DE3036461C2 - Verfahren zur Herstellung von basischen Schlacken für das Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von basischen Schlacken für das Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren

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DE3036461C2
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    • C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
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    • C22B9/18—Electroslag remelting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21C—PROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C7/00—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00
    • C21C7/04—Removing impurities by adding a treating agent
    • C21C7/076—Use of slags or fluxes as treating agents
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P10/20—Recycling

Description

dadurch gekennzeichnet, daß die Schlakken durch Vermischen vorwiegend oxidischer Komponenten, deren Anteil an fluoridischer Komponente maximal 5 Gew.-% beträgt mit vorwiegend Ruandischen Komponenten, deren Anteil an oxidischer Komponente maximal 5 Gew.-% beträgt, gewonnen werden, wobei die vorwiegend oxidischen und die vorwiegend fluoridischen Komponenten vor dem Vermischen getrennt erschmolzen werden. 2ä
35
40
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung J0 von basischen Schlacken für das Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren (im folgenden auch ESU-Prozeß genannt), die einen analytischen Gehalt an
0.2-15Gew.-°/oSi02.
12-40Gew.-%AI:Oi.
15-40Gew.-% Erdalkalioxid. 12-75Gew.-%CaF2,
bis zu 0,5 Gew.-% FeO.
bis zu 1 Gew.-% MnO.
biszulOGew.-O/oTiOi,
sowie rohstoffbedingte Verunreinigungen aufweisen.
Schlacken der obengenannten Zusammensetzung sind im Handel erhältlich und wurden auch bereits bisher zur Stahlveredelung nach dem Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren eingesetzt. Nach diesem Verfahren wird ein. als Elektrode geschalteter Stahlblock in einer, mittels elektrischen Stroms auf 1700 bis 1900°C erhitzten basischen Schlacke zum Abtropfen und zur M Reaktion mit der Schlacke gebracht und dabei von oxidischen und sulfidischen Verunreinigungen befreit.
Als Nebenreaktion tritt dabei die Umsetzung des in der Schlucke enthaltenen Restwassergehaltes mit dem flüssigen Stahl unter Bildung von Wasserstoff auf.
Die dadurch auftretenden Probleme sind hinlänglich bekannt: Wasserstoff hat mit flüssigem Stahl eine hohe Löslichkeit. Bei der Erstarrung nimmt die Wasserstofflöslichkert des Stahles sprunghaft ab und wird mit weiter fallender Temperatur noch geringer.
Wird der Stahlblock nicht lurch entsprechendes. Tage bis Wochen dauerndes Nachglühen vom Wasserstoff befreit, so kommt es zu Wasserstoffrissen. Der Stahlblock wird unbrauchbar.
Es müssen mithin für das Umschmelzen wasserstoff- b empfindlicher Stahlsorten nach dem ESU-Prozeß. insbesondere jedoch für große Stahlblöcke mit einem Durchmesser von einem Meter und mehr, besonders
60 feuchtigkeitsarme Schlacken eingesetzt werden. In diesem Fall erfüllen die im Handel befindlichen vorgeschmolzenen und auf Körnung gebrochenen Schlacken die extremen Anforderungen an Feuchtigkeitsarmut nicht mehr. Um besonders feuchtigkeitsarme Schlacken zu gewinnen, muß man die handelsüblichen vorgeschmolzenen und gekörnten basischen Schlacken zusätzlich noch bei ca. 1000° C glühen.
Ein derartiges Verfahren ist jedoch umständlich und kostenintensiv.
Aufgabe der Erfindung war es nun, ein wirtschaftliches Verfahren zur Herstellung basischer Schlacken für den ESU-Prozeß zu finden, die den Anforderungen auf besondere Feuchtigkeitsarmut, insbesondere bei der Erschmelzung wasserstoffempfindlicher, großer Stahlblöcke nach dem ESU-Prozeß, gerecht werden.
Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß ESU-Schlacken mit geringen Feuchtigkeit .verten erhalten werden können, wenn die. der gewünschten Zusammensetzung entsprechenden oxidischen und fluoridischen Komponenten getrennt erschmolzen werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von basischen Schlacken für das Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren, das dadurch gekennzeichnet ist. daß die Schlacken durch Vermischen vorwiegend oxidischer Komponenten, deren Anteil an fluoridischer Komponente maximal 5 Gew.-% beträgt mit vorwiegend fluoridischen Komponenten, deren Anteil an oxidischen Komponenten maximal 5 Gew.-% beträgt, gewonnen werden, wobei die vorwiegend oxidischen und die vorwiegend fluoridischen Komponenten vor dem Vermischen getrennt erschmolzen werden.
Als technisch sinnvoll für den ESU-Prozeß haben sich basische Schlacken erwiesen, die einen analytischen Gehalt an
0.2-15Gew.-%SiO2,
12-40Gew.-%AI2Oj,
15-40 Gew.-% Erdalkalioxid,
12-75 Gew.-% CaF2,
bis zu 03 Gew.-% FeO.
bis zu 1 Gew.-% MnO,
biszulOGew.-°/oTi02,
sowie rohstoffbedingte Verunreinigungen aufweisen.
Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schlacken werden die gleichen Rohstoffe verwendet, wie sie auch bereits bisher zur Herstellung von basischen Schlacken für den ESU-Prozeß eingesetzt wurden.
Die vorwiegend oxidischen Komponenten können einen Gehalt von maximal 5 Gew.-°/o an fluoridischer Komponente enthalten. Sie werden z. B. in, mit Kohlenstoff ausgekleideten Ofen aufgeschmolzen, wobei die Untergrenze der dabei anzuwendenden Temperaturen naturgemäß der Schmelzpunkt des Gemisches darstellt. Im allgemeinen liegen die Temperaturen zwischen! 500 und 1800* C.
Das schmelzflüssige Produkt wird auf eiserne Wannen gegossen und nach dem Erkalten auf gewünschte Körnung von in der Regel bis 30 mm gebrochen.
Die Behandlung der vorwiegend fluoridischen Komponenten, die maximal einen Anteil von 5 Gew.-% an oxidischen Komponenten enthalten dürfen, erfolgt analog.
Die Schlacken werden schließlich durch einfaches
Vermischen der vorgeschmolzenen und gekörnten Komponenten erhalten. Das Gewichtsverhältnis der Komponenten wird nach Maßgabe der erwünschten Gesamtzusammensetzung der Schlacke ermittelt
Als Qualitätsmaßstab in bezug auf die Feuchtigkeit "> der Schlacken hat sich die Ermittlung des Wassergehalts der Schlacken bewährt, der bei einer Temperaturbehandlung der Schlacken von 650" C freigesetzt wird. Hierfür wird eine Probe in einem Rohr auf 6500C erwärmt und ein wasserfreier Gasstrom über die Probe ι» geleitet Das freiwerdende Wasser wird im Gasstrom ausgetragen, in einem Trockenmittel aufgefangen und beispielsweise gravimetrisch bestimmt
Die erfindungsgemäß hergestellten Schlacken weisen nach dem oben beschriebenen Verfahren ermittelte i> Wassergehalte auf. die im zweistelligen ppm-Bereich liegen, während handelsübliche vorgeschmolzene Schlacken gleicher ehem. Zusammensetzung + Körnung einen um ein Vielfaches höheren Feuchtigkeitsgehalt aufweisen. Selbst die durch Nachglühen bei ca. 10000C der handelsüblichen, vorgeschmolzenen und gekörnten bas. Schlacken gewonnenen besonders feuchtigkeitsarmen bas. Schlacken haben einen bedeutend höheren Feuchtigkeitsgehalt als die erfindungsgemäßen Schlacken gleicher ehem. Analyse und Körnung.
Außerdem haben die erfindungsgemäßen bas. Schlakken eine bessere Lagerfähigkeit als die bisher bekannten Schlacken.
Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen näher erläutert: Jo
•seispiei 1
Eine oxidische Komponente folgender Zusammensetzung:
0,57Gew.-% SiO2
45,85 Gew.-% Al2O1
47,24 Gew.-% CaO
4,70Gew.-% MgO
sowie rohstoffbedingte Verunreinigungen
wird in einem mit Kohlenstoff ausgekleideten Ofen bei 17000C erschmolzen. Nach einem zwei- bis vierstündigem Einschmelzprozeß und nach dem völligen Durchschmelzen wird die noch schmelzflüssige Mischung auf eine eiserne Wanne ausgegossen und nach dem Erkalten auf eine Körnung von 0,3 bis 10 mm vermählen.
Eine fluoridische Komponente folgender Zusammensetzung:
0,72 Gew.-o/o SiO2
99.09 Gew.-o/o CaF2
sowie rohstoffbedingte Verunreinigungen
