zu entfernenden Elemente größer ist als die Sauerstoffaffinität des zu reinigenden Metalls, so daß also das Gasgemisch auf die zu entfernenden Elemente oxidierend und auf das zu reinigende Metall nichtoxidierend wirkt. Dabei wird gleichzeitig die Zusammensetzung des einwirkenden Gasgemisches, das beispielsweise ein oxidierendem und ein reduzierendes Gas enthält, entsprechend eingestellt, so daß eine selektive Oxidation möglich ist. Bei diesem Verfahren erfolgt keine Aufkohlung der Schmelze gleichzeitig mit der Oxidationsreaktion und der Entfernung des Mangans.

Wenn andererseits im wesentlichen Stahlschrott verwendet wird, ohne daß das genannte Guß- bzw. Roheisen eingesetzt wird, ist es zur Erzielung einer Ausgangsschmelze von Kugelgraphit-Gußeisen mit Ferritgefüge erforderlich, eine Aufkohlung durchzuführen und/oder einen Schritt zur Entfernung des Mangans, da der Stahlschrott einen nur geringen Kohlenstoffgehalt und einen hohen Mangangehalt aufweist. Im übrigen ist es am wirtschaftlichsten und wirkungsvollsten, die Aufkohlung im Verlauf des Schmelzens vorzunehmen.

Bei der Stahlherstellung wird im allgemeinen ein oxidierender Zusatz (beispielsweise Eisene-z, Walzzunder od. dgl.) zusammen mit einem schlackebildenden Mittel zugesetzt, um unter Ausnützung des Oxidationsvermögens der durch die Zusätze auf der Oberfläche der Eisenschmelze gebildeten Schlacke die Gehalte an C und Si zu verringern; eine andere Möglichkeit beruht auf dem Einblasen von Sauerstoff in die Eisenschmelze. Auf diese Weise wird der Mn-Gehalt notwendigerweise verringert Diese Verfahrensweise kann entsprechend für das Verfahren zur Herstellung der Ausgangsschmelze mit niedrigem Mn-Gehalt zur Herstellung von Kugelgraphit-Gußeisen mit Ferritgefüge herangezogen werden.

Wenn allerdings die Aufkohlung im Verlauf eines Stahlschrott-Schmelzvorgangs wie beschrieben durchgeführt und die genannte Oxidationsbehandlung bei der Gußeisenschmelze zur Vervollständigung der Aufkohlung angewandt wird, erwächst daraus die weitere Schwierigkeit, daß die Badtemperatur aufgrund der Verbrennungswärme von Si und Mn im Fall des Einblasens von Sauerstoff ansteigt und somit ein Oxidationsverlust von Kohlenstoff resultiert

Wenn andererseits eine Reaktion zur Entfernung von Mangan vorgenommen wird, wobei die Badtemperatur durch Zugabe eines schlackebildenden Mittels oder dergleichen niedrig gehalten wird, erfordert die genannte Reaktion beträchtlich lange Zeit

Der Erfindung liegt entsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Schmelzverfahren für Gußeisen anzugeben, das die genannten Nachteile nicht aufweist und die Erzielung einer Ausgangsschmelze für Kugelgraphit-Gußeisen mit Ferritgefüge im Gußzustand in wirksamer und zugleich wirtschaftlicher Weise ermöglicht, ohne daß ein spezielles Roheisen mit niedrigem Mangangehalt eingesetzt werden muß.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Ausgangsschmelze für ferritisches Kugelgraphit-Gußeisen mit niedrigem Mangangehalt im Lichtbogenofen, das dadurch gekennzeichnet ist daß in den unteren Teil des Ofens ein kohlender Zusatz rr>it einer Korngröße von <10mm und darauf der Eisenschrott eingebracht werden und im Betrieb eine oxidierende Schlacke erzeugt wird, die durch die Eisenschmelze vom darunter befindlichen kohlenden Zusatz getrennt ist, wobei an der Grenzfläche Schlacke/Schmelze eine Oxidationsreaktion zur Entfernung von die Graphitisierung verhindernden unerwünschten Elementen wie Mn und Cr und gleichzeitig an der Grenzfläche Schmelze/kohlender Zusatz die Aufkohlungsreaktion im Verlauf des Schmelzens des Eisenschrotts und/oder unmittelbar danach bei Temperaturen < 1440⁰C stattfinden.

