DE750243C

DE750243C - Verfahren zur Entphosphorung von Stahlbaendern

Info

Publication number: DE750243C
Application number: DES101292D
Authority: DE
Priority date: 1931-08-31
Filing date: 1931-10-07
Publication date: 1945-01-03

Description

Verfahren zur Entphosphorung von Stahlbädern

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfah-

i en zur Entphosphorung von ko:hlenstoff-

armem Stahl durch Aufgießen des Stahls auf

eine schmelzflüssige, basische, eisenoxydhal-

tige, oxydierende Schlacke. Sie kennzeichnet

sich dadurch, daß der Stahl in dickem Strahl

so heftig in das dürinflüssige Schlackenbad

eingegossen wird, :daß infolge d°r innigen

Vermischung von Stahl und Schlacke dis

I:iitphosphorung schlagartig erfolgt.

Die Erzeugung eines möglichst plio,sphor-

a.i men Stahls stellt eine der Hauptaufgaben

des Eisenhüttenwesens dar, denn schon sehr

geringe Mengen Phosphor führen zu einem

brüchigen Werkstoff.

Der höchst zulässige Phosphorgehalt in

Suililen schwankt je nach ihrem Verwendungs-

zweck und 1<ißt sich folgendermaßen einteilen:

a) I# lußstähle, Schienen-, Trägerstahl usw.

o,04 bis o, I 1110, .

1i) Halbedelstähle o,o25 bis o,o.l ° ja,

c) Kolilenstoffedelstähle, Spezialedelstähle

0,() 25 lio.

Bekannt ist folgendes:

r. Die Abscheidung des Phosphors ist un-

möglich beim sauren Verfahren, also in der

l')esseinerbirne, im sauren Siemens-Martin-

Ofen, im sauren Elektro-In@duktionso,fen oder

Lichtb,- genofen, im Tiegelofen.

2. lii den basischen Verfahren ist zu be-

merken:

a ) Bei cIen üblichen Thoinasverfahren ge-

lingt es nur dann den Phosphorgehalt auf

einen unter etwa o,o8 °/o liegenden Wert zu

senken, wenn man eine erhebliche Eisenoxydul-

bildung in Kauf nimmt, was einen Eisenver-

ltist bedeutet, der sehr schnell steigt, wenn

man den Pho:pho.rgehalt auf tmter 0,04 °/a sen-

ken will.

b) Im basischen Siemens-Martin-Ofen muß

man i-on einer an Phosphor nicht zu reichen

Schmelze ausgehen, wenn man das Verfahren

in dem Augenblick abbrechen will, wo die

Entkahlung ihrün normalen Betrag erreicht

hat; nur dann kann man eine nachherige Rück-

kohlung umgehen, woran dem Stahlwerker

m egen der Herstellungkosten sehr gt@legen ist.

Bei der praktischen Durchführung des Sie-

niens-1lartin-Verfahrensnimmt man zwischen-

durch eine Entschlackung vor, d. h. man ent-

fernt die Schlacke im Verlauf der Charge, um

eine. spätere Pücl<pliospliorting durch die phos-

phorreIche Schlacke beim Desotvdieren des

Metallbades zu vermeiden.

c) Wenn man bei einem basischen Elektro-

ofen reit flüssigem Einsatz nicht von einer an

Phoäplior siilr armen, e1.11. weniger als etwa

ü,(1a@ "j" Phosphor enthaltenden Cliaige aus-

'Z 111u1.') nian zuerst die Entpliospliorutig

und darauf eitle Entschlackung vornehmen,

und erst hiernach darf inan das Bad desoxy-

dieren und entschwefeln. Die sich hieraus er-

gebende Vorbehandlung des Bades Zoll unge-

fähr i Stunde Dauer wird lediglich durch die

Etitpliospliarviig erforderlich.

7tisanlillen gefal.;t kann matt also sagen, dall

'bisher die Erzeugung -I>hosphürarmer Stähir

bei Verwendung von phosphorreichen Ans-

gangsstotten nur dann gelingt, wenn man lang-

gierige und in gewissen Fällen schwierige und

--erlustlyrilegeilde Maßnahmen vornimmt, die

im allgemeinen erhebliche Metallverhiste mit

sich bringeil.

