DE2026780A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von rostfreiem Stahl - Google Patents

Description

Patentanwalt

Karl A. Brose

Dip!-ing.

D-0023 München - Puüach
WleneTStr.2,T.Mihn.7930570.7931782

1/Fo - Oase 410 München-Pullach, 1. Juni 1970

A. linkl & Sons Öo_e, 2011 Southport Avenue, Ohioago 6O614₉ Illinois, USA

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von rostfreiem Stahl

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen für die Herstellung von Stahl, insbesondere rostfreiem Stahl und Stahl von der Art eines rostfreien Stahles mit einem besonders niedrigen Kohlenstoffgebalt· Der Ausdruck "besonders niedriger Kohlenstoffgehalt" ist hier benutzt wie er allgemein in der Industrie Gültigkeit hat nämlich zur Kennzeichnung eines Stahles (üblicherweise eines rostfreien Stahles), welcher einen Höchstkohlenstoffgehalt von 0.03 % besitzt.

Zur Erleichterung der Erläuterung und des Vergleiches wird nachstehend zunächst ein übliches Verfahren zur Herstellung von rostfreiem Stahl im Elektroofen beschrieben.

Die Herstellung von rostfreiem Stahl in einem Elektroofen besteht im allgemeinen im wesentlichen aus vier Schritten, nämlich

1. niederschmelzen,

2. Entkohlen,

J. Wiedergewinnen von Chrom und schließlich

4. Feinern. Veredeln bsw. fertigmachen.

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Während der Stufe 1, dem Schmelsvorgaag, wird eine Charge * normalerweise Schrott und/oder anderes übliches Ghargiermaterial in dem Ofen nied@rgeselaiols®£ic Mach Beendigimg des Schnellschmelzvorganges enthält "die Schmelze i^e seitliche Mengen an Chrom, letzten Endes teilweise zu nennende Mengen an Mangan und Silizium, Molybdän und Mickel (falls erwünscht) und einen unerwünscht Molien Kohlenstoffgehalt. Der Kohlenstoffgehalt ist beinahe iiaaer über O„2 und oft auch so hoch wie 1 %. Die Stufe 2, die Entkohlung, "wird heute häufig mit einer Sauer stoff lanze durchgeführt«, Bei dieser Arbeitsweise wird gasförmiger Sauerstoff für sich allein oder mit anderen Gasen gemischt, gegea die Schmelze, auf die Schmelze oder durch di@'Qfoerfläe&e der Schmelze im Of®n geblasen, normalerweise auf di© SdoXaeke uad^war ia wesentlichen unter atmosphärisches Brack rad geeigneten Bedingungen für die Oxydation des Kohlenstoffes» Mährend der Entkohlung wird auf der Oberfläche der Schmelze eine normale Schlackendecke aufrechterhalten nod raiTrerseidlich wird hierbei schließlich ein Teil &©s Chroms üblicherweise mindestens 2 bis 3 ^ und manchmal auch, sogar 8 bis 10 % oxydiert und geht in die Schlackeο

Während des ersten Teiles desSamerstofffclasens wird der Kohlenstoff verhältnisaässig !©iefrt entfernt, sobaldäedoch der Prozeß fortschr@it@-fc_s maÄ die Entfernung des Kohlenstoffes mehr und mehr seMmeEag nad di© letzten wenigen Prozente abwärts Ms nag@£!fer 0,OJ % Kohlenstoff . und darunter können nur mit er&eblieliea Schwierigkeiten entfernt werden und, wie man glaubt₉ nur bei einem erheblichen Verlust an Chrom»

In der Stufe 3_t der Chromwiedergewlzisiung, mrd das während des Schmelzens und der Eatkohlrag QXjü.±®Tte Ghrom aus der Schlacke wiedergewonnen und z^ar meist axt Hilfe eines Re-

duktionsmittels, welches eine höhere Oxydationsfähigkeit als Chrom besitzt, wie beispielsweise Silizium in der Form von FerrosiIiζium, Ferrochromsilizium oder Ferromang«nsilizium.

Nach der Wiedergewinnung von Chrom oder umgekehrt, wird die Schlacke im allgemeinen entfernt und durch eine andere· Schlakke auf der Schmelze während des Feinerungsprozesses ersetzt. Während des Feinerungsprozesses werden Analysen von der chemischen Zusammensetzung des Stahles genommen und sowohl chemische wie auch Temperaturregulierungen der Schmelze vorgenommen.

Nach Fertigstellen der Schmelze wird der Stahl gegossen, meist in Block- oder IngotkokiIlen.

Allgemein ist es jetzt in der Fachwelt anerkannt, daß der Elektroofen eine sehr wirksame Vorrichtung zum Schmelzen darstellt, aber eine sehr kostspielige und langsam arbeitende Einrichtung für die Entkohlung, die Wiedergewinnung von Chrom und den Feinerungsprozeß.

