DE2646437A1

DE2646437A1 - Verfahren und vorrichtung zum entschwefeln eines stahlschmelzbades

Info

Publication number: DE2646437A1
Application number: DE19762646437
Authority: DE
Inventors: Albert Lehmann
Original assignee: Finkl A and Sons Co
Current assignee: Finkl A and Sons Co
Priority date: 1975-10-17
Filing date: 1976-10-14
Publication date: 1977-04-21
Also published as: FR2328047B1; GB1563411A; FR2328047A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erreichen extrem niedriger endgültiger Schwefelwerte, insbesondere Werte von 0,003-0,006 % und weniger auf wirtschaftliche» steuerbare und passende Weise für einen breiten Bereich von Kohlenstoff- und Legierungsstählen, die in irgendeiner üblichen Schmelzeinheit, einschließlich dem Elektroofen, Siemens-Martin-Ofen oder basischen Sauerstoffaufblaskonverter, erschmolzen wurden. Die Erfindung betrifft auch das durch dieses Verfahren hergestellte Erzeugnis.

Die Stahlhersteller sind bestrebt, den Schwefelgehalt von Stahl abzusenken, da ein hoher Schwefelgehalt Warmbrüchigkeit oder andere schädliche Wirkungen des endgültigen Erzeugnisses bewirkt. Es wurden viele Entschwefelungstechniken entwickelt. Jedoch benötigen beinahe alle kommerziellen

Techniken nach Beendigung des Schmeizens eine bedeutende Ofenbehandlung. Wie allgemein bekannt, erfolgt beispielsweise die Entschwefelung höchst wirkungsvoll in Anwesenheit von hohen Temperaturen" und .einem niedrigen Sauerstoffpotential» Folglich wird Stahl für gewöhnlich im Lichtbogenofen oder einer anderen Schmelzeinheit nach dem Schmelzen während einer bedeutenden Zeitdauer zum überhitzen und Desoxydieren gehalten, da der Stahl im erschmolzenen Zustand eine so große Sauerstoffmenge enthalten kann, daß ein wirksames Entschwefeln nicht stattfinden kann. Die zusätzliche Ofenverweilzeit ermöglicht die Ausführung von Schritten in der Schmelzeinheit, etwa das Zusetzen von aktiven Desoxydationsmitteln, von denen Aluminium ein gutes Beispiel ist, zum Absenken des Sauerstoffgehalts, wobei Zeit gewonnen wird für die Zunahme der Stahltemperatur.

Ein wesentlicher Nachteil der verlängerten Ofenbehandlung nach dem Schmelzen besteht darin, daß die Wirksamkeit des Stahlherstellungsvorgangs vermindert wird, da der Ofen oder die andere Schmelzeinheit hierdurch nicht voll ausgenützt wird. Ein elektrischer Lichtbogenofen beispielsweise ist eine hochwirksame Schmelzeinheit, aber eine verhältnismäßig unwirksame Endbearbeitungseinheit. Die gesamte Zeit, in der ein solcher Ofen zum Überhitzen urid/oder Desoxydieren von Metall verwendet wird, arbeitet er als Endbearbeitungseinheit. Ferner hat es sich durchaus erwiesen, daß das überhitzen die Ofenausmauerungen schneller als normal erodiert, wodurch ciie Kosten des Verfahrens erhöht werden. Im idealen Fall sollte die Schmelzeinheit allein für das Schmelzen verwendet v/erden. Die Endbearbeitung (einschließlich der Entschwefelung) , axe Temperaturkontrolle, das Desoxydieren und das Legieren sollte in einer nachfolgenden Einheit stattfinden, da diese Kombination von Vorgängen den Ofen auf höchst wirksame Weise ausnützt, die Kosten vermindert und die Wirksamkeit des gesamten Stahlherstellungsvorgangs auf ein Höchstmaß bringt.

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Das Hauptziel der Erfindung besteht demnach in der Schaffung eines Verfahrens zum Erreichen extrem niedriger Schwefelwerte bei einem breiten Bereich von Kohlenstoff- und Legierungsstählen auf wirtschaftliche_f wiederholbare und leicht steuerbare Weise, die auf in irgendeiner Schmelzeinheit hergestellten Stahl anwendbar ist.

Lin weiteres Ziel besteht in der Schaffung eines Verfahrens der oben beschriebenen Art, das im wesentlichen oder völlig unempfindlich für die Schläckenbedingungen der Schmelzeinheit ist.

Ein weiteres Ziel besteht in der Schaffung eines Verfahrens zum Erhitzen, Entschwefeln und Ausführen weiterer Endbearbeitungsschritte völlig oder im wesentlichen völlig ausserhalb der Schmelzeinheit, wodurch die Wirksamkeit der Schmelzeinheit und hierdurch der gesamte Stahlherstellungsvorgang auf ein Höchstmaß gebracht werden.

Ein weiteres Ziel besteht in der Schaffung eines Verfahrens zum Entschwefeln und Kontrollieren der Temperatur im wesentlichen oder völlig außerhalb der Schmelzeinheit, das allgemein bekannte und leicht erhältliche Materialarten verwendet, wodurch mit der Beschaffung besonderer Materialarten und einer besonderen Ausrüstung verbundene übermäßige Kosten vermieden werden.

Ein weiteres Ziel besteht in der Erreichung niedriger Schwefelwerte wie oben beschrieben und gleichzeitig in der Vorsehung einer erhöhten Temperatur für die Schmelze im wesentlichen während nur solcher Zeiten, bei denen die Entschwefelungsreaktionen stattfinden, in der Erreichung endgültiger extrem niedriger Wasserstoff-, Sauerstoff- und bei Bedarf Stickstoffwerte im Stahl und in der leichten Kontrolle der chemischen Eigenschaften, wodurch ein endgültiges Erzeugnis von erhöhter metallurgischer Qualität vorgesehen wird.

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Ein weiteres Ziel besteht in der Kontrolle des Stickstoffgehalts von im Elektroofen erschmolzenem Stahl.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum angemessenen und wirtschaftlichen Absenken des Schwefelgehalts von Stahl in den Bereich von 0,003-ü,Oüb%, vorzugsweise bis maximal 0,003 %, und beinhaltet das· Behandeln des Stahls in der Nähe des Endes des Einschmelzens in der Schmelzeinheit oder unmittelbar danach, gefolgt von einem Aussetzen gegenüber einer hochbasischefi verflüssigten Schlacke und einem heftigen Aufrühren unter Vakuumbedingungen.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.

Angewendet bei der üblichen Elektroofenpraxis umfaßt die Erfindung das Konditionieren einer Stahlschmelze durch die vorausgehenden Schritte des Desoxydierens, das durch chemische und/oder Vakuumbehandlung ausgeführt werden kann, und des Aussetzens gegenüber einer heißen, gründlich verflüssigten, hochbasischen Schlacke von beträchtlichem Volumen, wobei ctanach der Stahl anfänglich wenigstens kurzzeitig überhitzt wird und während der anfänglichen Überhitzung einem

heftigen Aufrühren unterworfen wird, das ausreicht, Stahltröpfchen in den über der Schmelze gelegenen Raum so zu schleudern, daß die Tröpfchen vollständig durch die senkrechte Dickenerstreckung der Entschwefelungsschlacke fallen können, wobei der Stahl bis zu wenigstens zehn Minuten lang während eines wesentlichen Teils seiner Behandlung einem niedrigen absoluten Druck ausgesetzt ist.

