DE2538194C2

DE2538194C2 - Verfahren zum Erzeugen eines bei der Strahlerzeugung verwendbaren Desoxidationsmittels aus einer aluminiumhaltigen Ferrolegierung

Info

Publication number: DE2538194C2
Application number: DE19752538194
Authority: DE
Inventors: Shizuo Nagano Kiriyama; Kazuaki Yamamura
Original assignee: CHUO DENKI KOGYO Co Ltd NIIGATA JP
Current assignee: CHUO DENKI KOGYO Co Ltd NIIGATA JP
Priority date: 1975-08-27
Filing date: 1975-08-27
Publication date: 1981-08-13
Also published as: DE2538194A1; DE2538194B1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines bei der Stahlerzeugung verwendbaren Desoxidationsmittels aus einer aluminiumhaltigen Ferrolegierung, bei welchem eine schmelzflüssige Ferrolegierung und ein schmelzflüssiges Aluminium vermischt werden.

In einem üblichen Stahlerzeugungsverfahren wird Aluminium als Desoxidationsmittel dem in einer Gießpfanne befindlichen, schmelzflüssigen Stahl zugesetzt. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachleil, daß das Aluminium aufschwimmt, weil es ein niedrigeres spezifisches Gewicht hat als der schmelzflüssige Stahl. Daher ist die Desoxidationswirkung sehr gering und ungleichmäßig. Um diesen Nachteil zu vermeiden, hat man verschiedene Maßnahmen angewendet. Beispielsweise hat man kanonenkugelartige Formkörper aus Aluminium beispielsweise mit Druckluft in den schmelzflüssigen Stahl geschossen oder man hat Aluminium verwendet, das von einem oder mehreren Metallen mit einem höheren spezifischen Gewicht umschlossen war. Alle diese Maßnahmen haben jedoch den Nachteil, daß sie zahlreiche Vorrichtungen erfordern und daß komplizierte Einrichtungen zum Zusatz des Aluminiums verwendet werden.

Mit dem Ziel der Lösung der vorstehenden angegebenen Probleme sind kürzlich Vorlegierungen entwickelt worden. Derartige Vorlegierungen haben höhere spezifische Gewichte und führen zu besseren Desoxidationswirkungen.

In der Veröffentlichung von V. F. Zackay und W. A. Göring unter dem Titel »The Air Melting of Iron-Aluminium Alloys« in »Transactions of Metallurgical Society of AIME, April 1958, 203, 204« wird die Herstellung von Ferroaluminium beschrieben, in dem das geschmolzene Aluminium in die in einem Induktionsofen geschmolzene Ferrolegierung gegossen wird und die Metallbestandteile unter Rühren homogenisiert werden. Es handelt sich bei der Ferrolegierung jedoch nicht um eine solche aus schmelzflüssigem Silikomangan. Darüber hinaus fehlt die Lehre, während des Vermischens Inertgase durch den Boden der Gießpfanne in diese zu blasen, was eine geringe Aluminiumausbeute und eine geringe Stabilität des Aluminiumgehaltes des Endproduktes zur Folge hat.

In der US-PS 17 18 685 wird ein Verfahren zur Herstellung einer bis zu 60% aluminiumhaltigen Ferrolegierung offenbart, bei dem das geschmolzene Aluminium zu der flüssigen Ferrolegierung gegeben wird. Die Nachteile dieses Verfahrens bestehen einmal in der geringen Aluminiumausbeute und zum anderen in einer geringen Stabilität des Aluminiumgehaltes des Endproduktes.

Aus »STAL in Deutsch« 1967, Heft 10, 951 (»STAL« Moskau 1967, Heft 6) sind Verfahren zur Herstellung von aluminiumhaltigen Ferrolegierungen, die als Desoxidationsmittel in einem üblichen Stahlerzeugungsverfahren verwendet werden können, bekannt Die Legierung AMS wird durch abwechselndes Mischen des Aluminiums mit Silikomangan in der Pfanne erzeugt Ein Vermischen durch Rühren oder Durchblasen eines Inertgases erfolgt nicht, so daß auch hier die Nachteile in Form einer geringen Aluminiumausbeute und einer geringen Stabilität des Aluminiumgehaltes im Endprodukt auftreten. Des weiteren beträgt der Aluminiumgehait in der Legierung AMS 20,1 bis 20,3%. Bei einem derart hohen Aluminiumanteil besteht die Gefahr, daß sich die Legierung im Laufe der Zeit zersetzt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens der eingangs genannten Gattung, das eine einfache und homogene Vermischung von Aluminium und einer Ferrolegierung, d. h. von Substanzen mit sehr unterschiedlichen spezifischen Gewichten, ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in dem Patentanspruch enthaltenen Merkmale gelöst.

