DE2704290A1

DE2704290A1 - Verfahren zur herstellung von stahl-halbzeug

Info

Publication number: DE2704290A1
Application number: DE19772704290
Authority: DE
Inventors: Andre Gueussier
Original assignee: Cefilac SA
Current assignee: Cefilac SA
Priority date: 1976-02-03
Filing date: 1977-02-02
Publication date: 1977-08-04
Also published as: BR7700639A; GB1577020A; SE7701215L; US4089681A; ZA77584B; JPS5295512A; IT1078012B; MX143510A; FR2366364A1; ES455576A1; FR2366364B1; CA1103932A

Description

betreffend
Verfahren zur Herstellung von Stahl-Halbzeug

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem Werkstücke wie Stangen, Profile, Bänder und nahtlose Rohre aus gewöhnlichem oder legiertem Stahl direkt aus einem Eisenerz hergestellt werden, ohne den Zustand der Schmelze zu durchlaufen. Dieses Verfahren besteht darin, daß man ein vorreduziertes Erzkonzentrat mit einem Gehalt an nicht reduzierbaren Oxiden <1 Ji herstellt, dieses Konzentrat mit einem Gleit- oder Schmiermittel, einem Bindemittel und einem kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel homogen misctti die Mischung zu einem Block preßt und diesen in einem neutralen oder reduzierenden Gasstrom bei Temperaturen von 1100 bis 135O⁰C vollständig reduziert, wodurch man einen porösen Block erhält, und schließ· lieh den heißen Block durch Pressen, Walzen oder Schmieden umformt·

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Die Erfindung ermöglicht die Herstellung von Erzeugnissen mit genauer Zusammensetzung auf vereinfachten Anlagen mittlerer Leistung.

Die Stahlerzeugung erfolgt im allgemeinen im Hochofen mit anschließendem Konverter, wobei das Ausgangsmaterial meistens angereichertes Eisenerz ist und wozu große Anlagen erforderlich sind und im Lichtbogenofen, bei dem allgemein Schrott eingesetzt wird und der hauptsächlich zur Erzeugung von Spezialstählen dient und weniger große bzw. umfangreiche Anlagen erforderlich macht.Auf beiden Wegen, hauptsächlich aber auf dem zweiten wird seit einigen Jahren vorreduziertes Erz verwendet, bei dem die Reduktion der Oxide allgemein zu einem Metallgehalt von 75 bis 95 % geführt hat.

Bei beiden Wegen der Stahlerzeugung wird eine Schmelze abgegossen, entweder zu Blöcken oder Barren, die dann durch Warmwalzen umgeformt werden oder mittels Strangguß direkt zu Halbzeug.

Neben diesen beiden Wegen hat man Stahl auch bereits ohne Durchlaufen des Zustands der Schmelze hergestellt, wobei vor allem von Metallpulvern oder Schrott ausgegangen wurde.

Die Bisen- oder Stahlpulver, hergestellt duroh Versprühen eines flüssigen Strahls oder durch Reduktion von sehr reinen Erzen, werden allgemein geglüht,in Wasserstoffatmosphäre reduziert und anschließend gesintert und durch Schmieden der Stangen oder Werkstücke umgeformt. D^ese Arbeitsweise läßt sich auf zahlreiche Metalle und Legierungen anwenden und wird allgemein bei hochschmelzenden Metallen wie Beryllium, Molybdän oder Wolfram oder bestimmten Metallcarbiden angewandt.

Schrott kann auch für die Herstellung von Stahl ohne Durchlaufen der Schmelze verwendet werden. Hierbei wird Schrott, z.B. Späne, Blechabfälle u.a.m., zunächst von Staub, Anstrichen, Oxiden und anderen Verunreinigungen befreit, dann

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zu Blöcken gepreßt und nach nicht-oxidierendem Erhitzen mittels Schmieden, Walzen, Ziehen oder Strangpressen umgeformt. Diese Arbeitsweise kann erleichtert werden, indem man den kompaktierten Schrott mit einer dichten, geschweißten Stahlhülle umgibt· Diese Arbeitsweise hängt eng zusammen mit der Wiederverwertung von Altmaterial und die erhaltenen Produkte besitzen praktisch die mittlere Zusammensetzung der Ausgangsstoffe, die ihrerseits mit sehr viel Sorgfalt ausgewählt und vorbehandelt werden müssen.

Keine dieser Arbeitsweisen zur direkten Herstellung von Stahl in festem Zustand ermöglicht zur Herstellung von Stahl mit vorgegebener Analyse die unmittelbare Verwendung des Erzes. Das Eisenerz blieb bisher der Stahlerzeugung auf flüssigem Wege vorbehalten, weil es selbst nach Aufbereitung üblicherweise einergewisse Menge nicht-reduzierbare Oxide enthält, die aus der Gangart stammen und zu Einschlüssen führen. Ein aufbereitetes oder hochkonzentriertes Erz enthält häufig 5 bis 10 % nicht-reduzierbare Oxide; es gibt selten Erze, bei denen dieser Anteil unter 2 % liegt.