Sie Erfindung hat sich im wesentlichen die Aufgabe gestellt, ein neues Verfahren und eine neue Einrichtung für die Herstellung von Stahl mit einem besonders niedrigem Kohlenstoffgehalt zu entwickeln, und zwar insbesondere von Chromstahl, wobei das Schmelzen in einer besonders wirksamenWeise vornehmlich in einem Elektroofen erfolgt und die nachfolgenden Behandlungsstufen in einer davon getrennten und besonderen Einheit durchgeführt werden, welche speziell für die Arbeitegänge nach dem SehneIsVorgang ge-.eignet ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist darauf gerichtet, ein Verfahren zur Herstellung von rostfreiem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt zu schaffen, bei dem die Oxydation von

Chrom während der Entkohlung etwa nur auf 0.5 % oder geringer gehalten wird und bei dem entsprechend die übliche Wiedergewinnung von Chrom entfällt.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist darauf gerichtet, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Entkohlung von rostfreiem Stahl zu schaffen, durch eine Arbeitsweise und ein System, bei welchen ein Übergang von oxydierbaren Bestandteilen in der Schmelze in die Schlacke hinein wie beispielsweise Chrom, aber auch Hangan und Silizium im wesentlichen wenn nicht in manchen Fällen vollkommen vermieden wird. Der Ausdruck "rostfreier Stuhl " ist hierbei für Stähle benutzt, welche etwa 10 % oder mehr Chrom enthalten, mit anderen Bestandteilen, wie sie in allgemeinen in den verschiedenen rostfreien Stahlsorten enthalten sind.

Ein weiteres Ziel ist darauf gerichtet, eine Arbeitsweise und eine Vorrichtung zu schaffen, wie sie vorstehend erwähnt wurde, welche für die Herstellung von rostfreiem Stahl eines aussergewöhnlich niedrigen Kohlenstoffgehaltes insbesondere mit einem Kohlenstoffgehalt von 0.01 % geeignet ist und darüberhinaus auch für die Herstellung der üblichen Sorten von rostfreiem Stahl Anwendung finden kann. Die Erfindung ist insbesondere für die Herstellung von Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt von 0.01 % geeignet, bei denen der Übergang von Chrom in die Schlacke mehr und mehr aktiv wird* je niedriger der Kohlenstoffgehalt absinkt und zwar insbesondere unter 0.03 %. Hierbei würde 3ede weitere Entkohlung aufhören, wenn nicht gemäß der Erfindung der xaitetirei-feende Effekt eines Rührvorganges wirksam werden würde.

Durch die Erfindung soll fernerhin ein neues Verfahren der "beschriebenen Art geschaffen, werden, bei welchem das Niederschmelzen und die Behandlungsstufe jexfeils in. getrennten Gefäßen durchgeführt werden, wobei Jedes dieser Gefäße besonders

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wirksam für die ihm zugedachte Funktion ist und hierdurch eine maximale Wirksamkeit in einem Stahlwerk hinsichtlich des gesamten Ausstosses erreicht wird, entweder hinsichtlich des Ausbringens von Tonnen pro Stunde gegenüber der investierten Kapitalsumme oder von Sonnen pro Stunde pro Flächeneinheit des Werkes.

Fernerhin ist Gregenstand der Erfindung die Schaffung eines Verfahrens der erwähnten Art,in welchem eine weitgehende Anpassungsmöglichkeit hinsichtlich der Zugabe von Legierungselementen, der Homogenität der Schmelze hinsichtlich der Legierungsbestandteile, der Temperaturgradienten innerhalb des Gefässes und ein geringer Gehalt an Sauerstoff und Wasserstoff in dem schließlich erzeugten Produkt erreichbar ist.

Sin weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine Arbeitsweise und eine Vorrichtung der grundsätzlich vorhergehend geschilderten Art zu schaffen, bei der verschiedene geeignete Quellen für Sauerstoff wechselweise zur Anwendung gelangen, einschließlich endothermischer Materialien, wie beispielsweise Walzzunder oder Frässchuppen (millscale) wie auch exothermischer Materialien wie gasförmiger Sauerstoff zur Anwendung gelangen, Je nachdem welche gewünschte Endtemperatur erreicht werden soll, unabhängig von der Quelle des Sauerstoffes.

Schließlich ist Gegenstand der ErIfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von rostfreiem Stahl,bei welchem die mit der Überhitzung der 0-harge verbundenen Probleme im Schmelzofen vermieden werden, wie auch der damit verbundene erhöhte Verschleiß der Ausmauerung und bei dem schließlich im gesamten die Verweilzeit im Elektroofen im Gegensatz zu üblichen Arbeitsweisen herabgesetzt ist.

