DE2708582A1

DE2708582A1 - Verfahren zur erzeugung von nickelhaltigen staehlen

Info

Publication number: DE2708582A1
Application number: DE19772708582
Authority: DE
Inventors: Imre Toth
Original assignee: Metallurgique Le Nickel Sln Ste
Current assignee: Metallurgique Le Nickel Sln Ste
Priority date: 1976-03-05
Filing date: 1977-02-28
Publication date: 1977-09-08
Also published as: BE851551A; DE2708582C3; IT1080907B; AU2262877A; AU503911B2; ES456522A1; US4135916A; FI74043C; JPS52108311A; NL7702216A; FR2343050B1; SE7702241L; FI74043B; DE2708582B2; FR2343050A1; BR7701279A; FI770691A; NL177329C; CA1092362A; JPS5736330B2

Description

562-26.573P

SOCIETE METALLütGIQUE LE NICKEL - SLN, Paris (Frankreicn)

Verfahren zur Erzeugung von nickelhaltigen Stählen

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Erzeugung von nickelhaltigen Stählen. Sie bezieht sich insbesondere auf eine Verbesserung der Verfahren zur Erzeugung von rostfreien Stählen.

Es ist bekannt, daß die rostfreien Stähle allgemein im wesentlichen aus Eisen, Nickel, Chrom und manchmal Kobalt (Martensitanlaßstahl) zusammengesetzt sind, worunter der sogenannte "18/8"-Stahl bekannt ist, der etwa 18 % Chrom und 8 % Nickel enthält. Allgemein erhält man diese Stähle durch Schmelzen von Schrott, Ferro-Niokel-Sorten oder anderen nickelhaltigen Chargierstoffen, Ferro-Chrom und von rUckgefUhrten, von einem vorangehenden Guß stammenden Stoffen. Die Metallgemischschmelze wird dann in einen Konverter überführt, wo man sie einem Frischen durch Blasen von Sauerstoff oder eines Sauerstoff enthaltenden Gases unterwirft.

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Einer der Hauptzwecke dieses Frischens ist, den Gehalt des Metallbades an Kohlenstoff und an Silizium zu verringern, um ihn auf Werte unter 0,51 % zu bringen, die nahe 100 ppm liegen können. Dieser Vorgang ist sehr exotherm und sehr schwierig durchführbar, ohne daß er von einer gleichzeitigen Oxydation des Chroms begleitet wird.

Tatsächlich schützt die Anwesenheit von Kohlenstoff und Silizium in relativ starken Anteilen zu Beginn des Frischens das Chrom vor der Oxydation; dagegen ist es zum Ende des Frischens schwer, den Kohlenstoff zu oxydieren, ohne daß dies auch mit dem Chrom geschieht. Man muß daher die Wirkung des Sauerstoffs selektiv machen. Zwei Faktoren beeinflussen diese Selektivität: die Temperatur und der Sauerstoffteildruck. Je .höher die Temperatur ist und/oder je geringer der Sauerstoffteildruck ist, umso selektiver ist nämlich die Oxydation.

Die Temperatur, bei der das Frischen erfolgt, ist durch die Beständigkeit der feuerfesten Stoffe des Konverters begrenzt. Daher ist der einzige wesentliche Faktor, den man variieren kann, der Sauerstoffteildruck.

Um diesen zu senken, besteht eine erste Lösung darin, das Frischen unter Vakuum durchzuführen. In neuerer Zeit wurde eine unter der englischen Abkürzung "A.O.D.", d. h. "Argon-Sauerstoff-Entkohlung" bekannte neue Teohnik in den US-PS 3 752 790 und J, 046 107 und im Aufsatz "Making Stainless Steel in the Argon-Oxygen Reactor at JosIyη" von J.M. SACCOMANO, R.J. CHOULET und J.D. ELLIS in "Journal of Metals", Februar I969 beschrieben. Diese Teohnik ermöglicht die Einstellung des Sauerstoffteildrucks durch seine Verdünnung in einem inerten Das, d. h. einem Oas, das