Wenn auch der abschließende Arbeitsteil des Zyklus aus einer ■

sorgfältig kontrollierten Kombination von Sauerstoffpotential .

des Bads, Badtemperatur, Zeit, Aufrühren und Vakuum sowie '

Schlackenbasengehalt, -temperatur, -volumen und -verflüssigung ; besteht, ist das Verfahren nicht auf Stahl beschränkt, der

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durch irgendeine besondere Art oder Arten von Schmelzeinheiten erzeugt ist. Die Erfindung ist demnach nicht auf irgendeine besondere Vorbehandlungskonditionierung beschränkt. Da jedoch eine der am meisten verwendeten Schmelzeinheiten, gemessen in jährlicher Tonnenleistung, der Elektroofen ist, wird die Erfindung im Zusammenhang mit einem herkömmlichen Elektro- ■ ofenverfahren beschrieben. Es ist jedoch ersichtlich, daß der Elektroofen nur zur Erläuterung gewählt wird, da der Stahl, unabhängig davon, in welcher Art von Einheit er geschmolzen wird, denselben Endbedingungen unterworfen wird, um nach dem Desoxydieren und geringfügigen Überhitzen den Bereich von 0,003-0,006 % des Schwefelgehalts zu erreichen.

Unter der Annahme, daß ein übliches Zweischlackenverfahren im Elektroofen an eine 60-70 t schweren Charge von niedrig oder mittel gekohltem Kohlenstoffstahl oder einem niedrig legierten Stahl ausgeführt wurde, erläutert der folgende allgemeine Ablauf von Schritten die Erfindung.

Die zweite Ofenschlacke wird vorzugsweise, aber nicht immer, bis zum möglichen Ausmaß weggespült, um das Schlackenvolumen zu vermindern, mit dem später im Zyklus umgegangen wird.

Die Schmelze sollte vorzugsweise nach dem endgültigen Entfernen der Schlacke und vor dem Abstich zu Beginn desoxydiert werden, etwa durch Eintauchen der Graphrtelektroden für etwa eine halbe oder eine Minute und/oder durch Einbringen von etwa 1 kg Aluminium je Tonne Stahl unmittelbar vor dem Abstich erfolgt..

Bei Beginn des Abstichs kann der Schwefelgehalt des Stahls stark variieren, jedoch kann ein typischer Bereich etwa 0,015 - O,025 % betragen. Bekanntlich gibt es zahlreiche Vorkehrungen, die alle eine verhältnismäßig kleine zusätzliche Ofenzeit benötigen, um den Schwefel vor dem Abstich auf diesen Bereich zu bringen.

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Es können etwa 5 kg Silizium in Form von CaSi während des Abstichs in den Abstichstrom geschaufelt werden, wobei der Rest von irgendwelchem benötigten Silizium als 50 %iges FeSi am Boden des Abstichbehäl?¹* hinzugefügt werden kann, der für gewöhnlich eine Pfanne ist.

Es wird auch vorzugsweise etwa 1/2 kg je Tonne von granuliertem Aluminium in den Abstichstrom geschaufelt.

Danach wird ein Schlackenvölumen in einer Menge von etwa 2 % des Schmelzengewichts dem Abstichbehälter hinzugefügt. Eine typische Mischung kann etwa 908 kg (2000 lbs) gebrannten Kalk, 182 kg (400 lbs) kalzinierten Bauxit und 91 kg (200 lbs) Flußspat enthalten. Danach kann etwa 0,45kg (1 lbs) je Tonne granuliertes Aluminium auf die Oberfläche gestäubt werden.

Die im Abstichbehälter befindliche Schmelze wird dann von einer außerhalb der Schmelzeinheit befindlichen Heizquelle erhitzt zum Verflüssigen der Schlacke und zum Erhöhen deren Temperatur geringfügig über die Stahltemperatur. Eine Temperaturdifferenz von etwa 22°C (40°F) wurde mit zufriedenstellenden Ergebnissen verwendet. Eine zweckmäßige und wirkungsvolle Heizquelle ist ein Wechselstromlichtbogen von der in den US-PS 3 501 289 und 3 501 290 dargestellten Art. Wenn eine solche Einheit zur Verfügung steht, wird der Abstichbehälter zur Einheit transportiert und innerhalb der geöffneten Vakuumkammer angeordnet, wobei die Vakuumkammer geschlossen und die Schmelze der kombinierten Wirkung des Wechselstromlichtbogens, des Vakuums und der Behandlung mit Spülgas unterworfen wird. Der Lichtbogen wird die Schlacke schnell verflüssigen und geringfügig überhitzen, und sicherstellen, daß die Endtemperatur des Stahls sich für das Gießen eignet.

Die kombinierte Wirkung der Behandlung mit Spülgas und des Vakuums fördert die Desoxydation der Schmelze und hält die

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Gleichmäßigkeit der Temperatur durch die ganze Schmelze aufrecht aufgrund der von der Behandlung mit Spülgas stammenden Zirkulation innerhalb der Schmelze. Bekanntlich dehnt sich eine auf Umgebungstemperatur befindliche und im Grund der Schmelze freigegebene Gasblase um das mehrfache Hundertoder Tausendfache ihres Volumens in Abhängigkeit vom Druck im Vakuumtank bei ihrer Aufwärtsbewegung aus und erzeugt eine heftige Siedewirkung an der Oberfläche, die bewirkt, daß die Metalltröpfchen aufwärts in den Raum über der Oberfläche geschleudert und dann zurück auf die Schmelze fallen. Es ist vorzugsweise eine über der Schmelze befindliche freie Höhe von etwa 91 cm (3 Fuß) vorgesehen.

Die Pfannenausmauerung kann im wesentlichen eine völlig übliche sein. So kann der Boden aus herkömmlichem Pfannensilikastein der Blasbauweise bestehen, während die Seiten unterhalb der Schlackenlinie aus üblichem Silikastein für die Pfannenausfütterung bestehen können. Die Ausfütterung an der Schlackenlinie sollte eine schlackenfestere Zusammensetzung sein als der herkömmliche Silikastein. Wie in vielen Stahlwerken üblich, sollte an der Schlackenlinie eine Chrommagnesitausfütterung verwendet werden. Natürlich ist auch eine Abänderung annehmbar, bei der die ganze Pfannenausfütterung eine basische Ausmauerung ist.

Wenn der Glühbereich des Lichtbogens erreicht ist, was z.B. im Bereich von 100 bis 200 mm Hg sein kann, wird der Lichtbogen beendet und das Auspumpen fortgesetzt, wobei die Schmelze während der ganzen Zeit den kombinierten Entgasungs-, Desoxydierungs- und Entschwefelungswirkungen ausgesetzt ist, die abgeleitet sind aus dem gleichzeitigen Unterwerfen gegenüber einer hochbasischen, verflüssigten und heißen Schlacke, einem Vakuum und einem heftigen Aufrühren.

Bei Bedarf können die Lichtbögen erneut eingeschaltet werden, nachdem das Vakuum ein Niveau unterhalb des Glühbereichs erreicht

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hat unter der Annahme,daß eine geeignete verhältnismäßig niedrige Spannung verwendet wird, was alles im einzelnen , in der US-PS 3 635 696 beschrieben ist. ;

Nach dem Brennen des Lichtbogens und dem Spülen mittels Vakuum kann die Kammer geöffnet und können Proben zur Bestimmung der Temperatur und der Aluminium- und Schwefelgehalte entnommen werden. Im allgemeinen ist der Schwefelgehalt vom Anfangsbereich von etwa 0,015 bis 0,025 % auf einen Bereich von etwa 0,008 bis 0,011 % hach"der oben beschriebenen ersten Vakuumbehandlung abgefallen.

