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BESCHREIBUNG
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Die vorliegende erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Metallurgie
und insbesondere auf ein Schmelzverfahren von Stahl mit einem Gehalt an Mangan von
nicht unter 8 in Elektrobogenöfen mit sauerem Futter und kann für die Herstellung
von Einzelteilen, die mit hohem Verschleiß bei hohen Stoßbelastungen aus@esetzt
werden, beispielsweise @ gegossenen Eis enbahn-Her zstückke ilen, eingesetzt werden.
Dabei gewinnen solche Teile unter Einwirkung von Stoßbelastungen eine hohe Festigkeit
und Verschleißfestigkeit. Die Lebensdauer der i'eile wird somis durch die qualität
des zu erzeugenden Stahls beeinflußt: je höher die Zerreißfestigkeit , die bezogene
Dehnung und die Schlagzähigkeit,um so länger die Lebensdauer der Eiserbahn-Herzstückkeile
ist. So erhöht, beispielsweise, höhung der Zerreißfestigkeitsgrenze von 806 auf
916 sSa und der bezogenen Dehnung von 28,1 auf 38,5@ die Lebensdauer der Einsenbahn-Herzstückkeile
um 20%. Das Vorhandense@n von schadlichen Beimengungen, insbesondere von Phosphor,
und ein schlechter Desoxydationszustand des flüssigen Metalls führt jedoch zur Verschlechterung
der Stahleigenschaften und schließlich auch der Teile aus demselben. So verringert,
beispielsweise, die Vergrößerung des Gehaltes an Phosphor von 0,025 auf 0,090 Gew.%
im Stahl, der für die Fertigung von gegossenen Eisenba;m-Herstückkeilcn eingesetzt
wird, die Lebensdauer derselben um 15 bis 20%.
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Als Kennwert des Desoxydationszustandes von Sta@l mit einem Gehalt
an Mangan von unter 8 Gew.% dient der Gehalt an Mangan(II)- und Eisen(II)-oxid in
flüssiger Schlacke vor dem Abstechen des Stahls aus einem Schmelzofen (das heißt
in der Feinungsschlacke), dabei bestimmt der schlechte Desoxydationszustand des
Stahls einen erhöhten Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen, beispielsweise von
Mangan(II)-oxid, im Stah und verschlechtert seine Qualität und die Lebensdauer von
leiten aus demselben. So vergrößert die erhöhung des Gesamtgehaltes an Mangan(II)-
und Eisen(II)-oxid in der obengenannten Schlacke von 5 auf 20%, bezogen auf das
Schlackengewicht, den Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen im Stahl von
0,008
auf 0,028 Gew.%, verringert die Schlagzätiigkeit von Stahl bei 20 0C von 250 auf
80 J/om2 und vergrößert den Verschleiß von Teilen um 40%.Schon Vergrößerung des
Getes an Mangan(II)-oxid in der Feinungsschlacke von 2 auf 43%, bezogen auf das
Schlackengewicht, führt zur Vergrößerung der nichtmetallischen Einschlüsse im Stahl
auf das 24fache.
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Ein niedriger Gehalt an Manan(Ii)- und Eisen(II)-oxid in der Feinungsscnlacke
wird üblicherweise durch die Vergrößerung der Dauer des Reduktionsfeinens nach der
Legierung des flüssigen Metalls mit Mangan erreicht. Das führt jedoch zur Verringerung
der Leistung der Elektrobogenöfen und zur Steigerung der Kosten von Stahl.
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bekannt ist ein Schmelzverfahren von Stahl mit einem Gehalt an Mangan
von über 11,0Gew.% in Elektrobogenöfen mit basischem Futter (siehe Davydov N.G.
"Hochlegierter Manganstahl" ("Vysokomargantsovistaya stal"), M. Verlag "Metallurgiya",
1997, Seiten 53-68).
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Das Verfahren besteht darin, daß man die Beschickung von Einsatzgut
in den Ofen vornimmt, das Einsatzgut schmilzt, eine Schlaokenschicht auf dem flüssigen
Metall durch Aufgabe von frischgefertigtem ungelösohtem Kalk in das flüssige Metall
formt, die Oxydation von Beimengungen durch Suführung von eisenerz zur Schlacke
bis zu einem Gehalt an Kohlenstoff im flüssigen Metall von 0,15 bis 0,20 Gew.%,
Phosphor von 0,020 bis 0,025 Gew.% durchführt, die Frischschlacke entfernt, das
flüssige Metall durch Aufgabe von stückigem Ferrosilizium FeSi und Ferromangan FeSh
bis zu einem Gehalt des flüssigem Metalls an Silizium von 0,6 Gew.%, an Mangan von
1,5 Gew.% desoxydiert, eine Scnlackenschicht im flüssigen Metall durch Aufgabe von
frischzubereitetem ungelöschtem Kalk und Flußspat formt, mit Mangan unter Einsatz
von Ferromangan legiert, das in einigen Arbeitsgängen aufgegeben wird, die Reduktionsfeinung
des flüssigen Metalls mit einem Gemisch aus gemahlenem Koks und feinzerkleinertem
Ferrosilizium durchführt und darm die Desoxydation des flüssigen metalls in seinem
Volumen mit Aluminium vornimmt, das in einer Menge von 0,5 bis 0,8 kg je Tonne @
flüssigen Metalls genommen wird.
