DE2612500A1

DE2612500A1 - Reduktionsmittel fuer die stahlherstellung

Info

Publication number: DE2612500A1
Application number: DE19762612500
Authority: DE
Inventors: Masazi Uemura
Original assignee: Aikoh Co Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Aikoh Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1975-03-25
Filing date: 1976-03-24
Publication date: 1976-10-07
Also published as: DE2612500B2; DE2612500C3; AU1207276A; US4039320A; SE435195B; ES446322A1; JPS51110413A; CA1074125A; SE7603597L; GB1505941A

Description

Patentanwälte München 22 · Steinsdorfstraße 21 - 22 · Telefon 089 / 29 84 62

B 7770

SUMITOMO METAL INDUSTRIES, LTD. No. 15, 5-chome, Kitahama, Higashi-ku, Osaka/Japan

und

AIKOHCO., LTD. No. 1-39, 2-chome, Ikenohata, Taito-ku, Tokyo/Japan

Reduktionsmittel für die Stahlherstellung

Die Erfindung betrifft ein Reduktionsmittel für die Stahlherstellung, insbesondere für die Herstellung von rostfreiem Stahl. Derartige Reduktionsmittel dienen zur Förderung der Reduktion der Oxide von Metallen, wie Eisen, Chrom und dgl. und der Entschwefelung des geschmolzenen Stahls, so daß die Stahlqualität verbessert und der Wirkungsgrad bei der Herstellung erhöht wird.

N/ma 609841/0753

Bei der Reduktionsperiode des Frischens bei der Herstellung von rostfreiem Stahl wird normalerweise Silizium als Reduktionsmittel zugegeben, um Sauerstoff, welcher während der vorausgegangenen Oxidationsperiode im Überschuß zuzugeben worden ist, zu entfernen und um oxidierte legierungsbildende Elemente, wie beispielsweise Cr, Mn und Fe,zu reduzieren. Die Zugabe von Silizium bewirkt jedoch die Entstehung von Siliziumoxid, welches die Basizität der Schlacke verringert, wodurch die Entschwefelung verhindert wird.

Andererseits ist es, um das Reduktionsverfahren wirkungsvoll durchführen zu können, notwendig, Silikon in einer bestimmten Überschußmenge zuzufügen, und man benötigt zur Aufrechterhaltung einer geeigneten Höhe der Basizität der Schlacke eine beträchtliche Menge an Kalk und dgl. Die Zugabe einer derartigen beträchtlichen Menge an Kalk und dgl. erhöht jedoch die Schlackenmenge, wodurch die Steuerung des Si-Anteiles im geschmolzenen Stahl schwierig wird und somit der Stahlherstellungsprozeß beeinträchtigt wird.

Wenn weiterhin metallisches Aluminium, das eine höhere Reduzierbarkeit aufweist als Silizium, in nicht überzogenem Zustand zuzugeben wird, reagiert das metallische Aluminium heftig mit dem Sauerstoff in der Luft bei der Hochtemperaturatmosphäre und wird somit rasch verbraucht, so daß es nur wenig zur Reduktion der Oxide in der Schlacke und zur Entschwefelung des geschmolzenen Stahl beiträgt.

Aufgabe der Erfindung ist es demzufolge, ein Reduktionsmittel für die Stahlherstellung, insbesondere für die Herstellung von rostfreiem Stahl zu zeigen, mit dem es möglich ist, die Basizität der Schlacke zu erhöhen und die Entschwefelung des geschmolzenen Stahl während der Reduktionsperiode zu steigern.

7770 609841/0753

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Reduktionsmittel, das gekennzeichnet ist durch eine Mischung aus 20 - 50 % Aluminium und 40 - 80 % Kalk und dgl. (wobei die Bezeichnung " Kalk und dgl." im wesentlichen Kalkstein und gebrannter Kalk bedeuten). In vorteilhafter Weise ist diese Mischung in eine gewünschte Form gebracht, so daß es möglich ist, daß das Aluminium wirkungsvoll als Reduktionsmittel bei der Stahlherstellung wirkt.