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uSB

Diese und andere Vorteil© der Erfindung sind aas der Zeichnung ersichtlich, in welcher die ErfiMumg !beispielsweise erläutert ist und aus der weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung ersichtlich sind.

In der Zeichnung ist die Erfindung mehr ©der weniger sehe«· matisch an einigen AusfuhruHgsbeispelen veranschaulicht. Bs zeigt:

Pig. 1 einen Schaitt dnrcli @Iae ¥©rrichtung zur

Ausführung einer erstes Amsfühnuigsföxm der Erfindungι

Pig«, 2 eine Draufsicht auf die Yorrichtung. nach Pig„ 1g

Pig. 3 im vergrößerten Maßstab© eine Einzelheit

eines Seiles der ¥©ri?ielitimg nacto Figuren 1 und 21

Pig. 4 eine Vorrichtung für di® BiarchfiaJarung einer

anderen Ausfiihraagsf©Ea d©r Erfindung in Draufsicht ι

Pig. 5 eine Darstellung im wesentlichen gemäß der Mnie 5-5

6 eine" Darstellung ia ifeseatlichem gemäß der I&nie 6.-6 der IF

Mit gleichen Zeichen sind ia der Zeichnung gleiche feile bezeichnet.

In dem Auaführungsbeispiel nach figur 1 ist mit 10 eia Vakuum=· kessel laezeichnet, welcher ia diesem Imsfüluru&gsbeispiel eineia unteren Teil 11, einen mittleren oder flbsrgasgsteil 12 und ©i=> nen oberen oder Deckelteil 13 aufweist*-

Ein Vakuumanschluß ist allgemein mit 15 bezeichnet, wobei die Vakuumverbindung in diesem Ausführungsbeispiel in den unteren Teil 11 einmündet. Es sei erwähnt, daß irgendeine geeignete Einrichtung zur Erzeugung von Vakuum Anwendung finden kann, vorzugsweise ein Mehrstufen-Dampfejektor. Eine derartige Einrichtung ist heutzutage in der Lage, ein Vakuum von ungefähr 1 mn Quecksilbersäule absolut in einem Tank von 1 200 bis 1 900 Kubikfuß Rauminhalt in einer Zeit von knapp 10 Minuten zu erzeugen, wenn sie vier bis fünf Stufen aufweist.

Der Deckelteil tragt eine Sauerstofflanzenvorrichtung, die allgemein mit 16 bezeichnet ist. Die Sauerstofflanzenvorrichtung wird von einem Bohraufstand 17 aufgenommen, welcher sich am oberen Teil des Deckels befindet. Die Sauerstoff lanzeneinrichtung schließt einen Befestigungsflansch 18 ein, welcher einen sich aufwärts erstreckenden Teil 19 aufweist, der in einer Dichtfläche endet, die in dichter Anlage mit einem Flansch 21 ist und dort angeschweisst sein kann. Der Flansch 21 befindet sich am oberen Ende der Sauerstofflanzeneinrichtung. Eine Halterung ist allgemein mit bezeichnet. Ein Sauerstoffeinlaß befindet sich im Punkte 24- und der Auslaß im Punkte 25- Ein Eintritt für Kühlwasser ist mit 26 bezeichnet und der Kühlwasseraustritt mit 27«

Eine geeignete Schwenkvorrichtung für das Abheben und Absenken der Deckeleinrichtung ist allgemein mit 28 bezeichnet und in der Lage, den Deckel nach Anheben seitwärts zu verschwenken.

Der Zwischen- oder tJbergangsteil 12 weist einen Hitzeschild 29 auf, welcher bei 30 für die Aufnahme der Sauerstofflanze mit einer öffnung versehen ist.

1.(19-8 * ^r.

Eine Gießpfanne ist mit 32 Tb©seiefanet usd weist ia Ausfiilirimgsfeeispiei eine gleitende Stop se !einrichtung 55 auf«, Mittel, »it denen die Seömelae gerührt ©der aufgeiräfolt werden kam, sind mit 35 Tbessiebneto Ia dies©m Ausfübrimgsbeispiel "bestehen dies© Mittel 55 aus einem Heinigumgsgassy·= stem von &<3>T Art, idL© es is "öBA=*Patent 5 256 655 und weiteres Patenten der Patentsuoherin "besebrieisssi istο Diese Einriebttiag "besteht lai©s im we seat liebes aus eiaem porösen feuer= festen ö-liad, wL® einem feuerfesten porösea Stein 56, wel= eher im Boden, der G-iaßpiasne eingebettet ist und mit einer Qiie.Xie tob !©i^aigiaagsgas über die Leitung 57 mit geeigaa= tsa Ste-uesaitteln ut® ©ia Tentil 58 verbunden ist«,