F i g. 1 zeigt die mikroskopische Struktur von Kugelgraphit-Gußeisen mit Ferritgefüge;

F i g. 2 zeigt die unterschiedliche Sauerstoffaffinität der im Eisen enthaltenen Hauptelemente;

F i g. 3 stellt einen Längsschnitt durch einen Lichtbogenofen dar, aus dem der Aufkohlungsvorgang hervorgeht; die

F i g. 4 erläutert die Aufkohlungs- und Oxidationsreaktionen im Lichtbogenofen;die

Fig.5—8 sind (wie Fig. 1) Mikroaufnahmen, aus denen die mikroskopische Struktur von Kugelgraphit-Gußeisen mit Ferritgefüge hervorgeht, das nach den erfindungsgemäßen Beispielen erhalten wurde.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich wird, sind die Affinitäten von Si, Mn und Cr im niedrigen Temperaturbereich größer als die von C, so daß diese Elemente selektiv oxidiert werden. Im Gegensatz dazu wird Kohlenstoff selektiv oxidiert, wenn die Temperatur auf einen hohen Wert gesteigert wird (hohes Temperaturgebiet oberhalb 1440⁰C). Ein erster Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht darauf, daß derartige metallurgische Reaktionen ausgenützt werden.

Das Phänomen der Aufkohlung im Lichtbogenofen wird ferner erfindungsgemäß angewandt Die Verhältnisse sind in Fig.3 genauer erläutert: Wenn ein kohlender Zusatz 1 in gegebener Menge und granulierter Form im Bodenteil eines Lichtbogenofens 8 eingebracht ist und Eisenschrott zum Schmelzen in den oberen Teil des Ofens eingebracht wird, fließt der durch den Lichtbogen geschmolzene Eisenschrott in Form von Schmelztröpfchen abwärts, so daß die Eisenschmelze 2 die Oberfläche des kohlenden Zusatzes 1 unter Bildung einer Grenzfläche 4 bedeckt. Wenn nun die Partikelgröße des kohlenden Zusatzes ί geeignet gewählt wird, dringt die Eisenschmelze 2 aufgrund der Oberflächenspannung nicht in Hohlräume zwischen den Körnern

des kohlenden Zusatzes 1 ein. Der kohlende Zusatz 1 schwimmt entsprechend, ungeachtet seines niedrigen spezifischen Gewichts, nicht auf die Oberfläche der Schmelze auf, bis der Schmelzvorgang beendet ist, und verbleibt so am Boden des Ofens, so daß die Aufkohlungsreaktion durch die Grenzfläche mit der Eisenschmelze 2 hindurch stattfindet und der kohlende Zusatz entsprechend verbraucht wird.

Ein zweiter Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht entsprechend auf diesem Aufkohlungsmechanismus.

Zur gleichzeitigen Durchführung der genannten Oxidations- und Aufkohlungsreaktion im gleichen Ofen ist es erforderlich, daß die Schrottschmelze zunächst während des Schmelzvorgangs oder im Bereich niedriger Temperatur unmittelbar nach dem Schmelzen in ausreichendem Maß oxidiert wird und die Aufkohlung und die Oxidationsreaktion physikalisch getrennt voneinander durchgeführt werden.

