DE2803940C2

DE2803940C2 - Verfahren zum Vakuumfrischen hochchromhaltiger Stähle mit äußerst geringen Kohlenstoff- und Stickstoffgehalten

Info

Publication number: DE2803940C2
Application number: DE2803940A
Authority: DE
Inventors: Akio Chiba Ejima; Hiroyuki Takarazuka Ashiya Kaito; Yukio Oguchi; Takasni Iwaoka Shoji Ashiya Ohtani; Shuya Yano
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1977-01-31
Filing date: 1978-01-30
Publication date: 1982-02-11
Also published as: JPS5651210B2; DE2803940A1; US4170467A; FR2378860B1; FR2378860A1; JPS5394212A

Description

Es ist bekannt, chromhaltige Stähle unter Vakuum mit Einsatz von Spülgas zu frischen, wobei bereits Stahl mit 0,2 bis 1,5% Kohlenstoff bei vollen Chrom- und Nickelgehalten unter herabgesetztem Druck auf Kohlenstoffgehalte von weniger als 0,01% gefrischt worden sind (Z. Vakuum-Technik, 1976, Seiten 1 bis 5).

Aus der DE-AS 17 58 107 ist bekannt, Stahlschmelzen vor oder während des Sauerstofffrischens stark exotherm reagierende Mittel, wie z. B. Silicium oder Aluminium zuzugeben.

Sollen hochchromhaltige Stähle mit besonders niedrigen Kohlenstoffgehalten von nicht mehr als 30 ppm erzeugt werden, so ist es bereits bekannt, unter verringertem Druck Sauerstoff sachte auf die Schmelzbadoberfläche aufzublasen und gleichzeitig vom Frischgefäßboden aus ein inertes Spülgas in die Schmelze einzuleiten. Bei dieser Verfahrensführung kommt es jedoch leicht zu unerwünschten Chromverschlackungen. Außerdem wird die Entkohlungsreaktion behindert, so daß es praktisch unmöglich ist, hochchromhaltige Stähle mit Kohlenstoffgehalten von weniger als 30 ppm zu erzeugen.

Da es dem Stand der Technik bisher nicht möglich ist, hochchromhaltige Stähle mit Kohlenstoffgehalten von maximal 30 ppm sowie Stickstoffgehalten von maximal 40 ppm zu schaffen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erzeugen solcher Stähle anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch das im Patentanspruch angegebene Verfahren gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigt

F i g. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Ausgangs-Kohlenstoiikonzentration des hochchromhaltigen geschmolzenen Stahls und der Stickstoffkonzentration nach dem Sauerstoffblasen unter vermindertem Druck,

F i g. 2 eine graphische Darstellung der Beziehung der Inertgas-Durchflußmenge beim Sauerstoffblasen zu der Kohlenstoffkonzentration zu Ende des Sauerstoffblasens sowie der Zusammensetzung der gebildeten Schlacke am Ende des Sauerstoffblasens beim Frischen des hochchromhaltigen geschmolzenen Stahls unter Vakuum,
F i g. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung der Argon-Einblasmenge nach der Beendigung des Sauerstoffblasens zu dem Prozentsatz an Stahlproben, deren Kohlenstoffgehalt beim Frischen hoehchromhaltiger Stahlschmelzen unter Vakuum auf nicht mehr als 30 ppm verringert wurde,

ίο F i g. 4 eine graphische Darstellung der Beziehung der Inertgas-Einblasmenge in der ersten Stufe (»erste Stufe« bedeutet Sauerstoffblasperiode) zum Entkohlungswirkungsgrad beim Frischen einer hochchromhaltigen Stahlschmelze unter Vakuum,

F i g. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung der Cr₂O₃- und SiO₂-Gehalte der Schlacke zu Ende der ersten Stufe zur Entkohiungsgeschwindigkeitskonstante Kx. lO^sek-'Jund

F i g. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung der zu Ende des Sauerstoffblasens gebildeten Schlackenmenge zu der Entkohlungsgeschwindigkeitskonstante K χ 10⁴ (sek-¹) beim Frischen von hochchromhal''gem geschmolzenem Stahl unter Vakuum.

Beim Verfahren nach der Erfindung wird eine aus einem Schmelzgefäß abgestochene hochchromhaltige Stahlschmelze in eine Pfanne überführt, die am Boden einen mit Perforationen versehenen Stopfen besitzt, der das Einblasen eines Inertgases gestattet. Diese Pfanne wird in einem Vakuumbehälter eingesetzt. Der Kohlenstoffgehalt dieser Ausgangsschmelze muß zwischen 0,8 und 2,5% liegen, was im folgenden noch näher erläutert wird.

