DE2612500B2

DE2612500B2 - Reduktionsmittel fuer die stahlherstellung

Info

Publication number: DE2612500B2
Application number: DE19762612500
Authority: DE
Inventors: Masazi Nara Uemura (Japan)
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1975-03-25
Filing date: 1976-03-24
Publication date: 1977-08-25
Also published as: AU1207276A; CA1074125A; ES446322A1; GB1505941A; SE7603597L; DE2612500C3; JPS51110413A; US4039320A; DE2612500A1; SE435195B

Description

Die Erfindung betrifft ein Reduktionsmittel in Gestalt von Formkörpern für die Stahlherstellung, insbesondere für die Herstellung von rostfreiem Stahl. Derartige Reduktionsmittel sind bekannt (DT-PS 86 149) und dienen zur Förderung der Reduktion der Oxide von Metallen, wie Eisen, Chrom u. dgl. und der Entschwefelung des geschmolzenen Stahls, so daß die Stahlqualität verbessert und der Wirkungsgrad der Stahlerzeugung erhöht wird.

In der Reduktionsperiode bei der Herstellung von rostfreiem Stahl wird normalerweise Silizium als Reduktionsmittel zugegeben, um Sauerstoff, welcher während der vorausgegangenen Oxidationsperiode im Überschuß zugegeben 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, Silizium in einer bestimmten Überschußmenge zuzufügen. Man benötigt deshalb zur Aufrechterhaltung einer geeigneten Basizität der Schlacke eine beträchtliche Menge an Kalk u. dgl. Damit erhöht sich jedoch die Schlackenmenge, wodurch die Steuerung des Si-Anteils im geschmolzenen Stahl schwing wird und somit der Stahlherstellungsprozeß beeinträchtigt wird

Wenn weiterhin metallisches Aluminium, das eine höhere Reduzierfähigkeit aufweist als Silizium, in nicht überzogenem Zustand zugegeben wird, verbrennt das metallische Aluminium, bevor es wirksam werden kann, 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 schaffen, mit dem es möglich ist, die Basizität der Schlacke zu 20 bis 50% Aluminium
40 bis 80% Kalk oder Kalkstein
weniger als 5% Tonerde
weniger als 1% Kieselsäure
weniger als 1 % Eisenoxide
weniger als 1% Kohlenstoff

besteht, wobei der Kalk oder Kalkstein eine Korngröße von 1,65 mm oder größer und das Aluminium eine Korngrößenverteilung von über 1,65 mm... wenige.· als 5%, 1,65 bis 0,83 mm ... 75% und mehiv unter 0,83 mm ... weniger als 20% aufweist.

Der Formkörper aus dem Reduktionsmaterial kann durch Formpressen zylindrisch gestaltet sein.

Während der Reduktionsperiode bei der Herstellung von insbesondere rostfreiem Stahl, wird die Reduktion von Oxiden in der Schlacke und die Entschwefelung des geschmolzenen Stahls durch die Zugabe des Reduktionsmittels gemäß der Erfindung gefördert.

Durch die Zugabe des Reduktionsmittels nach der Erfindung wird das durch den Kalk oder Kalkstein geschützte Aluminium daran gehindert, daß es vorzeitig verbrennt. Es schmilzt sofort in die Schlacke hinein und reduziert somit die in der Schlacke vorhandenen Oxide.

Bekanntlich weist die Schlacke, welche CaO und AI2O3 im Verhältnis von 50 :50 enthält, einen Schmelzpunkt von etwa 1390°C 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 1500⁰C oder niedriger hält, wenn Aluminium im Reduktionsmaterial die Oxide in der Schlacke reduziert, wobei Aluminium zu Aluminiumoxid wird und mit dem Kalk u. dgl., welche sich in der Nachbarschaft befinden, in die Schlacke schmilzt. Während der Reduktionsperiode bei der Stahlherstellung schwimmt die geschmolzene Schlacke, welche bei den vorstehend beschriebenen Verfahrensschritten hergestellt worden ist, als Schicht auf der Oberfläche des geschmolzenen Stahls. Bei der bisher zur angewendeten Reduktion mit Silizium kann das Feinen nur dann durchgeführt werden, wenn der Schmelzpunkt der Schlacke nach der Zugabe des Reaktionsmittels sich im Bereich von 1500⁰C bis etwa 170O⁰C 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 1500° C und darunter gehalten werden. Auf diese Weise wird gewährleistet, daß die Schlacke immer hochfließfähig ist, wenn die Temperatur des geschmolzenen Stahls bei etwa 1700°C Hegt.

Während die Bestandteile der Schlacke, welche bei dem bisher angewendeten Reduktionsverfahren mit Silizium hergestellt worden ist, in Anteilen wie S1O2 38—45%, Al₂O₃ 3—8% und CaO 50-55% vorlagen, sind die Anteile der Schlackenbestandteile bei Verwendung des Reduktionsmaterials gemäß der Erfindung anders, und zwar SiO₂ 10-35%, Al₂O₃ 20-50% und CaO 32-50%. In dem bisher angewendeten Reduktionsverfahren mit Silizium änderten sich die Ofenbedingungen empfind-