Ein Vorteil der Erfindung ist demnach noch darin zu. sehen,daß das Reduktionsmittel für die Stahlherstellung in eine bestimmte Gestalt bzw. Form geformt werden kann.

Insbesondere während der Reduktionsperiode bei der Stahlherstellung, insbesondere bei der Herstellung von rostfreiem Stahl, wird die Reduktion von Oxiden in der Schlacke und die Entschwefelung des geschmolzenen Stahles durch die Zugabe des Reduktionsmittels gemäß der Erfindung gefördert, wobei dieses Reduktionsmittel durch gleichförmiges Mischen eines Aluminiumpulvers und von Kalk und dgl. in vorteilhafter Weise hergestellt sein kann und durch Formpressen der Mischung diese in eine gewünschte Gestalt oder Form gebracht werden kann.

Durch die Zugabe des Reduktionsmittels nach der Erfindung wird das durch den Kalk und dgl. geschützte Aluminium im wesentlichen daran gehindert, daß es durch Reaktion mit dem in der Luft vorhandenen Sauerstoff verbrennt. Es schmilzt sofort in die Schlacke hinein und reduziert somit die in der Schlacke vorhandenen Oxide. Bekanntlich weist die Schlacke, welche CaO und A1„O„ im Verhältnis von 50 : 50 enthält, einen Schmelzpunkt von etwa 1.39O⁰C auf, was der niedrigste Schmelzpunkt der Schlacke mit ähnlichen Zusammensetzungen ist. Um eine hochreaktive Schlacke herzustellen, ist es notwendig, eine hochfließfähige Schlacke oder eine Schlacke mit niedrigem Schmelzpunkt zu erzeugen. Mit Hilfe der Erfindung ist es möglich, ein Reduktionsmaterial vorzusehen, welches den Schmelzpunkt der Schlacke in einem Bereich von 1.500 C oder niedriger hält, wenn Aluminium im

7770 609841/0753

Reduktionsmaterial die Oxide in der Schlacke reduziert, wobei Aluminium zu Aluminiumoxid wird und mit dem Kalk und dgl,, welche sich in der Nachbarschaft befinden, in die Schlacke schmilzt. Während der Reduktionsperiode bei der Stahlherstellung fließt die geschmolzene Schlacke, welche bei den vorstehend beschriebenen Verfahrensschritten hergestellt worden ist, als Schicht auf die Oberfläche des geschmolzenen Stahl. Bei der bisher zur Anwendung gekommenen Silikonreduktion kann das Frischen nur dann durchgeführt werden, wenn der Schmelzpunkt der Schlacke nach der Zugabe des Reaktionsmittels sich im Bereich von 1.500 C bis etwa 1.700 C befindet. Im Gegensatz dazu kann jedoch bei dem Reduktionsmaterial gemäß der Erfindung der Schmelzpunkt der Schlacke nach der Zugabe des Reduktionsmittels in einem Bereich von etwa 1.500 C und darunter gehalten werden. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß die Schlacke immer hoch fließfähig ist, wenn die Temperatur des geschmolzenen Stahls bei etwa 1.700 C liegt. Während die Bestandteile der Schlacke, welche bei dem bisher zur Anwendung gekommenen Silikonreduktionsverfahren hergestellt worden ist, in Bereichen wie SiO« 38 - 45%, Al₂O 3 - 8 % und CaO 50 - 55 %vorlagen, sind die Bereiche der Schlackenbestandteile bei Verwendung des Reduktionsmaterials gemäß der Erfindung bedeutend größer,und zwar SiO₂ 10 - 35 %, A1«,O„ 20 - 50 % und CaO 32 - 50 %. In dem bisher zur Anwendung gekommenen Silikonreduktionsverfahren änderte sich die Ofenbedingung empfindlich in Abhängigkeit von einer Änderung der Schlackenzusammensetzung. Man benötigte daher bei der Stahlherstellung eine hohe Aufmerksamkeit und hohes Können des Bedienungspersonals. Mit Hilfe der Erfindung kann der Standardbetrieb leicht durchgeführt werden und die Reduktion der Schlacke wird gefördert, da die hergestellte Schlacke in hohem Maße fließfähig ist. Demzufolge erleichtert die Erfindung den Betrieb bzw. Stahlherstellungsprozeß, verringert die Zeit, welche zur Stahlherstellung benötigt wird, stabilisiert die Bearbeitung, erhöht die Ausbeute der aus der Schlacke wiedergewonnenen Substanzen und verbessert die Entschwefelung.