F i g. 1 stellt graphisch die Beziehungen zwischen dem Kohlenstoffgehalt der Ausgangsschmelze und der Stickstoffkonzentration nach dem Sauerstoffblasen dar, wobei aus dem Schaubild ersichtlich ist, daß dann, wenn Sauerstoffgas auf die hochchrorrhaltige Stahlschmelze mit einer Ausgangskohlenstoffkonzentration von nicht weniger als 0,8% geblasen wird, der Endstickstoffgehalt nicht mehr als 40 ppm beträgt. Wird demgegenüber Sauerstoff auf eine Stahlschmelze aufgeblasen, deren Ausgangskohlenstoffgehalt weniger als 0,8% beträgt, so ist es unmöglich, den Stickstoffgehalt auf maximal 40 ppm herabzusetzen.

4-) In Fig. 1 werden die Stahlschmelzen entsprechend der Ausgangsstickstoffgehalte in drei Gruppen unterteilt, d. h. in eine Gruppe mit einem Ausgangsstickstoffgehalt von 250 bis 290 ppm (Symbol O in F i g. 1), eine Gruppe mit einem Ausgangsstickstoffgehalt von 200 bis

^r)(i 249 ppm (Symbole in Fig. 1) und eine Gruppe mit einem Ausgangsstickstoffgehalt von weniger als 200 ppm (Symbol · in F i g. 1), wobei diesem Schaubild zu entnehmen ist, daß selbst bei Stahlschmelzen mit einem Ausgangsstickstoffgehalt von mehr als 250 ppm hochchromhaltige Stähle mit extrem niedrigen Stickstoffgehalten erzielt werden können, sofern sichergestellt ist, daß die Ausgangskohlenstoffkonzentrationen nicht unterhalb von 0,8% C liegen.
Ist andererseits die Ausgangskohlenstoffkonzentration der Stahlschmelze größer als 2,5%, so nimmt die Entkohlungsdauer zu, was im Hinblick auf den Wirkungsgrad des Pfannenfrischens sowie auf die Lebensdauer der feuerfesten Pfannenauskleidung nachteilig ist, weshalb die Ausgangskohlenstoffkonzentration auf maximal 2,5% festgesetzt ist.

Beim Verfahren nach der Erfindung wird die Stahlschmelze enthaltende Pfanne in einen Vakuumbehälter eingesetzt und wird mit' dem Inertgasblasen

begonnen, während zur gleichen Zeit der Druck im Vakuumbehälter herabgesetzt und anschließend Sauerstoffgas auf die Schmelzbadoberfläche geblasen wird. Während dieser Verfahrensschritte kann das Sauerstoffblasen unterbrochen werden, um gegebenenfalls den Zustand der Sauerstofflanze sowie die Schlackenbildung zu überprüfen.

F i g. 2 ist ein Schaubild, welches die Beziehung der Inertgas-Durchflußmenge zur Kohlenstoffkonzentration sowie die Zusammensetzungen der gebildeten Schlacke am Ende des Sauerstoffblasens beim Frischen hochchromhaltiger Stahlschmelzen durch Sauerstoffblasen unter Vakuum darstellt In diesen Fällen beträgt die Primär-Kohlenstoffkonzentration der Stahlschmelzen nicht weniger als 0,8%. Aus F i g. 2 ist zu ersehen, daß durch Einstellen oder Überwachen der Inertgas-Einblasmenge auf mehr als 15 Nl/min je t Stahlschmelze ein geschmolzener Stahl mit der durch Sauerstoffblasen erzielten Endkohlenstoffkonzentration von 0,0030 bis 0,0200% in stabiler Weise erzielt werden kann. Diese Werte liegen weit unter den mit herkömmlichen Verfahren erzielbaren Werten und die Schlackenzusammensetzungen sind optimal für die Erzeugung hochchromhaltiger Stähle mit extrem niedrigen Gehalten an Kohlenstoff und Stickstoff. In der Praxis liegen die Gehalte SiO₂ und Cr₂Cb bei der genannten Durchflußoder Einblasmenge nicht unter 20% bzw. nicht über 25%, wie in F i g. 2 unter Bezug auf die Zone D dargestellt. In der Zone B beträgt die Inertgas-Einblasmenge lediglich 5 bis 15 Nl/min je t und sind die Chromverluste beim Sauerstoffblasen groß. Die Fähigkeit zum Ausbilden einer nicht weniger als 20% SiO₂ und nicht mehr als 25% Cr₂Cb enthaltenden Schlacke ist kleiner als 50% und wie noch erwähnt wird, gestatten derartige Bedingungen nur eine sehr instabile Produktion von hochchromhaltigen Stähle mit einem extrem niedrigen Kohlenstoffgehalt.