Wenn sich der Schwefelgehalt bei Beendigung des oben beschriebenen ersten Behandlungsschritts im gewünschten Bereich von 0,003 bis 0,006 % befindet, können zusätzliche Schlacken- und Desoxydierungsstoffe entweder in Luft oder unter Vakuum zugeführt werden, wobei die Schmelze während des Vakuumreinigens erneut dem Lichtbogen ausgesetzt wird, um die neu hinzugefügten Schlackenstoffe zu verflüssigen, bei Bedarf gefolgt von einem Reinigen mittels Vakuum ohne Lichtbogen.

Der Zyklus kann dann wieder unterbrochen werden für die Entnahme von chemischen Proben und für Temperaturablesungen. Häufig ist der Schwefelgehalt nur geringfügig gegenüber dem unmittelbar vorhergehenden Test abgefallen, und muß die Vakuumbehandlung, wie oben beschrieben,wiederholt werden. Bei den heutigen Ergebnissen ist es nicht möglich, mit genauer Sicherheit den genauen Zeitpunkt anzugeben, bei dem der endgültige Abfall in den 0,003-0,006 ¹S - Schwefelbereich eintritt. Eine graphische Darstellung des Schwefelgehalts über der Zeit gibt beinahe unveränderlich einen ziemlich schnellen anfänglichen Abfall des Schwefelgehalts an, gefolgt von einer Periode mit verhältnismäßig konstantem Schwefelgehalt im Bereich von 0,008 bis 0,011%, gefolgt schließlich j von einem plötzlichen Abfall in den 0,003-0,006%-Bereich j oder sogar darunter. !

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Die Bedienungsperson wird eventuell aus der Erfahrung heraus eine Kenntnis davon entwickeln, wann der endgültige und plötzliche Abfall des Schwefelgehalts auftritt. Dieser Erfahrung ist zu entnehmen/ daß der gewünschte Schwefelgehalt beinahe immer in einer Zeit von etwa einer halben bis zu eineinhalb Stunden Vakuumbehandlung erreicht werden kann, wenn der Schwefelgehalt vor der Vakuumbehandlung bekannt ist. Ist einmal der Endpunkt in die Nähe gerückt, so kann die Schmelze mit einem endgültigen Aufrühren unter Vakuum von etwa zehn Minuten Dauer ."behandelt werden. Während dieser Zeitdauer tritt die endgültige ziemlich dramatische Schwefelabnähme ein. Der Stahl sollte während eines wesentlichen Teils der endgültigen Vakuumbehandlung einem Druck in der Größenordnung von etwa 3 mm Hg oder darunter oder insbesondere in der Größenordnung von etwa 1 mm Hg oder darunter unterworfen werden.

Wegen seiner Korngröße wie auch wegen seiner Desoxydierungsfähigkeit kann Aluminium etwa zwei Minuten vor der Beendigung des Vakuums hinzugefügt werden. Zwei Minuten haben sich als eine reichliche Zeit zur im wesentlichen gleichmäßig erfolgenden Verteilung von Aluminium über die ganze Schmelze erwiesen, ohne daß ein übermäßiges Ausbrennen festgestellt wurde.

Eines der Hauptmerkmale der Erfindung ist offensichtlich der vollständige Durchtritt von übermäßigen Schwefel enthaltenden Metalltröpfchen durch die eine beträchtliche Dicke aufweisende Entschwefelnde Schlackendecke, die während des gesamten Vorgangs auf der Schmelze getragen wird. Dieses Merkmal scheint in Verbindung mit den anderen erforderlichen Bedingungen eines Bads mit niedrigem Sauerstoffpotential und einer hochbasischen, einen niedrigen FeO-Gehalt aufweisenden, heißen und verflüssigten Schlacke der Schlüsselfaktor bei der Erzielung extrem niedriger Schwefelmengen auf einer angemessenen wirtschaftlichen Basis zu sein, vorausgesetzt, daß die gesamte Reaktion bei einem etwa zehn Minuten lang wirkenden Vakuum

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von etwa 3 mm Hg oder weniger, vorzugsweise etwa 1 mm Hg oder weniger, ausgeführt werden kann.

Beispiel 1-

EAne Charge von 61 300 kg (135 000 lbs) von niedrig legiertem Stahl No. 4145 wurde unter Verwendung eines üblichen Zweischlackenverfahrens in einem üblichen Elektroofen erschmolzen. Die Behandlung der Schmelze wurde gemäß der Erfindung wie folgt ausgeführt.

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Charge A

Zeit	⁷	'--
(h:min)
Im Ofen:	Erstes Entschlacken
O.OO-1O	Hinzufügung von
0.10-17	435 kg Kalk
	45,4kg trockenem Sand
	90,7kg Bauxit i
	90,7kg Spat ;
	Temperaturnahme
0:19	Eintauchen (plunge)
0.20	von 45,4 kg Al
	50 kg Al-Schrot
0:22	(zerstückelter Draht)
	zur Schlacke
	S-Test
0:23	Abstich, Schlacke zu
0:25-32	erst 1/2 min.
	Unterbrechung für Tests
	Vakuumbehandlungsstation:
An der	im Vakuumtank
0:36	Verzögerung
0:38-42	, Beginn des Vakuums
0:43	Vakuum 5OO Mikron Hg
0:56	Ende des Vakuums
0:59	Test
1:00	Hinzufüauncr von
1:01-04

Temp.(⁰C) S (%) Al(%)

0,022

1713

0,0136

1652 0,014 0,027

1560 0,0115 0,007

45,4kg Fe-Si wegen

0,15% Si

218 kg Kalk

454 kg Bauxit ϊ

1:05 Beginn des Vakuums

1:07 Hinzufügung von 22,7 kg
Al aus einem Vorratsbehälter ^:

1:09-19 Lichtbogenwärme l;20 Ende des Vakuums

1:22 Test 1568 0,0084 0,020 ^:

1:23-25 Hinzufügung von :

218 kg Kalk

454 kg Bauxit |

22,7 kg Al-Schrot j

1:26 Beginn des Vakuums ;

1:34 Vakuum 700 Mikron |

1:35-47 Lichtbogenwärme ;

1:47 Ende des Vakuums ·

1:51 Test 1571 0,0035 0,014

1:53-55 Reinigen in Luft ^:

1:56 1565

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;Das zwei Minuten lange Luftspülen am Schluß der Charge !erfolgte zur Sicherstellung, daß das Abgießen der Charge bei der !erstrebten Gießtemperatur von 1565⁰C erfolgen würde. Die endgültige Zusammensetzung bestand aus: C 0,1*5%; Mn 0,77Jg; P 0,017Ji; ;S 0,0035*; Si 0,23?; Ni 0,10*;_ Cr 0,92?; Mo 0,19?; V 0,07?; Rest-Fe und unschädliche Mengen von Restelementen.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Anwendungszeit der Vakuumbehandlung etwa 52 Minuten betrug. Während des ganzen, eine Stunde und 24 Minuten klangen Zyklusteils, der sich an die in der Schmelzeinheit erfolgende Behandlung anschließt, stand die Schmelzeinheit für ein weiteres Erschmelzen zur Verfügung.