Man kann wohl sagen, daß folgende zwei

Gesichtspunkte die Stahlerzeugung in allen

!,ändern der Erle leiten:

1. Der Anfangsgehalt der Ausgangsstoffe,

der Erze, der Schmelze und des Schrott, an

I'liospllcil-,

2. der beabsichtigte Endgehalt des Stahls all

Phosphor, der je nach der gewünschten Quali-

tät des erzeugten Stahls schwankt. Hieraus

folgt, daß die Verbreitung und sogar die Ent-

;yicl;lung der Verfahren zur Stahlerzeugung

auf satzrein oder basischem @N-ege in den ver-

schiedenen Ländern durch den Pliosplio,rgeli;tlt

der Erze, über die diese Länder verfügten,

1>estiinnit wurde. In den Ländern, deren .Erze

reich all Phosphor sind, wie Frankreich und

Deutschland, gelangt zumeist das basische

Verfahren zur Anwendung. Die Hüttenwerke

(lieser Länder verwelidcn dieTliomasbirne und

können deshalb Qualitätserzeugnisse unmittel-

bar nur mit einem erheblichen Eisenverlust

herstellen, der die Herstellungskosten erhöht.

Die Hüttenwerke, in denen das basische Mar-

tinverfahren oder der basische Elektroofen

Anwenflung findet, müssen eine umständliche

Zwischenentschlackung vornehmen. In den

Ländern mitpliosphorarin en Erzen, wie Scliwe-

den, England, den Vereinigten Staaten, ge-

langen in den Hüttenwerken meistens die sau-

ren `-erfahren zur Anwendung. In Anbetracht

der zunehmenden Erschöpfung der pllosphor-

armen Erze in diesen Ländern kann malt

jedoch ein allgemeines Übergewicht der ba-

sischen Üfen für die Zukunft vorhersagen.

Außer Verfahren zur Entphosphorung von

Stahl, die in einer Thornasbirne durchzufüh-

ren waren, bei welchen also mit Blasen voll

Luft gearbeitet wurde und die mit der vor-

liegenden Erfindung in keinem Zusammenhang

stellen, hat nian auch schon vorgeschlagen,

I:Zr@heisen und Stahl mit Hilfe einer basischen,

t'.=ei101@-(I11alllgiil, o@vfliereildeil Slhl alkl z11

ciltplio:;phoreil, die besonders leergestellt wor-

den ist. Bei diesem bekannten Verfahrc-n

handelt es sich um eine Filtration des Metalles

durch eine verhältnismäßig holte `chlacken-

=ünle. Das Metall, das vorteilhaft in 111iig-

liclist dünnen Strahlen durch die Schlacken-

säule hindurchtritt, wird in dieser horin finit

der Schlacke in Berührung gebracht. Da lxi

einem solchen Verfahren für die Entphosplio-

rung von Stahl der Stahl stets durch die

Schlacke filtriert wird, können dabei inliner

nur Tropfen des Stahls langsam durch die

Schlackenschicht hindurchgelangen, was eilte

entsprechend langsanu und Ltil@"Oll#talid'@e

aktion ergibt.

Aus diesen 1leispielen dürfte zur Genüge

liert-orgehen, daß (lern Hüttenwesen auf der

ganzen Eide bisher ein einfaches, wirtschaft-

licli find sicher arbeitendes Verfahren gefehlt

hat. uni den Pliosphorgelalt der Stähle in er-

hehiicheln Maße zu senken. Ein derartiges

\-erfahren imtß folgende I@edingungen er-

fülleti:

i. Die Entfernung des Phosphors aus <h#in

Mahl niuli, auch wenn es sich uni einen ver-

häItilismäßig holten Phosphorgehalt handelt.

:ehr schnell erfolgen und mittels einer ein-

faclieil Uaßnahnie derart durchgeführt wer-

(Ien. daß die Zufuhr äußerer Wä rin( nicht er-

fl)rde1-licll ist.

2. Das erzielte Ergebnis niuf) regelin #JilAlig

eintreten und sich vorhersehen lasen, d" !i. die

I:ntl>lic>spliorting muß hinsichtlich der Genauig-

keit in der gleichen Größenorfinnng wie bei

den h;:lcaiinten Verfahren durchführbar sein

Lind durch schnelle, sichere Maßnahmen von

selbst erfolgen, wenn das Verfahren einen

praktischen Wert für die Hiittenin!lu;ti-ie be-

,#itzeit :o11.

