DE3727039A1 - Verfahren zum stahlschmelzen unter einsatz von eisenschwamm - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Eisenmetallurgie und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Stahlschmelzen unter Einsatz von Eisenschwamm.

Die vorliegende Erfindung kann beim Schmelzen von niedriglegierten und legierten Stählen zur Anwendung kommen.

Besonders wirksam kann die vorliegende Erfindung beim Schmelzen von vanadiumhaltigen Stählen eingesetzt werden.

Die ständige Entwicklung der Industrie erfordert, daß im Bauwesen, Rohrleitungstransport, Maschinen- und Apparatebau Hochqualitätsstähle in zunehmendem Maße eingesetzt werden, die hohe Festigkeits-, Plastizitäts- und Zähigkeitseigenschaften in sich vereinigen, den Einsatz von leichteren Konstruktionen und Maschinenbauteilen ermöglichen sowie hohe Betriebseigenschaften der Erzeugnisse gewährleisten. Eines der Hauptverfahren, die geforderten Metalleigenschaften zu erzielen, ist das Legieren von Stahl mit solchen Elementen wie Mangan, Chrom, Vanadium u. a.

Weit bekannt sind Verfahren zum Schmelzen von Stahl in Konvertern, Siemens-Martin-Öfen und Elektroschmelzöfen unter Einsatz von metallischen, eisenhaltigen Stoffen wie Roheisen und Stahlschrott.

Das Legieren von Stahl wird vorwiegend am Ende des Schmelzvorgangs in einem Stahlschmelzaggregat oder beim Abstich des Metalls in eine Pfanne sowie während des Feinens des Stahls außerhalb des Ofens durch Einbringen von Legierungselementen in Form von Hartlegierungen (Ferrolegierungen, Zusatzlegierungen) durchgeführt.

Jedoch ist dabei eine starke Überhitzung des Stahls erforderlich, um die Legierungsstoffe aufzuschmelzen und die Bedingungen für deren Aufnahme durch den Stahl zu verbessern. Bei der Stahlbehandlung kommt ein bedeutender Abbrand der Legierungselemente und eine ungleichmäßige Verteilung der Legierungselemente im Metall (Mikroinhomogenität) zustande.

Die Mikroinhomogenität des Flüssigstahls wird durch die Strukturunterschiede und den physikalisch-chemischen Eigenschaften der zu legierenden Schmelze und der Legierungsmetalle hervorgerufen.

Es sind Verfahren zum Stahlschmelzen unter Einsatz von Eisenschwamm anstatt Stahlschrott bekannt. Der Eisenschwamm wird durch das Metallisieren hochwertiger Eisenerze oder ihrer Aufbereitungsprodukte gewonnen (V. I. Trachimovi, A. G. Schalimov "Ispol'zovanie eleza prjamogo vosstanovlenÿa pri vyplavke stali", 1982, Verlag "Metallurgÿa", Moskau, S. 217, S. 43 bis 57). Der auf der Eisenschwammbasis erzeugte Stahl hat einen geringeren Gehalt an schädlichen Buntmetallbeimengungen und entsprechend höhere Plastizitäts- und Zähigkeitseigenschaften. Außerdem läßt sich der Stahlschmelzvorgang infolge einer beständigen Zusammensetzung des Eisenschwamms in diesem Fall leicht automatisieren.

Es sind zwei Hauptvarianten von Stahlschmelzverfahren unter Einsatz von Eisenschwamm bekannt.

Gemäß der ersten Variante (V. I. Trachimovi, A. G. Schalimov "Ispol'zovanÿe eleza prjamogo vosstanovlenÿa pri vyplavke stali", 1982, Verlag "Metallurgÿa", Moskau, S. 49 bis 51) wird der Eisenschwamm zusammen mit Stahlschrott oder Roheisen in einen Ofen eingebracht, und der Stahl wird ähnlich wie beim Stahlschmelzverfahren unter Einsatz von 100% Stahlschrott erschmolzen.

Jedoch erhöht sich bei diesem Verfahren der spezifische Energieverbrauch, die Schmelzdauer und der Verbrauch an Feuerfeststoffen.

Gemäß der zweiten Variante (V. I. Trachimovi, A. G. Schalimov "Ispol'zovanie eleza prjamogo vosstanovlenÿa pri vyplavke stali", 1982, Verlag "Metallurgÿa", Moskau, S. 52 bis 58) wird der Stahl auf folgende Weise erschmolzen. In ein Schmelzbad, das auf der Basis einer kleinen Menge Stahlschrott oder Eisenschwamm gemacht wird, wird Eisenschwamm ununterbrochen in einer Menge von bis zu 100% der Gesamtmasse des Metalleinsatzes aufgegeben. Infolge des saueren Verhaltens des Taubguts im Eisenschwamm wird gleichzeitig Kalk aufgegeben. Die entstehende Schlacke, die in einer größeren Menge als beim Schmelzen unter Einsatz von Stahlschrott anfällt, wird während des Beschickens und des Einschmelzens von Eisenschwamm aus dem Stahlschmelzaggregat abgezogen. Dann wird das Feinen des Stahls bis zur vorgegebenen chemischen Zusammensetzung durchgeführt.

Der Elektroenergieverbrauch und die Schmelzdauer erreichen maximal die gleichen Werte für die Schmelzvorgänge, die auch unter Einsatz von Stahlschrott durchgeführt werden.