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Dieses Schmelzverfahren von Stahl mit einem Gehalt an Mangan von
über 11 Gew.% gewährleistet keine Senkung des Gehaltes an Phosphor im flüssigen
Metall vor der auf Entfernung der Frischschlacke weniger als 0,020 Gew.% und im
auf Stahl weniger als 0.070 Gew.%, dabei beträgt der Gesamtgehalt an Mangan(II)-
und Eisen(II)-oxid in der Feinungsschlakke von 5,0 bis 11,3%, bezogen auf das Schlackengewicht
Der Gehalt an Mangan(II)- und Eisen(II)-oxid in der Feinungsschlacke von uber 5,0%,
bezogen auf das Schlackengewicht bestimmt den hohen Gehalt an nichtmetallischen
Einschlüssen im Stabil (0,0110 bis 0,0230 Gew.%) und setzt die Qualität des Stahls
herab. Ein Gesamtgehalt an Mangan(II)- und Eisen(II)-oxid in der Feinungsschlacke
gleich oder weniger als 5,Oo, bezogen auf das Schlackengewicht kann nur durch Vergrößerung
der Dauer der Reduktionsfeinung um 15 bis 20 Minuten erreicht werden, was die Leistung
eines Elektrobogenofens verringert und die Selbstkosten von Stahl steigert.
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bekannt ist ein Schmelzverfahren von Stahl mit einem Gehalt an Mangan
von über 2 Gew.% in Elektrobogenöfen und Siemens-Martin-Öfen mit basischem Futter
(siehe SU-PS . 398626, Kl. C210 5/52).
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Das Verfahren besteht darin, daß man die Beschickung von Einsatzgut
in den Ofen vornimmt, das Sinsatzgut schmilzt, eine Schlackenschicht über dem flüssigen
Metall formt, die Oxydation von Beimengungen durch Aufgabe von Eisenerz auf die
Schlacke bis zu einem Gehalt des flüssigen Metalls an Kohlenstoff von 0,15 bis 0,20
Gew.%, an Phosphor von 0,020 bis 0,025 Gew.%, durchführt, die Fri.chschlacke entfernt,
das flüssige Metall in seinem Volumen mit Aluminium desoxydiert, das in einer Menge
von 0,3 bis 8 kg je Tonne flüssigen Metalls genommen wird, eine Schlackenschicht
über dem flüssigen Metall formt, dann die Legierung mit Mangan unter Einsatz von
Ferromangan vornimmt, wonach man die Reduktionsfeinung durch Aufgabe des gemahlenen
Kokses und des Aluminiume auf die Schlacke durchführt, die in einer Menge von 1
bis 5 und von 0,) bis 0,5 kg Je Tonne flüseigen Metalle genommen werden.
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Dieses Schmelzverfahren von Stahl mit einem Gehalt von an Mangantiber
2 Gew% verringert die Ent;stehung von Man-
gan(II)-oxid im flüssigen
Metall, sichert aber nicht die Senkung des Gesamtgehaltes an nichtmetallischen Einschlüssen,
wie von Aluminiumoxid. Zur Erreichung eines niedrigen Gehaltes an nichtmetallischen
Einschlüssen im Stahl, von nicht über 0,0100 Gew. ist gemaß dem genannten Verfahren
die Dauer der Reduktionsfeinung zu vergrößern. Außerdem gewährleistet dieses Schmelzverfahren
für Stahl mit einem Gehalt an Mangan von über 2 Gew.% nicht einen Gehalt an Phosphor
im flüssigen Metall vor der Entfernung der Frischschlacke weniger als 0,020 Gew.%
, was einen erhöhten Gehalt an Phosphor im Stanl verursacht.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schmelzverfahren
für Stahl mit einem von Gehalt an Mangan#nicht unter 8Gew.% zu entwickeln, bei dem
der Gehalt an Phosphor im flüssigen Metall vor der Entfernung der Frischschlacke
wesentlich herabgesetzt und der Gesamtgehalt an Mangan(II)- und Eisen(II)-oxid in
der Feinungsschlakke verringert wird, was die Festigkeits und Plastizitätseigenschaften
des Stahls sowie die Lebensdauer gegossener Teile aus diesem Stahl erhöht.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst , daß bei einem Schmelzverfahren
fiir Stahl mit einem Genalt an Mangan von nicht unter 8 Gew.% in Elektrobogenöfen
mit basischen Futter das die Beschickung von Einsatzgut und Schlacke bildnern,deren
Erschmelzung, die Oxydation von Beimengungen, die entfernung der Brischsohlacke
mit anschließender Aufgabe von Schlackenbildnern und die Legierung der Schmelze
mit Mangan, sowie die Reduktionsfeinung mit Aluminium und kohlenstoffhaltigen Stoffen
vorsieht, erfindungsgemäß mit der gleichzeitigen Erschmelzung des Einsatzgutes die
Oxydation von Beimengungen durcn die Aufgabe von Kalkstein als Schlackenbildner
auf den Ofenherd und durch die darauffolgende Aufgabe von Einsatzgut zusammen mit
dem Eisenerz auf den Kalkstein erfolgt, wobe der Kalkstein in einer Mange von 3,0
bis 5,0 %, bezogen auf das Einsatzgut, und Eisenerz in einer Menge von 1,5 bis 3,0