Ziel der Erfindung 1st die unmittelbare Erzeugung von Halbzeug aus gewöhnlichem oder legiertem Stahl mit vorgegebener Analyse, ohne Durchlaufen des ZustandeS^erSchmelze, wobei von aufbereitetem Erz ausgegangen wird. Es wird ein Erz bevorzugt, dessen Gehalt an nicht-reduzierbaren Oxiden maximal 10 96 und dessen Phosphorgehalt 0,05 % beträgt. Durch Ausschalten des Stadiums der Schmelze werden zahlreiche Arbeitsgänge wie Schmelzen, Gießen, Walzen von Blöcken oder Putzen usw. überflüssig, so daß Kosten für Investition, Energie und Betrieb eingespart und die Leistung verbessert werden. Außerdem führt das erfindungsgemäße Verfahren zu Qualitätserzeugnissen mit genauer Analyse und einer ausgezeichneten Homogenität der Eigenschaften sowohl in Längs- und in Querrichtung wie auch zwischen Oberfläche und Kern oder über die gesamte Länge des Erzeugnisses hinweg.

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Schließlich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren Hütten mittlerer Leistung (einige 10 000 bis einige 100 000 jato), die leicht automatisiert werden können und die Herstellung von Qualitätserzeugnissen zu Wettbewerbspreisen ermöglichen und die sowohl in der Nähe der Stahlverbraucher als auch in der Nähe der Erzförderung errichtet werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von z.B. Stangen, Rohren, Profilen, Bändern usw. ausgehend von einem angereicherten Eisenerz unter Verzicht auf die Schmelzphase umfaßt folgende Arbeitsschritte:

a) Es wird ein pulverförmiges vorreduziertes Eisenerz-Konzentrat hergestellt, dessen Gehalt an nicht-reduzierbaren Oxiden -c 1 Ji Ist;

b) dieses Konzentrat wird mit einem Schmiermittel für das Entformen, einem pulverförmigen oder flüssigen kohlenstoffhaltigen Reduktionsmittel und gegebenenfalls einem Bindemittel homogen vermischt;

c) das Gemisch wird kalt oder mäßig warm zu einem Block oder Hohlblock verpreßt (kompaktiert);

d) der Preßblock wird in einem neutralen oder reduzierenden Gasstrom auf eine Temperatur zwischen 1100 und 135O°C gebracht und dadurch vollständig zu einem porösen Block aus nicht-oxidiertem Stahl reduziert.

e) Der heiße Block wird mittels Strangpressen, Walzen oder Schmieden zu dem gewünschten Erzeugnis umgeformt.

Gemäß einem Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das vorreduzierte Eisenerz-Konzentrat mit <■ 1 96 nicht-reduzierbare Oxide dadurch hergestellt, daß man ein aufbereitetes Eisenerz üblicher Art auf eine Korngröße unterhalb der Teilchengröße,

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bei der sich Erz und Gangart trennen, mahlt; das Erzpulver oder -granulat vorreduziert, das vorreduzierte Erz auf eine Korngröße kleiner oder gleich derjenigen des nicht reduzierten Erzes mahlt und mittels Magnetscheidung schwacher Intensität anreichert.

Die Vorreduktion wird in üblicher Weise entweder mit Kohlenstoff oder mit Gas vorgenommen, d.h. es erfolgt entweder eine Vorreduktion des agglomerierten Erzes in einem Schachtofen mit einem reduzierenden Gasgemisch CO + H₂ (erhalten duroh Reformieren von Erdgas oder Heizöl) bei 700 bis 850⁰C oder des Erzpulvers in der Wirbelschicht mit einem reduzierenden Gasgemisch CO + H₂ bei 500 bis 800⁰C oder mit Kohle (Anthrazit oder Braunkohle) im brikettierten Erz in einem Drehrohrofen bei 1000 bis 1100⁰C.

Diese Vorreduktion ist unvollständig, da Je nach Erzsorte nur 75 bis 95 % zum Metall reduziert werden. Die Vorreduktion modifiziert nicht das Korn bzw. die Teilchen der Eisenoxide, die vollständig oder teilweise in Eisen umgewandelt sind. Durch Mahlen nach der Vorreduktion gelangt man wieder auf die ursprüngliche Korngrößenverteilung. Eine weitere Anreicherung des Erzes kann beispielsweise durch Magnetscheidung schwacher Intensität vorgenommen werden.

Dies geschieht trocken, wenn die Teilchen 2a». 50 /um sind bzw· naß, wenn ein beträchtlicher Teil feiner ist. Im letzteren Falle muß das Konzentrat 2 bis 3 mal behandelt werden.