Zum Legieren von Stahl mit Legierungselementen sind jedoch genauso wie beim Stahlschmelzen unter Einsatz von Roheisen und Stahlschrott Ferrolegierungen erforderlich, die nach einer komplizierten mehrstufigen Technologie unter großen unwiederbringlichen Verlusten an Legierungselementen erzeugt werden. Durch einen geringen Gesamtauszug der Legierungselemente ist der hohe Preis der Ferrolegierungen und folglich des Stahls bedingt.

Außerdem werden die Vorräte an Erzrohstoffen mit einer hohen Konzentration an Legierungselementen (Mangan-, Chrom- und andere Erze) immer knapper, wodurch die Produktion von Legierungsmetallen und folglich von legierten Stählen in Zukunft eingeschränkt werden wird.

Es gibt Eisenerze, beispielsweise Titanmagnetit und Chromit, die die für die Stahlerzeugung erforderlichen Legierungselemente enthalten. Sie sind genügend weit verbreitet, sind aber für einen unmittelbaren Einsatz in der Produktion von Ferrolegierungen nicht geeignet.

Die Aufarbeitung dieser Erze nach dem Kokshochofen-Verfahren, bei dem Roheisen und daraus Stahl und konzentrierte Oxidstoffe erzeugt werden, ist infolge der Schwierigkeiten beim Hochofenschmelzen kompliziert und wird von bedeutenden Verlusten an Legierungselementen in den Stufen der Roheisenoxidation und der Verarbeitung der Oxidstoffe zu Ferrolegierungen begleitet. So bilden sich beispielsweise beim Hochofenschmelzen von Titanmagnetit- Eisenerzstoffen sogar mit einem beschränkten Titangehalt (höchstens 4 Masse-% TiO₂) Titan-Vanadiumcarbide und -carbonitride. Dabei entstehen Ansätze am Gestell des Hochofens, wodurch seine Leistung herabgesetzt wird. Bei einem hohen Titangehalt ist das Hochofenschmelzen von Titanmagnetiten überhaupt möglich. Bei der Erzeugung von vanadiumhaltigem Roheisen aus Titanmagnetiten, bei der Oxidation von Vanadium aus Roheisen und seiner Überführung in die Vanadiumschlacke, bei der Verarbeitung der Vanadiumschlacke zu Vanadiumpentoxid und beim Erschmelzen von Ferrovanadium geht in jeder Stufe ein Teil des Vanadiums endgültig verloren. Teilweise brennt Vanadium auch beim Legieren des Stahls mit Ferrovanadium ab. Im Ergebnis beträgt der Gesamtauszug von Vanadium aus dem zum Hochofenschmelzen vorbereiteten Eisenerzrohstoff höchstens 40 bis 50 Masse-%.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Stahlschmelzen zu schaffen, durch welches der Verbrauch an Ferrolegierungen für das Legieren von Stahl verringert und der Gesamtauszug der Legierungselemente bei der Verarbeitung eines Erzrohstoffs bis zur Erzeugung von Fertigstahl erhöht wird.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Verfahren zum Stahlschmelzen unter Einsatz von Eisenschwamm, das das Einschmelzen eines eisenschwammhaltigen Metalleinsatzes, das Frischen und das Legieren des Metalls sowie das Feinen des gewonnenen Stahls bis zur vorgegebenen chemischen Zusammensetzung beinhaltet, erfindungsgemäß ein Eisenschwamm eingesetzt wird, der aus einem Legierungselement mit einer niedrigeren Desoxidationsfähigkeit als die von Kohlenstoff enthaltenden Eisenerzgut gewonnen wird, und die beim Einschmelzen des Metalleinsatzes entstehenden Metall- und Schlackenschmelzen, mit Reduktionsmitteln und calciumhaltigen Stoffen in einer Menge behandelt werden, die für die Bildung von ca. 1 bis ca. 5 Masse-% Eisen (Fe_allgemein) und von ca. 15 bis ca. 50 Masse-% Calciumoxid (CaO) in der Schlackenschmelze erforderlich ist.

Der Einsatz von Eisenschwamm, der aus einem Legierungselement mit einer niedrigeren Desoxidationsfähigkeit als die von Kohlenstoff enthaltenden Eisenerzgut gewonnen wird, gestattet es, Legierungselemente unter Verzicht auf Ferrolegierungen oder bei einem eingeschränkten Verbrauch an denselben in den Stahl einzuführen. Außerdem kann zur Erzeugung des die genannten Legierungselemente enthaltenden Eisenschwamms ein Eisenerzgut eingesetzt werden, dessen Verarbeitung nach anderen Verfahren mit Schwierigkeiten verbunden wäre.

Während des Erschmelzens von Eisenschwamm werden die darin enthaltenen Legierungselemente mit einer niedrigeren Desoxidationsfähigkeit als die von Kohlenstoff zwischen der Metall- und der Schlackenschmelze verteilt. Durch die Beeinflussung der Metall- und der Schlackenschmelzen durch calciumhaltige Stoffe und Reduktionsmittel werden die Legierungselemente durch die Metallschmelze sehr gut assimiliert. Die Reduktion der Legierungselemente mit einer niedrigeren Desoxidationsfähigkeit als die von Kohlenstoff ist hauptsächlich vom Oxidationsgrad der Schlacke, d. h. von ihrem Eisenoxidgehalt, sowie von ihrem Gehalt an Oxiden der Hauptelemente, vor allem des CaO, abhängig.