Während des Mischvorganges gemäß der Erfindung müssen die schmelzflüssigen Metalle in solchen Mengen vorhanden sein, daß die Temperatur des schmelzflüssigen Aluminiums möglichst niedrig sein kann, vorzugsweise niedriger als etwa 900° C, so daß eine Oxidation des Aluminiums unwahrscheinlich ist, und daß sich die durch das in der Gießpfanne durchgeführte Vermischen erhaltene, schmelzflüssige, aluminiumhaltige Ferrolegierungauf einer Temperatur von etwa 1200 bis 1350° C befindet, so daß sie zum Vergießen in einer Masselgießmaschine genügend fließfähig ist.

Diese Abgaben werden anhand einer einfachen Wärmerechnung besser verständlich, in der von Silikomangan mit 14% Silizium ausgegangen wird. Wenn sich das von einem Elektroofen abgestochene, schmelzflüssige Silikomangan auf eine Temperatur von 1350⁰C und das schmelzflüssige Aluminium auf eine Temperatur von 85O⁰C befinden, kann man die Mengen, in denen diese Substanzen in die Gießpfanne chargiert werden müssen, damit die in der Gießpfanne durchgeführte Vermischung zu einer aluminiumhaltigen Silikomanganlegierung mit einer Temperatur über 1200°C führt, mit Hilfe der Gleichung

0,188(100- a){ 1350-1200) = 0,259 a(1200-850)

annähernd bestimmen. Dabei sind die Werte 0,188 und 0,259 die in cal/g°C angegebenen spezifischen Wärme des Silikomangans bzw. des Aluminiums und ist a die Menge des zu chargierenden Aluminiums in kg. Durch Auflösung der Gleichung erhält man a = 237 (kg). Man erkennt daher, daß eine aluminiumhaltige Silikomanganlegierung mit einem Aluminiumgehalt von bis zu etwa 23% erzeugt werden kann, wenn man das schmelzflüssige Silikomangan und das schmelzflüssige Aluminium während eines kurzen Zeitraums vermischt. Da jedoch in der Praxis eine aluminiumhaltige

Ferrolegierung bei der Stahlerzeugung als Desoxidationsmittel verwendet werden soll, um den Aluminiumgehalt des Stahls zu erhöhen, mischt man 1 bis 10 Gewichtsteile des schmelzflüssigen Aluminiums mit 99 bis 90 Gewichtsteile der schmelzflüssigen Ferrolegierung, damit eine aluminiumhaltige Ferrolegierung mit einem hohen spezifischen Gewicht erhalten wird. Zu den bei der Stahlerzeugung verwendeten Ferrolegierungen gehören aluminiumhaltiges Silikonmangan mit einem Aluminiumgehalt von etwa 6 Gewichtsprozent. ι ο

Zum Einblasen des Inertgases verwendet man eine Gasblaseinrichtung beispielsweise einen am Boden der Gießpfanne angeordneten, porösen Stopfen, so daß in der Pfanne eine stärkere Rührwirkung erzielt wird. Vorzugsweise wird das Inertgas in einer Menge von 1,0 bis 2,0 NmVmin pro t der zu erzeugenden, aluminiumhaltigen Ferrolegierung eingeblasen.

Infolge der Rührwirkung des Inertgases wird an die Oberfläche der Mischschmelze aufgeschwommenes, unlegiertes Aluminium wiederholt abwärts in das ><> Gemisch gesaugt, so daß die Al-Ausbeute erhöht und der Al-Gehalt des Endprodukts stabilisiert wird.

Ein Einblasen des Inertgases in einer zu kleinen Menge führt zu einer geringeren Rührwirkung. Ein Einblasen des Inertgases in einer zu großen Menge führt 2^ri zu einer unerwünschten Herabsetzung der Temperatur der Schmelze.