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lieh mit 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. Um diese Wirkungen vollständig zu erreichen, genügt es, wenn das Reduktionsmaterial eine Zusammensetzung in folgendem Bereich aufweist: Aluminium 20—50% und Kalk oder Kalkstein 40-80%. Die Prozentgehalte der Komponenten werden in Abhängigkeit von den Stahlherstellungsbedinguiigen gewählt. Ihre Mengen sind jedoch in der Weise begrenzt, daß die Schlackenbestandteiie 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 oder Kalkstein, die Reinheit derselben so hoch wie möglich zu wählen. Die meisten dieser im Handel erhältlichen Stoffe können nur dann verwendet werden, wenn die Anteile der Verunreinigungen in bestimmten Grenzen gehalten sind. Diese Grenzen sind für Aluminiumoxid (Tonerde) weniger als 5%, für Siliziumdioxid (Kieselsäure) weniger als 1 %, für Eisenoxid weniger als 1% und für Kohlenstoff weniger als 1%. Die Anteile an Aluminium und Kalk oder Kalkstein im Reduktionsmaterial gemäß der Erfindung außerhalb der vorstehenden beschriebenen Zusammensetzungsbereiche ist nicht ratsam, da ein Aluminiumgehalt von weniger als 20%, d. h. der unteren Grenze des Bereiches, keine ausreichende Reduktionsreaktion bewirkt und ein Aluminiumgehalt von mehr als 50%, d. h. von mehr als der oberen Grenze, keine noch bessere Wirkung hervorruft und somit lediglich die Herstellungskosten sich erhöhen würden. Ein Gehalt an Kalk oder Kalkstein von weniger als 40% erschwert die Aufrechterhaltung der Schlackenbasizität auf einer geeigneten Höhe und ein Gehalt von mehr als 80% erhöht die Schlackenbasizität 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, 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.
Der Kalk u. dgl. hat eine Partikelgröße von 1,65 mm

ίο oder größer. Diese Stoffe werden gleichförmig miteinander vermischt und durch Formpressen bei einem Druck von 150—200 kg/cm² 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 Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung im einzelnen beschrieben werden. Das Reduktionsmaterial gemäß der Erfindung wird hierbei beim Frischen eines rostfreien Stahls nach JlS-SUS 304 (entsprechend AIISI 304, BS 304S15, DIN X5CrNil8, NF Z5CN18) in einem 50-1-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 und einem Druck von 150 kp/cm² zubereitet. Das Reduktionsmaterial wird in den geschmolzenen Stahl mit einer Zugaberate von 10 kg/t unmittelbar nach der Entkohlung während der Reduktionsperiode zugegeben und für etwa 10 Minuten auf einer Temperatur von 1800⁰C gehalten, bis das Material vollständig in der Schlacke geschmolzen ist. Die Reduktionsreaktion dauert ab Zugabe des Reduktionsmaterials 20 Minuten. Auf diese Weise wurden 60 Chargen gefrischt Im Vergleich dazu wurde herkömmliches Silikochrom (40Si-30 C-Legierung) mit einer Zugaberate von 9 kg/t in 60 Chargen verwendet, wobei die übrigen Bedingungen unverändert geblieben sind.

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

Ofenanalyse

Reduktionsmaterial nach der Erfindung

Herkömmliches

Reduktionsmaterial

(Silikochrom)

S-Gehalt des Stahl (%)
Abstichausbeute (%)
Cr-Rückgewinnung (%)
Herstellungskapazität (t/h)
Schlackenzusammensetzung Cr₂O₃ (%)
Schlackenzusammensetzung FeO (%)
Schlackenzusammensetzung CaO (%)
Schlackenzusammensetzung MgO (%)
Schlackenzusammensetzung SiO₂ (%)
Schlackenzusammensetzung Al₂O₃ (%)

0,006—0,007

97,4

96,0

4,86

0,72
37,1
10,4
20,8
11,2

Schlackenzusammensetzung Basizität f J 2,28

0,008—0,009

96,5

94,5

17,3

15,0

3,28
29,3
12,8
28,0

2,80

1,50

Aus der vorstehenden Tabelle ist zu ersehen, daß bei der Erfindung der Entschwefelungseffekt bzw. der Schwefelgehalt des Stahls um 0,001-0,003% niedriger, die Abstiegsausbeute von 1% höher, die Chromrückgewinnung l,5fach höher und die Herstellungskapazität etwa 1 t/h besser als beim herkömmlichen Verfahren sind. Aufgrund der Eigenschaften der hergestellten Schlacke bei Verwendung des Reduktionsmiiterials gemäß der Erfindung ist der Gehalt an Cr₂Oj niedrig, die Basizität konnte auf einem Wert gehalten werden, der die Entschwefelungswirkung unterstützt bzw. erhöht, wie das auch aus der Tabelle zu ersehen ist.

Claims

Patentansprüche:

, 1. Reduktionsmittel in Gestalt von Formkörpern für die Stahlherstellung, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer gleichförmigen Mischung aus

20 bis 50% Aluminium
40 bis 80% Kalk oder Kalkstein
weniger als 5% Tonerde
weniger als 1% Kieselsäure
weniger als 1 % Eisenoxide
weniger als 1 % Kohlenstoff

besteht, wobei der Kalk oder Kalkstein eine Korngröße von 1,65 mm oder größer und das Aluminium eine Korngrößenverteilung von über 1,65 mm... weniger als 5%, 1,65 bis 0,83 mm... 75% und mehr, unter 0,83 mm ... weniger als 20% aufweist.
2. Reduktionsmittel in Gestalt von Formkörpern nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl der Formkörper durch Formpressen zylindrisch gestaltet ist.

erhöhen und die Entschwefelung des geschmolzenen Stahls während der Reduktionsperiode zu steigern.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Reduktionsmittel aus einer gleichförmigen Mischung

aus