Die Verbrauchsmenge an Reduktionsmitteln, als welche Koksgrus, Calciumcarbid, Aluminium, Ferrosilicium u. a. eingesetzt werden können, hängt vom Gehalt an Eisenoxiden und Legierungselementen in der Schlacke ab.

Die Metallschmelze und die Schlacke werden mit Reduktionsmitteln behandelt, bis in der Schlacke 1 bis 5 Masse-% Fe_allgemein gebildet werden.

Bei einem Gehalt an Fe_allgemein über 5 Masse-% nimmt der Assimilationsgrad bei der Aufnahme des Legierungselements durch das Metall stark ab, und durch eine Verringerung der Konzentration an Fe_allgemein unter 1 Masse-% wird der Assimilationsgrad bei der Aufnahme der Legierungselemente praktisch nicht vergrößert. Zur gleichen Zeit nimmt der Verbrauch an Reduktionsmitteln stark zu, wenn man einen Eisengehalt in der Schlacke unter 1 Masse-% erreichen will, wodurch der Prozeß verteuert wird.

Durch die Verbrauchsmenge der calciumhaltigen Stoffe soll ein CaO-Gehalt in der Schlacke von mindestens 15 Masse-% gewährleistet werden. Bei einem geringeren Calciumoxidgehalt nimmt die Viskosität der Schlackenschmelze stark zu und die Reduktionsgeschwindigkeit der Legierungselemente ab. Außerdem ist bei niedrigen CaO-Konzentrationen der Aktivitätskoeffizient der Oxide der Legierungselemente in der Schlackenschmelze gering und kann einen intensiven Übergang der Legierungselemente in die Metallschmelze nicht gewährleisten.

Mit einer Erhöhung des CaO-Gehaltes nimmt der Aktivitätskoeffizient der Oxide der Legierungselemente und entsprechend deren Assimilationsgrad bei der Aufnahme durch das Metall zu.

Jedoch nimmt bei einem CaO-Gehalt über 50 Masse-% die Schlackenmenge stark zu und trotz der verringerten Verteilungszahl des Legierungselements zwischen der Schlacke und dem Metall wird der Assimilationsgrad bei der Aufnahme des Legierungselements durch die Metallschmelze verschlechtert.

Zweckmäßigerweise werden zur Eisenschwammerzeugung Eisenerzstoffe eingesetzt, die Legierungselemente aus der Gruppe Ni, Mn, Cr, V enthalten, die vorwiegend zur Erzeugung von niedriglegierten und legierten Stählen verwendet werden.

Es ist günstig, daß der Eisenschwamm Alkalimetalloxide enthält.

Durch das Vorhandensein von Alkalimetalloxiden im Eisenschwamm werden bei seinem Umschmelzen hochaktive dünnflüssige Schlacken mit einer niedrigeren Schmelztemperatur und einer geringen Viskosität erzeugt. In derartigen Schlacken wird die Auflösung von schwerschmelzbaren Spinelliden beschleunigt, in denen üblicherweise Vanadium und Chrom enthalten sind. Dadurch sowie infolge der niedrigen Schlackenviskosität wird die Geschwindigkeit der Umtauschprozesse bei der Umverteilung der Legierungselemente zwischen der Metall- und der Schlackenphase erhöht, die beim Schmelzen von Eisenschwamm entstehen. Ebenfalls nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit beim Übergang der Legierungselemente aus der Schlackenschmelze in die Metallschmelze bei deren Behandlung mit Reduktionsmitteln zu.

Vorzugsweise wird zur Erzeugung von Hochqualitätsstählen ein Metalleinsatz verwendet, der aus 100 Masse-% Eisenschwamm besteht.

Dadurch wird ein minimaler Gehalt an schädlichen Beimengungen sowie hohe Plastizitäts- und Zähigkeitseigenschaften des Stahls erzielt.

Der Eisenschwamm hat eine streng definierte Zusammensetzung und zur Erzeugung des Stahls mit unterschiedlichem Gehalt an einem Legierungselement soll die Menge am Eisenschwamm im Metalleinsatz variiert werden. Es muß auch die maximale Durchsatzleistung des Stahlschmelzaggregates gewährleistet werden. Deswegen wird empfohlen, daß der Metalleinsatz von 15 bis 80 Masse-% Eisenschwamm enthält und den Rest metallische eisenhaltige Stoffe bilden.

Der Eisenschwammanteil darf 15% der Gesamtmasse des Metalleinsatzes nicht unterschreiten, sonst wird die Qualität des erzeugten Stahls nur unwesentlich verbessert.

Bei einem Eisenschwammanteil über 60 Masse-% wird die Menge der Schlacke auf der Basis der Oxidphase des Eisenschwamms vergrößert, wodurch die Behandlungsdauer der Metall- und der Schlackenschmelze verlängert wird.

Zweckmäßigerweise wird der Metalleinsatz in zwei Stufen eingeschmolzen, in der ersten Stufe ein die metallischen eisenhaltigen Stoffe enthaltender Teil; aus der erhaltenen Metallschmelze wird Phosphor oxidiert und die gebildete phosphorhaltige Schlacke abgezogen, und in der zweiten Stufe wird der zweite, aus Eisenschwamm bestehende Teil des Metalleinsatzes geschmolzen.