Die deutsche Patentanmeldung P 27 54 512.6 der Anmelderin offenbart, daß dann, wenn die Inertgas-Einblasmenge während des Sauerstoffblasens lediglich 5 bis 15 Nl/min je t Stahlschmelze beträgt, das beste Mittel

Entkohlungswirkungsgrad = 100

zur Verhinderung der Chromoxidationsverluste darin besteht, das Sauerstoffolasen zu beenden, wenn die Kohlenstoffkonzentration der Stahlschmelze auf 0,025 bis 0,05% herabgesetzt ist

ί In der Zone A ist F i g. 2, in welcher die Kohlenstoffkonzentration zu Ende des Sauerstoffblasens mehr als 0,025% beträgt, ist die Wahrscheinlichkeit oder Möglichkeit der Bildung von nicht weniger als 20% SiO₂ und nicht mehr als 25% Cr₂O₃ enthaltenden Schlacken hoch, aber wie aus F i g. 3 ersichtlich, ist der Prozentsatz von fertig erschmolzenen Stählen bzw. Stahlproben mit einem Kohlenstoffgehalt von nicht mehr als 30 ppm nach der Vakuumbehandlung bei im Anschluß an das Sauerstoffblasen durchgeführten Inertgasblasen beispielsweise 100%, wenn der Kohlenstoffgehalt am Ende des Sauerstoffblasens Qf < 200 ppm beträgt, wohingegen dieser Prozentsatz lediglich 65% beträgt, wenn der Kohlenstoffgehalt zu Ende des Sauerstoffblasens Qi = 300 bis 500 ppm ist Der vorstehend erwähnte

2» Prozentsatz von Stahlproben, deren Kohlenstoffgehalt auf maximal 30 ppm erniedrigt wurde, wird im folgenden als >,C< 30 ppm- Prozentsatz« bezeichnet. Es zeigt sich somit., daß die Kohlenstoffkonzentration in der Stahlschmelze zum Zeitpunkt des Sauerstoffblas-

2"> endes nicht oberhalb von 0,020% (200 ppm) liegen darf. In der Zone C können die nicht weniger als 20% SiO₂ und nicht mehr als 25% Cr₂O₃ enthaltenden Schlacken gebildet werden, da aber die Kohlenstoffkonzentration mehr als 0,02% beträgt, ist der »C < 30 ppm-Prozent-

jo satz« gering.

Es zeigt sich somit, daß das Arbeiten innerhalb der Zone D zu bevorzugen ist, wenn zuverlässig fertig erschmolzene Stähle mit Kohlenstoffkonzentrationen von nicht mehr als 30 ppm erzielt werden sollen.

j-, Eine Experimentalbeziehung zwischen der Inertgas-Einleitmenge während des Sauerstoffblasens (im folgenden als erste inertgasstufe bezeichnet) und dem Entkohlungswirkungsgrad beim Frischen der hochchromhaltiger. Stahlschmelzen unter Vakuum ist in

4n F i g. 4 dargestellt.

tatsächlich entkohlte Menge

theoretisch entkohlte Menge bei Annahme, daß die Gesamtheit des zugeführten Sauerstoffes für die Entkohlung verbraucht wurde

Die F i g. 4 zugrunde liegenden Versuchsergebnisse wurden bei einer Lanzenhöhe (Abstand zwischen der Lanzenspitze und der Schmelzbadoberfläche) von 500 bis 1500 mm beim Aufblasen von 14 bis 30 Nl/min Sauerstoffgas je t Stahlschmelze an Stahlschmelzen ermittelt, deren Primär-Kohlenstoffgehalt zwischen 0,8 und 1,8% lag.

Aus Fig.4 ist zu entnehmen, daß der stabile und große Entkohlungswirkungsgrad von 60 bis 90% dadurch erzielt werden kann, daß Inertgas in einer Durchflußmenge von mehr als 15 Nl/min je t Stahlschmelze eingeblasen wird und daß dann, wenn die Durchflußmenge weniger als 15 Nl/min beträgt, sich der Entkohlungswirkungsgrad verringert.