Das auf diese Weise vorreduzierte Erzpulver enthält 3 bis 25 % FeO und einen sehr geringen Anteil an eingeschlossenen Oxiden, nämlich stets <■ 1 % und in bestimmten Fällen sogar <0,5 %. Wird eine bessere mikroskopische Reinheit angestrebt, so läßt sich die Abtrennung der eingeschlossenen Oxide dadurch verbessern, daß man sie durch Zusatz von Ätznatron oder Natriumcarbonat zum gemahlenen Erzkonzentrat vor der

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Vorreduktion in wasserlösliche Natriumverbindungen überführt und zwar 5- bis 10-faches Oxidgewicht, dann mit heißem Wasser, gegebenenfalls mit Zusatz von Chlorwasserstoffgas bei einem pH-Wert von 3 bis 5 wäscht vor der Magnetscheidung mit geringer Intensität.

Bei der Wahl des Erzes und des Reduktionsmittels muß besonders auf den Gehalt an bestimmten Verunreinigungen oder Begleitstoffen, insbesondere Schwefel und Phosphor geachtet werden, da deren Anteil im Stahl nicht über der Norm liegen soll.

Der Schwefel kann aus dem Erz oder aus dem Reduktionsmittel stammen; sein Anteil durch Reduktion mit Wasserstoff infolge

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HpS-Bildung verringert oder durch Reduktion mit Kohlenstoff im Drehrohrofen, in dem die Charge mit Kalk und Magnesia versetzt wird.

Was den Phosphor anlangt, so gestatten bestimmte Arbeitsweisen der Konzentration seinen Gehalt zu verringern, beispielsweise Auslaugen mit Natronlauge und selektives Ausflocken der Phosphate, wobei das Flockungsmittel rohes oder raffiniertes Erdöl sein kann.

Wurde die Magnetscheidung geringer Intensität in Gegenwart einer Flüssigkeit vorgenommen, so wird das vorreduzierte und von den Oxiden der Gangart befreite Erzkonzentratpulver eingedickt, filtriert und getrocknet. Dem vorreduzierten Konzentratpulver wird ein Gleit- oder Schmiermittel,vorzugsweise ein organisches Stearat oder ein chloriertes Paraffin zugesetzt, das das Pressen und vor allem das Ausformen erleichtert. Gegebenenfalls wird dem Gemisch ein übliches Bindemittel zugesetzt, das die Teilchen durch eintretende Polymerisation verklebt und das ausgebrannt wird,wenn beim Sintern durch Diffusion zwischen dem Korn der Zusammenhalt verstärkt. Infrage kommen alle üblichen Bindemittel wie Latices, Paraffine, Collodium.

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Vorteilhafterweise wird eine Lösung von Polymethylmethacrylat in Methylchlorid eingesetzt; sie zersetzt sich zwischen 100 land 450⁰C. Dieses Cracken erfordert ein ziemlich langsames Aufheizen, daß die diffundierenden Gase mit ihrem Entstehen von Spülgas mitgenommen werden können.

Für die Herstellung eines legierten Stahls werden dem obigen Gemisch Elemente, Verbindungen wie Oxide,oder Eisenlegierungen gleicher oder größerer Feinheit als das Erz zugesetzt. Die empfohlenen Legierungszusätze sind vor allem die weniger leicht als Eisen oxidierbaren Metalle, vor allem Kupfer, Nickel, Molybdän, Wolfram (bis 3 %), Blei (bis 2 %).

Man kann auch bis zu 1 % Mangan, Chrom sowie Metalloide (Schwefel, Selen, Tellur usw.) zusetzen. Alle diese Zusätze haben eine Ausbeute nahe 1.

Gemäß einer ersten Variante wird dem Gemisch ein kohlenstoffhaltiges Reduktionsmittel, fest oder flüssig, vernünftigerweise rein und mit wenig Aschegehalt, zugesetzt wie Kohlenstoff pulver in Form von z.B. Graphit, Holzkohle, Ruß oder Teer oder ein Kohlenwasserstoff wie leichtes, extra leichtes oder schweres Heizöl, gegebenenfalls vorerwärmt auf 120⁰C, wobei dieser Kohlenwasserstoff vorzugsweise frei von Schwefel ist. Schließlich kann ein kohlenstoffreicher Stoff wie feines Gußoder Roheisenpulver zugegeben werden.

Das kohlenstoffhaltige Reduktionsmittel wird dem Gemisch in der stöchiometrisch benötigten Menge für die vollständige Reduktion der reduzierbaren Oxide vermehrt um die Menge für den angestrebten Kohlenstoffgehalt des Stahles unter Berücksichtigung des bereits im Erz vorhandenen sowie des aus dem Bindemittel und Schmiermittel stammenden Kohlenstoffs zugesetzt.