, bezogen auf das Einsatzgut , verwendet wird, und nach der Entfernung der Frischschlacke
und der Aufgabe von Schlackenbildnern vor der Legierung der Schmelze mit
Mangan
die Diffusionsdesoxydation des flüssigen Metalls wihrend mindestens 5 Minuten mit
einem Gemisch durchgeführt wird, das sich aus Aluminium, frischzubereitetem ungelöschtem
Kalk, kohlenstoffhaltigem Stoff, Ferrosilizium und Flußspat zusammensetzt, das auf
die Schlacke auSegeben wird,wobei Aluminium in einer Menge von 1,0 bis 1,5 kg je
Tonne flüssigen Metalls verwendet wird, und das Gemisch aus dem frischzubereiteten
ungelöschten Kalk, dem kohlenstoffhaltigen Stoff, Ferroslizium und Flußspat in einer
Menge von 8 bis 10 kg je Tonne flüssigen metalls bei einem Gewichtsver hältnis der
genannten Komponenten im Gemisch von :(1,5-2,0):(1,0-l 5):(1,0-1,5) genommen wird
und die Legierung des flüssigen Metalls mit Mangan unter Einsatz von Ferromangan
mit der gleichzwitigen Diffusionidesoxydation mit einem Gemisch erfolgt, das sich
aus dem Frischzubereiteten ungelöschten Kalk, kohlenstoffhaltigen Stoff und Ferrosilizium
zusammenstzt und das in einer Menge von 6 bis d kg je Tonne flüssigen Metalls bei
einem Gew.-Verhältins der genannten Komponenten im Gemisch von :(0,5»1,0) genommen
wird, wobei das Ferromangan und das genannte Gemisch auf die Scnlacke zu gleicher
Zeit in 3 bis 4 Arbeitsgängen aufgegeben wird und nach Ablauf von mindestens 5 Minuten
nach der Aufgabe der letzten Charge des Ferromangans und des genannten Gemisches
die anschließende Diffusionsdesoxydation mit dem auf die Schlacke aufzugebenden
Gemisch erfolgt, das sich aus frischzubereitetem ungelöschtem Kalk, dem kohlenstoffhaltigen
Stoff und Aluminium zussmmensetzt und in einer Menge von 5 bis 10 kg je Tonne flüssigen
Metalls bei einem Massenverhältnis der genannten Komponenten im Gemisch von (3,0-6,0):(1,0-1,5):(2,0-3,0)
genommen wird, dann die Desoxydation des flüssigen Metalls in seinem Volumen mit
Aluminium erfolgt, das in einer Menge von 0,1 bis 0,3 kg je Tonne flüssigen Metalls
genommen wird.
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Das erfindungsgemäße Schmelzverfahren J'iil' Stahl ermoglicnt es,
den Gehalt an Kohlenstoff auf 0,20 bis 0,23 Gew.% und an Phosphor auf 0,009 bis
0,010 Gew./c im flüssigen Metall gegenüber dem Gehalt an Kohlenstoff von 0,15 bis
0,20 Gew.% und an Phosphor von 0,020 bia 0,025 Gew.% gemäB den bekann-
ten
Verfahren zu senken. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es außerdem, den
Gesamtgehalt an Mangan(II)- und Eisen(II)-oxid in der Feinungsscnlacke von 2,0 bis
5,, bezogen auf das Schlackengewicht, gegenüber dem Gesamtgehalt an Mangan(II)-
und Eisen(II)-oxiå von 5,0 bis l1,3yo, bezogen auf des Schalackengewicht gemäß bekannten
Verfahren zu verringern sowie den Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen im Stahl
auf 0,0040 bis 0,0110 Gew.% gegenüber 0,0110 bis 0,0230 Gew.% für den Stahl zu senken,
dessen Erschmelzung in bekannten Verfahren erfolgt. Das erfindungsgemiße Verfahren
ermöglicht es auch, Stahl mit sehr guten mechanischen Eigenschaften zu erschmelzen.
So beträgt die Zerreißfestigkeitsgrenze 780 bis 1060 idPa, die bezogene Dehnung
25 bis 48% und die Schlagzähigkeit 180 bis 320 J/om2 Diese Kennwerte der meonanischen
Bigenschaften sind für einen Stahl angeführt, der 1,15 bis 1,25 Gew.% Kohlenstoff,
13,0 bis 15,5 Gew.% Mangan und 0,019 bis 0,080 Gew.% Phosphor enthält.
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Eine vollständigere Entfernung von Beimengungen, vorwiegend von Phosphor,
aus dem flüssigen Metall wird nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die gleichzeitige
Erschmelzung von Einsatzgut und die O@ Oxydation von Beimengungen erreicht. Hierfür
wird der Kalkstein auf den Ofenherd aufgegeben und dann das Einsatzgut zusammen
mit dem Eisenerz auf den Kalkstein aufgegeben, das Eisenerz verteilt sich gleichmäßig
im Einsatzgutvolumen. Die Durchführung der Oxydation von Beimengungen bei der Schmelztemperatur
des Einsatzgutes (die Basizität der Schlacke beträgt dabei 1,8 bis 2,0) erlaubt
es, Phosphor aus dem flüssigen Metall nach folgenden Reaktionen zu entfernen: 5
FeO + 2P = P205 + 5Fe (I) 3 FeO + P205 = (FeO)3P205 (II) Die Verbindung (FeO)2P205
ist bei der Schmelztemperatur des Einsatzgutes beständig und reagiert mit CaO nach
der Reaktion (FeO)3P205 + 4CaO =(CaO)4P205 + 3 FeO (III), geht in die Schlacke über
und wird zusammen mit der Frischschlacke entfernt.