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gegenüber dem Metallbad weder oxydierend noch reduzierend 1st, wie z. B. Stickstoff, Argon oder auch gekracktem Wasserdampf (Creusot-Loire Uddeholm). Die Anwendung dieser neuen Technik ermöglicht das Erhalten rostfreier Stähle mit einem sehr geringen Kohlenstoffgehalt bei einem "Chromausbringen", d. h. einem Verhältnis zwischen der in den Konverter eingesetzten Chrommenge und der am Ende des Blasens noch im metallischen Zustand vorliegenden Chrommenge, das 95 % erreichen oder sogar überschreiten kann.

Bei dieser Technik erhöht die durch den Frischvorgang freigesetzte Wärme die Temperatur des Konverters bis zu dem Wert, oberhalb dessen die feuerfesten Stoffe nicht mehr beständig sind. Wenn dieser Wert einmal erreicht ist, muß man die Wärme des Konverters abführen oder deren Freisetzung verringern. Eine erste Lösung hierzu besteht darin, den Argondurchsatz zu erhöhen, das dann zum Wärmeabtransport dient; eine zweite Lösung beruht darauf, daß man als die Charge bildende Stoffe bereits teilweise gefrischte Stoffe verwendet; eine dritte Lösung besteht darin, den Konverterbetrieb beträchtlich zu verlangsamen.

Die erste dieser Lösungen ist wegen des Argonverbrauchs kostspielig, und die zweite ist dies wegen der Ausgangsstoffe. Was die dritte betrifft, so erfordert sie sehr erhebliche Investitionen, da die Verlangsamung des Konverterbetriebs zu einer Erhöhung der Verweilszeit im Konverter, also zu einer Verringerung der Produktionskapazität und so zu einer Erhöhung der Investitionen je erzeugter Jahrestonne führt.

Angesichts dieser Schwierigkeiten wurde eine vierte Lösung angegeben: Abkühlung durch Zusetzen von Schrott

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zum Metallbad im Lauf, des Frischens. Der Betrieb läuft so ab, daß man den Konverter abstellt, eine große Schrottmenge einführt und dann den Konverter wieder in Gang setzt.

Obwohl manchmal vom wirtschaftlichen Standpunkt aus interessant, weist diese Betriebsart schwerwiegende Nachteile auf, worunter die folgenden genannt seien:

Das Verfahren löst nicht das Problem der Regulierung der Temperatur, da es, wenn es auch die Absorption eines Teils der übermäßigen Wärme ermöglicht, zu schroffen Temperaturänderungen führt;

die schroffen und erheblichen Temperaturänderungen bedeuten einen rapiden Verschleiß der feuerfesten Stoffe des Konverters;

die Einführung des Schrotts erfordert das Eingreifen einer qualifizierten Arbeitskraft.

Gewisse falsche Handhabungen beim Einführen großer Mengen von Schrott schädigen die feuerfesten Stoffe, deren mechanische Festigkeit gewöhnlich gering ist;

der Zusatz von Schrott erfordert das Anhalten der Konverter.

Wenn der Vorgang nicht mit der ganzen erforderlichen Sorgfalt durchgeführt wird, kann dieses Stillsetzen lang sein, was die Verweilszeit des Bades im Konverter verlängert, die Behändlungskapazität des Konverters stark verringert und damit ein Engpaß für die Produktion wird;

das "Chromausbringen", wie es oben definiert wurde, erfährt eine Verringerung.