Die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte werden im folgenden beispielhaft erläutert. Zunächst wird ein pulverförmiger kohlender Zusatz wie etwa Pechkoks von nicht über 10 mm Korngröße in den Bodenteil eines Lichtbogenofens derart eingebracht, daß die Oberfläche des kohlenden Zusatzes in horizontaler Richtung im wesentlichen flach ist; darauf wird anschließend ein stark oxidierendes, schlackenbildendes Mittel aufgestreut; der Eisenschrott wird schließlich darauf aufgebracht. Beim Schmelzen fließt das aus dem Eisenschrott bei hoher Temperatur durch den Lichtbogen ausgeschmolzene Eisen in Form von Tröpfchen nach unten, wobei das schlackenbildende Mittel, das einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist, geschmolzen wird, während die Schmelztröpfchen selbst einer starken Oxidationswirkung unterliegen, so daß diejenigen Elemente mit einer starken Sauerstoffaffinität entsprechend der Oxidationsreaktion entfernt werden, während ihre Oxidationsprodukte zusammen mit dem schlackebildenden Mittel unter Bildung von Schlacken geschmolzen werden. Beim weiteren Herunterfließen erreichen die Tröpfchen der Schmelze die Oberfläche des kohlenden Zusatzes im Bodenteil des Ofens. Bei fortschreitendem Betrieb treten im Ofen Bedingungen auf, bei denen sich, wie aus Fig.4 hervorgeht, die zwei Phasen der Eisenschmelze 2 sowie der Schlacke 3 oberhalb der Schicht des kohlenden Zusatzes 1 befinden.

Anstelle von Pechkoks mit einer Korngröße bis 10 mm kann als kohlender Zusatz im Hinblick auf die Aufkohlungsausbeute auch Koks einer Korngröße bis 6 mm verwendet werden. Darüber hinaus ist es zur Verbesserung der Aufkohlungsreaktion und der Aufkohlungsausbeute bevorzugt, eine Korngröße von nicht über 2,5 mm einzusetzen.

Die Bedingungen der Aufkohlung und Oxidationsreaktion werden im folgenden anhand der Fig.4 näher erläutert. Der kohlende Zusatz 1 steht lediglich im Kontakt mit der Eisenschmelze 2 und ist von der Schlacke 3 durch die Eisenschmelze 2 getrennt. Der kohlende Zusatz 1 wird infolgedessen allmählich durch die Grenzfläche 4 zwischen dem kohlenden Zusatz 1 und der Eisenschmelze 2 in diese hineingeschmolzen, so daß der Kohlenstoffgehalt in der Eisenschmelze 2 entsprechend ansteigt Die Eisenschmelze 2 steht andererseits mit der Schlacke 3 auf ihrer Oberfläche in Kontakt, so daß die Entfernung von Elementen wie Si, Mn, Cr od. dgl entsprechend der Oxidationsreaktion an der Grenzfläche 5 vor sich geht Zu dieser Zeit wird die Temperatur der Eisenschmelze 2 auf einer niedrigeren Temperatur als 1440⁰C gehalten, wodurch keine Oxidation des vorhandenen Kohlenstoffs eintritt, der durch die Grenzfläche 4 in die Eisenschmelze gelangte, wie bereits im Zusammenhang mit dem ersten Aspek des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben wurde. Mit 7 sind die entsprechenden Schmelztröpfchen bezeichnet, 8 stellt den Lichtbogenofen dar. Bei dieser Durchführungsweise finden die Oxidationsreaktion sowie die Aufkohlungsreaktion durch die Eisenschmelze

ίο 2 voneinander getrennt statt, wobei die genannten Reaktionen gleichzeitig an der oberen bzw. unteren Grenzfläche 4 bzw. 5 stattfinden, so daß auf diese Weise eine Ausgangsschmelze für Kugelgraphit-Gußeisen mi hohem Gehalt an Kohlenstoff, niedrigem Mangangehalt und niedrigem Chromgehalt erhältlich ist, wobei das Eisen Ferritgefüge aufweist.