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Die Verwendung von Kalkstein in einer Menge von unter 3,0% bezogen
auf das Einsatzgut, führt zur Verringerung der Menge des zu entfernenden Phosphors
aus dem flüssigen Metall. Die Verwendung von Kalkstein in einer Menge von iber 5%
bezogen auf das Einsatzgut , ist wirtschaftlich unzweckmäßig.
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Die Verwendung von Eisenerz in einer Menge unter 1,5 ,, bezogen auf
das Einsatzgut, führt zur Verringerung der Oxydationsgeschwindigkeit von Beimengungen,
vorzugsweise von Kohlenstoff und Phosphor. Die Verwendung von Eisenerz in einer
Mengevon iiber 3%, bezogen auf das Eisatzgut, führt zu einer starken Vergrößerung
der Oxydationsge2chwindigkeit von Kohlenstoff und zur Verschleonterung der Bedingungen
für die Entfernung von Phosphor aus dem flüssigen Metall.
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Die Zusammenführung des Schmelzvorganges des Sinsatzgutes mit der
Oxydation von Beimengungen gestattet es, die Dauer des Schmelzvorganges bis zur
Entfernung der Frischschlacke um 5 bis 15 Minuten zu kürzen.
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Die Durchführung der Diffusionsdesoxydation des flüssigen Metalls
(nach der Entfernung der Frischschlaoke und Herausbildung einer Schlackenschlicht
flüssigen Metall beseitigt die Entstehung von nichtmetallischen Einschlüssen im
flüssigen Metall Wie oben erwihnt, erfolgt die Diffusionsdesoxydation während mindestens
5 Minuten und zur ihre Durchführung wird ein Gemisch verwendet, das sich aus Aluminium,
frisohzabereitetem ungelösohtem Kalk, kohlenstoffhaltigem Stoff, Ferrosilizium und
Flußspat zusammensetzt und das auf die Schlacke aufgegeben wird: dabei wird das
Aluminium in einer Menge von 1,0 bis 1,5 kg je Tonne flüssigen Metalls verwendet
und das Gemisch aus dem frischzubereiteten ungelöschten Kalk, dem kohlenstoffhaltigen
Stoff, Ferrosilizium und Flußspat wird in einer Menge von 8 bis 10 kg je Tonne des
flüssigen Metalls bei einem Gew.-Verhältnis der genacmfen Komponenten des Gemisches
von (390-6,Q):(1,5-2,0):(1,0-1,5): :(l,0-l,5) genommen.
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Das vorgegebene Gew.-Verhältnis des Kalkes und des Flußspates in
dem genannten Gemisch sichert die notwendige Geschwindigkeit der Auflösung der Komponenten
des Gemiscnes
in der Schlacke. Die Verwendung von kohlenstoffhaltigem
Stoff und von Fcrronilizium. in den genannten Gewich verhäl t sichert den notwendigen
Desoxydationsgrad des flüssigen ltetalls. Die Verwendung des Aluminiums zusammen
mit dem genannten Gemisch führt zur Steigerung des Desoxydationsgrades des flüssigen
Metalls. bei einem Verbrauch an Aluminium von unter 1 kg je Tonne flüssigen Metalls
wird der obengenannte Effekt nicht erreicht. Ein Verbrauch an Aluminuim von über
1,5 kg je Tonne flüssigen Metalls ist wirtscnaftlich unzweckmäßig. Der Verbrauch
axi Gemisch aus dem frisenzubereiteten ungeläslchten Kalk kohlenstoffhaltigem Stoff,
Ferrosilizium und Flußspat von unter 8 kg je ronne flüssigen Metalls ermöglicht
es nicht, die Basizität der Schlacke in einem Bereich von 2,0 bis 2,5 zu halten
und sichert nicht den notwendigen Desoxydationsgrad des flüssigen Metalls. Ein Verbrauch
an dem genannten Gemisch in einer Menge über 10 kg Je Tonne flüssigen Metalls ist
wirts@naftlich unzweckmäßig.
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Eine Durchführung der Diffusionsdesoxydation des flüssigen Metalls
in weniger als 5 Minuten ist uneffektiv.
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Die Durchführung der Legierung des flüssigen Metalls mit Mangan zusammen
mit der Reduktionsfeinung des flüssigen Metalls ermöglicht es, den Gehalt an Mangan(II)-
und Eisen(II)--oxid in der Schlacke wesentlii zu reduzieren und demzufolge auch
im flüssigen Metall wesentlich zu reduzieren; das erlaubt auch, die Entstehung von
Siliziumoxiden im flüssigen Metall auszuschließen. Die bei der gleichzeitigen Legierung
und Reduktionsfeinung zur Verwendung kommenden Komponenten (Ferromangan und Gemisch
aus friscnzubereitetem ungelöschtem Kalk, kohlenstoffhaltigem Stoff und Ferrosilizium)
werden vorteilhaft in 3 bis 4 Arbeitsgängen mit einem Abstand zwischen den Chargen
von mindestens 10 Minuten aufgegeben werden. Die genannten Arbeitsgänge für die
Beschickung des Ferromangans und des erwähnten Gemisches verhindern eine Unterkühlung
des flüssien Metalls und demzufolge die Entstehung einer wesentlichen Menge an Mangan(Il)-oxids
im flüssigen Metall.
