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Verfahren zur Herstellung hochwertiger Stähle im basischen Herdofen
Bei bekannten zweistufigen Verfahren zur Herstellung von Stählen im basischen Herdofen
wird das Bad in beiden Arbeitsstufen ausschließlich oxydierend behandelt. Dabei
entfallen, insbesondere bei hohem Roheiseneinsatz, verhältnismäßig eisenreiche Schlacken,
die sich nur mit Schwierigkeiten, beispielsweise auf Ferromangan, verarbeiten lassen.
Bei hohen Roheiseneinsätzen gelingt in der ersten Arbeitsstufe die Kohlenstoffverbrennung
nur ungenügend, so daß das Bad mit einem noch verhältnismäßig hohen Kohlenstoffgehalt
in die zweite Stufe übergeführt werden muß. Schließlich erfordert die reine Oxydationsbehandlung
eine energische Desoxydation des Fertigstahls, die wiederum die Gefahr von Einschlüssen
od. dgl. in sich birgt. Nach einem bekannten einstufigen Schmelzverfahren wird ein
Stahl hoher Zähigkeit und geringer Empfindlichkeit gegen Kaltsprödigkeit, Alterung
und Blaubruch unter Vermeidung einer Zugabe von Desaxydationsmitteln dadurch hergestellt,
daß zunächst ein kalkarmer man,ganreicher Einsatz eingeschmolzen und daß dann durch
Anwendung gleichförmiger hoher Temperaturen und Kalkzugabe fortlaufend der MnO-
und Fe 0-Gehalt der Schlacke verringert und der Mangangehalt des Stahlbades fortlaufend
gesteigert wird. Daß sich am Ende der Frischbehandlung und nach dem Verbrauch des
zum Frischen verwendeten Erz= sauerstoffs der Mangangehalt einer Siemens-Martin-Charge
durch Reduktion der Manganoxyde der
Schlacke erhöht, hat man auch
bei einem bekannten Herdvorfrischverfahren festgestellt, ohne diese Erscheinung
jedoch planmäßig auszunutzen zur Herstellung hochwertiger Stähle ohne zusätzliches
Desoxydationsmangan, Gewinnung einer für die Verarbeitung auf Ferromangan in besonderem
Maße geeigneten eisenarmen und manganreichen Zwischenschlacke und merklichen Abkürzung
der Frischbehandlung in der Fertigstufe. Diese Aufgaben hat sich die Erfindung gestellt
und gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung hochwertiger Stähle im basischen
Herdofen in zweistufiger Arbeitsweise durch Oxydation der Eisenbegleiter mit anschließender
Reduktion des Mangans aus basischen Endschlacken in beiden Stufen, bei dem der aus
manganreichem Roheisen bestehende Einsatz des Vorfrischofens durch eine zunächst
oxydierend und dann kräftig reduzierend wirkende Behandlung auf einen solchen Mangangehalt
gebracht wird, daß das Vormetall im Fertigofen durch ein gleiches zunächst oxydierend
und dann reduzierend verlaufendes Schmelzen ohne zusätzlichen Manganaufwand zu Stahl
verarbeitet werden kann.
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Beim Verfahren nach der Erfindung kommt dem Mangangehalt des aus,
dem manganhaltigen Roheisen hergestellten Vormetalls eine besondere Rolle zu. Er
soll durch ein oxydierend und reduzierend wirkendes Schmelzen am Schluß der ersten
Arbeitsstufe und beim Übergang in den Fertigofen so eingestellt sein, daß auch im
Fertigofen wiederum ein zunächst oxydierend und dann kräftig reduzierend wirkendes
Schmelzen und das Fertigmachen des Stahles ohne zusätzlichen Manganaufwand, d. h.
