DE2656725A1

DE2656725A1 - Verfahren zum kontinuierlichen erschmelzen von ferrochrom

Info

Publication number: DE2656725A1
Application number: DE19762656725
Authority: DE
Inventors: Gero Dipl Ing Rath
Original assignee: Demag AG
Current assignee: Mannesmann Demag AG
Priority date: 1976-12-15
Filing date: 1976-12-15
Publication date: 1978-06-22
Also published as: TR19880A; IN148346B; SE7714095L; US4235623A; ZA777447B; AU3134577A; BR7708326A; GR66182B; AT372112B; FI773689A; RO75075A; JPS5376115A; AU513289B2; FI66909B; ATA895277A; DE2656725C2

Description

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DEMAG Aktiengesellschaft 15. Sept. 1976

Wolfgang-Reuter-Platz Bl/il

41 Duisburg Dem 464

Verfahren zum kontinuierlichen Erschmelzen von Ferrochrom

Neue Verfahren in der Stahlindustrie, speziell in der Erschmelzung von Stainless Steel, nehmen wesentlichen Einfluß auf die erforderliche chemische Zusammensetzung und damit auf die Schmelztechnologie des Ferrochroms. Angestrebt werden für die Erschmelzung von Stainless Steel niedrigste Kohlenstoffgehalte, möglichst unter 0,03 %, weil der Endkohlenstoff im Stahl wesentlichen Einfluß auf die Gebrauchseigenschaften von Stainless Steel, wie Koerzitivkraft, Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit etc. nimmt.

So lange die Erschmelzung von Stainless Steel noch ausschließlich im Elektrolichtbogenofen und im Induktionsofen durchgeführt wurde, wurde als Legörungselement auf der Chromseite fast ausschließlich niedriggekohltes Ferrochrom (affine oder suraffine) zugesetzt. Dieses niedrigst gekohlte Ferrochrom ist jedoch in seiner Herstellung sehr kostenaufwendig und muß in einem Mehrstufenprozeß erschmolzen werden.

Der Einsatz von Sauerstoffaufblaskonvertern und bodenblasenden Konvertern für die Stainless Steel-Erzeugung brachte eine bedeutende Änderung in der Legierungsmetallurgie mit sich, weil relativ hochgekohltes Ferrochrom auch für niedrigst

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gekohlte Stähle nun eingesetzt werden kann, Unter relativ hochgekohltem Ferrochrom sind Kohlenstoffgehalte von 4 bis 6,5 % zu verstehen.

Bei der Erschmelzung von Ferrochrom im Elektroreduktionsofen fallen je nach Reduzierbarkeit des Chrommöllers und der Temperaturführung im Regelfalle Kohlenstoffgehalte von 6,5 bis 8 % an. Dies beruht auf der hohen Kohlenstofflöslichkeit des Ferrochroms sowie auf dem Reduktionsmechanismus des Chromoxyds in der weitgehend noch festen Phase während des Absinkens des Möllers im Ofen.

Dieses hochgekohlte Ferrochrom erfordert bei der Weiterverarbeitung in der Stahlindustrie verlängerte Blaszeiten des Konverters, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Gesamtprozesses, speziell aber die Haltbarkeit der Ausmauerung, stark beeinträchtigt wird. Es wird daher angestrebt, Ferrochrom mit Kohlenstoffgehalten von 4 bis 6,5 % im Elektroreduktionsofen zu erschmelzen. Dies stellt aber spezielle Anforderungen an die eingesetzten Rohmaterialien und an die Schmelztechnik.

So sind als Rohmaterial stückige, vorzugsweise grobkristalline Erze erforderlich.-Wesentlich ist, daß die Erze möglichst lange chemisch gegenüber dem Reduktionskohlenstoff beständig sind und erst in der heißen Ubergangszone von Möllerung und Schlacke weitgehend reagieren. Durch die Verlegung des Reduktionsablaufes in diese heißen Zonen erfolgt die Reduktion sehr schnell und die Bildung von hochkohlenstoffhaltigen Chromkarbiden, die auch eine Funktion der Reaktionszeit ist, unterbleibt zum Teil. Auf diese Weise geht noch ein größerer Teil des Erzes als freies Chromoxyd in Lösung. Dieses freie Chromoxyd kann wieder hochkohlenstoffhaltige Chromkarbide, die sich mit großer Wahrscheinlichkeit auch noch bilden, teilweise oxydieren. Dafür sind jedoch höhere Temperaturen erforderlich als bei der Herstellung von hochgekohltem Ferrochrom mit 6,5 bis 8 % C. Diese hohen Temperaturen werden

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benötigt, um die Beständigkeit der hochkohlenstoffhaltigen Chromkarbide zu vermindern und um so eine Oxydation des Kohlenstoffes zu ermöglichen. Die erhöhten Schmelztemperaturen werden durch Anheben der Liquidustemperatür der Schlacke erreicht. Dies erfolgt fast ausschließlich über die Steuerung des MgO/Al-O.-Verhältnisses, wobei steigende MgO-Gehalte den Schlackenschmelzpunkt erhöhen. Dieses MgO/Al^Oo-Verhältnis sowie ein für die entsprechende Viskosität der Schlacke erforderlicher SiO₂-Gehalt der Schlacke können durch entsprechende Möllerung eingestellt werden.