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Wie oben erwähnt, wird für die Durchführung der Xeduktionsfeinung
des flüssigen Metalls gleichzeitig mit seiner Legierung mit Mangan ein Gemisch verwendet,
das sich aus
.frischzubereiteten ungelöschten Kalk, kohlenstoffnalt
igem Stoff und Ferrosilizium zusammensetzt und in einer Menge von 6 bis 8 kg je
Tonne flüssigen Metalls und in einem Gewichtsverhältnis der genannten Komponenten
von (3,0-6,0): : (1,0-1,5):(0,5-1,0) genommen wird.
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Dieses Gewichtsverhältnis der Komponenten bewirkt eine effektive
Durchführung der Reduktionsfeinung des flüssigen Metalls. Verbrauch an dem genannten
Gemisch von unter 6 kg je Tonne -- flüssigen Metalls ermöglicht es nicht, die Basizität
der Schlacke in einem Bereich von 2,0 bis 2,5 zu halten und sichert nicht eine effektive
Durchführung der Reduktionsfeinung des flüssigen Metalls. Ein Verbrauch an dem genannten
Gemisch von über 8 kg je Tonne flüssigen Metalls ist wirtscaaftlich unzweckmäßig.
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Wie oben erwähnt, wird naon der Beschickung der letzten Charge des
Ferromangangs und des aus dem frisohzubereiteten ungeläschten Kalk, dem kohlenstoffhaltigen
Stoff und Ferrosilizium bestehenden Gemisches die Legierung mit der gleich zeitigen
Reduktionsfeinung während mindestens 8 Minuten durch-@ geführt. Eine Verkürzung
der genannten Zeit sichert ke@@ effektive Durchführung der Reduktionsfeinung sowie
nicht die erforderliche Temperatur des flüssigen Metalls für die Durchführung der
nächstfolgenden Arbeitsgänge.
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Nach der Reduktionsfeinung und der Legierung des flüssigen Metalls
mit Mangan erfolgt die Reduktionsfeinung mit einem Gemisch aus frischzubereiteten
unelöschten Kalk, einem kohlenstoffhaltigen Stoff und Aluminium, das in einer Menge
von 5 bis 10 kg Je Tonne flüssigen Metalls bei einem Gew.-Verhältnis der genannten
Komponenten im Gemisohvon (3,0-6,0):(1,0-1,5):(2,0-3,0) genommen wird. Dies gestatte@
es, Stahl mit hoher Qualität zu erzeugen und die Zeit der genannten Stufe um 5 bis
15 Minuten zu kurzen, Diese Reduktionsfeinung soll mindestens während 15 Minuten
durchgeführt werden, damit die Senkung des Gehalt es an Mangan(II)--oxid im flüssigen
Metall gesichert ist, das bei der Einführung von Ferromangan entsteht.
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Das genannte Ge.-Verhältnis der Komponenten des genannten Gemisches
bewirkt eine effektive Durchführung der ke-
duktionsfeinung des
flüssigen Metalls.Ein Verbrauch an dem genannten Gemisch von weniger als 5 kg je
Tonne flüssigen Metalls ermöglicht es nicht, die Basizität der Schlacke in einem
Bereich von 2,0 bis 2,5 zu halten und sichert keine effektive Durchführung der Reduktionsfeinung
des flüssigen Metalls. Ein Verbrauch am Gemisch von über 10 kg je Tonne flüssigen
Metalls ist wirtschaftlich unzweckmäßig.
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Das erfindungsgemäße Schmelzverfahren für Stahl mit einem Gehalt
an Mangan von mindestens 8 Gew.% gestattet es, die Menge des Aluminium für die Desoxydation
des flüssigen Metalls in seinem Volumen auf 0,1 bis 0,3 kg je Tonne flüssigen Metalls
einzuschränken, was einen Restgehalt an Aluminium im Stahl von 0,007 bis 0,012 Gew.%
gewährleistet.
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Der genannte Restgehalt an Aluminium erlaubt es, Stahl mit hohen
mechmischen Eigenschaften zu erzeugen. Für Stahl mit einem Gehalt an Kohlenstoff
von 1,15 bis 1,25 Ge Gcw.
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se%, an Mangan von 13,0 bis 15,5 Gew.% und an Phosphor von 0,019 bis
0,080 Gew.% beträgt die Zerreißfestigkeitsgrenze 810 bis 1060 MPa, die bezogene
Dehnung 25 bis 4856. Die Lebensdauer von aus diesem Stahl gefertigten Eisenbahn-£terzstückkeilen
@hüht sich um 15 bis 25% Die Verwendung von Aluminium in einer Menge von unter 0,1
kg je Tonne flüssigen Metalls gestattet es nicht, den Restgehalt an Aluminium im
Stahl in dem genannten Bereich zu erreichen. Die Verwendung von Aluminium in einer
Menge von über 0,3 kg je Tonne flüssigen Metalls führt zur Verschlechterung der
mecnanisohen Eigenschaften des zu erzeugenden Stahls, In dem erfindungsgemößen Verfahren
können als Einsatzgut beispielsweise Abfälle der Erzeugung von unlegiertem Stahl
mit roheisen beziehungsweise Schrott aus unlegiertem Stahl verwendet werden.