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Das durch Kneten der Komponenten erhaltene homogene Gemisch wird in Matrize einer hydraulischen Presse gefüllt und zu einem Voll- oder Hohlblock gepreßt. Alle Verfahren der Pulvermetallurgie können angewandt werden: Pressen mit einfacher oder doppelter Wirkung, Strangpressen kalt oder mäßig warm, isostatisches Pressen durch Impulsion oder Stoß.

Der Preßblock wird auf 1100 bis 135O⁰C erhitzt, um in einem die Fertigreduktion des Erzes, das Sintern des Blocks und das Erhitzen dieses Blocks auf Umformungstemperatur zu erreichen.

Dies geschieht unter Luftausschluß und die im Verlauf der reversiblen Reduktionsreaktionen gebildeten Gase werden ständig abgezogen. Hierzu wird der Ofen unter Überdruck gehalten und ständig mit einem Inertgas, beispielsweise Stickstoff, gespült. Die Stickstoffmenge wird so berechnet, daß die Abgase mindestens 50 % Stickstoff enthalten. Um die Reaktion zu erleichtern, kann der Stickstoff dem Block entgegengeführt werden. Gegebenenfalls kann man einen Ofen anwenden, der an beiden Enden eine mit Stickstoff gespülte Schleuse aufweist, wodurch die Ofengase gewonnen und zum Vorwärmen des Stickstoffes benutzt werden können. Der Block wird mindestens 20 min bei etwa 1200⁰C oder 10 min bei über etwa 1250⁰C gehalten.

Gemäß einer zweiten Variante enthält der wie oben hergestellte Preßblock kein Reduktionsmittel, sondern lediglich den Kohlenstoff, beispielsweise in Form von Graphit für den angestrebten C-Gehalt des Stahles unter Berücksichtigung des bereits im vorreduzierten Konzentrat enthaltenen Kohlenstoffs. Die Reduktion der Oxide wird mit einem reduzierenden Gas vorgenommen, vorteilhafterweise Wasserstoff, gecrackter Ammoniak oder ein anderes reduzierendes, wasserstoffreiches Gasgemisch wie Synthesegas CO + H₂. Der Block wird auf 400 bis 700⁰C erhitzt und das reduzierende Gas unter überdruck im Gegenstrom zum Block geführt.

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Die Reduktion ist nach mindestens 20 min beendet; dann wird mit einem Inertgas wie Stickstoff bei etwas höherem Druck als bei der Reduktion gespült, um keinen Wasserstoff in diesem Teil des Ofens zu halten, in dem der Block auf die Umformungstemperatur gebracht wird.

Bei beiden Varianten kann der Reduktionsofen ein elektrischer Widerstandsofen oder ein Induktionsofen sein, der am Ende eine elektrisch beheizte Zone zum Aufenthalt und zur Homogenisierung*aufweist. Es kann von Interesse sein, den Block bis auf 50O⁰C langsam aufzuheizen, um das Ausbrennen des Bindemittels und Vorsintern des Metalls zu ermöglichen.

Bei beiden Ausführungsformen erhält man einen porösen Block aus gegebenenfalls legiertem,nicht-oxidiertem Stahl mit einem Raumgewicht von 4 bis 6 t/m^. Dieser Block enthält zahlreiche kleine, außerordentlich feine Poren, die gleichmäßig im gesanten Volumen verteilt sind. Dieser Voll- oder Hohlblock kann bei der Warmumform-Temperatur unmittelbar geschmiedet, gewalzt oder stranggepreßt werden. Beispielsweise kann beim Schmieden oder Walzen zu Stangen von einem Knüppel mit rundem oder viereckigem Querschnitt oder für ein Band von einem Block mit abgeflachtem Querschnitt ausgegangen werden. In beiden Fällen kann man eirFkusreichend langen Knüppel erhalten, beispielsweise durch kontinuierliches Strangpressen, kalt oder mäßig warm mit mäßiger Querschnittsverminderung (2 bis 5) mit einem Mundstück gewünschten Querschnitts; der Knüppel wird dann getrennt und gewalzt oder umgeformt.

Eine andere Möglichkeit ist den zylindrischen Voll- oder Hohlblock zu Stäben oder Rohren strangzupressen unter Verwendung üblicher Schmiermittel auf Basis von Graphit, Molybdänsulfid und Glas. Eine Glasschmiere schützt gegen Oxidation und die Reibung am Preßwerkzeug ist geringer. Soll ein Rohr aus einem Hohlblock gepreßt werden, so wird auch das Innere des Blocks

*= Zone konstanter Temperatur, um die Temperatur des Blocks zu homogenisieren

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geschützt, indem durch das axiale Loch Glas mit einem langen Löffel eingeführt wird oder indem der Dorn mit einer Graphitschmiere und/oder Glaspulverschmiere überzogen ist.