Wenn die Oxidationsreaktion unter Verwendung von eingeblasenem Sauerstoff ohne Anwendung eines schlackebildenden Mittels und die Aufkohlungsreaktion gleichzeitig miteinander durchgeführt werden, muß die Oberfläche des kohlenden Zusatzes mit der Eisen schmelze bedeckt sein, so daß der eingeblasene Sauerstoff keinen direkten Kontakt mit dem kohlenden Zusatz erhält.

Wenn das Einblasen von Sauerstoff ohne Anwendung eines schlackebildenden Mittels vorgenommen wird findet die Oxidationsreaktion schnell statt wobei Si, Mn Cr od. dgl. durch die Oxidationsreaktion entfern werden.

Im folgenden wird ein Beispiel für eine erfindungsge mäße Weiterbildung beschrieben. Zunächst wird wiederum gepulverter kohlender Zusatz wie Pechkoks einer Korngröße bis zu 10 mm im Bodenteil des Lichtbogenofens in der Weise eingebracht, daß seine Oberfläche in waagerechter Richtung im wesentlichen flach ist; darauf wird Schwammeisen der gesamten Schrottcharge in einer Menge zugemischt und eingebracht die 2—10 Gew.-% einer äquivalenten Menge an unreduziertem Eisen entspricht Das aus dem Eisenschrott bei der hohen Temperatur des Lichtbogen: ausgeschmolzene Eisen fließt in Form von Tröpfchen nach unten, wodurch der nichtreduzierte Teil des Schwammeisens geschmolzen wird, während die Tröpfchen einer starken Oxidationswirkung unterliegen, so daß Elemente mit hoher Sauerstoffaffinität wie Si, Mn Cr od. dgl. aufgrund dieser Oxidationsreaktion entfern werden, wobei die Oxidationsprodukte geschmolzene Schlacke bilden. Beim weiteren Hinabfließen erreichen die Tröpfchen die Oberfläche des kohlenden Zusatzes im Bodenteil des Ofens. Dabei bedecken schließlich die zwei flüssigen Phasen der Eisenschmelze 2 und der Schlacke 3 den kohlenden Zusatz 1, wie in Fig.4 dargestellt

Auf diese Weise finden die Oxidationsreaktion unc die Aufkohlungsreaktion gleichzeitig an den Grenzflä chen 4 bzw. 5 statt, ohne daß durch die dazwischer befindliche Eisenschmelze 2 Störungen auftreten. Di« Verwendung nichtreduzierter Bestandteile ii Schwammeisen als oxidatives schlackenbildendes Mitte fördert nicht nur die Oxidationsreaktion, sonderr erlaubt auch die Verwendung von reduzierendem Eisen mit niedrigen Gehalten an Verunreinigungen als Eisenquelle, so daß auf diese Weise Kugelgraphit-Gußeisen mit Ferritgefüge erhältlich ist, das bessere Qualitäi

aufweist als das nach dem sogenannten Eisenerz- odei Sauerstoffverfahren erhaltene. Darüber hinaus zeigt dei Vergleich mit dem Eisenerzverfahren, daß für da; Schwammeisen ein Hubmagnet zur Beschickung ver

wendet werden kann, woraus sich eine Vereinfachung der Schmelzdurchführung ergibt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch durchgeführt werden, indem die Menge des Schwammeisens verringert und Sauerstoff in die Schmelze eingeblasen s wird, so daß ein Teil der stark oxidierenden Schlacke durch das Einblasen von Sauerstoff entfällt.

Die Verwendung von Schwammeisen und Sauerstoffgas als stark oxidierende schlackenbildende Mittel fördert die Oxidationsreaktion beträchtlich, wodurch im , Vergleich zum Eisenerzverfahren und zum Eisenreduktionsverfahren die Entfernung von Si, Mn, Cr od. dgl. sehr rasch vor sich geht.

Einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend kann auch gemahlenes Eisenerz (Korngröße 0,5—15 mm) und Sauerstoff als Trägergas in den Ofen eingeblasen werden, wenn die Eisenschmelze die Oberfläche des kohlenden Zusatzes bedeckt, so daß der Sauerstoff nicht in direkten Kontakt mit dem kohlenden Zusatz kommen kann. Die Aufkohlungsreaktion findet an der Grenzfläche zwischen dem kohlenden Zusatz und der Eisenschmelze statt, während die Oxidationsreaktion durch das Einblasen von Eisenerz und Sauerstoff gleichzeitig dazu stattfindet. Die Oxidationsreaktion geschieht in diesem Fall im Vergleich zur Verwendung von Eisenerz allein und Sauerstoff allein wesentlich schneller. Die Korngröße des Eisenerzes sollte in diesem Fall vorzugsweise im Bereich von 0,5—5 mm liegen. Das Verfahren läßt sich jedoch auch mit Korngrößen bis zu 15 mm mit gleicher Zielsetzung durchführen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert

Beispiel 1

1,8% (270 kg) pulverförmiger kohlender Zusatz wurden auf den Boden eines Lichtbogenofens eingebracht, worauf 15 t Eisenschrott und anschließend 2% (300 kg) eines stark oxidierenden schlackebildenden Mittels wie Eisenoxid oben auf den kohlenden Zusatz und den Eisenschrott aufgestreut wurden; anschließend wurden 75% (11 250 kg) Stahlschrott und 25% (3750 kg) Kreislaufmaterial in vorbestimmtem Mischungsverhältnis darauf aufgebracht. Die mittlere Zusammensetzung des so eingebrachten Schrotts ist:

C	1,05%
Si	0,80%
Mn	0,43%
P	0,018%
Cr	0,05%

C	2,70%
Si	0,16%
Mn	0,15%
P	0,011%
Cr	0,02%

40 Eisenschmelze in einen Niederfrequenz-Induktionsofen umgefüllt wurde, wobei Kohlenstoff und Silicium zugesetzt wurden; auf diese Weise wurde eine Ausgangsschmelze für Kugelgraphit-Gußeisen erhalten. Kugelgraphit-Gußeisen mit Ferritgefüge wurde daraus durch Sphäroidisierungsbehandlung und Impfen der Ausgangsschmelze erhalten. Die mikroskopische Struktur des Gußeisens geht aus F i g. 5 hervor; die chemische Zusammensetzung ist folgende:

C 3,60%

Si 2,58%

Mn 0,15%

P 0,011%

S 0,004%

Cr 0,02%

Mg 0,048%

Das in den Bestandteilen des Stahlschrotts und dem Kreislaufmaterial erhaltene Si (0,8%) ist allerdings durch die Oxidationsreaktion entfernt worden, was einen wirtschaftlichen Verlust darstellt.

Zur Vermeidung derartiger Verluste kann Stahlschrott mit einer geringeren Menge von darin enthaltenem Si eingesetzt werden.

Das nachfolgende Beispiel bezieht sich auf die Durchführung der Oxidationsreaktion durch Einblasen von Sauerstoff ohne Verwendung eines stark oxidierenden schlackenbildenden Mittels.

Beispiel 2

3,8% (570 kg) gemahlener kohlender Zusatz wurden auf den Boden eines Lichtbogenofens eingebracht, worauf 15 t Eisenschrott und anschließend 15 000 kg Stahlschrott oben auf die Charge aufgebracht wurden. Der hierbei verwendete Stahlschrott besaß folgende Zusammensetzung:

C 0,20%

Si 0,20%

Mn 0,50%

P 0,020%

Cr 0,05%

20 min nach dem Beginn der elektrischen Aufheizung der Charge wurde Sauerstoff mit einem Durchsatz von 2,3 mVt in den Ofen eingeblasen; die Temperatur der Eisenschmelze ergab sich zu 135O⁰C. Die Aufkohlungsund Oxidationsreaktion wurden gleichzeitig miteinander durchgeführt, wodurch eine Eisenschmelze folgender Zusammensetzung erhalten wurde:

Beim elektrischen Schmelzen der so hergestellten Charge betrag die Temperatur der Eisenschmelze beim Schmelzvorgang 1360⁰C, und die Aufkohlungs- und Oxidationsreaktion wurden gleichzeitig miteinander durchgeführt; auf diese Weise wurde eine Eisenschmelze mit niedrigein Mangan- und Chromgehalt folgender Zusammensetzung erhalten:

C	2,80%
Si	0,08%
Mn	0,13%
P	0,015%
Cr	0,01%

Anschließend wurde die Schlacke im Ofen entfernt und die Schmelze auf 1500⁰C aufgeheizt, wonach die

Nach der Entfernung der Schlacken und dem Aufheizen der Schmelze auf 155O°C wurde die Aufkohlungsreaktion weiter durchgeführt, worauf eine Eisenschmelze folgender Zusammensetzung erhalten

wurde:

C 3,60%

Si 0,10%

Mn 0,15%

P 0,015%

Cr 0,01%

Da der als Ausgangsschmelze für Kugelgraphit-Gußeisen mit Ferritgefüge dienenden Schmelze Silicium zugesetzt werden mußte, wurde folgende Zusammensetzungerhalten:

C	3,60%
Si	1,75%
Mn	0,15%
P	0,015%
Cr	0,01%

Durch Sphäroidisierungsbehandiung und Impfen wurde ein Kugelgraphit-Gußeisen mit Ferritgefüge erhalten, dessen mikroskopische Struktur aus Fig.6 hervorgeht; die chemische Zusammensetzung ist folgende:

C 3,58%

Si 2,62%

Mn 0,15%

P 0,015%

S 0,006%

Cr 0,01%

Mg 0,050%

Beispiel 3

3,5% (525 kg) gemahlener kohlender Zusatz wurde auf den Boden eines Lichtbogenofens eingebracht und darauf 151 Eisenschrott hinzugefügt; anschließend wurden 50% (7,5 t) Schwammeisen (4% als unreduziertes Eisen) auf die so hergestellte Charge aufgebracht, wonach darauf Stahlschrott eingebracht wurde. Der Stahlschrott und das Schwammeisen besaßen folgende Zusammensetzung:

Stahlschrott	0,20%	Schwammeisen	92,0%
C	0,20%	Gesamt-Fe	84,0%
Si	0,50%	Metallisches Fe	1,20%
Mn	0,020%	C	0,07%
P	0,050%	Mn	0,008%
Cr	0,10%	P	0,008%
Cu	0,006%	Cu
Sn

Beim elektrischen Schmelzen der so hergestellten Charge ergab sich eine Schmelztemperatur des Eisens von 1355°C beim Herunterschmelzen, wobei die Aufkohlungs- und Oxidationsreaktion zugleich miteinander abliefen, wodurch eine Eisenschmelze folgender Zusammensetzung erhalten wurde:

ρ	3,10%
Si	0,06%
Mn	0,11%
P	0,012%
Cr	0,010%
Cu	0,042%
Sn	0,004%

Nach der Entfernung der Schlacken und dem Aufheizen der Schmelze auf 1550⁰C wurde die Aufkohlungsreaktion weiter fortgesetzt, wodurch eine Eisenschmelze mit folgender Zusammensetzung erhalten wurde:

C 3,57%
Si 0.06%

Mn

Cr

Cu

Sn

0,12%

0,012%

0,010%

0,041%

0,004%

Der obigen Schmelze wurde zur Verwendung als Ausgangsschmelze für Kugelgraphit-Gußeisen mit Ferritgefüge Silicium zugesetzt, wodurch folgende Zusammensetzung erhalten wurde:

C	3,61%
Si	1,60%
Mn	0,12%
P	0,012%
Cr	0,010%
Cu	0,042%
Sn	0,004%

Durch Sphäroidisierungsbehandlung und Impfen der so erhaltenen Ausgangsschmelze wurde ein Kugelgraphit-Gußeisen mit Ferritgefüge erhalten, dessen mikroskopische Struktur aus F i g. 7 hervorgeht; die chemische Zusammensetzung ist folgende:

C 3,60%

Si 2,56%

Mn 0,13%

P 0,012%

Cr 0,010%

Cu 0,042%

Mg 0,046%

S 0,006%

Sn 0,004%

Das folgende Beispiel bezieht sich auf einen Fall, bei dem die Menge an Schwammeisen verringert und die Oxidationsreaktion durch Einblasen von Sauerstoff in den Ofen ergänzt wurde.