Beispiel 2

Eine 61 300 (135 000 lbs) Charge von niedrig legiertem Stahl No. 8620 wurde unter Verwendung eines üblichen Zweischlackenverfahrens in einem üblichen Elektroofen erschmolzen und gemäß der Erfindung wie folgt behandelt:

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	Charge B	Temp.(°C)	-.	An der Vakuumstation (in %) 1693	!	S(%) Al(%)	i
Zeit		Erstes Entschlacken 1718	C O,18, Mn O,85, Si 0,03,
(h:min)	Eintauchen der Elektroden	, Ni O,58, Cr O,47, Mo O,2O
Im Ofen:	Hinzufügung von	Verzögerung
0:00	11,3 kg FeMo	Hinzufügung von 1017 kg
0:02-03	499 kg HCFeMn	gebranntem Kalk
0:03-05	200 kg HCFeCr	45,4 kg Bauxit
	59 kg Ni-Blech	72,6 kg Spat
	Temperaturnähme " 1718	Lichtbogen und Vakuum/ Spülen
	Abstich; 63,5kg Kohlenstoff	Vakuum/Spülen bis
	(Recarbon) auf den Pfannenboden	4,3 mm Hg
0:11	63,5 kg 75% FeSi und	Lichtbogen und Vakuum/Spülen .
0:13-16	13,6 kg granuliertes	C 0,17% 1632
	Aluminium allmählich in
	den Abstichstrom ge
	schaufelt	0,0255 ;
	Hinzufügen von
	508 kg gebranntem Kalk
	45,4 kg Bauxit
0:16-18	36,3 kg Spat	i
	An der Entgasungsstation:
	0:25


0:25-28
0:30
	0,0080 !
	0,0072 :

0:31-39
0:39-46

0:46-1:01
1:04

1:05 Hinzufügen von

193 kg 75% FeSi

31,8 kg Al
1:06 68 kg granuliertes Al

über die Schlacke gestäubt 1:07-23 Hinzufügung von 45,4 kg Al bei 1:23;

bei 1:15 - 1,1 mm Hg

bei 1:17 - 900 Mikron Hg

endgültig - 500 Mikron Hg Elektroden eingetaucht

1:18-19 j

1:26 C O,180% 1588 0,0030 0,042

0,0027

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In diesem Fall war die aus den; Elektroofen mitgenommene Schlacke etwa 5 cm dick. Nach Hinzufügung des ersten 1 Gew.-% Schlacke bei der 0:16-18 Marke betrug der Pfannenfreibord etwa 91 cm.

Bei der 1:04 Marke wichen die Werte von Mn, P, Ni, Cr, Mo, V nicht stark von denjenigen der 0:25 Marke ab. Es war keine der Vakuumbehandlung folgende Behandlung mit Spülluft erforderlich, da für diesen Stahl die Endtemperatur von etwa 1588°C, die sich bis zu" dent Zeitpunkt, an dem die Versuchsergebriisse vorlagen, auf 1577^DC vermindert hatte, innerhalb des Gießtemperaturbereichs für diesen Stahl lag.

Die endgültige Zusammensetzung bestand aus: C 0,18 %;

Mn 0,90%; P O,O2O%; S O,OO3%; Si 0,28%; Ni O,55%; Cr 0,46%;

Mo 0,19%; Al 0,042%; H₂ 1,5 ppm.

Bei dieser Charge hatte die Pfanne einen Dando-Pfannenziegelboden, eine zu 50 % aus Al₃O₃ bestehende Ziegelseitenwand unterhalb der Schlackenlinie und eine zu 48% aus MgO Cr Mg gestehende Schlackenlinienausfütterung.

Es sei darauf hingewiesen, daß bei dieser Charge etwa 2,1 Gew.-% Metall hinzugefügt wurden.

Während des ganzen, eine Stunde und acht Minuten langen Zyklusteils, der sich an die in der Schmelzeinheit erfolgende Behandlung anschließt, stand die Schmelzeinheit für ein weiteres Erschmelzen zur Verfügung.

Weitere Beispiele sind in der folgenden Tafel enthalten.

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Tafel I

Charge No.	ungefähres Gewicht	Endgültige Zusammer setzung, außer	Si	(%)	Cr	Mo	V	gesamte zugefügte	gesamte Vakuum	Metallzustand vor Vakuum	endgül tiger	endgültiges Gas (ppm)
C	kg	Schwefel	0,25	Ni	0,80	0,27	0,043	Schlacke	zeit	normal 0,024	Schwefel
D		C	0,26	1,84	0,59	0,23	0,007	(%)	(min)	0,045 0,0165	(%)	^H2 °2 ^N2
E	59.000	0,43	0,24	0,70	0,20	0,30	0,003	1,9	50	a,,09 0,016	0,0058	1,6 -- —
F	59.000	0,19	0,28	0,05	0,20	0,32	0,005	2	42	0,04 0,0214	0,0043	± , D — —
G	62*700	0,08	0,20	0,04	0,63	0,24	0,006	2	38	0,03 0,0269	0,005	1,5 22 16
	6 2.700	0,10	0,70				3	91	0,006	1,8 34 --
6 2.200	0,19				5	60 1/2	0,005	J- , y

Die folgenden zu Beginn und Ende auftretenden FeO- und Schwefelgehalte der Schmelzen A und B erläutern die Wirksamkeit des Verfahrens der Erfindung.

Tafel II

Schmelze

Zeit im Zyklus

FeO (%)

Beginn Ende

Beginn Ende-

8,29 0,51

12,75 0,27

0,13 O, 25

0,17 0,27

Aus den obigen Beispielen ist zu ersehen, daß für Schmelzen im Bereich von 65 bis 70 Tonnen die Schwefelgehalte außerhalb der Schmelzeinheit auf einer wirtschaftlichen, steuerbaren und konsequenten Basis durchwegs indden 0,003-0,006% Bereich vermindert werden können.

Die Art der auf der Schmelze in der Schmelzeinheit befindlichen endgültigen Schlacke hat keine schädlichen Wirkungen auf das Verfahren. Dies hat den zusätzlichen Vorteil, daß die Schmelzpraxis in keinem Ausmaß revidiert werden muß, wenn eine Behandlung gemäß der hier angegebenen Erfindung geplant wird. Das Ergebnis ist, daß der Stahlhersteller eine völlige Anpassungsfähigkeit in der Auswahl der Schmelzeinheitspraxis hat, die sich am besten für den Bedarf des Kunden und die Ausrüstung des Stahlherstellers eignet.

Wenn beispielsweise der Stahl unter einer oxydierenden Schlacke in der Schmelzeinheit fertig wird, kann diese Schlacke durch geeignete Zusätze unter Vakuum in eine reduzierende Schlacke umgewandelt und der Stahl weiter durch das oben beschriebene Entschwefelungsverfahren konditioniert werden. Die Art der in der Schmelzeinheit befindlichen Schlacke kann natürlich unterschiedliche Abstichvorkehrungen erfordern.

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Wenn z.B. ein Teil einer reduzierenden Schlacke zu der sich an die Behandlung in der Schmelzeinheit anschließenden Behandlung gebracht werden soll"; kann die in der Schmelzeinheit befindliche Schmelze zusammen mit der reduzierenden Schlacke in den Abstichbehälter abgestochen werden. Wenn die Schmelze unter einer oxydierenden Schlacke fertig wird, ist es eine bessere Praxis, unterhalb der Schlacke abzustechen und die Schlacke bei Beendigung des Abstichs dem Abstichbehälter hinzuzufügen. Jedoch kann von diesem Punkt an der Stahl auf irgendeine für die Betriebsparameter am besten geeigneten Weise behandelt werden.

Es folgt eine weitere Ausführungsform, die das.Obige weiter erläutert und die Breite und Anpassungsfähigkeit des erfinderischen Konzepts angibt.

Eine Schmelze aus niedrig legiertem Stahl mit einem erstrebten Kohlenstoffgehalt C von etwa O,55 % soll auf übliche Weise erschmolzen werden. In diesem Fall sei ein Erschmelzen einer Charge von 60-70 Tonnen niedrig legiertem Stahl in einem Elektroofen angenommen.