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Die vorstehend angegebenen Nachteile sind derart, daß ein erheblicher Teil der Eisenhllttenleute die Anwendung einer Lösung bevorzugt, die sich aus einer Kombination der beiden ersten angegebenen Lösungen ergibt. Mit anderen Worten wählen sie als Bestandteile der Ausgangscharge an Kohlenstoff und/oder Silizium relativ arme Stoffe und verwenden Argon als Kühlmittel, doch beseitigt diese Lösung nicht alle genannten Nachteile.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung von nickelhaltigen Stählen in einem Konverter zu entwickeln, das die Überwindung der genannten Nachteile ermöglicht, das Einführen kohlenstoffreicher Chargen in den Konverter zuläßt, die Erhöhung der Produktionskapazität einer bereits vorhandenen Anlage möglich macht und schließlich die Abkühlung des im Konverter enthaltenen Bades geschmolzener Metalle zuläßt.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe gelöst wird, ist ein Verfahren zur Erzeugung von nickelhaltigen Stählen durch Frischen eines Metallbades in einem Konverter, wobei die Temperatur des Metallbades durch Zusetzen fester Bestandteile gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man in den Konverter Ferro-Nickel-Granalien einführt und deren Durchsatz so steuert, daß die im Konverter herrschende Temperatur auf einem vorab gewählten Wert gehalten wird.

Unter dem Begriff "Konverter" sollen nicht nur die eigentlichen Konverter, sondern auch seine einfachen technischen Äquivalente, d. h. alle Vorrichtungen verstanden werden, in denen man die Legierung durch Blasen von Sauerstoff oder eines diesen enthaltenden Gases frischen kann.

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Der für die Temperatur gewählte Wert hängt natürlich von den verwendeten feuerfesten Stoffen ab. Die einzige Regel, die man geben kann, ist, daß diese Temperatur so hoch sein soll, wie dies mit einer guten Haltbarkeit der feuerfesten Stoffe verträglich ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können alle Arten von Ferro-Nickel-Granalien verwendet werden. Indessen ist es aus Gründen der Leichtigkeit der Lagerung und Handhabung vorzuziehen, daß die Form dieser Granalien möglichst weit der Kugelform angenähert ist. Was ihre Abmessungen betrifft, so können sie beispielsweise zwischen 1 mm und einigen cm liegen.

Die Zusammensetzung der verwendeten Ferro-Nickel-Arten kann variabel sein; jedoch ist sie nicht gleichgültig, wie im folgenden gezeigt wird. Beispielsweise kann man die unter den Handelsbezeichnungen ¹¹FNl" und "FNC" erhältlichen Ferro-Nickel-Arten verwenden.

Der Zusatz der Granalien kann kontinuierlich, beispielsweise mittels eines Trichters erfolgen, dessen Öffnung in Abhängigkeit)von der im Konverter herrschenden Temperatur gesteuert werden kann. Dank der Leichtigkeit ihrer Handhabung und ihrer guten Rieselfähigkeit kann der Durchsatz der Granalien mit großer Genauigkeit reguliert werden, was zur Folge hat, daß die Regelung der Temperatur von ausgezeichneter GUte ist, ohne daß man irgendeine Änderung im Gang des Konverters benötigt.

Somit löst das erfindungsgemäße Verfahren das Problem der Regulierung der Temperatur und der Absorption der durch

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das Frischen freigesetzten Wärme, ohne die Nachteile der vier Lösungen aufzuweisen, die oben erläutert wurden. Insbesondere können die Gehalte der Charge an Kohlenstoff und Silizium viel höher als bei den bekannten Lösungen sein. Dies führt zu geringeren Kosten für die Bestandteile der Charge, die in diesem Fall nicht vorgefrischt zu sein brauchen.

Es sei hier noch darauf hingewiesen, daß ein hoher Anteil an Kohlenstoff und Silizium während der Periode, in der die im Inneren des Konverters herrschende Temperatur unter der optimalen Frischtemperatur liegt, das Chrom gegen Oxydation schtltzt und deshalb einen günstigen Effekt auf das oben definierte Chromausbringen hat.