Soll eine Glasschmiere angewendet werden, so trägt man diese am besten in der nicht beheizten, von Ofengas durchströmten Verlängerung des Reduktionsofens auf. Dieser Bereich umfaßt eine geneigte Sohle, auf der die Beschichtung mit Glasschmiere und das Einbringen der Glasschmiere in das Rohr am Austritt aus der Heizzone mit einer versenkbaren automatischen Mulde erfolgt.

Man erhält auf diese Weise Stangen(z.B. flach, sechskant, Vierkant) oder Rohre bis zu 100 m. Die Stangen können in der Wärme zu Drähten und die Rohre auf einem Streck-Reduzier-Walzwerk weiterverarbeitet werden.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich gezogene bzw. stranggepreßte Produkte herstellen, die hinsichtlich Qualität und Aussehen den gebräuchlichen gekneteten Produkten entsprechen und die gleichen Eigenschaften aufweisen, sobald der Verschmiedungsgrad mehr als 10 betrug. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens lassen sich gewöhnliche und auch legierte Stähle herstellen. Außerdem enthalten diese Stähle außerordentlich wenig Silicium und besitzen infolgedessen gute Duktilität.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele näher erläutert.

Beispiel 1

Es wurde von einem schwedischen hochwertigen Magnetit-Konzentrat folgender Zusammensetzung ausgegangen:

Fe₃O₄ 95,2 % F^e2°3 ²»⁵ # ^si02 °»⁹ # ^A12°3 °»⁵⁰ MgO 0,35% TiO₂ 0,25% S 0,010 P₂O₅ 0,02

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Das Erz wurde aufgemahlen, bis eine Trennung von Erz und Gangart möglich war; die Korngrößenverteilung lag zwischen 30 und 100 /um. Das Pulver wurde pelletiert und in einem üblichen Schachtofen mit Synthesegas CO + H₂ aus der Reformierung von Ergas vorreduziert; mittlerer Metallgehalt der Pellets 88 %, Die Pellets wurden in Kugelmühlen auf 20 bis 90 /um gemahlen und dann in Wasser zweimal einer Magnetscheidung mit geringer Intensität unterworfen. Das Pulver hatte folgende Zusammensetzung:

C	1,	17 %	Fe	83	Q ft/	FeO	14,	I /0	SiO₂	,08
Al	2°3°·	05 %	MgO	0	,07 %	TiO₂	o,	05 %	S	,008
									P	,01

Das Pulver wurde mit folgenden Zusätzen zu einem homogenen Produkt gemischt; die Prozent-Angaben beziehen sich auf das Erzgewicht:

organisches Stearat als Schmiermittel 0,75 % Polymethylmethacrylat als Bindemittel 1,5 % Graphit 1,63 Ji

Die Graphitmenge wurde wie folgt berechnet:

Kohlenstoff für die Reduktion von 3,3 % O₂ gebunden

an Eisen 2,48

Kohlenstoff im Stahl 0,3 % x 0,967 O₁^

Bedarf an C 2,77

vorhandener Kohlenstoff 1,17

Kohlenstoff benötigt 1,60

Der Kohlenstoff des Bindemittels und des Schmiermittels wird vor der Reduktion vollständig entfernt. Der Graphit enthielt

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99 % C; unter Berücksichtigung einer Ausbeute von 99 % wurden 1,63 % Graphit zugesetzt.

Das Gemisch wurde in die Matrize einer hydraulischen Presse

eingebracht und mit 50 kg/mm zu einem Block mit Durchmesser 225 mm und Länge 1000 mm gepreßt. Dichte 5,85, Gewicht 230 kg.

Dieser Block wurde in einen Ofen in etwa 1 h auf 5OO°C vorgewärmt zum Ausbrennen des Bindemittels und zu einem Vorsintern und dann in einem Elektroofen durch Heizrohre bis zu 1100⁰C und mit Siliciumcarbidstaben noch höher erhitzt und zwar in 1,5 h auf 1300⁰C, wobei er 25 min >1200°C gehalten wurde. Der Ofen wurde mit einem Stickstoffstrom derart gespült, daß die Abgase mit Überdruck im wesentlichen 40 % CO und 60 % N₂ enthielten. Der aus dem Ofen kommende Block rollte in eine nicht-beheizte, mit den Abgasen gespülte Zone auf einer geneigten Sohle über Glaspulver, fiel dann auf einen Blockwender und wurde von diesem in eine Strangpresse (Preßkraft 3000 t) abgegeben. Das Strangpressen benötigte weniger als 10 s einschließlich des Verdichtens. Man erhielt auf diese Weise Stangen mit einem Durchmesser von 25 bis zu 60 mm mit einer Maximallänge von 100 m.