Nach dem Erschmelzen und den weiteren üblichen Verarbeitungsschritten wird der Hauptteil der Schlacke weggespült.

Eine typische erstrebte Temperatur an diesem Punkt im Zyklus (nach dem Entfernen der Schlacke) wäre 1693 C.

Nach dem Entfernen der Schlacke wird der im Ofen befindlichen Schmelze eine entschwefelnde Schlacke hinzugefügt. Das Gewicht der Schlacke beträgt vorzugsweise etwa 2% des Gewichts der Schmelze, obwohl offensichtlich je nach den speziellen Bedingungen eine geringfügig größere oder kleinere Schlackenmenge verwendet werden kann. Eine typische Schlackenzusammensetzung besteht aus etwa 863 kg Kalk in Säcken, 182 kg Bauxit in Säcken und 54 kg Flußspat.

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Die Schlacke wird dann, etwa durch den Betrieb der Ofenlichtbögen, gut verflüssigt.

Nach der Verflüssigung können die Ofenelektroden während einer geeigneten Zeitdauer, "etwa ungefähr eine halbe Minute lang, zum Desoxydieren der Schmelze eingetaucht werden, die zu dieser Zeit einen großen Sauerstoffgehalt aufweist.

Danach sollte granuliertes Aluminium in einer Menge von etwa 0,91 kg/t (2 lbs./ton,·} auf die Schlacke gestäubt werden, und zwar wiederum zum Fördern der Desoxydation.

Die Schmelze wird dann in einen geeigneten Behandlungsbehälter abgestochen, der z.B., wie früher beschrieben,'eine übliche Gießpfanne sein kann.

Die Schmelze sollte vorzugsweise in der folgenden Weise abgestochen werden. Reines Metall sollte abgestochen werden, bis etwa 1/3 bis 1/2 der Schmelze ausgelaufen sind. Während dieser Phase sollten Zusätze, etwa Si, CaMnSi, C, Mn, SiCr und Al, bei Bedarf hinzugefügt werden, etwa durch Schaufeln in den Abstichstrom. Vorzugsweise sollten keine nichtoxydierbaren Elemente, etwa Ni, Cu oder Mo, hinzugefügt werden, da diese vor dem Abstechen dem Ofen zugefügt werden können.

Der Rest der Schmelze sollte auf übliche Weise aus der Schmelzeinheit abgestochen werden, wobei die Schlacke und das Metall innig gemischt werden. Dieser Vorgang kann bei sorgfältiger Ausführung, wenn nötig, einen verhältnismäßig niedrigen Schwefelgehalt, etwa 0,007 %, ergeben.

Danach wird das Bad wiederum mit granuliertem Aluminium behandelt, beispielsweise in einer Menge von etwa O,45kg/t (1 Ib./ton) von über die Schlacke gestäubtem Metall.

Danach sollte die Schmelze, wie oben beschrieben, der kombi-

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nierten Wirkung der Vakuumbehandlung, und heftigen Behandlung mit Spülgas während vorzugsweise einer Dauer von etwa zehn Minuten unterworfen werden. Ein gutes Vakuum von etwa 1/2 mm Hg absolut sollte angewendet werden.

Danach sollte das Bad den kombinierten Wirkungen der Behandlung mit Spülgas, des Lichtbogenerhitzens und des Vakuums unterworfen werden, und zwar vorzugsweise so nahe am oberen Ende des Glühbereichs wie möglich, etwa beispielsweise bei 200 min Hg absolut. Das Aussetzen gegenüber den obigen kombinierten Bedingungen sollte etwa acht Minuten lang fortgesetzt werden. Am Ende dieser Behandlung sollte der geschmolzene Stahl einen ziemlich niedrigen Sauerstoffgehalt haben und sollte die Schlacke sehr heiß und sehr flüssig sein.

Wenn das Metall den obigen Zustand erreicht hat, etwa durch Befolgen der obigen Zyklusstufen oder, wie im folgenden beschrieben, durch Veränderungen hiervon, wird der Stahl einer endgültigen Schwefelreaktionsphase unterworfen, in der der Schwefel vom Bereich von etwa 0,013-0,007%, insbesondere etwa 0,010%, auf maximal 0,003% abfällt. Dies sollte dadurch erreicht werden, daß der Stahl der kombinierten Wirkung eines Vakuums und einer heftigen Gasspülung - während etwa zehn Minuten ausgesetzt ist, währenddessen ein hervorragendes Vakuum, beispielsweise etwa 1/2 Torr, ausgeübt werden sollten.

Bei Beendigung des Vakuums sollte der Schwefelgehalt 0,003% oder weniger betragen.

Ein typischer idealisierter Verarbeitungszyklus sollte im wesentlichen in der folgenden Weise ablaufen.

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ar

Schritt	Zeitfolge	) Schritt	'-	Abstich	Zunahme/	tatsäch	Temp.
zeit	(min)		Verladung	Abnahme	liche	i°r\
(min)			Tests	(°C/min)	Zunahme/	( C)
		Vakuum		Abnahme
		Lichtbogen		(°C/min)
3	0-3	Vakuur- ··	Abnahme 38,	9° -38,9	1677/16381
7	3-10	Tests '_;	Abnähme 2,8	°/min -19,4	1638/1618
2	10-12	Anhängen	Abnahme 2,8	°/min - 5,6	1618/1613
10	12-22	Abnahme 3,9	/min -38,9	1613/1574
8	22-30	Zunahme 2,5	°/min +20,0	1574/1594
10	30-40	Abnahme 3,3	/rain -33,3	1594/1561
2	40-42	Abnahme 2,2	/min - 4,4	1561/1556
2 44	42-44	Abnahme 1,1	/min - 2,2	1556/1554

Es folgen typische Schwefelgehalte:

Im Ofen vor dem Abstich 0,025 % im Behälter vor dem Vakuum 0,01O % nach dem endgültigen Vakuum 0,003 %

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Bei einem gemäß dem unmittelbar oben beschriebenen Vorgehen ausgeführten speziellen Beispiel wurden die folgenden Ergebnisse erhalten.

Stahl :_C Mn P S Si Ni Cr Mo V Cu

Bereich 0,50/ 0,65/ 0,025 0,030 0,20/ 1,40/ O,8O/ 0,25/ 0,04/ 0,60/ (%) 0,60 0,95 max max 0,35 1,75 1,10 0,35 0,06 0,90

ausgeführt 0,55 0,75 0,011 0,003 0,22 1,55 0,97 0,34 0,047 0,76 (%) ':

Chargengröße: 59 000 kg

H 0 N Zeit (h:min) Temperatur _2 ' __2 2

Im Ofen

0:00 Beginn des endgültigen Wegspülens, Temperaturnahme, chemische Proben

1677°C 4,5 95 38

C Mn P S Si Ni Cr Mo V Cu Sn

0,455 0,40 0,013 0,0197 0,000 1,57 0,60 0,37 0,013 0,78 0,008

0:01 Hinzugefügt 91 kg 50% FeSi

0:03 Hinzugefügt 892 kg gebrannter Kalk, 136 kg Bauxit, 54 kg Flußspat

0 * 05 —
" _on eingestellte Temperatur und mittels Lichtbogen verflüssigte

^zu Schlacke

0:22 Elektroden etwa 30 see eingetaucht 0:23 45,4 kg granuliertes Al über verflüssigte Schlacke

gestäubt _o ^:

0:30 Abstichbeginn; Temperatur 1677 C

Zur Pfanne

Am Pfannenboden: 281 kg niedriges C FeMn (80%),

3 27 kg hohes C FeCr (68%),

24 kg Carvan (84%) ,

Allmählich hinzugefügt zum Boden 1/3 der Pfanne durch ' Schaufeln in den Abstichstrom: 104 kg CaMnSi und