Ein anderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, eine wesentliche Steigerung der Produktionskapazität für die vorhandenen Anlagen oder eine Verringerung der .Investitionen je Jahrestonne für die zukünftigen Anlagen zu ermöglichen. Die Produktionskapazität der durch die Kombination eines Elektroofens und eines Konverters gebildeten Systeme ist nämlich oft durch die Schmelzkapazität des Elektroofens begrenzt. Aufgrund dieser Tatsaohe verbessert ein Verfahren, daa das Schmelzen der Stoffe, die gewöhnlich in einem Elektroofen geschmolzen werden, nämlich Ferro-Nickel-Arten, in einem Konverter zuläßt entsprechend die Behandlungskapazität des Systems, da die so im Elektroofen verfügbar gemachte Energie dann zum Schmelzen einer größeren Menge der anderen Bestandteile des rostfreien Stahls ausgenutzt werden kann. Außerdem sinkt, da die elektrische Leistung für eine gesteigerte Produktion konstant bleibt, der Elektrizitätsverbrauch je erzeugte Tonne Stahls mit der Kapazitätssteigerung.

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AO

Die Zusammensetzung des zugesetzten Ferro-Nickels übt einen starken Einfluß auf die Erhöhung der Kapazität aus: Wenn das Ferro-Nickel stark raffiniert ist und wenig Kohlenstoff enthält, ist das "Chromausbringen¹¹ befriedigend, doch ist die Erhöhung der Produktionskapazität relativ gering, da der Brennstoff, nämlich der Kohlenstoff und evtl. das Silizium, in geringer Menge zugesetzt wird. Dagegen ist, wenn man ein schwach raffiniertes Ferro-Nickel, wie das unter der Handelsbezeichnung "FNC" erhältliche, zusetzt, die erhaltene Kapazitätssteigerung sehr erheblich, wobei das oben definierte "Chromausbringen" befriedigend bleibt.

Eine gute Zusatztechnik kann darin bestehen, zu Beginn des Frischens Granalien von schwach raffiniertem Ferro-Nickel und zu dessen Ende Granalien von stark raffiniertem Ferro-Nickel zuzusetzen.

Allgemein ist zu bevorzugen, daß der Zusatz von Ferro-Nickel den Kohlenstoffgehalt des Bades nicht zu sehr erhöht; deshalb besteht eine der vorteilhaftesten AusfUhrungsarten der Erfindung darin, von einem an Kohlenstoff und Silizium relativ reichen Bad, d. h. einem Bad, dessen Kohlenstoff- und Siliziumgehalte über 1 % bzw. über 0,4 % sind, auszugeben, dem Bad kontinuierlich ein relativ schwach raffiniertes Ferro-Nickel, wie z. B. das unter der Handelsbezeichnung "FNC" erhältliche Produkt zuzusetzen und das Verfahren evtl. durch den Zusatz eines stark raffinierten Produkts, wie z. B. des unter der Handelsbezeichnung "FNl" erhältlichen Produkts zu beenden.

Eine andere AusfUhrungsart des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, gleichzeitig schwach und stark raffinierte Ferro-Nickel-Arten zuzusetzen und dabei ihre

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jeweiligen Durchsätze derart einzustellen, daß der Gesamtkohlenstoff gehalt des zugesetzten Ferro-Nickels praktisch gleich dem des Bades im Lauf des Prischens ist.

Die dank der Erfindung erhaltenen Werte der Erhöhung der Produktionskapazität und der Verringerung des elektrischen Stromverbrauchs können 10 % erreichen und sogar 20 % überschreiten.

Die Fachleute können daraus leicht den wirtschaftlichen Portschritt der Erfindung unter Berücksichtigung der Tatsache ableiten, daß die Amortisation der rroduktionsanlagen mit einigen Prozent in den Gestehungspreis des Frischens eingeht.

Die folgenden, nicht als einschränkend zu verstehenden Beispiele ermöglichen ein besseres Verständnis der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Sie zeigen insbesondere den Vorteil der erfindungsgemäß vorgenommenen Ferro-Nickel-Zusätze.

Diese Beispiele sind unter Heranziehung der Figuren zu lesen, die als Punktion der Zeit die Entwicklung der Temperatur und der Gehalte des Metallbades an Chrom, Kohlenstoff und Silizium zeigen. Es sei bereits hier erwähnt, daß die in den Figuren dargestellten Kurven nur einen beispielhaften Wert haben und vor allem keine direkte Berechnung des Chromausbringens während des Frischvorgangs ermöglichen, da sie der Masse und der Zusammensetzung der Schlacke nicht Rechnung tragen.