Beträgt beim erfindungsgemäßen Verfahren der Durchfluß bzw. die Durchflußmenge des Inertgases mehr als 40 Nl/min je t Stahlschmelze, so wird bei Behandlung von Schmelzbadgewichten von etwa 50 t Lebensdauer der feuerfesten Auskleidung (der Frischgefäße) beträchtlich verkürzt, weshalb Durchflußmengen über 40 Nl/min nicht angewandt werden sollten. Wird der Inertgas-Durchfluß oder die Inertgas-Einleit-

menge gesteigert, so tritt in der Praxis ein Verspritzen von Schmelzbadtropfen auf, was den Betrieb behindert. Erfindungsgemäß ist zur Beseitigung dieses Problems ein besonders hohes Freibord (der oberhalb des Schmelzbadspiegels liegende Abschnitt der Pfannenwandung) vorgesehen, wobei die Höhe dieses Freibordes so gewählt ist, daß die Freibordhöhe auf die maximale Spritzhöhe beim Kochen (des Schmelzbades) abgestellt ist. Wird ein großer Inertgas-Durchfluß in der Nähe von 40 Nl/min je t Stahlschmelze verwendet, so bewegt sich der Schmelzbadspiegel ständig, so daß eine örtliche Beschädigung der Pfannenauskleidung vermieden werden kann. Dieses ist ein untergeordnetes Merkmal der vorliegenden Erfindung.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird eine größere Inertgasmenge eingeblasen als bei herkömmlichen Verfahren, so daß selbst dann, wenn die eingeblasene Saferstoffmenge größer als bei herkömmlichen Verfahren gemacht wird, die Entkohlung unter Vermeiden von Chromverlusten durch Verschlackung herbeigeführt werden kann, wodurch die Entkohlungsgeschwindigkeit bzw. die entkohlten Mengen größer werden, worin eines

der Kennzeichen der vorliegenden Erfindung bzw. ein besonders ins Auge fallender Vorteil der Erfindung gesehen werden muß.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Temperatur des Schmelzbades am Ende des Sauerstoffblasens, vorzugsweise oberhalb von 1700⁰C. 1st diese Temperatur niedriger als 1700°C und wird das Sauerstoffblasen fortgesetzt, um die Temperaturerniedrigung zu kompensieren, die im Laufe der anschließend durchgeführten Vakuumentkohlung auftritt, so schreitet die Chromverschlackung fort und wird die Schmelzbadoberfläche mit einer harten Schlacke bedeckt, wodurch die Geschwindigkeit der Entkohlung und des Stickstoffabbaus (Denitrierung) langsam werden und es schwierig wird, hochchromhaltige Stähle mit extrem niedrigen Gehaiten an Kohlenstoff und Stickstoff zu erzielen. Um die Badtemperatur am Ende des Sauerstoffblasens auf mehr als 1700°C zu haben, wird die Pfanne ausreichend vorgewärmt oder wird die Temperatur erhöht, bei welcher die Stahlschmelze in die Pfanne eingebracht wird. Wahlweise kann der Siliciumgehalt vor dem Sauerstoffblasen mehr als 0,4% betragen oder kann ein siliciumhaltiger Stoff während des Sauerstoffblasens zugesetzt werden, um die Schmelzbadtemperatur auf mehr als 1700° C anzuheben.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist es erforderlich, daß SiO₂ und Cr₂O3 in der durch das Sauerstoffaufblasen gebildeten Schlacke in Mengen von nicht weniger als 20% bzw. nicht mehr als 25% vorliegen, wobei die Menge der genannten gebildeten Schlacke zwischen 1 und 100 kg je t Stahlschmelze am Ende des Sauerstoffblasens beträgt.

Der Grund, aus welchem die Schlacke auf die vorstehend genannte Zusammensetzung beschränkt ist, ergibt sich wie folgt. Werden, wie in F i g. 5 dargestellt, Schlacken mit 15%, 20% und 30% SiO₂ zu Ende der Sauerstoffblasperiode gebildet, in den die SiO₂-Menge in der Schlacke zunimmt, so wird die Entkohlungsgeschwindigkeitskonstante

Kx 10<(sek - ¹XZf= -dln[%C]dr(sek->))

größer und wenn die Siliciummenge kleiner als 20% ist, sinkt die Entkohlungsgeschwindigkeit, was bedeutet, daß der SiO₂-Gehalt der Schlacke nicht unter 20% liegen darf. Ist des weiteren der Cr₂O3-Gehalt der Schlacke größer als 25%, so sinkt die Entkohlungsgeschwindigkeit signifikant, weshalb der Cr₂Os-GeIIaIt der Schlacke nicht oberhalb von 25% liegen darf.

Beträgt die Menge der oben beschriebenen Schlacke mit nicht weniger als 20% SiO₂ und nicht mehr als 25% CrjO3 weniger als 1 kg je t Stahlschmelze, so nimmt die Entkohlur.gsgesch-A'indigkei*. merklich ab, wie in F i g. 6 dargestellt. Ist andererseits die Menge dieser Schlacke größer als 100 kg (je t Stahlschmelze), so nimmt die Entkohlungsgeschwindigkeit gleichfalls ab, weshalb die Menge an gebildeter Schlacke 1 bis 100 kg betragen muß.