Stückige und möglichst grobkristalline Erze kommen nur sehr begrenzt vor. Der weitaus größte Teil der Erzlagerstätten besteht weitgehendst aus Feinerzen oder sehr leicht zerreibllchen Stückerzen.

Diese Feinerze und die zerreiblichen Stückerze eignen sich in der bisher betriebenen Verfahrensweise nicht, um Ferrochrom mit Kohlenstoffgehalten von 4 bis 6,5 % zu erschmelzen. Durch ihre im Vergleich zum Volumen große Oberfläche und ihre Porosität sind sie relativ leicht reduzierbar. Die Reduktion läuft weitgehend noch innerhalb der festen Möllerung ab. Im eigentlichen Schmelzraum liegen dann stabile, hochkohlenstoffhaltige Karbide vor, und es fehlt auch der freie Chromoxydgehalt in der Schlacke, um die Karbide teilweise zu oxydieren.

Bei Feinerzen kommen noch die Schwierigkeiten hinzu, die generell hinsichtlich ihrer Verhüttung im Elektroreduktionsofen bestehen, weil sie eine gute Durchgasbarkeit der Möllerung verhindern und dadurch erhebliche Störungen im Ofenbetrieb verursachen können. Ihr Einsatz beschränkt sich bisher nur auf sehr kleine Ofeneinheiten, die aber im Regelfalle unwirtschaftlich arbeiten. Große Anstrengungen werden daher unternommen, den Feinanteil stückig zu machen und dann in großen, wirtschaftlich konkurrenzfähigen Ofeneinheiten zu

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verhütten. Die großtechnisch zur Zeit im Betrieb befindlichen Methoden für das Stückigmachen von feinem Chromerz sind Pelletisieren, Brikettieren und Sintern.

Bei allen diesen Möglichkeiten kann und wird auch teilweise Reduktionsmittel miteingebunden, um ein ganz oder teilweise selbstgängiges stückiges Einsatzmaterial für den Elektroreduktionsofen zu gewinnen. Ebenso können diese Vorprodukte heiß in den Elektroreduktionsofen eingebracht werden. Wird ein bereits mit Kohlenstoff versetztes Vorprodukt, Pellet, Brikett oder Sinteraufgabe, vorgewärmt, so setzt in einem bestimmten Temperaturbereich bereits die Vorreduktion des Chromerzes ein. Diese wird im Regelfall gezielt angesteuert.

Die drei Vorprodukte - ob als Kalt- oder Heißeinsatz haben eine hohe Reaktionsfähigkeit mit Kohlenstoff im Vergleich zum Stückerz. Das bedeutet für den Schmelzprozeß im Elektroreduktionsofen, daß das auf diese Weise stückig gemachte Feinerz auch wieder bereits in den oberen Ofenzonen reagiert, so daß aus den vorher genannten Gründen die Erschmelzung von FeCr mit nur 4 bis 6,5 % Kohlenstoff praktisch nicht möglich ist.

Wird bereits vorreduziertes Material eingesetzt, so gelangen hochkohlenstoffhaltige Chrornkarbide (CrFe)₇C₃ in den Elektroreduktionsofen, die den Effekt der Stabilisierung der Chromkarbide noch verstärken.

Der Vorteil des Stückigmachens des feinen Chromerzes besteht darin, daß man den Feinanteil großtechnisch verhütten kann. Es darf aber nicht übersehen werden, daß dieses Stückigmachen von feinem Chromerz erhebliche Kosten verursacht und dennoch nur erlaubt, einen bestimmten Typ von Ferrochromlegierungen zu erschmelzen, nämlich mit 6,5 bis 8 % C.

