DE3739156A1 - Stickstoffhaltiges zusatzmittel fuer stahlschmelzen - Google Patents
Stickstoffhaltiges zusatzmittel fuer stahlschmelzenInfo
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- 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
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C33/00—Making ferrous alloys
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein stickstoffhaltiges
Zusatzmittel auf Basis von Kalkstickstoff.
Stickstoff wird bekanntermaßen als Legierungselement heute
in eine Vielzahl von Stahlqualitäten zur Verbesserung der
Werkstoffeigenschaften, insbesondere der Festigkeit und
Zähigkeit, gezielt eingebracht.
Zu diesem Zweck wird mit gasförmigem Stickstoff legiert,
den man in die flüssige Stahlschmelze einleitet, oder man
gibt stickstoffhaltige Legierungen oder Verbindungen der
Stahlschmelze zu.
In der Praxis ist das Aufsticken mit gasförmigem Stickstoff
nur bei kleinen geforderten Stickstoffkonzentrationen
möglich, wobei die Treffsicherheit allerdings unbefriedigend
ist. Außerdem sind der große Zeitaufwand und auch die
Temperaturverluste der Schmelze sehr nachteilig.
Um diese Probleme zu umgehen, werden üblicherweise
stickstoffhaltige Verbindungen oder Legierungen eingesetzt.
Übliche Legierungen sind hierbei aufgesticktes
Ferromangan oder Ferrochrom mit niedrigen
Stickstoffgehalten von 4 bis 6%. Hiermit kann man
relativ treffsicher legieren, doch sind die
Stickstoffmengen, die in die Stahlschmelze eingebracht
werden können, sehr häufig durch die Mangan- bzw.
Chromgehalte der Stahlanalyse begrenzt. Außerdem sind
diese Legierungen als Aufstickmittel vergleichsweise
teuer.
Auch Kalkstickstoff ist als kostengünstiges
Aufstickmittel für N-legierte Stähle in der
Stahlindustrie bekannt, wobei man den Kalkstickstoff in
Säcken oder Eimern beim Abstich in die Pfanne einbringt.
Dieses Verfahren weist aber jedoch noch gravierende
Nachteile auf. Mit einem Gesamtkohlenstoffgehalt von
ca. 20% bringt der Kalkstickstoff beträchtliche Mengen
Kohlenstoff in die Stahlschmelze ein, der zu fast 100%
von der Schmelze aufgenommen wird.
Da bei diesem Verfahren der Stickstoffwirkungsgrad nur
ca. 30% beträgt, kann die zwangsweise erfolgende
Kohlenstoffmenge besonders bei niedrig gekohlten Stählen
(18/8 rostfrei-Qualitäten bspw.) prohibitiv für den
Einsatz von Kalkstickstoff sein.
Ein weiterer Nachteil dieser Zugabemethode sind die
starken Schwankungen des Stickstoffausbringens bei der
Zugabe des Kalkstickstoffs zum Abstich oder auch in den
Spülfleck. Weil Kalkstickstoff ein leichtes spezifisches
Gewicht aufweist, schwimmt er auf und zersetzt sich an der
Badoberfläche. Die Endanalyse kann mit der üblichen
Zugabetechnik nicht sicher eingestellt werden, so daß
meistens eine Korrekturzugabe nötig ist.
Die erläuterten Probleme mit Kalkstickstoff hängen im
wesentlichen damit zusammen, daß Kalkstickstoff nicht
stabil ist, sondern bei längerem Lagern zu Feinkorn
zerrieselt und somit - je nach Lagerzeit - immer
unterschiedlich hohe Feinanteile enthält. Diese Feinanteile
werden dann bei konventioneller Zugabe durch die Thermik
ausgetragen, wodurch der niedrige und schwankende
Wirkungsgrad des Kalkstickstoffs zustandekommt.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde,
ein stickstoffhaltiges Zusatzmittel auf Basis von
Kalkstickstoff zu entwickeln, welches die genannten
Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern
das ein wesentlich höheres und gleichmäßigeres
Stickstoffausbringen ermöglicht.
Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
man das Zusatzmittel in Form eines gefüllten Drahtes,
bestehend aus einem metallischen Mantel und feinteiligem
Kalkstickstoff, einsetzt.
Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß damit
alle wesentlichen Probleme des Standes der Technik
überwunden werden und ein definiertes und gleichmäßiges
Ausbringen mit unerwartet hohen Ausbeuten möglich ist,
obwohl der eingesetzte Kalkstickstoff ebenfalls in
feinverteilter Form vorliegt.
Das stickstoffhaltige Zusatzmittel entsprechend der
vorliegenden Erfindung liegt in Form eines Fülldrahtes
vor bestehend aus einem metallischem Mantel und
feinteiligem Kalkstickstoff, welcher von dem Mantel
umhüllt wird.
Der Durchmesser des gesamten Fülldrahtes kann in weiten
Grenzen variiert werden, doch hat sich in der Praxis ein
Durchmesserbereich von 5 bis 20 mm, vorzugsweise von 9 bis
13 mm, als besonders vorteilhaft erwiesen. Das
Füllmaterial des Drahtes besteht aus technischem
Kalkstickstoff (N-Gehalt 20-26%), der in möglichst
feinverteilter Form vorliegen soll, um eine weitgehend
homogene Verteilung des Behandlungsmittels in der
Stahlschmelze zu ermöglichen. Die Teilchengröße des
verwendeten Kalkstickstoffs sollte deshalb möglichst
kleiner als 1 mm sein.