Wird beim erfindungsgemäßen Verfahren die Kohlenstoffkonzentration der Stahlschmelze in der ersten Stufe mittels der vorstehend beschriebenen Behandlung nicht größer als 0,020%, so wird das Sauerstoffblasen beendet und werden anschließend 6 bis 40Nl/min Inertgas je t Stahlschmelze in das Schmelzbad unter einem Hochvakuum von nicht mehr als 10 Torr eingeblasen, um die Stahlschmelze lebhaft umzurühren und eine Verringerung der Kohlenstoffkonzentration der Stahlschmelze auf weniger als 0,0030% zu gewährleisten. Außerdem kann erforderlichenfalls durch Verlängerung der Behandlungsdauer die Kohlenstoffkonzentration auf weniger als 0,0010% herabgesetzt werden.

Der Grund dafür, daß die Entkohlung auf extrem niedrige Kohlenstoffgehalte durch das obengenannte lebhafte Umrühren gewährleistet werden kann, beruht vermutlich darauf, daß die Grenzfläche zwischen der Stahlschmelze und der Gasphase unter vermindertem Druck infolge der lebhaften Baddurchrührung vergrö-

Ki ßert wird, weil eine derartige Entkohlungsreaktion lediglich im Bereich einer solchen Grenzfläche auftritt.

Wird die oben beschriebene Behandlung begonnen

und ist die Kohlenstoffkonzentration der Stahlschmelze nach dem Sauerstoffblasen größer als 0,020%, so ist es unmöglich, die Kohlenstoffkonzentration des Fertigerzeugnisses auf maximal 0,0030%, wie in F i g. 3 dargestellt, zu begrenzen, woraus sich ergibt, daß diese Kohlenstoffkonzentration maximal 0,020% betragen darf. Ist das Vakuum nach dem Sauerstoffblasen bei der

:<i vorstehend beschriebenen Behandlung größer als 10 Torr, so wird der CO-Partialdruck größer und wird es unmöglich, die Kohlenstoffkonzentration auf maximal 0,0030% zu beschränken, was bedeutet, daß das Vakuum nicht größer als 10 Torr sein darf. Ist außerdem die

2; Inertgas-Einblasmenge nach dem Sauerstoffblasen geringer als 6 Nl/min je t Stahlschmelze, so ist es unmöglich, eine Kohlenstoffkonzentration von weniger als 0,0030% zu erzielen, wie in Fig.3 dargestellt, während dann, wenn diese Inertgas-Einblasmenge

in oberhalb von 40 Nl/min liegt, das feuerfeste Mauerwerk am Pfannenboden, dort wo das Inertgas eingeblasen wird, stark verschlissen und außerdem der Betrieb erschwert wird, weshalb die Inertgas-Durchflußmenge nach dem Sauerstoffblasen auf 6 bis 40 Nl/min je t

ι-, Stahlschmelze begrenzt sein muß.

Außerdem wird der Stickstoffabbau durch die lebhafte Erzeugung von {CO) in der ersten Stufe gefördert, wenn Sauerstoff auf das Schmelzbad eingeblasen wird. Zum Endpunkt des Sauerstoffblasens

4(i kann die Stickstoffkonzentration auf nicht mehr als 40 ppm herabgesetzt sein. Bei der anschließenden Vakuum-Entkohiungsbehandlung, bei welcher lediglich das vorstehend beschriebene Inertgas eingeblasen wird, ist der erzielbare Stickstoffabbau gering und bei dieser

4-, Behandlung sollte das Absorbieren von Stickstoff durch die Stahlschmelze dadurch vermieden werden, daß so sorgfältig gearbeitet wird, daß das Eindringen der stickstoffhaltigen Außenatmosphäre in den Vakuumbehälter, in welchem ein Hochvakuum herrscht, vermieden

vi wird. Ist ein Luftzutritt möglich, so sollte die Inertgas-Einblasmenge so erhöht werden, daß die Schmelzbadoberfläche vor dem Zutritt von Luft geschützt ist.

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläute rung der Erfindung, ohne daß die Erfindung auf die Beispiele beschränkt wäre.