Beim Vermischen einer schmelzflüssigen Ferrolegierung mit schmelzflüssigem Aluminium gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann man zuerst das schmelzHüssige Aluminium und danach die schmelzflüssige Ferrolegierung in die Gießpfanne chargieren. Man kann aber die schmelzflüssige Ferrolegierung und das schmelzflüssige Aluminium auch gleichzeitig in die Gießpfanne chargieren. Wenn dagegen zuerst die schmelzflüssige Ferrolegierung und danach das schmelzflüssige Aluminium in die Gießpfanne chargiert wird, erhält man eine aluminiumhaltige Ferrolegierung von ungleichmäßiger Zusammensetzung und mit einem viel niedrigeren Aluminiumgehalt, selbst wenn während des Mischvorganges Inertgas eingeblasen wird.

Die nachstehende Tabelle ermöglicht einen Vergleich des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem üblichen und einem Ve- gleichsverfahren. In der Tabelle sind die AI-Ausbeute se wie der Al-Gehalt und die Streuung des A!-GehaJtes der nach den drei Verfahren erzeugten Produkte angegeben. Dabei wird als Al-Ausbeute das Verhältnis der in dem Produkt enthaltenen Aluminiummenge zu der der Ferrolegierung zugesetzten Aluminiummenge bezeichnet.

Tabelle 1

Vergleich des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem üblichen Verfahren

Verfahren

Al-Ausbeute

Al-Gehalt
des Produkts

Streuung des
Al-Gehalts
des Produkts

(1) Übliches Verfahren: 30-40 Zusatz von festem Aluminium zu schmelzflüssigem Silikomangan

(2) Vergleichsverfahren: 60 ±3 Vermischen von schmelzflüssigem Aluminium und Silikomangan und gleichzeitiges Rühren

(3) Erfindungsgemäßes Verfahren: 80±2 Wie (2) bei gleichzeitigem Einblasen von Inertgas durch den Boden der Gießpfanne

2-Σ

4-6

4,5-5,5

+ 60

±20

±10

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese in den nachstehenden Ausführungsbeispielen erläutert, auf welche die Erfindung jedoch nicht eingeschränkt ist.

Beispiel 1
Übliches Verfahren (Verfahren (1) in der Tabelle 1)

Zusammensetzung des schmelzflüssigen Silikomangans:

60,5 bis 62,0% Mn, 14,5 bis 15,6% Si, Reinheit des Aluminiums: 97,1 %, Gewünschter Al-Gehalt des Produkts: 5%.

Kleine Aluminiumslücke wurden in eine Gießpfanne geworfen, die vorher mit schmelzflüssigem Silikomangan chargiert worden war (Versuch Nr. 1 und Mr. 2). In einem weiteren Versuch (Nr. 3) wurde schmelzflüssiges Silikomangan in die Gießpfanne gegossen, die vorher mit kleinen Aluminiumstücken chargiert worden war, die sich am Boden der Gießpfanne befanden. Das Gemisch wurde dann in einer Masselgießmaschine

bü kontinuierlich vergossen. Die abgekühlten Masseln wurden auf die gewünschte Größe zerkleinert. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 zusammengefaßt.

In jedem der hier beschriebenen Beispiele wurde der Aluminiumgehalt von zehn Proben bestimmt, die der

b5 kontinuierlich arbeitenden Masselgießmaschine entnommen wurden.

In den Tabellen sind die erhaltenen Maximal- und Minimalwerte angegeben.

έ	Tabelle 2	Versuch Nr.	2	J	• 4
	Übliches Verfahren (1)	1	5040	4870	4930
i I		4950	660	460	660
%		450
H	Gewicht des Silikomangans (kg),		57,6	58,8	56,1
	Gewicht des Aluminiums (kg)	58,3	14,4	13,8	14,0
	Zusammensetzung des Produkts (%):	14,5	5,3	3,5	5,2
	Mn	3,5	5000	4800	5100
	Si	4950	40,2	33,4	40,2
	Al	38,5	2,3-7,9	1,7—8,4	2,6-7,5
i	Gewicht des Produkts (kg)	1,8-8,3
	Al-Ausbeute (%)
4	Al-Gehalt des Produkts (%)

Beispiel 2 Vergleichsverfahren (Verfahren (2) der Tabelle 1)