Ss sei iier-jorgeMo'bea, daB iamtshallb daa Haliasa® der vorlie·= geadeia Esfiadisag das Hiihrea umä. Aiafwühlen der Schmelz® kaaa cLiireh di© ve;es©hi@d@adstartig©ja. Hittel ®rs©ugt werdsa, voraus= gesetst, daß ©s Mirksaa ist, isi pbysikaliscb die Sobmels© = ¥akiTOÄ-2xfiseh©asclaieht au laaterte©©^©^, um sieht ©atlcohlt© Scbm©lze siit friscbam ©2^fdati©ass@di®s is Beräbruag au geiio Is Izsmi smgeg©"b@a waMaa, daB ©ia© gex-jiss© Sohlaclsea· biMiiag "bei diesen Proseß eistritt, ol&gleiela xf©rü©r di©" ver"bl@i'bead© Beb lacke vor dos I^atkobluag eatterat

den," wi©' ©eispi©l3W©is@ Oo01 f5

vrsan ame-la is d@a iMteraa. Seil, des¹ 6d@Bpf aaa© aur ©ia ger p©s?ös®2? Bt®ia. ia

veraasobaiilieixt ist, ©ei d©©h ©n-jäliiit, daB ©ia derartige lnfiilanaa,gsst©is© fiis? Seiaigyiagsgas ©atu©dQ3? ia dea iSeitemwaadimgeia ©d©2> ia gi

Gießpfasae Iaif©adi2a@ fiad©a k@aa©ao 1® sei wähnt, daß t?ei di©s©a A^T&ei^svQE'fabE'ea d©r lamptsi-j©©l£ das Rührens darin besteht, .Steii© ä®s S©la©ls@₉ w©leh© an Kohlenstoff siad_s aa.dio ©"b©Efläeb© au teiagga, wo si®

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anderen Oxydationsmittels unterworfen werden* Im Zusammenhang damit soll fernerhin durch das Aufrühren der Schmelze auch ein Aufreißen der Schlacke und im Zusammenhang damit erreicht werden, daß die reine Schmelze mit dem oxydierenden Medium in Berührung gebracht wird, um die guten Bildungsbedingungen für einen Vakuum-EntkohlungsprcEß gemäß dex· Erfindung su schaffen. Wenn ein derartiges Aufreissen der Sehlacke nicht erreicht werden kann, kann die Schlacke, welche entweder noch von dem vorhergehenden Schmelzprozeß im.Ofen herrührt oder sich während der vorstehend beschriebenen Behandlung bildet, beispielsweise durch Chromoxydreaktionen, den Entkohlungsprοzeß verhindern» Ein weiterer wesentlicher und bedeutsamer Zweck des Aufrührvorganges besteht darin, gleichmässige Temperaturbedingungen innerhalb der Schmelze und eine gleiche Verteilung der Legierungselemente zu erreichen.

Rühren mit Hilfe eiies Heinigungsgases ist inä>esondere wirksam für die Unterstützung der Verbrennung des Kohlenstoffes, da es die gewünschten Eigenschaften hat, um eine Verteilung der Schlacke jeder Art auf der Oberfläche der Schmal ze zu erreichen, wobei das oxydierende Medium in der Lage ist, mit der reinen Schmelze in Verbindung zu gelangen« Die Oberfläche der Schmelze soll für den Idealzustand selbstverständlich nach Möglichkeit vollkommen frei von Schlacke sein und insbesondre frei von Schlacke, während des Entkohlungsprozesses. Es ist indessen sehr schwierig, die Schmelze zu der geschilderten Behandlungsstation in eiaem vollkommen oder im wesentlichen achlackenfreien Zustand ^u bringen, aus Gründen, die Jedem lachmann geläufig sind, Im allgemeinen wird also beim Beginn des Prozesses eine Sclilakkendecke vorhanden sein, welche eine weitaus geringere Stärke als no im al besitzt und oft werden auch Flecken von reiner

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La® swisehen dieser Schlacke sichtbar se in ο !Ferner eraengt das Yerfahrea zwangsläufig etwas Schlacke und infolgedessea wird im praktischen Betriebe während der Be= toaacllmig iiaaer etwas Schlacke vorhanden sein_o Eine der To^teil© des» Torliegeaden Erfindung liegt jedoch darin, ds.B ®±m© Sehlackend©eke nicht grundsätzlich die Hirksam- keiife d©@ üatkohluagsvorganges behindert, da das Hühr= oder