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In allen folgenden Beispielen ist die Gewichtszusammensetzung des Metallbades vor dem Frischen folgendes

Kohlenstoff	1 %
Schwefel	0,04 %
Silizium	0,35 %
Chrom	19,75 %
Nickel	7,5 %
Mangan	0,75 %

Während des Frischens ist der Durchsatz des in den Konverter eingeblasenen Gases gleich 0,78 nr je Tonne und Je Minute. Was die Zusammensetzung dieses Gases betrifft, so ist sie in der folgenden Tabelle angegeben.

Kohlenstoffgehalt des Bades im Lauf des Frischens (Gew. %)

bis zu 0,25

von 0,25 bis 0,10

von 0,10 bis 0,04

Verhältnis der Volumendurchsätze von Sauerstoff und Argon

3/1 2/1

1/3

Das oben definierte "Chromausbringen" wird unter der Annahme berechnet, daß man das Blasen beendet, wenn der Kohlenstoffgehalt 0,04 % erreicht.

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Beispiel 1: Zusatz des Ferro-Nickels in Form von Blöcken und In diskontinuierlicher Welse.

In diesem Beispiel unterbricht man das Frischen, wenn die Temperatur des Metallbades 1720 ⁰C erreicht, um den Zusatz von Ferro-Nickel in Blockform in einer Menge von 10 Gew. % der Masse des Bades zu ermöglichen. Das verwendete Ferro-Nickel ist dasjenige, das unter der Handelsbezeichnung "FNl" erhältlich ist und dessen Gewichtszusammensetzung folgende ist:

Nickel	24 %
Kohlenstoff	0,030 %
Silizium	0,030 %
Schwefel	0,030 %
Phosphor	0,016 %
Chrom	0,030 %
Kobalt	0,8 %
Eisen	Rest zu 100 %

Nachdem dieser Ferro-Nickel-Zusatz erfolgt ist, setzt man das Blasen fort, das man beendet, wie oben erwähnt wurde, wenn der Kohlenstoffgehalt des Bades gleich 0,04 % wird.

Die Kurven der Fig. 1 zeigen als Funktion der Zeit die Temperatur des Bades (Kurve T) in ⁰C und die Gehalte dieses Bades an Chrom, Kohlenstoff und Silizium (Kurven Cr, C und Si) in Gew. %. Die Auswertung dieser Kurven zeigt eine starke Diskontinuität bei der Einführung des Ferro-Nickels,

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Ak

Andererseits erreicht das oben definierte "Chromausbringen" 80,3 %.

Dieses Beispiel simuliert das, was beim Einfuhren des Schrotts in den Konverter bei optimalem Einführen vor sich geht.

Beispiel 2; Kontinuierlicher Zusatz von Ferro-Nickel in Form von Granalien, Fall des "FNl".

Dieses Beispiel weicht vom vorigen Beispiel dadurch ab, daß das Ferro-Nickel in den Konverter in Form von Granalien und kontinuierlich, also ohne Unterbrechung des Frischens, eingeführt wird. Im übrigen sind die Zusammensetzungen des Metallbades und des Ferro-Nickels sowie die Gesamtheit der Arbeitsweise die gleichen.

Die Kurven der Fig. 2, die diese Vorgänge veranschaulichen, wurden in gleicher Weise wie die der Fig. 1 erhalten. Man stellt die Abwesenheit einer Diskontinuität fest, was ein günstiger Faktor ist, wie weiter oben angedeutet wurde. Was das "Chromausbringen" betrifft, so erreicht dieses 83 % und bedeutet somit eine merkliche Verbesserung im Vergleich mit dem Beispiel 1.

Beispiel 3: Kontinuierlicher Zusatz in Form von Granalien, Fall des "FNC".