Es wurden dasselbe Silikomangan und dasselbe Aluminium verwendet wie in Beispiel 1. Der gewünschte Aluminiumgehalt des Produkts betrug 5%. Eine bestimmte Menge schmelzflüssiges Silikomangan von etwa 1350°C wurde in einer bestimmten Menge unter Rühren in eine Gießpfanne gegossen, die vorher mit schmelzflussigem Aluminium von etwa 85O⁰C in einer bestimmten Menge unter Rühren in eine Gießpfanne gegossen, die vorher mit schmelzflüssigem Aluminium von etwa 85O⁰C in einer bestimmten Menge chargiert worden war. Das Gemisch wurde noch etwa 10 Min. weitergerührt. Dann wurde das Gemisch in einer Masselgießmaschine kontinuierlich vergossen. Nach dem Abkühlen wurden die Masseln auf die gewünschten Größen zerkleinert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengefaßt.

Tabelle 3

Vergleichsverfahren (2)

Versuch Nr.
5

Gewicht des Silikomangans (kg)
Gewicht des Aluminiums (kg)
Zusammensetzung des Produkts (%)

Gewicht des Produkts (kg)
Al-Ausbeute (%)
Al-Gehalt des Produkts (%)

4930	5270	5010
450	450	450
57,4	58,7	58,1
13,7	14,2	14,2
5,1	5,2	5,1
5140	5460 I	; 5200
58,3	63,1	59,0
4,0-5,9	4,8-5,9	4,5-5,7

Beispiel 3 Erfindungsgemäßes Verfahren (Verfahren (3) der Tabelle 1)

Es wurden dasselbe Silikomangan und dasselbe e>o Aluminium verwendet wie in Beispiel 1. Der gewünschte Aluminiumgehalt des Produkts betrug 5%. In diesem Beispiel wurde eine Gißpfanne verwendet, die am Boden mit einem poröse^ Stopfen versehen war, durch den Inertgas in die Gi eßpfinne geblasen werden konnte. Schmelzflüssiges Alumimium von etwa 85O⁰C und schmelzflüssiges Silikomafigan von etwa 1350°C wurden in bestimmten Mengen in die Gießpfanne gegossen.

Gleichzeitig wurde Stickstoffgas in einer Menge von 6 bis 8 NmVsec durch den porösen Stopfen in die Gießpfanne geblasen, so daß die Metalle durch die Wirkung des Stickstoffgases kräftig gerührt wurden. Danach wurde das Gemisch bei etwa 1200° C in einer Masselgießmaschine vergossen. Die Masseln wurden dann abgekühlt und auf die gewünschten Größen zerkleinert. Die Ergebnisse gehen aus Tabelle 4 hervor.

Tabelle

Erfindungsgemäßes Verfahren (3)

Gewicht des Silikomangans (kg) Gewicht des Aluminiums (kg) Zusammensetzung des Produkts (%) Mn Si Al

Gewicht des Produkts (kg) Al-Ausbeute (%) Ai-Gehalt des Produkts (%)

Aus der vorstehenden Beschreibung geht deutlich 211 Vorteil führt, weil die in den Stahl eingeführte hervor, daß die Erfindung bei der Erzeugung von Aluminiummenge erhöht und die Streuung des Aluminialuminiumhaltigen Ferrolegierungen zu beträchtlichem umgehaltes des Produkts verringert wird.

Versuch Nr.	9	10
8	4850	4790
4610	300	300
280	57,9	58,0
58,5	14,1	13,7
14,1	4,9	5,0
5,0 '	4950	4760
4620	80,9	79,5
82,5	4,8-5,3	4,9-5,3
4,9-5,4

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Erzeugen eines bei der Stahlerzeugung verwendbaren Desoxidationsmittel aus einer aluminiumhaltigen Ferrolegierung, bei welchem eine schmelzflüssige Ferrolegierung und ein schmelzflüssiges Aluminium vermischt werden, dadurch gekennzeichnet, daß 90 bis 99 Gewichtsteiie schmelzflüssige Ferrolegierung aus schmelzflüssigem Silikomangan und 10 bis 1 Gewichtsteile schmelzflüssiges Aluminium vermischt werden, indem entweder das schmelzflüssige Silikomangan und das schmelzflüssige Aluminium gleichzeitig in die Gießpfanne chargiert werden oder die Gießpfanne zuerst mit schmelzflüssigem Aluminium und danach mit schmelzflüssigem Silikomangan chargiert wird, und daß während des Vermischens Inertgas durch den Boden der Gießpfanne in diese eingeblasen wird.

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