Das Verfahren gemäß der Erfirlduiig erfüllt

diese I@edin sungen. Es bestellt darin. daß der

Stahl in dickem Strahl so Heftig in das dünn-

flüssige Schlackenbad eingegossen wird, daß

Alfolge der innigen Verinischting von Stahl

und Schlacke die Entphosphorun r schlagartig

erfolgt. Die verwendete Schlacke ist basisch,

eisenoxy@lhaltig Lind oxydierend. der behan-

delte Stahl kohlenstottartn.

Durch die erzielte heftige und innige Durch-

wirbelung voll Stalle und Schlacke entstellt

für sehrl;urzeZeit,z.B.fül-I3rttclrteileeiiierMi-

nute, ein in starker 11'irbelbewegung hefind-

liclies System von fein Zerteilter Schlacke im

Stahl. Dieses System, bei welchem die

Schlacke ei11111sionsartig verteilt ist, trennt

sich sofort wieder in zwei Schichten, nämlich

in eine Schicht. die aus dein entphosphorten

Stahl besteht und in eine Schlackendecke.

Trotz der dabei auftretenden besonders

kurzen Dattel der Durchwirbclnng von weni-

ger als einer Minute ist -die Eritpliospliorung des

Stahls beendet, wenn sich die Schlacke auf der Oberfläche des Metalls abgesetzt hat. Die weitere Einwirkung der Schlacke ist dann ohne Einfluß.