©ine ae-ftige wirksame und eaqplosive Art von auf dar Oberfläch© der Schmelze erzeugt, durch itfel= ehe die Schlacke beiseite gebracht wird und reine Schmelze aa das Oxydati©asm®diua herangebracht wird, sogar dann, die Meag© d@r Schlacke anwächst_o lsi ß-@g®nsats dazu wird bei aadersm Hührmethoden eia© ümi-jälsung der Schmelze err©icht, abex^ ami? dm?en Ifiiwäls@n und mater einem nur leichten Kocheffekt der Oberfläche der Schmels®, welchernicht genügend wirksam ist, um di@ Seh lackende eke su durchbrechen oder aufzureißen«,

Es sei gj@d©elh hervorgehoben, daß Hiihren mittels Gas ©der ir= geadeia© aadere Arbeitsweise von Eührumg, xfelche in der £age ist, die Scfelackeadscka su durchbrechen, in Kombination mit Slkraitteln imwenduag finden kann, welche nicht den geschil=

der Schlack© besitze Induk=

xmß. Umlaufea der Schmelze hervor, aber sind nicht in der !tage, eia 3a©ftige§ Kochen sit der Uirkuag des Äufreißens der Schlack© auf der Ob'erfläeh® des Schmelze zu erreiehen_o B©r Stahlwerker, welcher bereits ia seinem U©rk Hührinduk= tionswindungen besitzt, braucht nur Eiifergaseinrichtungea oder aader© Siihreinrichtungen, welch© ein Aufr©iß©a der Schlack© svw 3Srf©lg liaben, anzuwenden, ua die Erfinduag su verwirk= liebem® Wenn Rühr- oder Heiniguagsgas ausätslieh su d®n er=' wähatem Mitt®la Imwendmag fiad©t_s kaan ©s g©g®b®a©afalls aicht iaotxfeadig ©d@r wünschenswert sein, das Süöargms im uat©rea fell der G-ießpfasm,® imsmg@b@a, iasbesoader© w@aa

Reinigungsgasanlage oder sogar noch weniger zur Yerfügung steht.

Es sei jedoch fernerhin hervorgehoben, daß -unter manchen Umständen es wünschenswert ist, den Wasserstoffgehalt der Stahlschmelze herabzusetzen und in diesen Killen ist ©s vorzuziehen, daß ein Rühr- oder Umwälzmitt©! laweadung findet, welches gleichzeitig wirksam ist als Mittel zvs Rubrang der Schmelze und zur Entfernung von Wasserstoff.

In dem Ausführungsbeispiel der Erfindiuag, wie ss in den Figuren 4 bis 6 veranschaulicht ist, weist die Yakuumtankeiarichtung 40 nur einen unteren Seil 11 und einen tee sonders. ausgebildeten Deckelteil 41 auf» Eia Paar von Sauerstofflanzen sind bei 42, 43 angedeutet, wobei jede Sasse &.e& Deckel 41 durch ein Gehäuse 44 durchdringt und-as ihrem äusseren Ende 45 an eine Sauerstoffzufuhrleitung 46 angeschlossen ist, welche zu einer geeigneten Sauerstoff» quelle 47 führt. Der Deckel 41 weist einen Hitzeschild 48 auf, welcher bei 49 öffnungen zur Aufnahme der Sauerstoff-Uanzen 42 besitzt. ■

Lichtbogenelektroden sind allgemein mit 50? 51 ^ad 52 bezeichnet. Die Elektroden 50 und 51 besitzen untere Seile 53, 54, welche mit einer Schraubenverbindung oder einer anderen geeigneten Befestigung mit Zwischenstücken 55? 5& verbunden sind, welche durch einen Rohrauf satz 5? im Deckel hindurchgehen und mit einem geeigneten Querhatipt ^B verbunden sind. Jede Elektrode ist an eine Wechselstromquelle angeschlossen, beispielsweise durch !leitungen 59? 60 und 61 an einen Transformator 62. Eine Thermoelement- und Probenehmereinheit ist allgemein mit 64 bezeichnet. Diese Einheit weist einen Dichtungsflansch 65 auf, welcher in Dichtungsverbindung mit einem Flansch 26 am oberen Ende eines

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Rutschenschachtes 67 ist» Ein Zugabetriehter ist mit 68 ■bezeichnet und weist eine Zugabetür 69 auf und Zuführöffnung zum unteren Ende der Einheit 64 _o