wird bei einer Temperatur von 16000C in einem mit Kohlenstoff ausgekleideten Ofen erschmolzen. Nach einem drei- bis vierstündigein Einschmelzprozeß und nach völligem Durchschmelzen wird die schmelzflüssige Mischung ausgegossen und nach dem Abkühlen auf eine Körnung von 03 bis 10 mm gemahlen.
Die gewünschte basische Schlacke wird erhalten durch Vermischen von 40 Gew.-% Anteilen an oxidischer und 60 Gew.-°/o Anteilen an fluoridischer Komponente.
Demnach beträgt die Gesamtzusammensetzung der Schlacke b5
40
50 1834 Gew.-% CaO
1,88 Gew.-% MgO
59,45 Gew.-% CaF2
sowie rohstoffbedingte Verunreinigungen.
Der Feuchtigkeitsgehalt der Schlacken wird in der folgenden Weise bestimmt:
100 g gekörnte Schlacke werden in ein Rohr gegeben, auf 6500C erhitzt und dabei ständig mit trockenem, gasförmigem CO2 gespült Der Gasstrom wird weiter durch ein mit Magnesiumperchlorat gefülltes Rohr geleitet, wo das im Gasstrom ausgetragene, aus der Schlacke freigesetzte Wasser absorbiert wird. Der Feuchtigkeitsgehalt der Probe ergibt sich als Gewichtsdifferenz des Absorptionsrohres.
Der Feuchtigkeitsgehalt betrug 30 Gew.-ppm.
Vergleichsbeispiel 1.1
Eine Schlacke der gleichen Zusammensetzung, wie im Beispiel 1 beschrieben, wird homogen, d.h. nicht in getrennten Komponenten, erschmolzen und auf die Körnung 03—50 mm vermählen.
Der Feuchtigkeitsgehalt betrug, nach dem gleichen Verfahren ermittelt, wie im Beispiel 1 beschrieben, 250 Gew.-ppm.
Vergleichsbeispiel \2
Die Schlacke von Vergleichsbeispiel 1.1 wird 10 Minuten bei ca. 10000C geglüht Nach dem Abkühlen an Luft beträgt der Feuchtigkeitsgehalt nach dem gleichen Verfahren, wie im Beispiel 1 beschrieben, 120 Gew.-ppm.
Lagerfähigkeit
Nach halbjähriger Lagerung der Schlacken in Papiersäcken, mit verschweißter Polyäthyleneinlage von 0,5 mm Stärke in einem Lagerraum in welchem der absolute Feuchtigkeitsgehalt zwischen 4—17g/Nm3 Luft schwankte wurden folgende F&"chtigkeitswerte gefunden:
Schlacke Beispiel 1 40 Gew.-ppm
Schlacke Vergleichsbeispiel 1.1 350 Gew.-ppm
Schlacke Vergleichsbeispiel 1.2 200 Gew.-ppm
Beispiel 2
Es wird nach der im Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise eine Schlacke folgender Zusammensetzung hergestellt:
2Gew.-% SiO2
32Gew.-% AI2O3
30Gew.-% CaO
3Gew.-% MgO
32 Gew.-o/o CaF2
sowie rohstoffbedingte Verunreinigungen.
ermittelte Wassergehalt
0,66 Gew.-% SiO2
1834 Gew.-% Al2O,
Der gemäß Beispiel
beträgt 20 Gew.-ppm.
Vergleichsbeispiel 2.1
Eine Schlacke gleicher Zusammensetzung wie im Beispiel 2 beschrieben, wird homogen (analog Vergleichsbeispiel 1.1) erschmolzen und auf die Körnung 03—10 mm vermählen.
Der Wassergehalt, ermittelt analog Beispiel 1 beträgt 300 Gew.-ppm.
Vergleichsbeispiel 22
Eine Schlacke der gemäß Beispiel 2 und Vergleichsbeispiel 2.1 beschriebenen Zusammensetzung wird homogen erschmolzen und nach Körnung auf 03 bis 10 mm bei 10000C10 Minuten nachgeglüht.
Nach dem Erkalten wird die Schlacke auf ihren Feuchtigkeitsgehalt untersucht Der Feuchtigkeitsgehalt, ermittelt wie im Beispiel 1 beschrieben, beträgt 200 Gew.-ppm
Lagerfähigkeit
Nach halbjähriger Lagerung der Schlacken bei Bedingungen wie unter Beispiel 1 beschrieben wurden folgende Feuchtigkeitswerte gefunden:
Schlacke Beispiel 2 30 Gew.-ppm
Schlacke Vergleichsbeispiel Zl 500 Gew.-ppm Schlacke Vergleichsbeispiel 22 300 Gew.-ppm

Claims (1)

  1. IO
    Patentanspruch:
    Verfahren zur Herstellung von basischen Schlakken für das Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren, die einen analytischen Gehalt an
    0,2-15Gew.-%SiO2,
    12-40 Gew.-% Al2O3,
    15-40 Gew.-% Erdalkalioxic, 12-75 Gew.-% CaF2,
    biszu0,5Gew.-%FeO,
    bis zu 1 Gew.-% MnO,
    biszul0Gew.-%TiO2,
    sowie rohstoffbedingte Verunreinigungen auf-
    weisen,
DE3036461A 1980-09-26 1980-09-26 Verfahren zur Herstellung von basischen Schlacken für das Elektro-Schlacke-Umschmelzverfahren Expired DE3036461C2 (de)

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