152 kg FeSi (70%)gefolgt von

11,4kg granuliertes Al

Anschließendes Mischen von Schlacke und Metall für den ^ abschließenden Teil des Abstichs i

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H . . O N Zeit (h:min) ' Temperatur _2 __2 _2

An der Vakuumbehandlungsstation

0:39 Temperaturnahme und chemische Proben

1_;649°C 5,0 76 62

0:40 Auf Schlacke gestäubt: 22,7 kg granuliertes Al und

22,7 kg Flußspat
0:41 Vakuum entgast unter Verwendung von Ar-Gas, bis hinab

-51 zu 1,3 mm Hg abs.
0:5 2 Vakuum entgast und durch Lichtbogen erhitzt im Bereich

-56 von etwa 200-300 mm Hg abs. der Ar-Atmosphäre O:56-Vakuum entgast bis 700 Mikron Hg abs. unter heftigem 1:16 Aufrühren; unter 1 Äim Hg während 16 min 1:17 Beendigung des Vakuums,·Temperaturnahme und chemische Proben

1552°C 0,8 19 40 (Ziel 1549 C)

C Mn P S Si Ni Cr Mo V Cu Sn (%) 0,55 0,75 0,011 0,003 0,22 1,55 0,97 0,34 0,047 0,76 0,007

Al 0,009%

Bei diesem Beispiel war die aus dem Elektroofen mitgenommene Schlacke etwa 12,7 cm dick, was einem Schlackengewicht von etwa 2% des Schmelzengewichts entsprach. Beim Übergang in den Vakuumtank betrug der Pfannenfreibord etwa 81 cm.

Bei dieser Charge hatte die Kombination aus Abstich- und Behandlungsbehälter-Pfanne einen aus Pfannenziegeln der Blasbauweise bestehenden Boden, eine Seitenwand aus zu 50% aus Tonerde bestehenden Ziegeln unterhalb des Schlackenlinienbereichs una eine zu 48% aus MgO (Chrom-Magnesium-Ziegel) bestehende Ausfütterung im Schlackenlinienbereich.

Die große Vielseitigkeit des Verfahrens kann dadurch richtig eingeschätzt werden, daß beinahe alle oben genannten Schritte in einer abgeänderten Folge ausgeführt werden können, wobei die ungewöhnlich niedrigen endgültigen Schwefelgehalte so lange erzielt werden können wie der Stahl, der sich in einem Zustand befindet, in dem er ein niedriges Sauerstoffpotential

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hat und in Berührung mit einer heißen· gut verflüssigten entschwefelnden Schlacke in einem Behandlungsbehälter mit einer Schlackenlinie aus Blasziegeln steht, einer endgültigen gleichzeitigen Vakuumbehandlung und heftigen Behandlung mit Spülgas _; von einigen Minuten, vorzugsweise etwa zehn Minuten, Dauer unterworfen wird.

Z.B. kann während der Ofenbehandlung die Folge geeignet neu angeordnet werden, bei der die beschriebene desoxydierende Schlacke hinzugefügt wifd, die Elektroden eingetaucht sind und das Aluminium eingestäubt wird.

die entschlackt
Der Abstichvorgang und / abgestochenen und in Mischung mit der Schlacke befindliche/teile können beträchtlich verändert werden, oder es kann der Teil der Abstichphase, in dem nur reines Metall ausgegossen wird, weggelassen werden.

In der Vakuumbehandlungsstation können die ersten beiden Schritte umgekehrt werden.

Somit wird für den Stahlhersteller ein Höchstmaß an Anpassungsfähigkeit vorgesehen und können ungewöhnlich niedrige Schwefelgehalte auf wirtschaftliche Weise dauernd erzielt werden.

Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, daß es verschiedene einzelne Schritte gibt, von denen alle zum Erzielen der oben beschriebenen Ergebnisse angewendet werden müssen.

Erstens muß das Schlackengemisch gut verflüssigt sein, wobei diese Verflüssigung in höchst vorteilhafter Weise durch Anwendung des mit Wechselstrom arbeitenden Lichtbogenwärmesystems, das, wie hier beschrieben, unter Teilvakuum arbeitet,ausgeführt

wird.

Zweitens sollte eine Zeitdauer vorhanden sein, bei der die nun einen geringen FeO-Gehalt aufweisende verflüssigte Schlacke und die Schmelze der kombinierten Wirkung des

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Vakuums und des heftigen Aufrührens mittels Spülgas so unterworfen wird, daß das Sauerstoffpotential der Schmelze vermindert wird. Andere Vorgänge können gleichzeitig ablaufen, jedoch ist die Vakuumdesoxydation wesentlich.

Drittens muß die Temperatur während des ganzen Vorgangs gesteuert werden. Sollte die Temperatur zu stark abfallen, so wird die Entschwefelungswirkung verzögert. Sollte die Temperatur zu hoch ansteigen, so kann die Lebensdauer der Ausmauerung schädlich beeinflußt werden. Demnach ist die Anwendung von Lichtbogenwärme während ausgewählter Perioden innerhalb eines Betriebstemperaturbereichs erforderlich, der z.B. im Bereich von etwa 55°C über der normalen Abstichtemperatur bis zu einem Maximum von etwa 1732°C liegen kann.

Viertens kann der endgültige Schwefelabfall in den sehr niedrigen 0,003-0,006%-Bereich, sofern die beschriebenen Zeitparameter gegeben sind, nur unter Anwendung des kräftigen Aufrührens bewerkstelligt werden, das sich in Verbindung mit der Ausübung des Vakuums aus der Behandlung mit Spülgas ergibt.

In diesem Zusammenhang sei zum Vergleich angegeben, daß gemäß den den Elektroofen mit einschließenden normalen Entschwefelungspraktiken folgendes erforderlich ist: eine wesentliche Verlängerung der Verweilzeit in der Schmelzeinheit, im Gegensatz zum vorliegenden Verfahren zusätzliche Arbeitsund Entschlackungsvorgänge, größerer Gesamtenergieeingang und eine Einrichtung zum Aufrühren des Bads im Ofen, d.h. es ist beim gegenwärtigen Stand der Technik ein schwieriges und kostspieliges Vorgehen erforderlich.

Die Höhe des Vakuums und die Zeitdauer der Vakuumbedingungen werden eingehalten und können sich in Abhängigkeit von der Stahlart und anderen Faktoren in gewissem Ausmaß verändern.

