DE2656725A1 - Verfahren zum kontinuierlichen erschmelzen von ferrochrom - Google Patents
Verfahren zum kontinuierlichen erschmelzen von ferrochromInfo
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Description
2 U b b V 2
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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- ti -
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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- fir -
Ir
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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- € 3
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 (4)
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,
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,
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.
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