Bei einer solchen Schmelzführung wird eine hohe Stahlqualität auch bei einem geringeren Eisenschwammverbrauch gewährleistet. Experimentell wurde nachgewiesen, daß die Kohlenstoffoxidation und die Metallentphosphorisierung während des Schmelzens mit einer geringeren Menge des Metalleinsatzes keine Schwierigkeiten bereitet. Die Schlackenmasse nimmt während des Schmelzens und des Oxidierens infolge der verringerten Menge der aus dem Metall oxidierenden Beimengungen und der für die Bindung nicht erforderlichen schlackenbildenden sauren Oxiden ab. Im Ergebnis werden die Eisenverluste mit der abgezogenen Schlacke herabgesetzt und schließlich die Flüssigstahlausbeute erhöht.

Um den Verbrauch von Reduktionsmitteln herabzusetzen, ist es günstig, das Schmelzen von Eisenschwamm und die Behandlung der Metall- und der Schlackenschmelzen bei einem Kohlenstoffgehalt im Metall von ca. 0,2 bis ca. 3,0 Masse-% durchzuführen.

Durch die Aufrechterhaltung des Kohlenstoffgehalts im genannten Bereich wird während des Erschmelzens von Eisenschwamm die Aktivität derartiger Legierungselemente wie Mangan, Chrom und Vanadium im Metall herabgesetzt, die Eisenkonzentration in der Schlacke reduziert und letzten Endes die Bedingungen für die Reduktion der Legierungselemente verbessert.

Bei einem Kohlenstoffgehalt in der Metallschmelze unter 0,2 Masse-% steigt in der Schlackenschmelze der Gehalt an Eisenoxiden stark an, wodurch der Verbrauch von Reduktionsmitteln vergrößert wird.

Durch eine Vergrößerung der Kohlenstoffkonzentration über die obere Grenze wird der Assimilationsgrad bei der Aufnahme der Legierungselemente praktisch nicht beeinflußt, jedoch führt es zu einem unvertretbaren Verbrauch an kohlenstoffhaltigen Stoffen und zu Schwierigkeiten bei der Einstellung des sortengerechten Kohlenstoffgehalts im Stahl.

Vorzugsweise wird die nach der Behandlung der Metall- und der Schlackenschmelzen mit Reduktionsmitteln erhaltene Schlackenschmelze von der Metallschmelze getrennt.

Dadurch wird beim Feinen des Stahls bis zur vorgegebenen chemischen Zusammensetzung ermöglicht, den Kohlenstoffgehalt im Metall in einem engen Bereich einzustellen und Bedingungen für die Durchführung der Entschwefelung und der endgültigen Stahldesoxidation zu verbessern.

Es wird empfohlen, die Metallschmelze nach Abtrennen der Schlackenschmelze einer oxidierenden Behandlung zu unterwerfen.

Das gibt die Möglichkeit, einen naturlegierten Stahl und einen konzentrierten, Oxide eines Legierungselements enthaltenden Oxidstoff gleichzeitig zu erzeugen, welches sowohl für das direkte Legieren von Stahl, als auch für die Erzeugung von Ferrolegierungen geeignet ist.

Um einen erhöhten Gehalt an Legierungselementen im Stahl zu erzielen, wird empfohlen, zusammen mit dem Eisenschwamm die über 10 Masse-% Oxide des Legierungselements enthaltenden Oxidstoffe in einer Menge von ca. 1 bis ca. 10 Masse-% der Eisenschwammasse zusätzlich einzubringen.

Der Gehalt an Oxiden des Legierungselements soll 10 Masse-% überschreiten, um die Menge der zusätzlich anfallenden Schlacke im Stahlschmelzaggregat herabzusetzen.

Bei einem Verbrauch des Oxidstoffes unter 1% der Eisenschwammasse steigt der Gehalt an Legierungselement im Stahl unbedeutend an und bei einem Verbrauch des Oxidstoffs über 10% der Eisenschwammasse nimmt die Schlackenmasse im Stahlschmelzaggregat zu und der Assimilationsgrad bei der Aufnahme des Legierungselements sinkt.

Aus dem oben Dargestellten geht hervor, daß durch das Verfahren zum Stahlschmelzen in der fertigen Stahlschmelze die geforderte Konzentration der Legierungselemente erzielt wird, welche unmittelbar aus dem den naturlegierten Eisenschwamm enthaltenden Metalleinsatz eingebracht werden. Durch den kontinuierlichen Übergang des Legierungselements in die Metallschmelze wird eine hohe Homogenität des Stahlmikrogefüges gewährleistet.

Die bevorzugten Ausführungsvarianten des Verfahrens sind wie folgt.

Variante 1

In ein vorgeschmolzenes Flüssigmetallbad, das in einem Ofen aus dem restlichen Teil des Flüssigstahls der vorherigen Schmelze oder durch das Einschmelzen eines aus Eisenschwamm bestehenden Einsatzes erzeugt wird, wird die restliche Menge von Eisenschwamm kontinuierlich aufgegeben, der zusammen oder getrennt Legierungselemente enthält, deren Desoxidationsfähigkeit niedriger als die von Kohlenstoff ist. Es wird Eisenschwamm mit einem geringen Taubgutgehalt eingesetzt. Nach der Bildung der Schlackenschmelze werden zusammen mit dem Eisenschwamm kontinuierlich oder diskontinuierlich calciumhaltige Stoffe (Kalk) und Reduktionsmittel (Koksgrus, Aluminium, Ferrosilicium u. a.) aufgegeben.

Es wird empfohlen, Reduktionsmittel einzusetzen, die Calcium (Calciumcarbid, Silicocalcium) enthalten. Dadurch wird der Kalkverbrauch für den Schmelzvorgang und die Schlackenmenge im Stahlschmelzaggregat verringert.