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Da eine heftig aufgerührte Oberfläche für die erfolgreiche Praxis der Erfindung wichtig ist, muß der absolute Druck ausreichend niedrig sein, um- sicherzustellen, daß das Spülgas sich in seinem Volumen genügend ausdehnt, um die gewünschte heftig aufgerührte Oberfläche'zu erzeugen. Gleichzeitig sollte der als "Glühen" (vgl. US-PS 3 635 696) bekannte Zustand vermieden werden. Dieser Zustand herrscht bei unterschiedlichen Temperaturen unter voneinander abweichenden Umständen. Typische Vakuumzyklen sind die folgenden:

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Tafel III

Charge	Schlacke	Lichtbogenzeit zum Verflüssigen der Schlacke (min)	Vakuum- entgasen (kein Lichtbogen) (min)	Vakuum- Lichtbogen, etwa 150mm Hg/ 250mm Hg (min)	Si-Zusatz	Vakuum entgasen ■ auf 1 mm Hg (min)
D	ja	keine	10	23	ja	9
E	ja	5	5	12 1/2	ja	10
F	ja	5	7	15	ja	12
G	ja	6 1/2	7	29	ja ■■	10

CD ■C-

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Obwohl Schlackenvolumen von weniger als 2% bis zu etwa 5% beschrieben wurden, sei ferner darauf hingewiesen, daß es sich herausgestellt hat, daß Schlackenvolumen von etwa 2 Gew.-% der Schmelze in beinahe· allen Fällen ziemlich ausreichend sind. Eine nominelle Schlackenmischung kann aus etwa 15,4 kg/t gebranntem Kalk, 1,4 kg/t Bauxit, 1,1 kg/t Flußspat und 0,22 kg/t granuliertem Aluminium bestehen. Die Zeit für die Zufügung der Schlacke kann sich beträchtlich ändern. Wenn alles bei Beginn des Vorgangs zugefügt wird, kann eine beträchtliche Lichtbogen-itdauer erforderlich sein und kann die Möglichkeit einer überhitzung der Anlagenbestandteile entstehen. Die Schlacke wird daher vorzugsweise in Stufen zugefügt, so daß die Anwendung des erhitzenden Lichtbogens unter Vakuum in kurzen Stoßen erfolgen und das System sehr sorgfältig gesteuert werden kann. Es kann z.B. vorkommen, daß unter einigen Bedingungen weniger als 2% Schlacke benötigt wird, und wenn der Schmelzer feststellt, daß der Vorgang nach einer Hinzufügung von nur 1% oder ein wenig mehr Schlacke zufriedenstellend abläuft, kann der Rest der Schlacke weggelassen werden.

Es sei auch darauf hingewiesen, daß durch das obige Verfahren hergestellte Erzeugnisse im Hinblick auf die metallographische Prüfung im allgemeinen zufriedenstellende Schlackeneinschlußeigenschaften haben. Tatsächlich vergleichen sich die Erzeugnisse ziemlich günstig mit Stahl, der durch das basische ßauerstoffaufblaskonverter-Verfahren . hergestellt und durch verschiedene chemische Pfannenentschwefelungstechniken entschwefelt wurde.

Obwohl die Erfindung in erster Linie in Anwendung auf Kohlenstoff stähle und niedrig legierte Stähle beschrieben wurde, sei auch hervorgehoben, daß sie ebensogut mit für den Fachmann selbstverständlichen Verfahrensveränderungen bei höheren Legierungen, etwa nichtrostendem Stahl, angewendet werden kann.

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Bei nichtrostendem Stahl kann es erforderlich sein, etwas mehr Schlacke hinzuzusetzen als die oben beschriebenen nominellen 2%. Z.B. kann es für endgültige Kohlenstoffwerte von 0,03 bis 0,015% erforderlich sein, nach der Vakuumbehandlung und dem Desoxydieren etwa 2,5% Kalk hinzuzusetzen. Wenn die benötigte Schwefelreduktion extrem groß ist, kann es hilfreich sein, vor dem Anwenden der■Vakuumentschwefelung einen vorhergehenden Entschwefelungsschritt durchzuführen.

Mit anderen Worten kann der zu behandelnde Stahl offen, halb beruhigt oder ganz beruhigt abgestochen werden. Der zu behandelnde Stahl kann wenig oder keine Schlackenbedeckung, eine normale reduzierende Schlackenbedeckung oder sogar eine oxydierende Schlackenbedeckung auf der Pfanne'haben. Der Stahl kann niedrig gekohlt oder hochlegiert sein.

Der Behandlungsbehälter, für gewöhnlich eine Pfanne, muß eine basische Schlackenlinie haben. Jedoch kann der Rest der Pfanne aus entweder 50 bis 70%igem Tonerde- oder üblichem Silikatpfannenziegel bestehen. Der Stahlhersteller hat daher einen sehr großen Auswahlbereich für die Pfannenausmauerung.

Die Kontrolle des Stichstoffgehalts von gemäß der obigen Beschreibung hergestelltem Stahl sollte ebenfalls beachtet werden.

Stickstoff ist bekanntlich ein starkes Härteelement, wenigstens in ziemlich genau begrenzten Bereichen, die in gewissem Ausmaß von der chemischen Zusammensetzung des Stahls abhängen. Stickstoff kann auch zur Kontrolle der Korngröße beitragen.

Jedoch kann übermäßiger Stickstoff zum Einreißen eines Stahlbarrens während der Walz- oder Schmiedevorgänge beitragen. Man glaubt, daß diese schädliche Wirkung eintritt, wenn sich übermäßiger Stickstoff mit Aluminium verbindet zur Bildung von Aluminiumnitriden, die aus der Lösung ausfallen

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und an oder in den Korngrenzen vorliegen. Wenn ein derartiger Zustand in der Nähe der Außenhaut eines Barrens vorhanden ist, kann dieser bei den Walz-¹, oder Schmiedevorgängen zum Einreißen neigen.

Bei der oben beschriebenen Schmelze, die einen endgültigen Schwefelgehalt von O_rOO3% ergab, sei angegeben, daß der Stickstoffgehalt beim Abstich etwa 40 ppm betrug, was nur etwa die Hälfte des normalen Bereichs von 80-100 ppm ist, der bei üblichem mit doppelter Schlacke erschmolzenen und im Elektroofen vakuumentgasten Stahl angetroffen wird. Während des Abstichs fand eine Aufnahme von etwa 50% aus der Atmosphäre statt, was normal ist. Jedoch am Ende des Zyklus lag der Stickstoffgehalt mit 4O ppm ziemlich unterhalb des erwarteten Bereichs. Derart niedrige Stickstoffgehalte in dieser allgemeinen Art von Stahl werden im wesentlichen sicherstellen, daß das Problem des Einreißens während der nachfolgenden Walz- und Schmiedevorgänge nicht auftritt.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Entschwefeln eines Stahlschmelzbads bis zu 0,006% und weniger, gekennzeichnet durch Herstellen einer heißen, verflüssigten und hochbasischen Schlacke, die in Berührung mit der zu entschwefelnden Stahlschmelze steht, durch Absenken des Sauerstoffpotentials _# in der Stahlschmelze, durch Herstellen einer Badtemperatur, die zum fortschreitenden-Entschwefeln führt, und nach Herstellung der obigen Bedingungen durch Unterwerfen der Stahlschmelze einem heftigen Aufrühren in Vakuum während insgesamt etwa zehn Minuten, während die Stahlschmelze den obigen Bedingungen unterworfen ist, wobei das Aufrühren ausreichend heftig ist, damit die Metalltröpfchen über die Oberfläche der Stahlschmelze nach oben in den Raum geschleudert werden und bei der Rückkehr zur Stahlschmelze durch die Schlacke hindurchtreten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sauerstoffpotential des Stahlschmelzbads durch chemische Behandlung oder eine Kombination aus chemischer und Vakuumbehandlung abgesenkt wird.·

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlackenmenge im Bereich von etwa 2 bis 5 Gew.-% der Stahlschmelze liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlacke dem Stahlbad stufenweise zugefügt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der entschwefelnden Schlacke dem das Metall aufnehmenden Behälter zugefügt wird, bevor der Stahl einem Vakuum ausgesetzt wird.