Die !Bbermoelement- und Probenehmereiaheit und der Zugabetrichter 68 sind vakuumdicht ausgeführt und ihre Iimenräume können oder können auch nicht, das hängt ganz von ihrer Bauart ate, mit dem Inneres des Yakuumbehalters 40 kommunizieren, so daß ein Vakuum., das im Yakuumtank herrscht, auch gleichseitig auf die Probenehaereiaheit 64· und den Zugabetrichter 68 wirkt«. Die Gießpfanne 72 weist einen gleitenden »Stöpsel 33 auf raid lühriaittel 73, 74 _o Bie Hühmittel -bestehen in diesem Ausführumgsbeispiel aus zwei porösea feuerfesten. Steinen, welche im wesentlichen unmittelbar in der Projektion der Achse'der Elektrode» 50 und 5^ angeordnet sind und so ausgebildet sind, daß si© mit einer geeigneten Quelle von fieiniguagsgas in Verbindung gebracht werden» Heitere Einzelheiten des Heigsystems mittels Meht-=· bogen und den Elektrodenaaordnungen sind besehrieben in den gleichlaufenden USl-Patentanmeldimgen 462 559 und 575 (deutsche Patentanmeldung P 15 65 534_O2), auf welche hiermit Bezug genoüaen wird, um auf die Bauart und Anordnung im einzelnen und ihre Wirkungsweise s,u verweisen,.

Im nachfolgenden vrirä die Benutzung und Hirkuagsweise der Erfindung im einzelnen beschrieben» Hierbei sei schon eingangs her¥orgehobea, daB ©iner der wesentlichsten Torteile der Erfindung die außerordentlich große iLnpassungsf-^ähigkeit und Elastizität des Betriebes ist, welch® &@sü Stahlwerker durch die Erfindung sur Verfügung gestellt Ad«. Es sind nachfolgend zwei bestimmte Ausführungsforsen der Έ&- findung beschrieben, welch© ^J©de ibre Eigenarten besitsst«,

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Eine Gharge eines chromenthaltenden Eisens oder eine Eisenlegierung, wie "beispielsweise ÜJyp 304 L eines rostfreien Stahls, wird in einem Elektroofen;elektrischen Lichtbogenofen niederge schmolz en. Vorzugsweise wird der Kohlenstoffgehalt der Gharge zu dem Punkt einreguliert, in demeine wesentliche Abnahme des Kohlenstoffgehaltes erreicht wird, ohne daß eine wesentliche Oxydation des Chroms in der Oharge eintritt. Es wird unterstellt, daß eine Entkohlung im Ofen bei üblicher Arbeitsweise, wie beispielsweise im Sauerstoff lanzenverfahren Anwendung finden kann, um den Kohlenstoffgehalt in den Bereich von etwa 0.20 oder sogar etwas darüber, wie beispielsweise zu 0.1 bis 0,2 Kohlenstoffgehalt zu bringen. Eine Herabsetzung des Kohlenstoffgehaltes bis zu diesem Punkt kann im allgemeinen verhältnismässig leicht erreicht werden im elektrischen Lichtbogenschmelzverfahren, ohne daß eine Oxydation von Chrom zum wesentlichen !eil eintritt.

Die Schmelze wird sodann in einen geeigneten Behandlungsbehälter abgestochen, so beispielsweise in eine übliche Gießpfanne. Wenn nur eine kurze Zeit des Aufenthaltes in der dargestellten Behandlungsstation vorgesehen ist, kann eine übliche Gießpfanne mit einem üblichen Stopfen Anwendung finden. Wenn irgendeine längere Verweilzeit in der Vakuumbehandlungskammer vorgesehen ist, wie beispielsweise 30 oder 45 Minuten oder mehr, so ist es vorzuziehen, hierbei einen gleitenden Stopfen anzuwenden bzw. eine Gießpfanne mit einem derartigen Stopfen wie es in der Zeichnung angedeutet wurde. .

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Der Behandlungskessel wird dann zu der Vakuumbehandlung s== station hinüber gebracht, wie sie in den !Figuren 1 und 2 veranschaulicht ist und an Ort und Stelle - abgesetzt_ßrab«k B-er Übergamgsabsehnitt 12 mit d©m dazugehörigen Deckel 13 werden dann abgesenkt und an Ort und Stell® gebracht und hierauf in dem Yakuumtank ein Vakuum durch die Verbindung 15 erzeugt«.

Während/der Behandlung der Schmelze ist diese der Einwirkung des Vakuums- ausgesetzt und Hührmittel wie Beinigungsgas, wie es in den !figuren dargestellt, und die Einwirkung der Sauerstofflanze werden ^Ur Anwendung gebracht»

Wenn die Behandlung sua Sidpunkt gelangt ist, der im Falle eines Elß-Stahles roh durch das Erscheinen der Schlacke im Vakuumtank angedeutet wird, wird das Vakuum unterbrochen,, Der Deckel und der Übergangsteil entfernt und die Schmelze in ainen geeigneten·-Behälter, wie beispielsweise eine Ingot= oder Blockkokille oder einen Behälter für Stranggießen überführt.