Der Verbrauch an calciumhaltigen Stoffen und Reduktionsmitteln soll so sein, daß der CaO-Gehalt in der Schlackenschmelze am Ende des Erschmelzens von Eisenschwamm in einem Bereich von 15 bis 50 Masse-%, vorzugsweise von 25 bis 45 Masse-% liegt und der Eisengehalt in der Schlacke am Ende der Reduktion 1 bis 5 Masse-%, vorzugsweise 2 bis 3 Masse-% beträgt. Dabei wird ein Reduktionsgrad des Legierungselements in die Metallschmelze von mindestens 80 Masse-% erreicht.

Um den Verbrauch an Reduktionsmitteln für die thermische Metallreduktion (Aluminium, Ferrosilicium, Silicocalcium u. a.) herabzusetzen, wird empfohlen, einen Kohlenstoffgehalt in der Metallschmelze von 0,2 bis 3,0 Masse-% durch Aufkohlen des Metalls mit Aufkohlungsmitteln oder durch die Aufgabe des Kohlenstoffs zusammen mit Eisenschwamm aufrecht zu erhalten.

Wenn die Reduktion beendet ist und die Metallschmelze hinsichtlich ihres Kohlenstoffgehalts mit der sortengerechten Stahlzusammensetzung übereinstimmt, wird das Metall mit oder ohne Schlacke aus dem Stahlschmelzaggregat in eine Pfanne abgestochen. In der Pfanne wird das Feinen des Stahls bis zur vorgebenen chemischen Zusammensetzung durchgeführt.

Bei einem niedrigen Kohlenstoffgehalt wird das Metall im Stahlschmelzaggregat oder während des Abstichs der Schmelze aufgekohlt.

Bei einem hohen Kohlenstoffgehalt im Metall wird nach der Behandlung der Metall- und der Schlackenschmelze mit Reduktionsmitteln die Schlackenschmelze von der Metallschmelze getrennt. Das Feinen des Stahls hinsichtlich des Kohlenstoffgehalts wird durch eine Oxidationsbehandlung mit Sauerstoff oder mit seinen Gemischen mit einem Inertgas unmittelbar im Stahlschmelzaggregat oder in der Pfanne bei einer außerhalb des Ofens erfolgenden Behandlung des Stahls durchgeführt. Die Temperatur des Metalls soll dabei den vorzugsweisen Verlauf der Reaktion der Kohlenstoffoxidation gewährleisten.

Um einen naturlegierten Stahl und einen konzentrierten, Legierungselemente enthaltenden Oxidstoff gleichzeitig zu erzeugen, wird nach der Beendigung der Reduktion die Schlackenschmelze von der Metallschmelze getrennt. Danach wird das Metall einer Oxidationsbehandlung bei einer Temperatur unterzogen, bei der eine vorherrschende Oxidation des Legierungselements gewährleistet wird.

Nach der Erzeugung des konzentrierten Oxidstoffes wird er von der Metallschmelze getrennt und das Feinen des Stahls bis zur vorgegebenen chemischen Zusammensetzung und Temperatur durchgeführt.

Variante 2

In einem Stahlschmelzaggregat werden metallische eisenhaltige Stoffe (Roheisen, Stahlschrott) in einer Menge von 40 bis 85 Masse-% der Gesamtmasse des Metalleinsatzes eingeschmolzen, eine Phosphoroxidation durchgeführt und die entstandene phosphorhaltige Schlacke abgezogen. Auf die Oberfläche der Metallschmelze wird kontinuierlich Eisenschwamm (15 bis 60% der Gesamtmasse des Metalleinsatzes) aufgegeben und zusammen mit ihm calciumhaltige Stoffe und Reduktionsmittel kontinuierlich oder periodisch aufgegeben. Bei einem erhöhten Gehalt an der Oxidphase im Eisenschwamm wird empfohlen, einen Eisenschwamm einzusetzen, der Alkalimetalloxide enthält. Die Behandlung der Metall- und der Schlackenschmelzen, die auf der Basis von Eisenschwamm erhalten werden, wird ähnlich wie in der Variante 1 durchgeführt.

Der Kohlenstoffgehalt im Metall soll nahe dem sortengerechten Gehalt im Stahl liegen.

Nach der Beendigung der Reduktion wird die Metallschmelze mit oder ohne Schlacke in eine Pfanne abgestochen und das Feinen des Stahls bis zur vorgegebenen chemischen Stahlzusammensetzung durchgeführt.

Um einen Stahl mit einem erhöhten Gehalt an Legierungselement zu erzeugen, wird zusammen mit dem Eisenschwamm ein konzentrierter Oxidstoff mit einem Gehalt an Oxiden des Legierungselements über 10 Masse-% aufgegeben. Die Menge des Oxidstoffes soll in einem Bereich von 1 bis 10% der Eisenschwammasse liegen. Der Verbrauch an calciumhaltigen Stoffen und Reduktionsmitteln wird unter Berücksichtigung der Oxide des Legierungselements und der schlackenbildenden Oxide des konzentrierten Oxidstoffes korrigiert.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung werden nachstehend konkrete Durchführungsbeispiele angeführt.

Beispiel 1

In einem 100-t-Lichtbogenofen wurden 20 t Metall aus der vorhergehenden Schmelze zurückgelassen, die aus einem aus Eisenschwamm bestehenden Metalleinsatz gewonnen worden war.