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Als kohlenstoffhaltiger Stoff kann, beispielsweise gemahlener Koks
und gemahlener Slektrodenbruch eingesetzt werden.
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Die Ausbildung einer Schlackenschlicht im flüssigen Metall nach der
Entfernung der Frischschlacke erfolgt mittels Aufgabe von bekannten Sohlackenbildnern,
beispielsweise eines
Gemisches aus Kalkstein und Schamotte beziehungsweise
eines Gemisches aus frisonzubereitetem ungelöschtem Kalk mit Schamotte und Flußspat
auf das flüssige Metall.
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Zur besseren Erläuterung der vorliegenden Erfindung werden naonatehende
Beispiele für ihre Ausführung axeführt.
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Dabei sind die Angaben über den Gehalt an Phosphor und Kohlenstoff
im Ausgangseinsatzgut und im flüssigen Metall vor der Entfernung der Frischschlacke
und über den Gehalt an Mangan(II)- und Eisen(II)-oxid in der Feinungsschlaoke sowie
über den Gehalt an nichtmetallischen Einschlüssen im Stahl in Tabelle 1 angeführt.
Die Angaben über die chemische Zusammensetzung und die mechanischen Eigenschaften
des gemäß den Beispielen erzeugten Stahls sind in Tabelle 2 angeführt.
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Beispiel 1 Man erschmilzt Stahl mit einem Gehalt an Mangan von 8
Gew.% in einem Elektrobogenofen mit basischem Futter.
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Hierfür wird auf den Ofenherd eines Elektrobogenofens Kalkstein in
einer Menge von 3,0%, bezogen auf das Einsatzgut aufgegeben, denn werden auf den
Kalkstein 4 Tonnen Einsatz $Kohlenstoffstahlschrott, zusmmen mit Eisenerz aufgegeben.
Das Eisenerz, das sich im Einsatzgutvolumen gleichmäßig verteilt, wird in einer
Menge von l,5;t, bezogen auf das Einsatzgut' verwendet. Dann wird das Stnsatzgut
mit der gleichzeitigen Oxydation von Beimengungen erschmolzen. Während der Erschmelzung
des flüssigen Metalls entsteht eine flüssige Schlacke mit einer Basizität von 1,8
und einer hohen (7%, bezogen auf die Schlackenmasse Konzentration an Eisen(II)-oxid
in derselben. Dabei wird eine effektidem ve Entfernung von Phosphor aus / flüssigem
Metall erzielt. Dann und wird die Frischschlacke entfernt / eine Schlackenschicht
durch Aufgabe von frischzubereitetem ungelöschtem Kalk, Schamotte und Blußapat auf
das flüssige Metall ausgebildet. Danach erfolgt eine Diffusionsdesoxydation des
flüssigen Metalls mit einem Gemisch aus Aluminium, frischzubereitetem ungelöschtem
Kalk, gemahlenem Koks, Ferrosilizium und Flußspat j das Gemisch wird auf die Schlacke
aufgegeben, dabei wird Aluminium in einer Menge von 1,0 kg je Tonne flüssigen metalls
e
ingesetzt und das Gemisch aus frisobzubereitetem ungelö@@ Kalk, gemahlenem Koks,
Ferrosilizium und Flußspat wirC Q ner Menge von 8 kg je Tonne flüssigen Metalls
bei e@@@ Massenverhältnis der genannten Komponenten des Gemisches 3,0:1,5:1,0 bzw.
1,0 verwendet. Nach der Aufgabe des Desoxydationsgemisches erfolgt das Abstehenlassen
des flüssigen Metalls innerhalb von 5 Minuten. Dann erfolgt die Legierung mit Mangan
unter Einsatz von Ferromangan mit der gleichzeitigen Reduktionsfeinung des flüssigen
Metalls. Berromangan wird in einer Menge von 96 kg Je Tonne o @ flüssigen Metalls
verwendet. Die Reduktionsfeinung wird mit einem Gemisch durchgeführt, das sich aus
frischzubereitetem ungelöschtem Kalk,gemahlenem Koks und Ferrosiliziura zusammensetzt
und das in einer Menge von 6 kg je Tonne flüssigen Metalls bei einem Gewichtsverhältnis
der genannten Komponenten im Gemisch 3,0:1,0 bzw. 0,5 genommen wird.
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Ferromangan und das genannte Gemisch wird auf die Schlacke in 3 Arbeitsgängen
mit einem Abstand von 10 Minuten aufgegeben. Nach der Bescnickung der letzten Charge
des Ferromangans und des genannten Gemisches wird die Legierung mit gleichzeitiger
Reduktionsfeinung innerhalb von 8 Minuten durchgeführt.
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Dann wird auf die Schlacke das aus dem frischzuberei teten ungelöschten
Kalk, dem gemahlenen Koks und dem Aluminium bestehende Gemisch aufgegeben, das in
einer Menge von 5 kg je Tonne flüssigen Metalls bei einet Gewichtsverhältnis der
genannten Komponenten im Gemisch von 3,0:1,0 bzw. @,0 genommen wird.Danach erfolgt
die Reduktionsfeinung innerhalb von 15 Minuten mit der Erreichung eines Gesamtgehaltes
an Mangan(II)- und Eisen(II)-oxid in der Feinungsschlaoke 3,4/, bezogen auf die
Schlacke.