In diesem Beispiel, das der Fig. 3 entspricht, setzt man dem Metallbad kontinuierlich eine Masse von Ferro-Nickel-Granallen zu, die 18 # der Masse des Bades entspricht und die maximale Menge darstellt, deren Zusatz unter diesen Bedingungen möglich ist.

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/5 -

IS

Die verwendeten Ferro-Nickel-Granalien entsprechen praktisch genau der unter der Handelsbezeichnung "FNC" erhältlichen Qualität. Ihre Gewichtszusammensetzung ist folgende:

Kohlenstoff 1,6 %

Silizium 1,5 %

Schwefel 0,06 %

Phosphor 0,01 %

Chrom 1,45 S^

Nickel 24,13 %

Mangan 0,8 %

Eisen Rest

In diesem Fall ist das "Chromausbringen" gleich 77,5 %.

Dieses Beispiel zeigt, daß die Verwendung von schwach raffiniertem Ferro-Nickel vor allem zu einer Erhöhung der Ferro-Nickel-Menge führt, die man im Konverter zusetzen kann. Die in diesem Beispiel beobachtete leiohte Senkung des "Chromausbringens" kann leicht korrigiert und durch eine änderung der Blasbedingungen in das Gegenteil verkehrt werden (s. folgendes Beispiel).

Beispiel 4: Abänderung der Blasbedingungen.

Dieses Beispiel unterscheidet sich vom vorhergehenden dadurch» daß die Blasbedingungen abgeändert wurden. Sie werden folgende:

Kohlenstoffgehalt des Bades im Lauf des Frischens (Gew. %)	Verhältnis sätze von Argon	der Volumendurch- Sauerstoff und
bis zu 0,35		3/1
von 0,35 bis 0,25		1/1
/on 0,25 bis 0,04		1/3

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Diese Änderungen fUhren zu einer Senkung der zugesetzten Menge an Ferro-Nickel, das praktisch der unter der Handelsbezeichnung "PNC" erhältlichen Qualität entspricht. Die zugesetzte Menge ist 9 %, bezogen auf die Anfangsmasse des Bades.

Das "Chromausbringen" erreicht 85,7 %.

Die oben angegebenen Beispiele betreffen sämtlich die "A.O.D."-Verfahren. Jedoch läßt sich die Erfindung allgemein leicht auf alle sehr exothermen Frischverfahren anwenden.

Die gegebenen Beispiele zeigen dem Fachmann die Möglichkeiten« die ihm durch die Erfindung eröffnet werden. Er kann so die in Jedem Einzelfall am besten geeigneten Arbeitsbedingungen wählen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Erzeugung von nickelhaltlgen Stählen durch Frischen eines Metallbades In einem Konverter, wobei die Temperatur des Metallbades durch Zusetzen fester Bestandteile gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man in den Konverter Ferro-Nickel-Granalien einführt und deren Durchsatz so steuert, daß die im Konverter herrschende Temperatur auf einem vorab gewählten Wert gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangsgehalte des Metallbades an Kohlenstoff und Silizium über 1 Gew. % bzw. über 0,4 Gew. % liegen.

3· Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferro-Nickel-Granalien stark raffinierte Granalien sind, deren Kohlenstoffgehalt höchstens gleich dem Kohlenstoffgehalt des Metallbades nach dem Frischen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferro-Nickel-Granalien schwach raffinierte Granalien sind, deren Siliziumgehalt wenigstens 0,4 Gew. % beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Konverter eingeführten Ferro-Nickel-Granalien in einem ersten Zeitabschnitt Granalien von schwach raffiniertem Ferro-Nickel und in einem zweiten Zeltabschnitt Granalien von stark raffiniertem Ferro-Nickel sind.

•709C3G / 0 80 β

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man in den Konverter gleichzeitig Granalien von schwach und stark raffiniertem Ferro-Nickel einführt und ihre Durchsätze so steuert, daßßer mittlere Kohlenstoffgehalt des zugesetzten Ferro-Nickels stets praktisch gleich dem des Bades zur Zeit der Zugabe ist.

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