EP0316920A1 - Stickstoffhaltiges Zusatzmittel für Stahlschmelzen - Google Patents

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EP0316920A1
EP0316920A1 EP88119148A EP88119148A EP0316920A1 EP 0316920 A1 EP0316920 A1 EP 0316920A1 EP 88119148 A EP88119148 A EP 88119148A EP 88119148 A EP88119148 A EP 88119148A EP 0316920 A1 EP0316920 A1 EP 0316920A1
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EP
European Patent Office
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additive
nitrogen
steel
cored wire
calcium cyanamide
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Withdrawn
Application number
EP88119148A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Dr. Neuer
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Evonik Operations GmbH
Original Assignee
SKW Trostberg AG
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • 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
    • C21C7/0056—Treating molten ferrous alloys, e.g. steel, not covered by groups C21C1/00 - C21C5/00 using cored wires
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C33/00—Making ferrous alloys

Definitions

  • the present invention relates to a nitrogenous additive based on calcium cyanamide.
  • nitrogen is nowadays incorporated in a variety of steel qualities to improve the material properties, in particular strength and toughness.
  • alloying is carried out with gaseous nitrogen, which is introduced into the liquid steel melt, or nitrogen-containing alloys or compounds of the steel melt are added.
  • nitrogen-containing compounds or alloys are usually used.
  • the usual alloys here are embroidered ferromanganese or ferrochrome with low nitrogen contents of 4 to 6%. This can be used to alloy relatively accurately, but the amounts of nitrogen that can be introduced into the molten steel are very often limited by the manganese or chromium content of the steel analysis. In addition, these alloys are comparatively expensive as embroidery agents.
  • Lime nitrogen is also known as a cost-effective nitrogen additive for N-alloyed steels in the steel industry, with the lime nitrogen being introduced into sacks or buckets when tapping into the pan.
  • this method still has serious disadvantages.
  • the calcium cyanamide introduces considerable amounts of carbon into the steel melt, which is almost 100% absorbed by the melt.
  • the present invention was therefore based on the object of developing a nitrogen-containing additive based on calcium cyanamide which does not have the disadvantages of the prior art mentioned, but which enables a substantially higher and more uniform nitrogen output.
  • the additive is used in the form of a filled wire, consisting of a metallic sheath and finely divided calcium cyanamide as filler.
  • the nitrogen-containing additive according to the present invention is in the form of a cored wire consisting of a metallic sheath and finely divided lime nitrogen as the filler material, which is sheathed by the sheath.
  • the diameter of the entire cored wire can be varied within wide limits, but in practice a diameter range from 5 to 20 mm, preferably from 9 to 13 mm, has proven to be particularly advantageous.
  • the filler material of the wire consists of technical lime nitrogen (N content 20 to 26%), which should be in the finest possible form in order to enable a largely homogeneous distribution of the treatment agent in the steel melt.
  • the particle size of the calcium cyanamide used should therefore preferably be less than 1 mm.
  • the amount of calcium cyanamide used per cored wire length unit depends essentially on the diameter of the cored wire and is usually between 50 and 250 g calcium cyanamide per meter of cored wire.
  • the jacket material should be selected so that it dissolves in the steel melt relatively quickly with the release of the treatment agent, without this jacket material or its residues introducing undesirable components into the steel melt. In practice, unalloyed steel casings have proven particularly useful.
  • the thickness of the jacket is usually 0.1 to 1 mm, preferably 0.2 to 0.6 mm.
  • the preparation of the additive according to the invention is unproblematic and is carried out by customary methods and methods.
  • the lime nitrogen if necessary after it has been crushed to the desired grain size range, is poured into the wires, which are then closed by folding or welding and wound up on coils.
  • the steel treatment with the additive proposed according to the invention can be carried out safely and without problems.
  • 0.1 to 10 kg of cored wire are used per ton of molten steel to be treated, with winding speeds of 50 to 180 m / minute, in particular 100 to 150 m / minute, having proven successful.
  • the cored wire is preferably injected 1 to 1.5 m deep into the molten steel.
  • fine-grained lime nitrogen decomposes in the steel melt, so that the nitrogen is released in the deeper bath layers and dissolves.
  • An 80 t batch of molten steel with an 18/8 stainless steel quality should be embroidered from 240 ppm [N] to 500 to 600 ppm [N].
  • the nitrogen content was 520 ppm, which corresponded to a nitrogen output of 95%.
  • the carbon uptake was only 0.02%.