Die Metallschmelze wurde durch Zusatz von 0,15 t Koks aufgekohlt, und es wurden 90 t vanadiumhaltigen Eisenschwamm mit einer Zusammensetzung (Masse-%): 91,9 Fe_allgemein: 86,6 Fe_metallisch; 0,25 V; 0,009 P; 0,007 S; I,I C; Rest - CaO, MgO, SiO₂, Al₂O₃ und TiO₂ kontinuierlich aufgegeben. Während des Einschmelzens von Eisenschwamm wurde periodisch Kalk zugesetzt. Insgesamt wurden 5,5 t Kalk aufgegeben. Nach dem Erschmelzen von 70 t Eisenschwamm wurden die Metall- und die Schlackenschmelzen während der Chargierung der Restmenge von Eisenschwamm mit Aluminiumgranulat in einer Menge von 0,5 t und Ferrosilicium (65 Masse-% Si) in einer Menge von 0,3 t behandelt.

Am Ende des Eisenschwammschmelzens enthielt die Schlacke 42 Masse-% CaO und 3,9 Masse-% Fe und das Metall - 0,22 Masse-% C und 0,16 Masse-% V. Die Temperatur der Metallschmelze betrug 1670°C. Die Schlackenschmelze wurde durch Zusatz von 0,1 t Aluminiumgranulat zusätzlich desoxidiert und der Hauptteil der Schlacke aus dem Ofen abgezogen. Die Metallschmelze wurde mit Sauerstoff bis zu einem C-Gehalt von 0,09 Masse-% geblasen und zusammen mit den Schlackenresten in eine Pfanne abgestochen. Während des Abstichs wurden ins Metall chrom- und manganhaltige Ferrolegierungen sowie ein schlackenbildendes Gemisch eingeführt. Dann wurde das Argonblasen des Metalls und die endgültige Desoxidation des Stahls in der Pfanne durchgeführt.

Der Gehalt an Vanadium im Stahl betrug 0,21 Masse-%, an Phosphor - 0,012 Masse-%, an Schwefel - 0,005 Masse-%, an Kupfer - 0,02 Masse-%, an Antimon, Zinn und Blei - jeweils unter 0,001 Masse-%. Der Anteil an ausgezogenem Vanadium aus dem Eisenschwamm ins Metall betrug 89 Masse-%.

Durch den Einsatz von vanadiumhaltigem Eisenschwamm wurde die Erzeugung eines vanadiumhaltigen Hochqualitätsstahls mit einem niedrigen Gehalt an schädlichen Beimengungen ohne Verwendung von Ferrovanadium ermöglicht. Durch die Verwertung von Vanadium aus dem Eisenschwamm wurde der Verbrauch an kostenspieligem Vanadium aus dem Ferrovanadium für das Legieren des Stahls vermieden. Im Vergleich zur Verwendung von Ferrovanadium wurde der Gesamtauszug von Vanadium aus dem Eisenerzgut bis zum Fertigstahl um das 2fache erhöht.

Beispiel 2

In einen 25-t-Lichtbogenofen wurden 15 t nickelchromhaltigen Eisenschwamm mit einer Zusammensetzung (Masse-%): 89,7 Fe_allgemein; 80,8 Fe_metallisch; 1,75 Cr, 0,27 Ni; 0,012 P; 0,006 S; 2,1 C; Rest - CaO, MgO, SiO₂ und Al₂O₃ als Einsatz aufgegeben.

Nach der Bildung der Metallschmelze wurden dem Metall 0,0625 t Blechnickel zugegeben und noch 15 t Eisenschwamm kontinuierlich aufgegeben. Während des Eisenschwammschmelzens wurden die Metall- und die Schlackenschmelzen durch Zusatz von 1,2 t Kalk, 0,2 t Calciumcarbid und 0,15 t Ferrosilicium (65 Masse-% Si) behandelt und das Schmelzbad auf 1620°C gebracht. Nach der Beendigung des Eisenschwammschmelzens enthielt das Metall 0,42 Masse-% C, 1,82 Masse-% Cr, 0,52 Masse-% Ni und die Schlacke - 47 Masse-% CaO, 3,5 Masse-% Fe_allgemein.

Das Metall wurde zusammen mit der Schlacke in eine Pfanne abgestochen. Die endgültige Desoxidation des Stahls wurde während des Abstichs der Schmelze durchgeführt.

Der Gehalt an Chrom im Stahl betrug 1,87 Masse-%, an Nickel - 0,52 Masse-%, an Phosphor - 0,016 Masse-%, an Schwefel - 0,004 Masse-%. Der Assimilationsgrad bei der Aufnahme von Chrom betrug 96%, von Nickel - 99%.

Der Verbrauch an Chrom aus den Ferrolegierungen für das Legieren des Stahls wurde um 20 kg/t Stahl, an Nickel um 5 kg/t Stahl verringert.

Beispiel 3

In einem 0,5-t-Lichtbogenofen wurden 0,7 t Eisenschwamm mit einer Zusammensetzung (Masse-%): 82,0 Fe_allgemein; 74,1 Fe_metallsich; 0,43 V; 0,25 Mn, 2,1 C; 0,006 P; 0,006 S; 3,2 TiO₂; 0,45 Na₂O + K₂O; Rest - CaO, MgO, SiO₂, Al₂O₃ aufgegeben und eingeschmolzen.