ORIGINAL INSPECTEO

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6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum, das bei Erreichen des Schwefelgehalts von 0,006% auf die Stahlschmelze ausgeübt wird, in der Größenordnung von etwa 3 mm Hg absolut oder niedriger ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum, das auf die Stahlschmelze bei Erreichen des Schwere lgenalts von O,OO6% ausgeübt wird, in der Größenordnung von etwa 1 nun hg absolut oder niedriger ist.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlschmelze in dem sie aufnehmenden Behälter an der Schlackenlinie einer basischen Ausfütterung ausgesetzt ist, die hinsichtlich Feuerfestigkeit und Basizität einem etwa 50%igen Chromirtagnesitriegel äquivalent ist.

y. Verfahren nach Anspruch δ, daüurch gekennzeichnet, daß die Stahlschmelze in dem sie aufnehmenden Behälter einer feuerfesten Oberfläche ausgesetzt ist, die beginnend von einem Ort unterhalb der Stahlbadoberfläche zum tiefsten Teil des Stahlbads verläuft, wobei die feuerfeste Oberfläche hinsichtlich Feuerfestigkeit und Dasizität einem Ziegel äquivalent ist, der ausgewählt ist aus einer aus 50 bis 70% Al^O₀, Dando-Pfannenziegel und Silikatziegel bestehenden Gruppe.

lü. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlschmelze wenigstens zwei VakuumLehanälunqen unterworfen wird, und daß das Stahlbad vor Beginn der ersten Vakuumbehandlung und wenigstens einmal nach Beginn der ersten Vakuumbehandlung chemisch desoxyciert wird.

11. Verfahren zum Entschwefeln eines Stahlschmelzbads bis zu 0,üü6% und weniger, gekennzeichnet durch Abstechen von Stahlschmelze aus einer Schmelzeinhe.it in einen Abstichbehälter, Lrrichten, sofern nicht bereits errichtet, einer

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basischen Schlacke auf dem im Abstichbehälter befindlichen •Stahl, wobei die basische Schlacke durch Hinzufügen einer kleinen aber wirkungsvollen Menge von gebranntem Kalk, eines Verflüssigungsmittels und eines chemischen Desoxydierungsmittels zum Abstichstrom und/oder zum Abstichbehälter errichtet wird, durch Verflüssigen der Schlacke dadurch, daß das Stahlbau und die Schlacke einer außerhalb der Schmelzeinheit gelegenen Heizquelle ausgesetzt werden, durch Absenken des Sauerstoffgehalts des Stahlbads dadurch, daß der Stahl und di'e Schlacke der gleichzeitigen Wirkung eines Vakuums und eines Spüliaittels ausgesetzt werden, das sich in gasförmiger Form im Stahlbad von einer darin entfernten Stelle aufwärtsbewegt, wobei die Höhe des Vakuums und die Menge des Spülmittels ausreichen, um durch ihre kombinierte Wirkung ein heftiges Aufrühren innerhalb des Stahlbads zu bewirken, wodurch Metalltröpfchen aufwärts in den Raum über der Stahlbadoberfläche geschleudert werden und sich danach durch die vom Stahlbad getragene Schlacke hindurch abwärtsbewegen, durch anschließendes Hinzufügen von zusätzlichen Entschwefelungsstoffen, einschließlich gebranntem Kalk, zum Stahlbad, durch Verflüssigen der neu hinzugefügten Entschwefelungsstoffe dadurch, daß das Stahlbad und die Schlacke einer außerhalb der Schmelzeinheit gelegenen Wärmequelle ausgesetzt werden, durch Hinzufügen von chemischen Desoxydierungsmitteln zum Bad in ausreichender Menge in Verbindung mit der Vakuumdesoxydierungswirkung, um den Sauerstoffgehalt des Stahlbads bis zu einem zur Entschwefelung führenden Punkt abzusenken, und durch Unterwerfen der Stahlschmelze, während sie den genannten Systembedingungen ausgesetzt ist, einem heftigen Aufrühren im Vakuum während einer Zeitdauer, in Verbindung mit der vorhergehenden Vakuumausübung, von insgesamt wenigstens etwa zehn Minuten, wobei das Aufrühren ausreichend heftig ist, damit die Metalltröpfchen dem Vakuum über der Schlacke ausgesetzt werden und sich bei der Rückkehr zum Stahlbad durch die Schlacke hindurchbewegen, wodurch der Schwefel-

gehalt auf etwa 0,006% oder weniger abgesenkt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Stahlbad und der Schlacke für die Kontrolle der Schlackenverflüssigung und der Nachschmelzeinheittemperatur zugeführte Wärme von einem Wechselstromheizlichtbogen abgeleitet wird, der unmittelbar"zwischen nicht verbrauchbaren Elektroden und der heftig aufgerührten Oberfläche der unter Vakuum stehenden Schmelze auftrifft.

13. Verfahren zum Herstellen einer Stahllegierung mit einem maximalen Schwefelgehalt von 0,003%, gekennzeichnet durch Bilden eines Bads in einem Vakuumbehandlungsbehälter mit einer darauf befindlichen gut verflüssigten hochbasischen Schlacke, wobei das Gewicht der Schlacke etwa 2 Gew.-% des Bads beträgt und wobei die Schlacke ferner einen hohen FeO-Gehalt hat und bis zu einem Niveau desoxydiert wird, das zu einer weiteren Entschwefelung führt, durch Unterwerfen des Bads einer anfänglichen Vakuumentgasungsbehandlung, bei der die Metallschmelze und die Schlacke einer Behandlung mit Spülgas bei einem niedrigen absoluten Druck unterworfen wird, um im Behandlungsbehälter ein heftiges Aufrühren und inniges Mischen der Schlacke mit dem Metall zu erzeugen, durch anschließendes Unterwerfen des Bads der kombinierten gleichzeitigen Anwendung eines unter dem Atmosphärendruck liegenden Drucks, durch eine Behandlung des Bads mit Spülgas und einem Wechselstromheizlichtbogen zum Erhöhen der Temperatur des Bads, und durch anschliessendes Unterwerfen des Bads einer abschließenden Vakuumentgasungsbehandlung, bestehend aus einer Behandlung mit Spülgas bei einem niedrigen absoluten Druck zum Erzeugen eines heftigen Aufrührens im Behandlungsbehälter und einer innigen Mischung der Schlacke mit dem Metall.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwefelgehalt im Bad unmittelbar vor dem Unterwerfen

des ersten Vakuums der Entgasungsbehandlung ungefähr 0,01% beträgt.

15. Verfahren zum Absenken des Stickstoffgehalts von Stahl, gekennzeichnet durch Bilden eines Bads in einem Vakuumbehandlungsbehälter mit einer darauf befindlichen gut verflüssigten hochbasischen Schlacke, wobei das Gewicht der Schlacke etwa 2 Gew.-% des Bads beträgt und wobei die Schlacke ferner einen hohen FeO-Gehalt hat und bis zu einem Niveau desoxydiert wird, das zu einer weiteren Entschwefelung führt, durch Unterwerfen des Bads einer anfänglichen Vakuumentgasungsbehandlung, bei der die Metallschmelze und die Schlacke einer Behandlung mit Spülgas bei einem niedrigen absoluten Druck unterworfen wird, um im Behandlungsbehälter ein heftiges Aufrühren und inniges Mischen der Schlacke mit dem Metall zu erzeugen, durch anschließendes Unterwerfen des Bads der kombinierten gleichzeitigen Anwendung eines unter dem Atmosphärendruck liegenden Drucks, durch eine Behandlung mit Spülgas und eines Wechselstromheizlichtbogens zum Erhöhen der Temperatur des Bads, und durch anschließendes Unterwerfen des Bads einer abschliessenden Vakuumentgasungsbehandlung, bestehend aus einer Behandlung mit Spülgas bei einem niedrigen absoluten Druck zum Erzeugen eines heftigen Aufrührens im Behandlungsbehälter und einer innigen Mischung der Schlacka mit dem Metall.

16. Stahl, gekennzeichnet durch seine Herstellung durch irgenaeines der vorhergehenden Verfahren.

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