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Abstract

Es wird ein stickstoffhaltiges Zusatzmittel für Stahlschmelzen auf Basis von Kalkstickstoff beschrieben, welches in Form eines gefüllten Drahtes, bestehend aus einem metallischen Mantel und feinteiligem Kalkstickstoff als Füllmaterial, vorliegt. Dieses Zusatzmittel ermöglich ein definiertes und hohes Stickstoffausbringen von 90 bis 95 %.

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 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 Erhöhung der Kohlenstoffmenge besonders bei niedrig gekohlten Stählen (z.B. bei 18/8 rostfrei-Qualitäten) 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 niedriges 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 nicht unwesentlich 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 als Füllmaterial, 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 metallischen Mantel und fein­teiligem Kalkstickstoff als Füllmaterial, welches 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 bis 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 vorzugsweise 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 bis 1 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,6 mm.
  • Die Herstellung des erfindunsgemäßen Zusatzmittels ist unproblematisch und erfolgt nach 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 sicher und problemlos durchzufüh­ren. Je nach gewünschter Stickstoffanalyse, die üblicher­weise bei 100 bis 1000 ppm liegt, werden 0,1 bis 10 kg Fülldraht pro Tonne zu behandelnder Stahlschmelze eingesetzt, wobei sich Einspulgeschwindigkeiten von 50 bis 180 m/Minute, insbesondere 100 bis 150 m/Minute bewährt haben. Der Fülldraht wird vorzugsweise 1 bis 1,5 m tief in die Stahlschmelze injiziert.
  • Unter diesen Bedingungen zersetzt sich auch feinstkörni­ger Kalkstickstoff in der Stahlschmelze, 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.
    • Beispiel 1
  • 80 t einer Stahlschmelze mit der Analyse

    C = 0,18 %
    Si = 0,22 %
    Mn = 1,34 %

    mit einem Ausgangsgehalt von 68 ppm [N] sollte auf 180 bis 220 ppm [N] aufgestickt werden. Zu diesem Zweck wurden in die Charge 270 m eines 13 mm-Drahtes, beste­hend aus einem unlegierten 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/Minute injiziert. Der Endstickstoffgehalt wurde mit 198 ppm analysiert, was einem Stickstoffausbringen von 91,5 % entspricht.
    • Beispiel 2
  • Eine 80 t-Charge einer Stahlschmelze mit einer 18/8 Rostfreiqualität sollte von 240 ppm [N] auf 500 bis 600 ppm [N] aufgestickt werden.
  • Hierzu wurden 560 m eines Fülldrahtes entsprechend Beispiel 1 mit 150 m/Minute in die Stahlschmelze inji­ziert.
  • Der Stickstoffgehalt lag bei 520 ppm, was einem Stick­stoffausbringen von 95 % entsprach. Die Kohlenstoffauf­nahme lag bei lediglich 0,02 %.

Claims (11)

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 als Füllmaterial, 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 Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Kalkstickstoff eine Teilchengröße < 1 mm aufweist.
4. Zusatzmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Fülldraht 50 bis 250 g Kalkstickstoff pro Meter enthält.
5. Zusatzmittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Mantelmaterial aus unlegiertem Stahl besteht.
6. Zusatzmittel nach einem der Ansprüche 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 stickstoffhaltigen Zusatzmittel,
dadurch gekennzeichnet,
daß man als Zusatzmittel einen Fülldraht nach einem der Ansprüche 1 bis 6 in die Schmelze ein­bringt.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß man pro Tonne zu behandelnder Stahlschmelze 0,1 bis 10 kg Fülldraht einbringt.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß man den Fülldraht mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 180 m/Minute, insbesondere 100 bis 150 m/Minute in die Stahlschmelze einspult.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß man den Fülldraht 1 bis 1,5 m unter die Ober­fläche der Stahlschmelze injiziert.
11. Verwendung eines Fülldrahtes nach einem der Ansprü­che 1 bis 6 als stickstoffhaltiges Zusatzmittel für Stahlschmelzen.
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