Die Temperatur der Schmelze nach der Behandlung hängt von verschiedenen faktoren ab, und einschließlich von dem Grad von Vaku"um im-Vakuumtank und der Menge von Sauerstoffsugabe durch die Sauerstofflanze. Es sei erwähnt, daß irgendwelche geeigneten Mittel aur Anwendung gelangen können, um den Anteil an Sauerstoffzutritt anwachsen zu lassem oder herabzusetzen, wie er notwendig ist«, Solche Mittel sind beispiels= weise eine Herabsetzung ©der eine Steigerung des Druckes des Sauerstoffautrittes zu der lanse wie er notwendig ist, um den GO-Austritt gegen die Pump«*kapazität des Evakuiarungs= systemes atisszsugleicheso Biese? muß' für 4®dem Arbeitsdruck (Vakuum) durchgeführt werden, durch den das System liadureh vom atmosphäre sea ©a Brack aim Ihdaraeko Im allgemeine»

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werden niedrige Arbeitsdrücke erforderlich, um geringste Kohlenstoffgehalte zu erreichen und im allgemeinen werden Endvakuumdrücke von ungefähr 100 mm Quecksilbersäule angewendet werden müssen, um die Vorteile der Erfindung zu erreichen. Beispielsweise kann Äes vorzuziehen sein, in dem Bereich von 50 bis 100 mm Quecksilbersäule zu arbeiten, wenn eine 60-Tonnen-Gharge mit Sauerstoff von 10.000 bis 20.000 Ci¹H für einen größeren Teil der Arbeitsweise aufrecht zu erhalten und in dem Bereich von 1 bis 2 mm Quecksilbersäule zu enden bei einem Sauerstof-fluß von 6 000 Oi¹H, um Kohlenstoff gehalte von 0.01 oder weniger zu erreichen. Zusätzlich kann ein Arbeiten im Bereich von 1 bis 2 mm Quecksilbersäule erforderlich werden, um niedrige Wasserstoffgehalte zu erreichen« In diesem Falle muß ein doppelter Zweig erreicht werden. Auf Jeden Fall ist es wünschenswert, die Schmelze in Bewegung zu halten durch entsprechende Rührmittel, wie beispielsweise durch Rühr- oder Reinigungsgas während des gesamten oder nahezu des gesamten Zeitablaufes, in welchem die Schmelze unter Vakuum gehalten wird. Der Rührprozeß bringt kohlenstoff reiche Teile der Schmelze zur Oberfläche, wo der Kohlenstoff durch die Reaktion zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff entfernt wird, bei den erwähnten Drücken und ist außerdem günstig für die Chrom- und Sauerstoffreaktion, verteilt fernerhin die Temperatur und erreicht eine gleichmässige Verteilung der Legierungsbestandteile und verteilt schließlich mit dem Ziele der Herabsetzung die Gaseinschlüsse der Charge insbesondere Sauerstoff aber auch Wasserstoff und Stickstoff zu einem gewissen Betrage.

Ein typisches Beispiel wird nachstehend angegebenJ

Eine Schmelze von 138 400 lps. eines rostfreien Stahles des Typs 304 L wurde in einem elektrischen Lichtbogenofen verschmolzen. Sauerstoff wurde in den Ofen eingeblasen, um den

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Kohlenstoffgehalt wesentlich herabzusetzen, aber der Sauer= stoff zutritt wurde kurs vorher vor dem Punkt unterbrochen, "bei welchem eine wesentliche Oxydation von ßhrom eintritt» Tor des Abstich hatte die Charge ungefähr die "folgende Zusammensetzung 2

Tor dem Abstich

_ „_„£ ä !ä. ' SaL gr Ho

,119 Λ? .030 .024 o05 6o.53 16o8? <>38 »23

Die temperatur τοη über 3 200

Die Schmelze wurde in einen Behandluagstessel nach Figur 1 mit ungefähr 32⁹⁹ Freibord"abgezogen und die folgende Pro be genommen ι

MBMÄS II

Tor der

,096

	Or	/O	9!	se.	sag... o, 0I3
16	.70			3150
1	091		IB.
!4B

Sie anderen Bestandteile zeigten keine wesentliche Änderung.

Unmittelbar nach dem Schließen des Beckeis wurde die Vakuum-Anlage eingeschaltet und das Vakuum für etwa 30 Minuten aufrecht gehalten. Sie Sauerstofflanze wurde nach Schließen des Beckeis eingeschaltet und folgende Vakuum- und Sauerstoffwerte festgestelltι

Sauerstoff-Lanzen-Proz eß

Zeit, Hin.	mm, Hfca	02, OSiK
0:00	760
0:07	-	110
0:11	-	95
0:12	90
0:13	90	95
0:14	85	95
0:15	82	95
0:16	80	95
0:18	80	:\ 70
0:21	70	70
0:27	63	70
0*30	Ende

Ungefähr 6 600 SO? Sauerstoff wurden verbraucht. Sie Schmelze wurde durch Argon als Heinigungsgas gerührt, während der Zeit, in der sie dem Vakuum unterworfen war. Sie Schmelze wurde der

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ORIGINAL INSPECTED

Einwirkung der Sauerstofflanzen für ungefähr 27 1/2 Minute von der gesamten Zeit der Vakuumperiode von 30 Minuten unterworfen.