ohne zusätzliches Ferromangan, möglich ist. Zu diesem Zweck arbeitet man im Vorschmelzofen
nach vorheriger Oxydation des Bades und damit auch eines großen Teiles des Mangans
unten basischer Schlacke und bei hohen und gleichmäßigen Temperaturen auf eine kräftige
Reduktion der Metalloxyde der Schlacke und damit auf eine merkliche Steigerung des
Mangangehaltes des Vormetalls hin und erzielt dann am Ende der ersten Arbeitsstufe
eine praktisch eisenfreie Schlacke und ein Vormetall mit niedrigst möglichem Kohlenstoffgehalt
durch dessen Teilnahme am Sauerstoffabbau der Mangan- und Eisenoxyde. Je eisenfreier
die Manganschlacke der ersten Stufe wird, je hochwertiger wird sie als Ausgangsstoff
für die Ferromangangewinnung, und je tiefer der Kohlenstoffgehalt liegt, mit dem
das Vormetall in den Fertigofen kommt, je eher kann dort die Reduktionsarbeit beginnen
und je kürzer die Schmelzdauer -im Fertigofen selbst sein. Nur ein Vormetall mit
vergleichsweise hohem Mangan- und niedrigem Kohlenstoffgehalt ermöglicht schließlich
eine vereinigte Oxydations- und Reduktionsbehandlung des Bades auch im Fertigofen,
und zwar eine Reduktionsbehandlung dergestalt, daß das Fertigmachen der Schmelze
ohne zusätzlichen Manganaufwand geschehen kann.
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Im einzelnen arbeitet das Verfahren gemäß der Erfindung wie folgt:
Ein basischer Siemens-Martin-Ofen wird fest oder flüssig mit Roheisen beispielsweise
folgender Zusammensetzung beschickt: etwa 3,8% Kohlenstoff, etwa q.0/0 Mangan, etwa
o,2% Phosphor, etwa o,oq.% Schwefel.
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Nach dem Aufschmelzen des Einsatzes oder nachdem sich das Bad auf
Temperatur befindet, beginnt dessen oxydierende Behandlung unter gleichzeitiger
Zugabe von Erz und Zuschlägen. Dabei wird mit einer schwachbasischen Schlacke und
mit solchen Temperaturen gearbeitet, daß sich der Mangangehalt des Roheisens nach
einem gewissen Zeitraum von etwa 4% auf 1,5 % erniedrigt. Um nun aber ein besonders
kräftiges Arbeiten des Mangans am Bad zu erzielen und um schon ein Vormetall besonders
guter Eigenschaften herzustellen, soll sich an die oxydierende Behandlung des Vormetalls
erfindungsgemäß eine reduzierende anschließen, in deren Verlauf das sich in der
Schlacke befindliche Mangan so weit in das Bad zurückgeholt wird, daß sich der Mangangehalt
des Vormetalls auf 2% erhöht. Außer einer intensiven Bearbeitung des Vormetalls
mit Mangan hat man bei der gekennzeichneten Arbeitsweise eine Schlacke erreicht,
die hochmanganhaltig und eisenarm ist, gleichzeitig aber nur einen geringen Teil
des im Bad enthaltenen Phosphors und Eisens aufgenommen hat, weil ja der Kohlenstoffgehalt
des Vormetalls in der ersten Arbeitsstufe noch verhältnismäßig hoch ist und etwa
bei 2% liegt.
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Am Ende der ersten Arbeitsstufe werden Schlacke und Vormetall voneinander
getrennt, was bei einem kippbaren Siemens-Martin-Ofen durch einfaches Abkippen der
Schlacke, bei einem feststehenden Siemens-Martin-Ofen durch Abstechen der gesamten
Schmelze und Rückfüllen des Vormetalls erreicht wird.
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Das in der ersten Arbeitsstufe erzeugte Vormetall, dessen Mangangehalt,
wie beschrieben, etwa 2% beträgt, wird nun in einer zweiten Stufe wiederum wechselnd
oxydierend und reduzierend behandelt. Bei der oxydierenden Behandlung, die unter
einer nicht sehr kalkreichen Schlacke stattfindet und die gegebenenfalls nach vorherigem
Zusatz von Schrott und Erz erfolgt, soll der Mangangehalt auch in der zweiten Arbeitsstufe
erfindungsgemäß zunächst auf einen Grad gesenkt werden, der unter demjenigen des
Fertigmetalls liegt. An die oxydierende Behandlung schließt sich die reduzierende
an, in deren Verlauf aus der manganhaltigen Schlacke durch Steigerung der Basizität
derselben und der Temperatur der dem fertigen Stahl noch fehlende Mangangehalt ,
zurückgeholt wird. So kann man beispielsweise, wenn der fertige Stahl einen Mangangehalt
von o,85% besitzen soll, das Vormetall, das in der zweiten Arbeitsstufe mit einem
Mangangehalt von 2% einläuft, zuerst auf einen Mangangehalt von 0,3 0/0 oxydierend
behandeln und in der reduzierenden Stufe die dem Stahl dann noch fehlenden 0,55'10
Mn aus der Schlacke zurückholen.