Die Menge des eingesetzten Kalkstickstoffs pro
Fülldrahtlängeneinheit richtet sich im wesentlichen nach
dem Durchmesser des Fülldrahtes und beträgt in der Regel
zwischen 50 und 250 g Kalkstickstoff pro Meter
Fülldraht.
Das Mantelmaterial sollte so ausgewählt werden, daß es
sich in der Stahlschmelze relativ schnell unter Freigabe
des Behandlungsmittels auflöst, ohne daß dieses
Mantelmaterial bzw. dessen Rückstände unerwünschte
Bestandteile in die Stahlschmelze einbringen. In der
Praxis haben sich hierbei vor allem unlegierte
Stahlumhüllungen bewährt. Die Dicke des Mantels beträgt
in der Regel 0,1-1 mm, vorzugsweise 0,2-0,6 mm.
Die Herstellung des erfindungsgemäßen Zusatzmittels ist
unproblematisch und erfolgt nach den üblichen Verfahren
und Methoden.
Der Kalkstickstoff wird ggf. nach dessen Zerkleinerung auf
den gewünschten Korngrößenbereich in die Drähte eingefüllt,
welche anschließend durch Falzung oder Schweißung
geschlossen und auf Coils aufgewickelt werden.
Die Stahlbehandlung mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen
Zusatzmittel ist relativ sicher und problemlos
durchzuführen. Je nach gewünschter Stickstoffanalyse, die
üblicherweise bei 100-1000 ppm liegt, wird 0,1 bis 10 kg
Fülldraht pro Tonne zu behandelnder Stahlschmelze
eingesetzt, wobei Einspulgeschwindigkeiten von
50-180 m/Min., insbesondere 100 bis 150 m/Min.,
empfohlen werden. Es sollte außerdem darauf geachtet
werden, daß der Fülldraht mindestens 1 bis 1,5 m tief in
die Stahlschmelze injiziert wird.
Man kann davon ausgehen, daß sich unter diesen
Bedingungen auch feinstkörniger Kalkstickstoff in der
Stahlschmelze zersetzt, so daß der Stickstoff in tieferen
Badschichten freigesetzt wird und in Lösung geht.
Auf diese Weise wird gewährleistet, daß ein definiertes
und hohes Stickstoffausbringen mit 90 bis 95% erzielt
wird. Außerdem kann dabei die geforderte Endanalyse des
Stahls sicher und gezielt erreicht werden, so daß
zeitraubende Nachkorrekturen entfallen. Auch das Problem
der Kohlenstoffaufnahme ist wegen des guten Ausbringens
weitestgehend gelöst.
Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher
erläutern, ohne sie jedoch darauf zu beschränken.
80 t einer Stahlschmelze mit der Analyse
C = 0,18%
Si = 0,22%
Mn = 1,34%
Si = 0,22%
Mn = 1,34%
mit einem Ausgangsgehalt von 68 ppm [N] sollte auf 180-
220 ppm [N] aufgestickt werden. Zu diesem Zweck wurden in
die Charge 270 m eines 13 mm-Drahtes bestehend aus einem
unlegiertem Stahlmantel (Dicke 0,4 mm) sowie 178 g
feinverteiltem technischen Kalkstickstoff (N-Gehalt 23,5%)
(Teilchengröße <1 mm) pro Meter Fülldraht mit einer
Geschwindigkeit von 150 m/Min. injiziert. Der
Endstickstoffgehalt wurde mit 198 ppm analysiert, was
einem Stickstoffausbringen von 91,5% entspricht.
Eine 80 t-Charge einer Stahlschmelze mit einer
18/8 Rostfreiqualität sollte von 240 ppm [N] auf
500-600 ppm [N] aufgestickt werden.
Hierzu wurden 560 m eines Fülldrahtes entsprechend
Beispiel 1 mit 150 m/Min. in die Stahlschmelze injiziert.
Der Stickstoffgehalt lag bei 520 ppm, was einem
Stickstoffausbringen von 95% entsprach. Die
Kohlenstoffaufnahme lag bei lediglich 0,02%.
Claims (10)
1. Stickstoffhaltiges Zusatzmittel für Stahlschmelzen auf
Basis von Kalkstickstoff, dadurch gekennzeichnet, daß es
in Form eines gefüllten Drahtes bestehend aus einem
metallischen Mantel und feinteiligem Kalkstickstoff
vorliegt.
2. Zusatzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Fülldraht einen Durchmesser von 5 bis 20 mm,
vorzugsweise 9 bis 13 mm, aufweist.
3. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kalkstickstoff eine
Teilchengröße <1 mm aufweist.
4. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Fülldraht 50 bis 250 g
Kalkstickstoff pro Meter enthält.
5. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Mantelmaterial aus unlegiertem
Stahl besteht.
6. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der metallische Mantel eine Dicke
von 0,1 bis 1 mm, insbesondere 0,2 bis 0,6 mm, aufweist.
7. Verfahren zur Behandlung von Stahlschmelzen mit einem
Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 bis 6.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
man pro Tonne zu behandelnder Stahlschmelze 0,1 bis 10 kg
Fülldraht verwendet.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß man den Fülldraht mit einer
Geschwindigkeit von 50 bis 180 m/Min., insbesondere
100 bis 150 m/Min., in die Stahlschmelze einspult.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß man den Fülldraht 1 bis 1,5 m
unter die Oberfläche der Stahlschmelze injiziert.
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- 1988-11-18 JP JP63290336A patent/JPH01162717A/ja active Pending
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