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Dann erfolgt die Desoxydation des flüssigen Metalls in seinem Volumen
mit Aluminium, das in einer Menge von 0,1 kg Je Tonne des flüssigen Metalls genommen
wird, und der fertige Stahl wird aus dem Ofen abgelassen.
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Beispiel 2 Die Erschmelzang von Stahl mit einem Gehalt an Mangan
von 13,0 Gew.% erfolgt wie in Beispiel l. Dabei wird auf den
Ofenherd
des Elektrobogenofens Kalkstein in einer Menge von 5,0%, bezogen auf das Einsatzgut
aufgegeben, dann werden auf den Kalkstein 4 Tonnen Einsatzgut, Abfälle von Koh lenstoffstahlproduktion
und 70 kg Roheisen, zusammen mit Eisenerz aufgegeben. Das Einsenerz, das sich im
Einsatzgutvolumen gleichmässig verteilt, wird in einer Menge von 3,0%, bezogen auf
das Einsatzgut verwendet. Dann wird das Einsatzgut mit der gleichzeitigen Oxydation
yon Beimengungen erschmolzen. Bei der Entstehung flüssigen Metalls entsteht flüssige
Schlacke mit einer Basizität von 2,0 und einer Kozentration von Eisen (II)-oxids
in dersel ben von 11%, bezogen auf die Schlacke. Dabei wird eine effektive Entfernung
von Phosphor aus dem flüssigen Metall erreicht.
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Dann wird die Frischschacke entfernt, eine Schlackenschicht durch
Aufgabe von frischzabereiteten, ungelöslichtem Kalk, Schamotte und Flusspat auf
das flüssige Me tell gebildet. Sodann erfolgt die Diffusionsdesoxydation des flüssigen
Metalls mit einem Gemisch, das sich aus Aluminium, frischzubereitetem ungelöschtem
Kalk, gemahlenem Elektrodenbruch, Ferrosilizium und Blusspat zusammensetzt und das
auf die Schlacke aufgegeben wird: das Aluminium v1ird da bei in einer Menge von
1,5 kg je Tonne flüssigen Metalls verwendet, das Gamisch aus frischzubereitetem
ungelöschtem Kalk, gemahlenem Elektrodenbruch, Berrosilizium und Flusspat wird in
einer Menge von 10 kg je Tonne flüssigen Metalls bei einem Gewichtsverhältnis der
genannten Komponenten im Gemisch@6,0:2,0: 1,5 : 1,5 genommen. Nach der Beschickung
des Desoxydationsgemisches erfolgt das Abstehenlassen des flüssigen Metalls während
8 Minuten.
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Dann erfolgt das Legieren mit Mangan unter Einsatz von Ferromangan
mit gleichzeitiger Reduktionsfeinung des flüssigen Metalls. Ferromangan wird in
einer Menge von 156 kg je Tonne flüssigen Metalls genommen. Diese Reduktionsfeinung
erfolgt mit einem Gemisch, das sich aus frischzubereitetem ungelöschtem Kalk, gemahlenem
Elektrodenbruch und Ferrosilizium zusammensetzt und in einer Menge von 8 kg Je Tonne
flüssigen Metalls bei einem Gewichtsverhältnis der genannten Komponenten in Gemisch
von 6,0:1,5 bzw. 1,0
genommen wird. Ferromangan und Gemisch werden
auf die Schlacke in 4 Arbeitsgängen mit einem Abstand von 15 Minuten aufgegeben.
Nach der Beschickung der letzten Charge an Ferromangan und Gemisch wird die Legierung
mit gleichzeitiger Reduktionsfeinung innerhalb von 12 Minuten durchgeführt.
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Dann wird auf die Schlacke ein Gemisch aufgegeben, das eich aus frischzubereitetem
ungelöschtem Kalk,gemahlenem Blektrodenbruch und Aluminium zusammensetzt und in
einer Menge von 10 kg je Tonne flüssigen Metalls bei einem Gewichtsverhältnis der
genannten Komponenten im Gemisch von 6,0:1,5 bzw. 3,0 genommen wird. Danach erfolgt
die Reduktionsfeinung innerhalb von 20 Minuten unter Erreichung eines Gesamtgehaltes
an Mangan(II)- und Eisen(II)-oxid in der Feinungsschlacke von 2,8/%, bezogen auf
die Schlacke.
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Dann erfolgt die Desoxydation des flüssigem Metalls in seinem Volumen
mit Aluminium, das in einer Menge von 0,3 kg je Tonne flüssigen Metalls genommen
wird, mit gleichzeitigen Abstich von Stahl aus dem Ofen.
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Beispiel 3 Die Erschmelzung von Stahl mit einem Gehalt an Mangan
von 15,5 Gew.% erfolgt wie in Beispiel 1. Dabei wird auf den Ofenherd eines Elektrobogenofens
Kalkstein in einer Menge von 4,0s0, bezogen auf das Einsatzgut , aufgegeben, darm
werden auf den Kalkstein 3,8 Tonnen Einsatzgut und Kohlenstoffstahlschrott zusammen
mit Eisenerz aufgegeben. Das.Eisenerz, das sich im Einsatzgutvolumen gleichmäßig
verteilt, wird in einer Menge von 2,0%, bezogen auf das Einsatzgut verwendet.