609841/0753

Um diese Wirkungen vollständig zu erreichen, genügt es, wenn das Reduktionsmaterial eine Zusammensetzung in folgendem Bereich aufweist: Aluminium 20 - 50 % und Kalk und dgl. 40 - 80 %. Die Prozentgehalte der Komponenten werden in Abhängigkeit von den Stahlherstellungsbedingungen gewählt. Ihre Mengen sind jedoch in der Weise begrenzt, daß die Schlackenbestandteile, die im vorstehenden angeführten größeren Bereiche aufweisen. Um die vorstehenden Wirkungen zu erzielen, ist es von Vorteil für die verwendeten Komponenten des Reduktionsmaterials gemäß der Erfindung, nämlich für Aluminium und Kalk und dgl. die Reinheit derselben so hoch wie möglich zu wählen. Die meisten dieser im Handel erhältlichen Komponenten können nur dann verwendet werden, wenn die Anteile der Verunreinigungen in bestimmten Grenzen gehalten sind. Diese Grenzen sind für Aluminiumoxid weniger als 5 %, für Siliziumdioxid weniger als 1 %, für Eisenoxid weniger als 1 % und für Kohlenstoff weniger als 1 %. Die Anteile an Aluminium und Kalk und dgl. im Reduktionsmaterial gemäß der Erfindung außerhalb der vorstehenden beschriebenen Zusammensetzungsbereiche ist nicht ratsam, da ein Aluminiumgehalt von weniger als 20 %, das heißt der unteren Grenze des Bereiches, keine ausreichende Reduktionsreaktion bewirkt und ein Aluminiumgehalt von mehr als 50 %, das heißt von mehr als der oberen Grenze, keine noch bessere Wirkung hervorruft und somit lediglich die Herstellungskosten sich erhöhen wurden. Ein Gehalt an Kalk und dgl. von weniger als 40 % erschwert die Aufrechterhaltung der Schiackenbasizität auf einer geeigneten Höhe und ein Gehalt von mehr als 80 % erhöht die Schiackenbasizität zu stark, um die Fließfähigkeit der Schlacke aufrechtzuerhalten, wodurch die Entschwefelung abnimmt.

Vor dem Schmelzen wird für Aluminium bevorzugt ein Korngrößenbereich gewählt von 1,65 - 0,83 mm (10 - 20 mesh nach Tyler), wobei 75 % oder mehr innerhalb dieses Korngrößenbereiches liegt und der Anteil von größeren Partikeln als 1,65 mm geringer als 5 % und der Anteil an Partikeln, welche größer als 0,83 mm sind, geringer als 20 % ist.

7770 609841/0753

Der Kalk und dgl. hat eine Partikelgröße von 1,65 mm (10 mesh nach Tyler) oder größer. Diese Stoffe werden gleichförmig miteinander ver-

2 mischt und durch Formpressen bei einem Druck von 150 - 200 kg/cm in eine zylindrische Form geeigneter Größe gebracht. Die Zylinder haben hierbei etwa einen Durchmesser von 40 - 60 mm und eine axiale Längsausdehnung von 20 - 30 mm. Die Gestalt und die Größe, zu denen das Reduktionsmaterial geformt wird, kann in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen und den sonstigen Anforderungen geändert werden.

Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen beschrieben werden. Das Reduktionsmaterial gemäß der Erfindung wird hierbei beim Frischen eines rostfreien Stahles nach JK-SUS 304 (AISI 304, BS304S15, DINX5CrNil8, NF Z5CN18) in einem 50 t-Lichtbogenofen beschrieben. Das Reduktionsmaterial gemäß der Erfindung wird durch Mischen von 30 % Aluminium und 70 % gebranntem Kalk und durch Formpressen der Mischung in Zylinderform mit einem Durchmesser von 50 mm und einer axialen Längsausdehnung von 25 mm unter

2 Zuhilfenahme eines Druckes von 150 kp/cm zubereitet. Das Reduktionsmaterial, welches auf diese Weise gewonnen wird, wird in den geschmolzenen Stahl mit einer Zugaberate von 10 kg/t (geschmolzenen Stahls) unmittelbar nach der Entkohlung während der Reduktionsperiode zugegeben und für etwa 10 Minuten auf einer Temperatur von 1.800 C gehalten, bis das Material vollständig in die Schlacke geschmolzen ist. Die Reduktionsreaktion dauert gerechnet nach der Zugabe des Reduktionsmaterials 20 Minuten an und wird dann beendet. Auf diese Weise wurden 60 Chargen gefrischt, wobei das Reduktionsmaterial gemäß der Erfindung verwendet worden ist. Im Vergleich dazu wurde herkömmliches Siliziumchrom (40 Silizium - 30 Chrom -Legierung) mit einer Zugaberate von 9 kg/t (geschmolzener Stahl) in 60 Chargen verwendet, wobei die übrigen Bedingungen unverändert geblieben sind.

7770 609841/0753

Die Durchschnittsergebnisse der durchgeführten vergleichenden Versuche sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben:

Reduktionsmaterial Herkömmliches

Ofenanalyse nach der Erfindung Reduktions-

material

S-Gehalt des Stahl (%) Abstichsausbeute (%) Cr-Rückgewinnung (%) Herstellungskapazität <T/H) Schlackenzusammensetzung

^Cr2°3

¹¹ FeO

¹¹ CaO

" MgO

SiO₂

^A12°3

¹¹ Basizität ,CaO+MgO_WQ7. _{o OQ 1} __n

V gjO M/oj *,*o ι,ου

Aus der vorstehenden Tabelle ist zu ersehen, daß bei der Erfindung der Entschwefelungseffekt bzw. der Schwefelgehalt des Stahles um 0,001 0,003 % niedriger, die Abstiegsausbeute etwa 1 % höher, die Chromrückgewinnung 1,5 höher und die Herstellungskapazität etwa 1 T/H besser aufgrund der Materialreduktion während der Herstellungszeit als beim herkömmlichen Verfahren sind. Aufgrund der Eigenschaften der hergestellten Schlacke bei Verwendung des Reduktionsmaterials gemäß der Erfindung ist der Gehalt an Cr₂O₃ niedrig und die Basizität konnte auf einer geeigneten Höhe gehalten werden, um die Entschwefelungswirkung zu unterstützen bzw. zu erhöhen, wie das auch aus der Tabelle zu ersehen ist.

7770 609841/0753

0.006 - 0.007	0.008 - 0.009
97,4	96,5
96,0	94,5
18,5	17,3
4,86	15,0
0,72	3,28
37,1	29,3
10,4	12,8
20,8	28,0
11,2	2,80

Claims

Patentansprüche

ι 1. Reduktionsmaterial für die Stahlherstellung, insbesondere für die Herstellung von rostfreiem Stahl, gekennzeichnet durch eine gleichförmige Mischung aus 20 - 50 % Aluminium, 40 - 80 % Kalk und dgl. und einem Rest nicht vermeidbarer Verunreinigungen, welche in eine gewünschte Form gebracht ist.

2. Reduktionsmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminium in Pulverform in einem Korngrößenbereich von 1,65 - 0,83 mm mit einem Anteil von 75 % oder mehr in einer Korngröße von größer als 1,65 mm in einem Anteil von weniger als 5 % und einer Korngröße von geringer als 0,83 mm in einem Anteil von weniger als 20 % vorliegt und Kalk und dgl. eine Korngröße von 1,65 mm oder größer aufweist.

3. Reduktionsmaterial nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aluminiumpulver und der Kalk und dgl. gleichförmig miteinander vermischt sind und durch Formpressen in eine zylindrische Gestalt gewünschter Größe gebracht sind.

⁷⁷⁷⁰ 609841/0753