Beispiel 4

3,8% (570 kg) gemahlener kohlender Zusatz wurden auf den Boden eines Lichtbogenofens eingebracht, worauf 151 Eisenschrott und anschließend 15% (2,25 t) Schwammeisen oben auf die so hergestellte Charge aufgebracht wurden; schließlich wurden 12,75 t Stahlschrott darauf aufgebracht. Der Stahlschrott und das Schwammeisen besaßen dabei im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung wie im Beispiel 3.

25 min nach dem elektrischen Aufheizen der Charge wurde 15 min Sauerstoff bei einem Durchsatz von 2,5 m³/t in den Ofen eingeblasen; die Temperatur der Eisenschmelze ergab sich beim Hinunterschme'zen zu 1350° C. Nach der weiteren Behandlung der Schmelze entsprechend Beispiel 3 wurde Kugelgraphit-Gußeisen mit Ferritgefüge erhalten. Die mikroskopische Struktur geht aus Fig.8 hervor; die chemische Zusammensetzung ist folgende:

C 3,60%

Si 2,60%

Mn 0,11%

P 0,015%

S 0,006%

Cr 0,02%

Cu 0,075%

Mg 0,050%

Sn 0,005%

Beispiel 5

3,8% (570 kg) gemahlener kohlender Zusatz wurden auf den Boden eines Lichtbogenofens eingebracht, worauf 15 t Eisenschrott zugegeben wurden; anschließend wurden 151 Stahlschrott oben auf die so hergestellte Charge aufgegeben. Der hier verwendete Stahlschrott besaß die gleiche Zusammensetzung wie im Beispiel 2.

20 min nach dem elektrischen Aufheizen der so hergestellten Charge wurden 2,0% Eisenerz mit einer Korngröße von 0,5—5 mm 16 min mit Sauerstoff bei einem Durchsatz von I₁S m³/t eingeblasen; die Temperatur der Eisenschmelze beim Hinunterschmelzen betrug 1360° C. Die weitere Behandlung der Schmelze entsprach der im Beispie! 2 beschriebenen mit im wesentlichen dem gleichen Ergebnis.

Das folgende Beispiel bezieht sich auf die Verwendung eines Eisenerzes mit beträchtlich größerer Korngröße.

Beispiel 6

3,8% (570 kg) gemahlener kohlender Zusatz wurden auf den Boden eines Lichtbogenoltn«= eingebracht, worauf 15 t Eisenschrott eingebracht wurden; anschließend wurden oben auf die so hergestellte Charge 15 t Stahlschrott aufgebracht. Der hierbei verwendete Stahlschrott besaß die in Beispiel 5 angegebene Zusammensetzung.

25 min nach dem elektrischen Aufheizen der so hergestellten Charge wurde Eisenerz mit einer Korngröße von 5— 15 mm 15 min mit Sauerstoff bei einem Durchsatz von 2,0 m³/t eingeblascn; die Temperatur der Eisenschmelze betrug beim Hinuiiterschmeizen 1350° C. Die weitere Behandlung der Schmelze erfolgte analog den vorangegangenen Beispielen.