Wenn man die das Verfahren gemäß der Erfindung kennzeichnenden Bedingungen innehält, erzielt man folgende Vorteile: i. Die während dieser sehr kurzen Zeitspanne erfolgte Entphosphorung ist sehr weitgehend, in den meisten Fällen bei weitem hinreichend, um den in der Industrie gestellten Ansprüchen zu genügen. Der Phosphorgehalt sinkt beispielsweise von 0,43511/o auf o,o4.c90Jo oder von o,o55°/o auf o,oia%.
2 . Nenn man stets die gleichen Bedingungen innehält hinsichtlich der Zusammensetzung und der Menge der Schlacke, erhält man sehr gleichmäßige Ergebnisse, die auch durch eine länger dauernde Berührung zwischen Stahl arid Schlacke nicht mehr verändert werden.
3. Die Beschaffenheit der Wandungen des Behälters, in dem die Durchwirbelung erfolgt, hat in Anbetracht der äußerst kurzen Reaktionszeit praktisch keinen wesentlichen Einfluß auf die Entphosphorung. Insbesondere lassen sich kieselsäure-tonerdehaltige Auskleidungen verwenden.
4.. Die Temperatur des Stahls übt offensichtlich einen Einfluß aus. Die Erfahrung hat aber gezeigt, daß man auch besonders weiche Stähle bei sehr hohen Temperaturen entphosphoren kann, trotzdem hohe Temperaturen für die Entphosphorung ungünstig sind.
5. Eine `Värmezufuhr ist nicht erforderlich, auch wenn die zu entfernende Phosphormenge groß ist, beispielsweise 1,70i0 beträgt; in diesem Falle führt man das Verfahren durch aufeinanderfolgende Durchwirbelung des Stahls mit mehreren Schlackenchargen durch.
Zusammenfassend ist zu sagen, daß gegenüber den bekannten Verfahren das Verfahren nach der Erfindung den großen technischen Fortschritt bringt, daß in sehr kleinen Schlakkenmengen eine außerordentlich weitgehende und unbedingt regelmäßige Entphosphorung finit Sicherheit erzielt wird, und zwar in einer ganz außergewöhnlich kurzen Zeit.
Was die Vorbereitung der für das neue Verfahren erforderlichen Schlacke anbelangt, stellt man eine bestimmte Menge schmelzflüssiger, basischer, oxydierender, dünnflüssiger Schlacke her, die annähernd die Temperatur des zu entphosphorenden Stahles auf-«-eist und die eine vorher genau festgelegte, der gewünschten Entphosphorung angepaßte Zusammensetzung besitzt, d. h. eine basische, durch Phosphor reduzierbare Oxyde,- wie Eisenoxydul und Manganoxydul, im Überschuß enthaltiende Schlacke.
Die erforderliche Schlackenmenge hängt im wesentlichen von der @ Zusammensetzung der Schlacke ab; sie ist beispielsweise erheblich gröfer, wenn man mit schwach 3N3-dieretiden Schlacken arbeitet, um zu verhindern, daß die kieselsäure-tonerdelialtige Atiskleidungsmasse des Behälters angegriffen «wird, in dein die Entphosphorung erfolgt. Die Schlacke muß basisch und o#xydierend sein; die Basen kön-. nen erdalkalische und bzw. oder alkalische Basen sein. Die Schlacke muß möglichst dünn-Hüssig sein, weshalb man auch Flußmittel, wie i# lußspat, zugeben kann, oder auch Kiesel-,äure oder Tonerde oder ähnliche Stoffe, allerdings nur in solchen Mengen, daß die Schlacke basisch bleibt. -Mit folgender Schlackenzusammensetzung sind in der \Iehrzalil der Fälle sehr gute Ergebnisse erzielt «-orden: Kieselsäure 3010, Kalk 65111, Eisenoxydul 2o"10. Beispiele i. i4.t eines weichen Stahls mit o,io-lo C_ und o,436"/, P wurden gemeinsam mit i,t t Schlacke, die 3'1, Si O-, 60% Ca C, 35 01o 1i e O und Flußspat als Flußinittel enthielt, in dicken Strahlen in eine Gießpfanne gegossen. Die Pfanne wurde sogleich nach dein Füllen über _iie Gießformen gebracht. Der erste gegossene Block enthielt o,o4901o P, der letzte o,o4[2%.
a. 14 t Stahl mit etwa o,io% C und: o,o4.S0(o bis o,o6o01o P wurden heftig in dickem Strahl auf 3ookg flußspathaltige flüssige Schlacke mit 3 010 Si 02, 62111o Ca O und 25 01o Fe O in eine Gießpfanne gegossen. Die Pfanne wurde sofort nach der Füllung über die Gießformen gebracht. Der gegossene Stahl hatte o,oiollo bis 0,0130/11P.
3. 13,5 t Elektrostahl mit o,200%11 C und 0,o=201, P wurden in einer Gießpfanne mit 300 kg einer flußspathaltigen flüssigen Schlacke mit 5 01o Si 02, 63 01o CaO und 2o,2 01o Fe 0 durchwirbelt. Die Pfanne wurde sofort nach der Füllung über die Gießformen gebracht. Der erste gegossene Block enthielt 0,007 01o P.
Die drei Beispiele erstrecken sich auf alle vorkommenden Phosphorgehalte und zeigen. welche Möglichkeiten des Verfahrens gemäß der Erfindung geboten sind. Es sei darauf hingewiesen, daß in den Beispielen der Abstich ohne Vornahme weiterer Maßnahmen erfolgte, um sogleich die Proben nehmen zu können. Bei technischer Anwendung des Verfahrens muß nach der E ntphosphorung natürlich eine Desoxydierung stattfinden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. \`erfahren zur Entphosphorung von kohlenstoffarmem Stahl durch Aufgießen des -Stahles auf eine schmelzflüssige, basische, eisenoxydhaltige, oxydierende Schlacke, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl in dickem Strahl so heftig in das dünnflüssige Schlackenbad eingegossen «wird, daß infolge der innigen Vermischung van Stahl undSchlacke dieEntpliosphorung schlagartig erfolgt. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekenn- zeichnet dt»;cli -- die Verwendung einer @clilackean,,..Etlva 3°,(° Kieselsäure, 63°l° Kalk undt 20 °7° Eisenox_ydul, die zweck- mäßig noch 1# lußniittel. z. B. Flußspat, ent- hält. .

Zur Abgrenzung des Anineldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren folgende Druckschriften in Betracht gezogen worden: deutsche Patentschriften ... 1r. r2;oo, i 3 (" ":), 1y"# i33: französische Patentschrift 4%2 429; britische. - , , - 1o 5R3 vorn Jahre 1892; USA.- f'<itetitscliriften ....... - 1c)8 733e -h() (@92 1 423 03 1: indische Patentschrift ....... - 24 o79; 1;isenzeitung ( i902-), i-. 4r, S. 421; Osami. Lehrbuch der Eisenhüttenkunde. Pd. 11 (1921 ). S. 203; Ekonomitschkaja Shisni 1-. C#. (). 1929, Auf- satz von Lenin.