Zusammen mit dem Eisenschwamm wurden in den Ofen 0,06 t Kalk und 0,015 t Koks aufgegeben. Durch die Oxide der Alkalielemente wurde das Einschmelzen von Eisenschwamm und die Trennung der Metall- und der Schlackenschmelzen beschleunigt.

Bei einer Temperatur von 1415°C enthielt das Metall 1,1 Masse-% C; 0,18 Masse-% V und die Schlacke - 36 Masse-% CaO und 6,2 Masse-% Fe_allgemein.

Die Metall- und die Schlackenschmelzen wurden durch Zusatz von 0,006 t Koks, 0,05 t Kalk und 0,0015 t Aluminiumpulver behandelt und auf 1550°C erhitzt.

Der Vanadiumgehalt im Metall stieg auf 0,45 Masse-%. Danach wurde die Schlacke aus dem Ofen entfernt und die Metallschmelze mit Sauerstoff geblasen. Die von der Metallschmelze getrennte Vanadiumschlacke enthielt 19,2 Masse-% V₂O₅ und war für die Verarbeitung zu Vanadiumpentoxid und Ferrovanadium geeignet. Der Vanadiumgehalt im Metall betrug 0,08 Masse-% und stimmte mit dem sortengerechten Gehalt im Stahl überein.

Beispiel 4

In einen 100-t-Lichtbogenofen wurden 5 t Roheisen und 70 t Stahlschrott aufgegeben und eingeschmolzen. Eine Entphosphorisierung des Metalls wurde durchgeführt und die phosphorhaltige Schlacke abgezogen. Auf die Metalloberfläche wurden 30 t Eisenschwamm mit einer Zusammensetzung (Masse-%): 82 Fe_allgemein; 74,1 Fe_metallisch; 0,43 V; 0,25 Mn; 2,1 C; 3,2 TiO₂; 0,45 Na₂O + K₂O, 0,006 P; 0,006 S; Rest - CaO, MgO, SiO₂, Al₂O₃ kontinuierlich aufgegeben.

Während des Eisenschwammschmelzens wurden in den Ofen 3,5 t Kalk aufgegeben. Am Ende des Eisenschwammschmelzens wurden die Metall- und die Schlackenschmelzen bei einer Temperatur von 1650°C mit Aluminiumgranulat in einer Menge von 0,4 t, Ferrosilicium in einer Menge von 0,3 t und Koks in einer Menge von 0,1 t behandelt.

Nach der Reduktion enthielt das Metall 0,36 Masse-% Kohlenstoff, 0,28 Masse-% Mangan, und 0,11 Masse-% Vanadium und die Schlacke - 39 Masse-% CaO und 2,9 Masse-% Fe_allgemein.

Danach wurde die Schlacke teilweise aus dem Ofen abgezogen und die Schmelze mit der restlichen Schlacke in eine Pfanne abgestochen. Während des Abstichs wurde das Legieren und die Desoxidation des Metalls mit Mangan, Silicium und Aluminium durchgeführt.

Der Gehalt an Vanadium im Stahl betrug 0,115 Masse-%, an Phosphor - 0,018 Masse-%, an Schwefel - 0,007 Masse-%.

Der Assimilationsgrad bei der Aufnahme von Vanadium durch den Stahl aus dem Eisenschwamm betrug 90%. Der Verbrauch an Vanadium aus dem Ferrovanadium wurde um 1,2 kg/t Stahl verringert. Der Manganverbrauch wurde um 2 kg/t Stahl reduziert.

Beispiel 5

In einen 100-t-Lichtbogenofen wurden 90 t Stahlschrott aufgegeben und eingeschmolzen.

Nach der Entphosphorisierung des Metalls und dem Abzug der phosphorhaltigen Schlacke wurden 18 t Eisenschwamm mit einer Zusammensetzung (Masse-%): 72,8 Fe_allgemein; 65,0 Fe_metallisch; 0,8 V; 12,2 TiO₂; 0,011 P; 0,02 S; 1,5 C; Rest - CaO, MgO, SiO₂ und Al₂O₃ kontinuierlich aufgegeben.

Zusammen mit dem Eisenschwamm wurden 2,2 t Kalk und 0,5 t Calciumcarbid aufgegeben.

Im erfindungsgemäßen Verfahren führte ein erhöhter TiO₂- Gehalt im Eisenschwamm zu keinen Schwierigkeiten beim Schmelzen.

Nach dem Erschmelzen von Eisenschwamm wurde die Schlackenschmelze durch Zusatz von 1,2 t Kalk, 0,3 t Silicocalcium und 0,2 t Aluminium behandelt. Der Gehalt an CaO in der Schlacke betrug 49 Masse-%, an Fe_allgemein - 2,4 Masse-% bei einem Gehalt an Kohlenstoff im Metall von 0,22 Masse-%, an Vanadium von 0,13 Masse-%, an Schwefel von 0,025 Masse-%.

Danach wurde der Hauptteil der Schlacke abgezogen, chromhaltige Ferrolegierungen ins Metall eingeführt und ein schlackenbildendes Gemisch aus Kalk und Flußspat zugesetzt. Zusammen mit der Schlacke wurde das Metall in eine Pfanne abgestochen. Während des Abstichs wurde die endgültige Desoxidation des Stahls durchgeführt.

Im erzeugten Metall betrug der Gehalt an Vanadium 0,12 Masse-%, an Titan - 0,01 Masse-%, an Schwefel - 0,011 Masse-%, an Phosphor - 0,017 Masse-%.