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Der Mangangehalt des Vormetalls richtet sich in jedem Falle nach dem
Mangangehalt des herzustellenden Stahles. Stets soll aus einem hochmanganhaltigen
Roheiseneinsatz
der ersten Stufe ein Vormetall mit einem Mangangehalt erzeugt werden, der eine merkliche
Oxydation und eine fühlbare Reduktion des Mangans auch in der zweiten Arbeitsstufe
gestattet.
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Soll nach dem Verfahren der Erfindung beispielsweise ein weicher Stahl
mit o,5 % Mangap und o,1% Kohlenstoff hergestellt werden, wobei von einem Roheisen
von 40/0 Mangangehalt ausgegangen wird, so wird in der ersten Arbeitsstufe das Roheisen
in einer oxydierenden Behandlung auf einen Mangangehalt von 1% verarbeitet und anschließend
reduzierend der Mangangehalt auf 1,219/o erhöht.
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In der zweiten Arbeitsstufe wird dann in einer anfänglich oxydierenden
Behandlung der Mangangehalt auf etwa o,2519/o gesenkt und in der anschließenden
reduzierenden Behandlung auf o,5% Mangan des fertigen Stahles erhöht, indem 0,25%
Mangan aus der Schlacke zurückgeholt wird. Handelt es sich hingegen beispielsweise
bei einem Ausgangsmaterial mit wiederum 4% Mangan um die Herstellung eines Stahles
mit 1,45% Mangan und 0,319/o Kohlenstoff, so kann in der ersten Arbeitsstufe der
Einsatz in der anfänglichen oxydierenden Behandlung vorab auf 2,5% Mangangehalt
gesenkt und in der folgenden reduzierenden Behandlung auf a,75 % Mangan erhöht und
mit diesem Mangangehalt in die zweite Arbeitsstufe übergeführt werden.
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In der zweiten Arbeitsstufe wird das Vormetall von :2,75010
Mangan zunächst oxydierend auf o,750/19 Mangan gesenkt und, anschließend durch reduzierende
Behandlung 0,7% Mangan aus der Schlacke zurückgeholt, so daß der fertige Stahl den
verlangten Gehalt von 1,4519/o =Mangan aufweist.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht es zunächst, die hochwertigsten
Stähle aus einem Einsatz herzustellen, der zum überwiegenden Teil aus Roheisen besteht.
Dabei entfallen sehr eisenarme Schlacken, von denen sich diejenige der ersten Arbeitsstufe
deshalb besonders vorteilhaft auf Ferromangan verarbeiten läßt. Die wiederholte
Behandlung der Schmelze mit Mangan führt zu einer praktisch vollständigen Desoxydation,
so daß sich die Verwendung zusätzlicher Desoxydationsmittel, insbesondere von Ferromangan,
erübrigt. Dadurch wird der Stahl ganz erheblich verbessert, er wird kerbzäh und
von höchster Güteziffer.
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Anstatt in zwei Stufen kann das erfindungsgemäße Verfahren auch in
drei oder mehr Stufen durchgeführt werden, wobei sich dann in jeder einzelnen Stufe
an eine oxydierende Behandlung des Bades eine wenn auch zeitlich nur kurze reduzierende
Behandlung anschließt.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung ist in jedem Herdofen durchführbar
und hier wiederum insbesondere im basisch zugestellten Siemens-Martin-Ofen, daneben
aber auch in den bekannten Elektroöfen, beispielsweise in Heroult-Öfen od. dgl.