Beispiel 1

50 t eines 17% Chrom enthaltenden Stahles wurden

bo in einem elektrischen Lichtbogenofen erschmolzen und der erschmolzene Stahl wurde entschwefelt nnd in eine

Pfanne abgegossen, worauf die Schlacke aus der Pfanne

abgezogen wurde. Ein Primär-Einsatzmaterial mit 1,70% Kohlenstoff, 0,60% Silicium und 187 ppm N

_b5 wurde erhaltea In dieses Primär-Einsatzmaterial wurden 14 bis 30 NmVh Sauerstoffgas je t unter einem

Vakuum von 5 bis 60 Torr bei einer Lanzenhöhe von 800

bis 1500 mm aufgeblasen, während 16 Nl/min Argongas

je t vom Pfannenboden aus bei einer Temperatur im Bereich von 1670 bis 1700⁰C eingeblasen wurde. Das Sauerstoffblasen unter Vakuum wurde beendet als die Kohlenstoffkonzentration im Schmelzbad 0,0086% betrug. Die so erzielte Stahlschmelze besaß eine Stickstoffkonzentration von 20 ppm und eine 18,0% Cr₂O₃ sowie 27,5% SiO₂ enthaltende Schlacke wurd-e erhalten. Anschließend wurden 24 Nl/min Argongas je t in die so erhaltene Stahlschmelze unter einem Vakuum von 0,5 Torr 90 Min lang bei einer Temperatur im Bereich von 1700 bis 1580°C eingeblasen, wodurch ein Stahl mit 17% Chrom, einem Kohlenstoffgehalt von 5 ppm und einem Stickstoffgehalt von 22 ppm erzielt wurde.

Beispiel 2

50 t eines 18% Chrom-2% Molybdän-Stahls wurden in einem elektrischen Lichtbogenofen erschmolzen und die Stahlschmelze wurde entkohlt und in eine Pfanne abgegossen und abgeschlackt. Ein Primär-Einsatzmaterial mit 0,80% Kohlenstoff, 0,70% Silicium und 232 ppm N wurde erhalten. In dieses Primär-Einsatzmaterial wurden 16 bis 30 Nm³/h Sauerstoffgas je t unter einem Vakuum von 5 bis 60 Torr bei einer Lanzenhöhe von 500 bis 1500 mm aufgeblasen, während 25 Nl/min Argongas je t vom Pfannenboden aus bei einer Temperatur im Bereich von 1675 bis 1710°C eingeblasen wurden. Das Sauerstoffblasen unter Vakuum wurde beendet, als die Kohlenstoffkonzentration der Stahlschmelze auf 0,0073% herabgesetzt war. Die so erhaltene Stahlschmelze besaß eine Stickstoffkonzentration von

23 ppm und eine Schlacke mit 12,0% Cr₂O₃ und 27,0% SiO₂ wurde erhalten.

Anschließend wurden 24 Nl/min Argongas je t in die so behandelte Stahlschmelze unter einem Vakuum von 0,5 Torr 40 Minuten lang bei einer Temperatur im Bereich von 1710 bis 1590⁰C eingeblasen, wonach ein 18% Chrom-2% Molybdän-Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von 3 ppm und einem Stickstoffgehalt von

24 ppm vorlag.

Beispiel 3

501 eines 27%-Chromstahls wurden in einem elektrischen Lichtbogenofen erschmolzen und die erhaltene Stahlschmelze wurde entschwefelt, in eine Pfanne abgegossen und abgeschlackt. Ein Primär-Einsatzmaterial mit 0,83% Kohlenstoff, 0,60% Silicium und 293 ppm N wurde erhalten. Auf dieses Primär-Einsatzmaterial wurden 16 bis 30NmVh Sauerstoffgas je t unter einem Vakuum von 5 bis 60 Torr bei einer Lanzenhöhe von 800 bis 1500 mm aufgeblasen, während 16 Nl/min Argongas je t vom Pfannenboden aus bei einer Temperatur im Bereich von 1680 bis 1720⁰C eingeblasen wurden.

Während des Sauerstoffblasens wurden 2,4 kg FeSi (75% Si)Je t Stahlschmelze und 22 kg FeSi (75% Si)Je t Stahlschmelze getrennt voneinander dem Schmelzbad zugesetzt Das Sauerstoffblasen unter Vakuum wurde beendet als die Kohlenstoffkonzentration im Schmelzbad auf 0,0157% herabgesetzt war. Die dann vorliegende Stahlschmelze besaß eine Stickstoffkonzentration von 35 ppm und eine Schlacke mit 11,2% Cr₂O3 und 3£5% SiO₂ war erhalten.

Anschließend wurden 24 Nl/min Argongas je t in die so behandelte Stahlschmelze unter einem Vakuum von 0,5 Torr 40 min lang bei einer Temperatur im Bereich von 1720 bis 1580° C emgeblasen, wonach ein Stahl mit 27% Chrom, einem Kohlenstoffgehalt von 18 ppm und einem Stickstoffgehalt von 35 ppm vorlag.