Wie aus den genannten erfindungsgemäßen Beispielen hervorgeht, findet die Oxidationsreaktion im Verlauf des Schmelzens oder unmittelbar nach dem Schmelzen des Eisenschrotts statt, d. h. in einem relativ niedrigen Temperaturbereich, so daß der Verlust an Kohlenstoff als wirksamem Element auf ein Minimum verringert wird, wobei zugleich eine Aufkohlungsausbeute nicht unter 90% erzielt wird; die die Graphitisierung verhindernden Elemente Mr, Cr od. dgl. werden dabei durch Oxidation entfernt.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren können

ίο beim erfindungsgemäßen Verfahren handelsüblich erhältlicher Stahlschrott und Schwammeisen oder Eisenerz als Ausgangsmaterialien verwendet werden, ohne daß kostenaufwendige und nicht leicht erhältliche Spezialeisensorten eingesetzt werden müssen; das erfindungsgemäße Verfahren ist ferner ohne jegliche

Änderung in bestehender, Anlager, anwendbar und führt zu Ausgangsschmelzen für Kugelgraphit-Gußeisen mit Ferritgefüge und niedrigem Mn-Gehalt.

Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet entsprechend die mit bisherigen Verfahren unter Verwendung von speziellen Rohstahl- bzw. Gußeisensorten verbundenen wirtschaftlichen Verluste ohne eine gleichzeitige Steigerung des Bedienungsaufwands oder der erforderlichen Arbeitszeit.

Darüber hinaus tritt beim erfindungsgemäßen Verfahren ein geringerer Verlust an den wesentlichen Elementen C und Si bei zugleich gesteigerter Aufkohlungsausbeute auf, wobei die Aufkohlung keinen großen Bedienungsaufwand erfordert, was ebenfalls wirtschaft-

,o liehe und technologische Vorteile im Vergleich mit Schmelzverfahren nach dem Stand der Technik bedeutet, bei denen die Aufkohlungsreaktion getrennt von der Oxidationsreaktion durchgeführt wird, d. h, bei denen die Entfernung des Mn nach der Aufkohlung durchgeführt wird oder die Aufkohlung nach der Mn-Entfernung geschieht Das erfindungsgemäße Verfahren bringt entsprechend auch in dieser Hinsicht große industrielle Vorteile mit sich.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Ausgangsschmelze für ferritisches Kugelgraphit-Gußeisen mit niedrigem Mangangehalt im Lichtbogenofen, dadurch gekennzeichnet, daß in den unteren Teil des Ofens ein kohlender Zusatz mit einer Korngröße von <10mm und darauf der Eisenschrott eingebracht werden und im Betrieb eine oxidierende Schlacke erzeugt wird, die durch die Eisenschmelze vom darunter befindlichen kohlenden Zusatz getrennt ist, wobei an der Grenzfläche Schlacke/Schmelze eine Oxidationsreaktion zur Entfernung von die Graphitisierung verhindernden unerwünschten Elementen wie Mn und Cr und gleichzeitig an der Grenzfläche Schmelze/kohlender Zusatz die Aufkohlungsreaktion im Verlauf des Schmelzens des Eisenschrotts und/oder unmittelbar danach bei Temperaturen < 1440⁰C stattfinden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kohlende Zusatz in einer Korngröße von < 2,5 mm eingesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die oxidierende Schlacke durch Einblasen vor. Sauerstoff nach dem beginnenden Schmelzen des Eisenschrotts erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem Eisenschrott als oxidierender Zuschlag Schwammeisen zugesetzt wird, aus dessen Anteil an nichtreduziertem Eisen die oxidierende Schlacke gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schwammeisen in einer Menge zugemischt und eingebracht wird, die einer äquivalenten Menge an nichtreduziertem Eisen von 2—10 Gew.-% entspricht.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die oxidierende Schlacke durch Einblasen von Sauerstoff nach dem beginnenden Schmelzen des Eisenschrotts und des Schwammeisens erzeugt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem beginnenden Schmelzen des Eisenschrotts zur Erzeugung der oxidierenden Schlacke Eisenerz eingeblasen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Eisenerz einer Korngröße von 0,5— 15 mm verwendet und mit Sauerstoff als Trägergas eingeblasen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Eisenerz einer Korngröße von 0,5—5 mm eingeblasen wird.