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Dann wird das Einsatzgut bei gleichzeitiger . Desoxydation von Beimengungen
erschmolzen. Mit dem Auftreten flüssigen Metalls entsteht flüssige Schlacke mit
einer Basizität von 1,9 und einer Konzentration an Eisen(II)-oxid von 9,'o', bezogen
auf die Schlacke. Dabei wird eine effektive Entfernung von Phosphor aus dem flüssigen
Metall erreicht.
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Dann wird die Frisohschlacke entfernt und eine Schlackenschicht durch
Aufgabe von Kalkstein und Schamotte auf das flüssige Metall gebildet. Im weiteren
erfolgt die Diffusions-
desoxydation des flüssigen Metalls mit
einem Gemisch, das sich aus Aluminium, frischzubereitetem ungelöschtem Kalk, gemahlenem
Koks, Ferrosilizium und Flußspat zusammensetzt und das auf die Schlacke aufgegeben
wird: dabei wird Aluminium in einer Menge von 1,2 kg je Tonne flüssigen Metalls
genommen, das Gemisch aus dem frischzubereiteten ungelöschten Kalk, dem gemahlenen
Koks, dem Ferrosilizium und Flußspat wird in einer Menge von 9 kg je Tonne flüssigen
Metalls bei einem Gewichtsverhältnis der Komponenten im Gemisch von 4,0:1,6:1,2
bzw. 1,2 verwendet. Nach der Beschickung des Desoxydationsgemisches erfolgt das
Abstehenlassen des flüssigen Metalls während 10 Minuten.
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Dann erfolgt das Legieren mit Mangan unter Einsatz von Ferromangan
mit der gleichzeitigen Reduktionsfeinung des flüssigen Metall. Das Ferromangan wird
in einer Menge von 186 kg je Tonne des flüssigen Metalls verwendet. Die genannte
Reduktionsfeinung erfolgt mit einem Gemisch, das sich aus frischzubereitetem ungelöschtem
Kalk, gemahlenem Koks und Ferrosilizium zusammensetzt und in einer Menge von 7 kg
je Tonne des flüssigen Metalls bei einem Gewichtsverhältnis der Komponenten im Gemisch
von 4,0:1,1 bzw. 0,8 genommen wird. Das Ferromangan und das Gemisch werden auf die
Schlacke in 3 Arbeitsgängen mit einem Abstand von 12 Minuten aufgegeben.
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Nach der Aufgabe der letzten Charge an Ferromangan und Gemisch erfolgt
das Legieren mit gleichzeiger .Reduktionsfeinung innerhalb von 10 Minuten Dann wird
auf die Schlacke ein Gemisch, das sich aus Frischzubereitetem ungelösohtem Kalk,
gemahlenem Koks und Aluminium zusammensetzt, in einer Menge von d kg je Tonne flüssigen
Metalls bei einem Gewlchtsverhältnis der KomPonenten im Gemisch von 4,0:1,3:2,4
aufgegeben. Danach führt man die Reduktionsfeinung imerhalb von 17 Minuten unter
Erreichung eines Gesamtgehaltes an Mangan(II)- und Eisen(II)-oxid von gleich 3,1%
bezogen auf die Schlacke, in der Feinungsschlacke durch. , Danach erfolgt die Desoxydation
des flüssigen Metalls in seinem Volumen mit Aluminium, das in einer Menge von 0,2
kg je Tonne flüssigen Metalls genommen wird, und der fertige Stahl wird aus dem
Ofen abgelassen.
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Tabelle 1 lfd. Gehalt an Koh- Gehalt an Phos- Gehalt an Kohlen-Nr.
des lenstoff im phor im Aus- Stoff im flüssi-Bei- Ausgangsein- gangseinsatz- gen
Metall vor spiels satzgut, gut, der Entfernung Gew.% Gew.% der Frischschlakke, Gew.%
1 2 3 4 1 0,40 0,030 0,22 2 0,45 0,028 0,23 3 0,38 0,029 0,20 Fortsetzung der Tabelle
1 lfd. Gehalt an Phos- Gehalt an Gehalt an Gehalt an Nr. des phor im flüssi- Mangan(II)-
Eisen(II)- nichtme-Bei- gen Metall vor -oxid in -oxid in tallischen spiels der Entfernugn
der Fei- der Fei- Einschlüsder Frisch- nungsschlak- nungsschlak- sen im schlacke,
ke, ke, Stahl, Gew.% Gew.% Gew.% Gew.% 1 5 6 7 8 1 0,011 1,6 1,8 0,0095 2 0,009
1,4 1,4 0,0046 3 0,009 1,5 1,6 0,0076 Tabelle 2 lfd. Chemische Zusammensetzung des
Stahls Nr. des Beispiels Kohlenstoff Mangan Silizium Phosphor Schwefel 1 2 3 4 5
6 1 1,10 8,0 0,3 0,053 0,015 2 1,18 13,0 0,42 0,068 0,012 3 1,25 15,5 0,51 0,072
0,011
Fortsetzung der Tabelle 2 lfd. Mechanische Eingenschaften
Nr. des Beispiel Zerreißfestig- Bezogene Dehnung, Stoßzähigkeitsgrenze, % keit bei
MPa 20°C, J/cm² 1 7 8 9 1 740 24 210 2 960 42 320 3 876 38 260