Beispiel 4

50 t eines 26% Chrom-1% Molybdän-Stahls wurden in einem elektrischen Lichtbogenofen erschmolzen und die Stahlschmelze wurde entkohlt, in eine Pfanne abgegossen und abgeschlackt. Ein Primär-Einsatzmaterial mit 1,52% Kohlenstoff, 0,43% Silicium und 246 ppm N wurde erhalten. In dieses Primär-Einsatzmaterial wurden 12 bis 30 NmVh Sauerstoffgas je t unter einem Vakuum von 5 bis 60 Torr bei einer Lanzenhöhe von 800 bis 1500 mm aufgeblasen, während 16 Nl/min Argongas

r, vom Pfannenboden aus bei einer Temperatur im Bereich von 1690 bis 172O⁰C eingeblasen wurden. Während des Sauerstoffblasens wurden 180 kg FeSi (Si = 75%) der Stahlschmelze zugesetzt. Das Sauerstoffblasen unter Vakuum wurde beendet, als die Kohlenstoff konzentration im Schmelzbad auf 0,0168% herabgesetzt war. Die erzielte Stahlschmelze hatte eine Stickstoffkonzentration von 31 ppm und eine Schlacke mit 12,5% Cr₂O₃ und 31,0% SiO₂ war erzielt worden.
Nachfolgend wurden 24 Nl/min Argongas je t in die so behandelte Stahlschmelze unter einem Vakuum von 0,5 Torr 10 Minuten lang eingeblasen, wonach ein Stahl mit 26% Chrom und 1% Molybdän vorlag, dessen Kohlenstoffgehalt 15 ppm und dessen Stickstoffgehalt 28 ppm betrug.

jo Nichtrostende Stähle mit extrem niedrigen Kohlenstoff- und Stickstoffgehalten können nicht erzeugt werden, wenn diese Stähle zusammensetzungsmäßig außerhalb der erfindungsgemäßen Bereiche liegen, wie anhand der folgenden Vergleichsversuche verdeutlicht.

Vergleichsversuch 1

50 t eines 18% Chrom-2% Molybdän-Stahls wurden in einem elektrischen Lichtbogenofen erschmolzen und die Stahlschmelze wurde entkohlt, in eine Pfanne abgegossen und abgeschlackt. Ein Primär-Einsatzmaterial mit 1,02% Kohlenstoff, 0,58% Silicium und 256 ppm N wurde erhalten. In dieses Primär-Einlaßmaterial wurden 14 bis 30 NmVh Sauerstoffgas je t unter einem Vakuum von 5 bis 60 Torr bei einer Lanzenhöhe von 800 bis 1500 mm aufgeblasen, während 12 Nl/min Argongas vom Pfannenboden aus bei einer Temperatur im Bereich von 1670 bis 1710⁰C eingeblasen wurde. Das Sauerstoffblasen unter Vakuum wurde beendet, als die Kohlenstoffkonzentration im Schmelzbad auf 0,033% abgesenkt war. Die erzeugte Stahlschmelze besaß einen Stickstoffgehalt von 25 ppm und eine Schlacke mit 26,5% Cr₂O₃ und 31,0% SiO₂ war erzielt worden.

Sodann wurden 24 Nl/min Argongas je t in die so behandelte Stahlschmelze unter einem Vakuum von 0,5 Torr 85 min lang bei einer Temperatur im Bereich von 1700 bis 1580⁰C eingeblasen und der End-Kohlenstoffgehalt sowie der End-Stickstoffgehalt betrugen 68 bzw. 25 ppm.

Bei diesem Vergleichsbeispiel beträgt der Argongas-Durchfluß beim Sauerstoffblasen unter Vakuum 12 Nl/min je t und ist unzureichend. Die Kohlenstoffkonzentration bei Ende des Sauerstoffblasens unter Vakuum beläuft sich auf 0,033%, was hoch ist und die Schlacke enthält 26,5% Cr₂O₃ sowie 31,0% SiO₂ mit der Wirkung, daß die Kohlenstoffkonzentration des fertigen Stahls 68 ppm beträgt

Vergleichsbeispiel 2

50 t eines 18% Cr-2% Mo-Stahls wurden in einem elektrischen Lichtbogenofen erschmolzen und die Stahlschmelze wurde entschwefelt, in eine Pfanne abgegossen und abgeschlagen. Ein Primär-Einsatzmaterial mit 1,01% Kohlenstoff, 0,60% Silicium und 181 ppm N wurde erhalten. In dieses Primär-Einsatzmaterial wurden 15 bis 30 NmVh Sauerstoffgas je t unter einem Vakuum von 5 bis 60 Torr bei einer Lanzenhöhe von 800 bis 1500 mm aufgeblasen, während 16 Nl/min Argongas je t vom Pfannenboden aus bei einer Temperatur im Bereich von 1670 bis 1715⁰C eingeblasen wurde. Bei einer Kohlenstoffkonzentration im Schmelzbad von 0,038% wurde das Sauerstoffblasen unter Vakuum beendet. Der erhaltene schmelzflüssige Stahl besaß eine

10

I) Stickstoffkonzentration von 23 ppm und eine Schlacke mit 13,0% Cr₂O₃ und 28,3% S1O2 war erhalten worden.