Der Assimilationsgrad bei der Aufnahme von Vanadium betrug 84%. Der Gehalt an schädlichen Buntmetallbeimengungen verringerte sich um 14% im Vergleich zum Schmelzen mit 100% Stahlschrott. Der Verbrauch an Vanadium aus Ferrovanadium wurde um 1,25 kg/t Stahl reduziert.

Der eingesetzte Eisenschwamm wurde aus Titanmagnetitrohstoff mit einem hohen TiO₂-Gehalt erzeugt, der für das Hochofenschmelzen ungeeignet ist.

Beispiel 6

In einem 5-t-Lichtbogenofen wurden 3 t Stahlschrott eingeschmolzen, eine Entphosphorisierung des Metalls durchgeführt und die phosphorhaltige Schlacke abgezogen. Dann wurden 2,5 t Eisenschwamm mit der gleichen Zusammensetzung wie im Beispiel 3 aufgegeben. Zusammen mit dem Eisenschwamm wurden in den Ofen 0,125 t Vanadiumschlacke zugegeben, die 22 Masse-% V₂O₅ und 10 Masse-% MnO enthielt, sowie 0,5 t Kalk aufgegeben. Nach dem Einschmelzen wurden die Metall- und die Schlackenschmelzen mit 0,03 t Aluminiumgranulat, 0,01 t Koksgrus und 0,1 t Flußspat behandelt. Nach der Behandlung enthielt die Schlacke 45 Masse-% CaO und 1,5 Masse-% Fe_allgemein, und das Metall - 0,3 Masse-% C und 0,43 Masse-% V.

Dann wurde die Schmelze zusammen mit der Schlacke in eine Pfanne abgestochen, in die dann aus einem anderen 5-t- Ofen eine kohlenstoffarme Stahlschmelze gegossen wurde, die mit Nickel und Chrom legiert worden war.

Der erzeugte Stahl enthielt 0,21 Masse-% V, 0,006 Masse-% P und 0,004 Masse-% S.

Der Assimilationsgrad bei der Aufnahme von Vanadium aus dem Eisenschwamm und der Vanadiumschlacke betrug 92%.

Während des Schmelzvorgangs wurde infolge eines gemeinsamen Einsatzes von vanadiumhaltigem Eisenschwamm und konzentriertem vanadiumhaltigem Oxidstoff ein Metall mit einem erhöhten Vanadiumgehalt erzeugt.

Aus den angeführten Beispielen sind folgende Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Stahlschmelzen im Vergleich zu den bekannten Verfahren ersichtlich:

• - Es wird ein durchgehender Auszug der Legierungselemente vom Erzrohstoff bis zum Fertigstahl gewährleistet;
• - es wird ein Eisenerzgut, das für die anderen Verarbeitungsverfahren ungeeignet ist, eingesetzt;
• - es wird ein niedriger Gehalt an schädlichen Beimengungen im Stahl erzielt.

Claims (10)

1. Verfahren zum Stahlschmelzen unter Einsatz von Eisenschwamm, das das Einschmelzen eines eisenschwammhaltigen Metalleinsatzes, das Frischen und das Legieren des Metalls sowie das Feinen des geschmolzenen Stahls bis zur vorgegebenen chemischen Zusammensetzung beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eisenschwamm eingesetzt wird, der aus einem Legierungselement mit einer niedrigeren Desoxidationsfähigkeit als die von Kohlenstoff enthaltenden Eisenerzgut gewonnen wird, und die beim Einschmelzen des Metalleinsatzes entstehenden Metall- und Schlackenschmelzen mit Reduktionsmitteln und calciumhaltigen Stoffen, in einer Menge behandelt werden, die für die Bildung von ca. 1 bis ca. 5 Masse-% Eisen (Fe allgemein) und von ca. 15 bis ca. 50 Masse-% Calciumoxid (CaO) in der Schlackenschmelze erforderlich ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Eisenschwamm Eisenerzstoffe eingesetzt werden, die Legierungselemente aus der Gruppe Ni, Mn, Cr, V enthalten.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Eisenschwamm Alkalimetalloxide enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalleinsatz 100 Masse-% Eisenschwamm enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalleinsatz von ca. 15 bis ca. 60 Masse-% Eisenschwamm enthält und der Rest aus metallischen eisenhaltigen Stoffen besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalleinsatz in zwei Stufen eingeschmolzen wird, und zwar in der ersten Stufe einen die metallischen eisenhaltigen Stoffe enthaltenden Teil, aus der erhaltenen Metallschmelze Phosphor oxidiert und die entstandene phosphorhaltige Schlacke abgezogen, und in der zweiten Stufe der zweite, aus Eisenschwamm bestehende Teil des Metalleinsatzes geschmolzen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmelzen von Eisenschwamm und die Behandlung der Metall- und der Schlackenschmelze bei einem Kohlenstoffgehalt im Metall von ca. 0,2 bis ca. 3,0 Masse-% durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Behandlung der Metall- und der Schlackenschmelzen mit Reduktionsmitteln die erhaltene Schlackenschmelze von der Metallschmelze getrennt wird.

9. Verfahren nach Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschmelze oxidiert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusammen mit dem Eisenschwamm die höchstens 10 Masse-% des Legierungselements enthaltenden Oxidstoffe in einer Menge von ca. 1 bis ca. 10 Masse-% der Eisenschwammasse zusätzlich eingebracht werden.