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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum kontinuierlichen Erschmelzen von Ferrochrom mit weniger als 6,5% Kohlenstoffgehalt im Elektroreduktionsofen zu schaffen, welches ohne stückiges, schwer reduzierbares Chromerz sowie ohne Nachbehandlung außerhalb des Elektroreduktionsofens auskommt. Die3e Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man getrennt von der normalen, kontinuierlich der Schmelze zugeftihrten, aus Stückerz oder stückig gemachtem Erz bestehender Möllerung einen Teil der Möllerung als ganz oder teilweise unreduziertes oxidreiches Chromerz unmittelbar in das Schlackenbad einbringt.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet nach dem folgenden Prinzip:

Der Ofen wird mit einer Möllerung beschickt, die durch die leichte Reduzierbarkeit der eingesetzten Chromerze an sich nur die Erschmelzung von hochgekohltem Ferrochrom (6,5 bis 8 % C) erlauben würde. Gleichzeitig wird aber ein Teil der MBllerung, vorwiegend feines oder stückig-klassiertes Chromerz, direkt in das Schlackenbad gegeben. Dadurch wird das Sauerstoffpotential im Schlackenbad durch freie Chromoxyde erhöht. Die Einführung des feinen und/oder stückig-klassierten Chromerzes erfolgt zweckmäßigerweise durch Hohlelektroden. Hierdurch gelangt der Möller schnell in die heißen Temperaturzonen und wird unmittelbar auf Reaktionstemperatur gebracht. Auch wird das auf Reaktionstemperatur befindliche Chromoxyd durch die starke Thermik unter den Elektroden schnell zu den

entsprechenden Reaktionspartnern transportiert. Diese Reaktionspartner sind die hochkohlenstoffhaltigen Chromkarbide, die sich im "NonnaliRöller", d.h. in dem die Elektroden umgebenden Be reich auf die mit Schlacke bedeckte Schmelzbadoberfläche aufgegebenen Möller, während des Absinkens gebildet haben.

Die Einstellung der durch die Hohlelektroden direkt dem Schlackenbad zugegebenen Mischung richtet sich nach dem Koh- lens to ff gehalt der^^qc^kphlenstoffhaltigen Chromoxyde, die

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sich im "Normalmöller" bilden, sowie dem gewünschten Endkohlenstoffgehalt im Ferrochrom. Bei einem entsprechenden Überschuß von Chromoxyden in dem direkt dem Bad zugeführten Möller ist es auch möglich, noch in der sich unter der Schlackenschicht sammelnden Metallschmelze eine teilweise Oxydation des Kohlenstoffs zu erreichen. Dies kann beim Auftreten von bereits sehr stabilen Chromkarbiden erforderlich sein, wie sie z.B. beim Chargieren des Elektroreduktionsofens mit vorreduziertem Material vorliegen, aber auch sonst, wenn der "Normalmöller" eine besonders gute Reduzierbarkeit hat.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß Feinerz direkt in den Ofen eingesetzt werden kann. Man wird, wenn die Metallurgie es erlaubt, den naturgemäß anfallenden Feinanteil der Chromerze verwenden. Es wird aber häufig erforderlich sein, auch weiterhin Feinerze stückig zu machen, jedoch handelt es sich dann um geringere Mengen als bisher. Selbst wenn man auf eine teilweise Entkohlung des Ferrochroms keinen Wert legt, kann man durch die Hohlelektrode Feinanteile zuführen. Man wählt dann eine Mischung, die keine direkte entkohlende Wirkung hat. Hierzu eignen sich Feinanteile, die beim Brikettieren entstehen (10 bis 30 %) oder die im Drehrohrofen oder im Schachtofen, die als Vorwärm- bzw. Vorreduktionsanlagen dienen können, abgesiebt und ebenfalls durch die Hohlelektrode eingesetzt werden, was wiederum eine Verbesserung des Ofenganges und damit der spezifischen Verbrauchswerte mit sich bringt.

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Claims

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1. Verfahren zum kontinuierlichen Erschmelzen von Ferro-Chrom mit weniger als 6,5 % Kohlenstoffgehalt im Elektroreduktionsofen,

dadurch gekennzeichnet,

daß man getrennt von der normalen, kontinuierlich der Schmelze zugeführten, aus Stückerz oder stückig gemachtem Erz bestehenden Möllerung einen Teil der Möllerung als ganz oder teilweise unreduziertes oxidreiches Chrom-Erz unmittelbar in das Schlackenbad einbringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß man das oxidreiche Chromerz getrennt von der Normalmöllerung durch eine hohle Elektrode dem Schlackenbad zuführt.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,

daß man feines oxidreiches Chromerz durch die hohle Elektrode zuführt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet,

daß man die Temperaturführung in der Schmelze so ein-

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stellt, daß der thermische Transport des oxydreichen Chromerzes zu den Reaktionspartern gewährleistet ist, d.h. gleich oder vorzugsweise höher als bei der Erschmelzung von Ferro-Chrom mit 6,5 - 8 % C.