Nachfolgend wurden 24 Nl/min Argongas je t in die so behandelte Stahlschmelze unter einem Vakuum von 0,5 Torr 60 min lang bei einer Temperatur im Bereich von 1715 bis 1580⁰C eingeblasen und der Endkohlenstoff belief sich auf 38 ppm, während der Endstickstoffgehalt 24 ppm betrug.

Bei diesem Vergleichsbeispiel wies die Kohlenstoffkonzentration zu Ende des Sauerstoffblasens eine stattliche Höhe von 0,038% auf, so daß der Kohlenstoffgehalt im fertigen Stahl eine hohe Konzentration von 38 ppm aufweist.

Vergleichsbeispiel 3

50 t eines 18% Cr-2% Mo-Stahls wurden in einem 2« elektrischen Lichtbogenofen erschmolzen und die Stahlschmelze wurde entschwefelt, in eine Pfanne abgegossen und geschlackt. Ein Primär-Einsatzmaterial mit 0,88% Kohlenstoff, 0,10% Silicium und 230 ppm N wurde erhalten. In dieses Primär-Einsatzmaterial wurden 14 bis 30 NmVh Sauerstoffgas je t unter einem Vakuum von 5 bis 60 Torr bei einer Lanzenhöhe von 800 bis 1500 mm aufgeblasen, während 16 Nl/min Argongas je t vom Pfannenboden aus bei einer Temperatur im Bereich von 1690 bis 1720⁰C eingeblasen wurde. Als die Kohlenstoffkonzentration in der Stahlschmelze auf 0,008% herabgesetzt war, wurde das Sauerstoffblasen unter Vakuum beendet. Die erzielte Stahlschmelze besaß eine Stickstoffkonzentration von 28 ppm und eine Schlacke mit 31,5% Cr₂O₃ sowie 18,1% SiO₂ war y-> erhalten worden.

Nachfolgend wurden 24 Nl/min Argongas, je t in die so behandelte Stahlschmelze unter einem Vakuum < η 0,5 Torr 85 min lang bei einer Temperatur im Bereich von 1720 bis 1575°C eingeblasen. Der End-Kohlenstoffgehalt betrug 41 ppm und der End-Stickstoffgehalt belief sich auf 28 ppm.

Bei diesem Vergleichsbeispiel lag der Siliciumgehah zu Beginn des Sauerstoffblasens unter Vakuum bei lediglich 0,10%, aber weil keine Zugabe von Siliciumlegierungen oder SiO₂ zwecks Erhöhung der SiO₂-Konzentration erfolgte, war in der gebildeten Schlacke ein hoher Cr?O₃-Gehalt von 31,5% und ein niedriger SiO₂-Gehalt von 18,1 % vorhanden, was dazu führte, daß die Kohlenstoffkonzentration im Fertigerzeugnis sehr hoch, nämlich 41 ppm, war.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Vakuumfrischen hochchromhaltiger Stähle mit einem Endkohlungsstoffgehalt von nicht mehr als 0,0030% C und einem Endstickstoffgehalt von nicht mehr als 0,0040% bei gleichzeitigem Einleiten von inertem Spülgas vom Pfannenboden aus, dadurch gekennzeichnet, daß unter verringertem Druck in eine an sich bekannte Stahlschmelze mit 0,8-2,5% C und 10-35% Cr mehr als 15—40Nl/min Inertgas je t Stahl eingeblasen werden, wobei gleichzeitig Sauerstoff derart auf die Schmelze geblasen wird, daß 1 — 100 kg/t Stahl einer Schlacke entstehen, die nicht weniger als 20% SiO₂ und nicht mehr als 25% Cr₂O₃ zu Ende des Sauerstoffblasens enthalt, daß das Saaerstoffblasen beendet wird, wenn die Kohlenstoffkcnzentration der Stahlschmelze auf nicht mehr als 0,020% herabgesetzt ist und daß anschließend 6 bis 40Nl/min Inertgas je t Stahl unter einem Hochvakuum von weniger als 10 Torr eingeblasen werden.