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Reduktionsmittel für die Stahlherstellung
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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 und dgl. und der Entschwefelung
des geschmolzenen Stahls, so daß die Stahlqualität verbessert und der Wirkungsgrad
der Stahlerzeugung erhöht wird.
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In 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 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.
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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.
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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.
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Wenn weiterhin metallisches Aluminium, das eine höhere Reduzierbarkeit
aufweist als Silizium, in nicht überzogenem Zustand zugegeben 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.
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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 Stahls während der lleduktionsperiode zu steigern.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Reduktionsmittel 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 kleiner 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.
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Der Formkörper aus dem Reduktionsmaterial kann durch Formpressen zylindrisch
gestaltet sein.
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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.
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Durch die Zugabe des Reduktionsmittels nach der Erfindung wird das
durch den Kalk oder Kalkstein 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 Al203 im Verhältnis von 50
: 50 enthält, einen Schmelzpunkt von etwa 1.390 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, eine Reduktionsmaterial vorzusehen, welches den Schmelzpunkt der
Schlacke in einem Bereich von 1.500°C oder niedriger hält, wenn Aluminium im 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 Stahls.
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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. 5000C bis etwa 1. 7000C 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 hochfließfähig ist, wenn die Temperatur des geschmolzenen
Stahls bei etwa 1.7000C liegt. Während die Bestandteile der Schlacke, welche bei
dem bisher zur Anwendung gekommenen Silikonreduktionsverfahren hergestellt worden
ist, in Anteilen wie SiO2 38 - 45 %, Al203 3 - 8 °/0 und CaO 50 - 55 % vorlagen,
sind die Anteile der Schlackenbestandteile bei Verwendung des Reduktionsmaterials
gemäß der Erfindung bedeutend größer, und zwar SiO2 10 - 35 %, Al203 20 - 50 % und
CaO 32 - 50 %. In dem bisher zur Anwendung gekommenen Silikonreduktionsverfahren
änderte sich die Ofenbedingung empfindlich in Abhängigkeit von einer Änderung der
Schlackenzusaminens etzung. Man benötigte daher bei der 5 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 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 oder Kalk stein, 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 %, fürSiliziuntlioxid 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
Zusammenset zungsbereiche ist nicht ratsam, da ein Aluminiumgehalt von weniger als
20 t7O, d. h.
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der unteren Grenze des Bereiches, keine ausreichende Reduktionsreaktion
bewirkt und ein Alulnilliulllgelult von mehr als 50 <Y0, d. 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 % erechwert die Aufrechterhaltung der Schlackenbasizität auf eiiier geeigneten
Höhe und ein Gehalt von mehr als 80 % erhöht die Schiackenbasizität zu stark, unl
die Fließfähigkeit der Schlacke aufrecltzuerhallen, wodurch die Entschwefelung abnirnrnt.
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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 Korngrößenbereichs 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.
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Der Kalk oder Kalkstein hat eine Partikelgröße von 1,65 mm (10 mesh
nach Tyler) oder kleiner. Diese Stoffe werden gleichförmig miteinander vermischt
und durch Formpressen bei einem Druck von 150-200 kp/cm2 in eine zylindrische Form
geeigneter Größe gebracht. Die Zylinder haben hierbei etwa einen Durchmesser von
40-60 mm und eine axiale Längsausdehnung von 20-30mm. Die Gestalt und die Größe,
zu denen das Reduktionsmaterial geformt wird, kann in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen
und den sonstigen Anforderungen geändert werden.
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Im folgenden soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im einzelnen
beschrieben werden. Das Reduktionsmaterial gemäß der Erfindung wird hierbei beim
Frischen eines rostfreien Stahles nach JIS-SUS 304 (AISI 304, BS304S15, DlNX5CrNil8,
NF Z5CN 18) 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 Zuhilfenahme eines Druckes von 150
kp/cm² 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 - 30Chrom - Legierung) mit einer Zugaberate von 9 kg/t (geschmolzener
Stahl) in 60 Chargen verwendet, wobei die übrigen Bedingungen unverändert geblieben
sind.
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Die Durc hschnittsergebri issc der durchgeführten vergleichenden Versuche
sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben: Reduktionsmaterial Herkömmliches Ofenanalyse
nach der Erfindung Reduktionsmaterial S-Gehalt des Stahl (%) 0.006 - 0. 007 0.008
- 0.009 Abstichsausbeute (%) 97,4 96,5 Cr-Rückgewinnung (%) 96,0 94, 5 Herstellungskapazität
(T/H) 18, 5 17,3 Schlackenzusammensetzung " Cr2O3 (%) 4 86 15 0 FeO (%) 0,72 3,28
" CaO (%) 37,1 29,3 MgO (%) 10,4 12,8 SiO2 (%) 20,8 28,0 Al203 (%) 11,2 2,80 Basizität
(CaO+MgO)(%) 2,28 1,50 SiO2 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 Höhc gehalten werden, um die Entschwefelungswirkung ..u uiiterstützen
bzw. zu erh(ihen, wie das auch aus der Tabelle zu erschen ist.