Stahlanalyse:

C 0,29 + 0,03 % S 0,012 + 0,03 % P 0,010 + 0,05 %

Die Eigenschaften dieses Stahls entsprachen den für Stähle mit solchem Kohlenstoffgehalt geltenden Normen. Mit Prüfkörpern, entnommen einem Vierkant 16 mm, gewalzt aus einer 25 mm Stange wurden folgende Eigenschaften bestimmt:

in normalisiertem Zustand ausgehend von 870°C, langsames Abkühlen:

<^_B 54 kg/mm²

D (5 x 0) 30 %

Kerbschlagzähigkeit (KCU)* 80 J/cm²

*d.h. nach Charpy mit U-Kerbe

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abgeschreckt mit Wasser 850⁰C + vergütet bei 550⁰C:

S'b 77 kg/mm²

β* ₀ 2 57 kg/mm²

D (5 x 0) 16 %

Kerbschlagzähigkeit (KCU) 85 J/cm²

Beispiel 2

Es wurde vom gleichen Erz wie in Beispiel 1 ausgegangen und in gleicher Weise gemahlen, pelletiert, vorreduziert und magnetisch getrennt.

Das Pulver wurde vor dem Mischen mit folgenden Zusätzen (bezogen auf das Gewicht des Erzes) versetzt: Schmiermittel wie in Beispiel 1, Nickeloxid NiO, Ferromolybdän und Ferromangan als Pulver < 50 /um in berechneten Mengen entsprechend 2 % Ni, 0,25 % Mo und 0,15 % Mn im Stahl, unter Annahme einer Ausbeute von 100 %_t Graphit 1,94 % (99 % Ausbeute).

Die Graphitmenge war in folgender Weise bestimmt worden:

Kohlenstoff für die Reduktion von 3,3 % O₂ gebunden

an Eisen 2,48 Ji

Kohlenstoff für die Reduktion von NiO 0,40 %

Kohlenstoff im Stahl (0,20 χ 0,967) 0.19 %

Bedarf an Gesamtkohlenstoff 3,07 %

vorhandener Kohlenstoff 1.17 %

benötigter Kohlenstoff 1,9 0 %

Das Gemisch wurde in einer hydraulischen Presse mit einem Dorn zu einem Block geformt (Druck 45 kg/mm ): A.D. 225 mm, I.D. 80 mm, L. 900 mm, Dichte 5,9, Gewicht 185 kg. Der Block wurde wie im Beispiel 1 auf 1270⁰C erhitzt und außen und innen mit Glasschmiere überzogen und auf einer 3000 t Presse mit

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einem Dorn am Stempel zu Rohren A.D. 90 mm, Wandstärke 11 mm und Länge 10,6 m sowie A.D. 100 mm, Wandstärke 16 mm und Länge 8 m gepreßt.

C 0,20 + 0,02 % Mn 0,15 + 0,03 %

Ni 2 + 0,1 % Mo 0,25 + 0,03 %

DJBse Rohre konnten für die Herstellung von aufgekohlten Lagern verwendet werden und entsprachen den Spezifikationen bzw. Lieferungsbedingungen; sie wiesen vor allem gute mikrographische Eigenschaften auf (die sichtbaren Einschlüsse waren außerordentlich fein und gut verteilt). Es muß noch bemerkt werden, daß das Korn sehr fein war (> 8 ASTM), was bei der üblichen Herstellung nur durch Aluminiumzusätze erreicht werden kann.

Beispiel 3

Es wurde von einem brasilianischen Konzentrat ausgegangen, dem Itabirit; dies ist ein Hämatit, bei dem sich Metall und Gangart leicht trennen, Feinheit 30 bis 100 /um, das angereichert worden war vor allem durch Magnetscheidung mit hoher Intensität, in Wasser nach einer Aufbereitung auf einem Sieb, einem Zyklon und in der Klassierung. Analyse:

Fe₂O₃ 96,5 % SiO₂ 2,4 % Al₂O₃ 0,6 % S 0,016% P 0,020 % andere Oxide 0,5 %

Dieses Erz wurde pelletiert und in einem Schachtofen vorreduziert (90 % Metall). Die Pellets wurden zerkleinert auf das ursprüngliche Feinkorn; nach dem Sieben wurde eine zweimalige Magnetscheidung mit geringer Intensität durchgeführt. Analyse (trocken):

C 1,65 % Fe 85,4 % Al₂O₃ 0,2 %

0,3 % FeO 12,2 % andere Oxide 0,2 %

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Das Pulver wurde mit folgenden Zusätzen vermischt (J<, bezogen auf das Erzgewicht):

ein Schmiermittel (organisches Stearat ACRAWAX) 0,75 Ji Nickeloxid, Ferromolybdän und Ferromangen als Pulver «c 80 /um entsprechend 2 % Ni, 0,25 % Mo und 0,15 % Mn im Stahl (Ausbeute 100 %), schweres Heizöl (88 % C, 11 96 H₂, sehr wenig S), das dem Gemisch nach Vaerwärmen auf 120⁰C zugegeben wurde.

Die notwendige Menge Heizöl wurde wie folgt berechnet:

Kohlenstoff für die Reduktion von FeO 2,03 %

Kohlenstoff für die Reduktion von NiO 0,40 J<

Kohlenstoff im Stahl (0,20 χ 0,983) 0.20 Jt

Gesamtkohlenstoff 2,63 %

vorhandener Kohlenstoff 1.65 %

notwendiger Kohlenstoff 0,98 %

Unter Zugrundelegung der angenommenen Ausbeuten und unter Berücksichtigung des Wasserstoffanteils des Heizöls ergibt sich:

Bedarf an Heizöl T~W" ~ °»^6/f #

Mit diesem (angeteigten) Pulver wurde wie in Beispiel 1 ein 229 kg Block (0 225 mm, Länge 1000 mm, d = 5,8) hergestellt, in einem Induktionsofen mit drei hintereinander angeordneten Spulen innerhalb von etwa 30 min auf 1250°C erhitzt, dann in einen Homogenisierungsofen verbracht und dort 10 min bei 1250°C gehalten, wobei mit Stickstoff unterUberdruck gespült wurde. Die Überführung des Blocks in die Strangpresse (Mundstück aus Zirkon) erfolgte auf einem Tisch zur Auftragung der Glasschmiere. Die Stange (0 19 mm, Länge 100 m) wurde schnell in ein

♦(bezogen auf das Gewicht wirkt Wasserstoff 6mal stärker als Kohlenstoff)

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Drahtwalzwerk mit 12 Gerüsten gebracht, die jeweils um 90° gegeneinander geneigt waren. Man erhielt auf diese Weise Drahtringe, Drahtdurchmesser 5,5 mm.

Bei Eintritt in das Walzwerk betrug die Temperatur der Stange 950 bis 1O5O°C. Sie wurde vor Eintritt in das Walzwerk mit Druckwasser Glas und Zunder entfernt.

Der Draht war hinsichtlich Aussehen und mechanischen Eigenschaften vollständig vergleichbar einem in bekannter Weise hergestellten Draht; Analyse:

C 0,22 % Ni 2,02 % Mn 0,14 % Mo 0,26 %

An Prüfkörpern aus Stäben mit Durchmesser 19 mm vor dem Walzen wurden folgende Eigenschaften nach Abschrecken mit öl von 900⁰C und Vergüten bei 200°C bestimmt:

^B	137 kg/_mm²
°Ό,2	118 kg/mm²
W D	9 %
Einschnürung	52 96
Kerbschlagzähigkeit nach Charpy	25 J/cm²

Versuche an einem Vierkantstab (16 mm), gewalzt aus einem Block gleicher Analyse ergaben:

	135 kg/mm²
⁰O,2	115 kg/mm²
W D	10 96
Einschnürung	58 96
Kerbschlagzähigkeit nach Charpy	30 J/cm²

Ermüdungsversuche durchgeführt an beiden Vergleichsstählen brachten folgende Ergebnisse:

78+3 kg/mm² 76+5 kg/mm

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Beispiel 4

Es wurde von einem australischen Hämatit von etwa 150 /um ausgegangen:

Fe₂O₃	94.	7	5	96	SiO₂	3,	2	96	CaO	0,	03 96	Al₂O₃	1,	14 96
TiO₂	O,	01		96	MgO	0,	63	%	P	0,	01996	Mn	0,	15496
											S	0,	04296

Das Erz wurde zunächst in der Kugelmühle auf 50 bis 150 /um gemahlen und dann pelletiert. Die Pellets wurden in einem Drehrohrofen bei 1050°C mit einem Gemisch von 80 96 Anthrazit, 20 % Braunkohle und zusätzlich 2 % Kalk reduziert auf einen Metallgehalt von 92 96. Die Pellets wurden nun auf die ursprüngliche Korngröße gemahlen und trocken einer Magnetscheidung geringer Intensität unterworfen. Analyse:

C	,32 96	Fe	88	,7	96	FeO	10	96	SiO₂	0	,24 96
Al₂O₃	,15 96	MgO	0	,1	96	Mn	0	,21%	S	0	,01096
P	,02796

Dieses Pulver wurde im Mischer mit folgenden Zusätzen versehen:

chloriertes Paraffin als Gleitmittel 1 96 Graphit 0,47 96

Die benötigte Menge wurde wie folgt berechnet:

Kohlenstoff im Stahl (0,8 χ 0,978) 0,78 96

vorhandener Kohlenstoff 0,32 96

benötigter Kohlenstoff 0,46 96

Entsprechend 0,47 96 unter Berücksichtigung einer Ausbeute von

Das angeteigte Pulver wurde zu einem 230 kg Block (0 225 mm, Länge 1000 mm) gepreßt und in einem Widerstandsofen mit zwei

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aufeinanderfolgenden Heizzonen erhitzt. In der ersten Zone wurde der Block innerhalb 1 h auf 600⁰C gebracht und 30 min bei diesem Wert gehalten bei einer Wasserstoffspülung im Gegenstrom von etwa 15 mm WS Überdruck. In der zweiten Zone wurde der Block in 1 h auf 1230⁰C gebracht, bei dieser Maximaltemperatur 15 min gehalten während die Stickstoffspülung bei einem Überdruck von 25 mm WS erfolgte. Beim Austritt aus dem Ofen wurde der Block mit Glasschmiere umhüllt und dann zu einer Stange, 19 mm, gepreßt, die unmittelbar in ein Drahtwalzwerk mit 12 Gerüsten geführt wurde; man erhielt einen Draht mit Durchmesser 5,5 mm. Analyse:

C 0,82 + 0,05 % S 0,010 % P 0,030 %

Beispiel 5

Es wurde vom gleichen Erz wie in Beispiel 1 ausgegangen und zur Herstellung des angeteigten Pulvers wie dort verfahren. Das Gemisch wurde in einer vertikalen hydraulischen 3000 t Presse (Aufnehmer-0 200 mm) zu einem Vierkant (Kantenlänge 120 mm) mit abgerundeten Kanten gepreßt. Nach jeder Hin- und Herbewegung des Preßkolbens wurde dieser oben angehalten für die Einbringung einer Pulverportion über eine seitliche- öffnung entsprechend dem Zylinder einer horizontalen Speisungspresse. Durch das Zusammenarbeiten von Preßkolben und Speisekolben wurde kontinuierlich ein verdichteter Pulverblock in Form eines Vierkants mit abgerundeten Kanten erhalten, der abgelängt wurde.

Dieser 330 kg Knüppel, h m lang, wurde in einem Ofen mit Heizrohren auf 125O°C erhitzt und 10 min bei dieser Temperatur gehalten, unmittelbar danach in ein übliches kontinuierliches Walzwerk gebracht, das zunächst auf 6 Gerüsten abwechselnd auf rhombischen und quadratischen Querschnitt reduzierte (Vorstaffel);

bei den ersten 4 Durchzügen wurde ein geringer Verschmiedungsgrad bewirkt und nicht mit Wasser besprüht· Nach dem sechsten

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Gerüst erfolgte ein "oval-rund" Abstieg, d.h. Reduzierung auf abwechselnd ovalen und runden Querschnitt; dann folgten 23 Gerüste der Zwischenstaffel, von denen 13 alternativ rhombisch und quadratisch reduzierten und ab dem 10. Gerüst mit Schiingenreglern versehen waren« Die 10 letzten Gerüste gehörten zur Endstaffel mit Wolfram-Carbidrollen. Man erhielt auf diese Weise einen runden Draht mit Durchmessern von 5,5 bis 12 mm in Ringen bei Walz-Endgeschwindigkeiten von 40 bis 60 m/s.

Patentansprüche;

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Claims

Patentansprüche

1· Verfahren zur Herstellung von Halbzeug aus Stahl oder legiertem Stahl wie Stäbe, Rohre, Profile oder Bänder, aus einem Eisenerzkonzentrat ohne Schmelzustand, dadurch gekennzeichnet, daß man das Konzentrat mahlt, bis sich Erz und Gangart trennen lassen, das Pulver vorreduziert, das reduzierte Konzentrat auf die Korngröße vor der Reduktion mahlt, einer Magnetscheidung geringer Intensität unterwirft, das Pulver mit einem Gehalt an nicht reduzierbaren Gxiden<1 Ji mit einem Gleit- oder Schmiermittel, einem kohlenstoffhaltigen pulverförmigen oder flüssigen Reduktionsmittel und gegebenenfalls einem Bindemittel mischt, gegebenenfalls Legierungselemente zusetzt, dieses Gemisch kalt oder mäßig warm zu einem Block preßt, den Block auf 1100 bis 135O°C in einem inerten oder reduzierenden Gas bis zur Beendigung der Reduktion erhitzt und den Block durch Strangpressen, Walzen oder Schmieden umformt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man als Gleit- oder Schmiermittel ein organisches Stearat oder ein chloriertes Braffin verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß man als Bindemittel Polymethylmethacrylat gelöst in Methylchlorid verwendet.

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4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3_f dadurch gekennzeichnet , daß man als Reduktionsmittel Graphit, Ruß, Teer oder Pech oder einen Kohlenwasserstoff, vorzugsweise schwefelfrei, verwendet,
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß man als Reduktionsmittel ein wasserstoffreiches Gas verwendet, das unter überdruck in Gegenrichtung zum Block in einer ersten Zone des Reduktionsofens bei einer Temperatur von 400 bis 700⁰C strömt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man in einer zweiten Zone des Reduktionsofens bei 1100 bis 135O°C Inertgas bei leichtem Überdruck gegenüber dem Reduktionsgas der ersten Zone anwendet.

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