Die Kohlenstoff-, Ohrom- und Temperaturwerte, welche nach der Vakuumbehandlung genommen werden, waren folgende:

OULBELIiE 17

O Temp.

.035 3065

Die Temperatur sank in 30 Minuten um ungefähr 85° F ab, oder im Durchschnitt 2 1/2° F pro Minute. Der Fachmann wird anerkennen, daß ein normaler Temperaturabfall ohne Sauerstoffzugabe oder andere hitzeerhöhender Mittel wie einen elektrischen Xiich tbogen, ungefähr 240° F oder 8° pro Minute betragen würde. Die Ersparnis von 5 1/2° F pro Minute Temperaturverlust kann daher dem erfindungsgemässen Verfahren zugeschrieben werden.

Da die Temperatur noch immer höher way als die Grenze von 2850° F, wurde die Schmelze in eine zweite kalte Gießpfanne umgegossen und hierbei Silizium zugegeben. Nach dem Umgießen und bevor einer erneuten Anwendung von Vakuum wurde der Kohlenstoff efessso- und Chromgehalt und die Temperaturwerte erneut festgestellt mit dem folgenden Ergebnis:

0 Or Temp. ⁰F

,037 16.20 2980

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202678G

Die zweite Gießpfanne wurde sodann einer ähnlichen Einwirkung von Vakuum unterworfen und das Reinigungsgas wurde für etwa 16 Minuten zur Einwirkung gebracht, wobei das Vakuum ungefähr/einen Wert von 1 mm Quecksilbersäule für 8 Ms 10 Minuten aufrecht erhalten wurde.

Nach der Vollendung der zweiten Vakuumbehandlung wurden die Werte von Chrom, Kohlenstoff und Temperatur wie folgt festgestellt:

TABELLE VI

G Or Temp. ⁰F

.029 16.23 2865

Hierauf wurde die Schmelze gasgereinigt in der Luft wie für etwa die Dauer von einer Minute, um ihre Temperatur um noch weiterhin 15° zu der gewünschten Abstichstemperatur von 2850° I herabzusetzen.

Die Schmelze wurde dann abgestochen.

Ein Vergleich des Kohlenstoffgehaltes und des Ghrongehaltes beim Beginn und Ende zeigt, daß die Grenze von 0.03 0 maximal erreicht wurde und daß der Chromverlust während des Prozesses nur ungefähr 0.5 % betrug.

Erwähnt sei,dass die Schmelze in den Vakuumkessel im wesentlichen vollkommen schlackenfrei eingebracht wurde und die

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Schmelze "beim Beginn der Vakuumreinigungs- und Sauerstofflanzenbehandlung nahezu blank war» Die Gaswerte vor und nach dieser Behandlung waren wie folgts

TABELLE YII

Zeit

H2

02

Vor der Behandlung

Nach der Behandlung

2.5 3.8 2.3 2.3

935

1010

304

336

Der Sauerstoffgehalt wurde daher von ungefähr 1 000 ppm auf ungefähr 3OO ppm oder etwa 70 % vermindert«. Gleichzeitig wurden nennenswerte Verminderungen in dem Wasserstoff-und Stickstoffgehalt erz-ielt.

Eine weitere Gasanalyse wurde genommen, nachdem die zweite Vakuumbehandlung durchgeführt war, "bei der eine wasser stoffentziehende Vakuumbehandlung eingeschlossen war« Es ergaben sich folgende Werte:

H2 - 1.8, 1.21 N2 - 140, 159? 02 - 161, 149

Die Anwendung eines wasserstoffentziehenden Vakuums in einem Zeitpunkt des Arbeitskreises ist in der Tat wünschenswert, jedoch hängt dies davon ab, welche besonderen Anforderungen hinsichtlich eines niedrigen Wasserstoffgehaltes vorliegen.

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Figur 4 bis 6 veranschaulichen andere Ausfuhrungsmöglichkeiten der Erfindung.

Bezüglich Figur 5 sei zunächst hervorgehoben, daß Graphitelektroden 50, 51 und 52 zur Anwendung gelangen, um zusätzliche Hitze auf die Schmelze auszuüben für den Fall, daß die Temperatur unter den gewünschten Wert absinkt. Indessen können auch ständig wassergekühlte Kupferelektroden, Wolframelektroden oder andere Kohlenstoff freie Elektroden zur Anwendung gelangen. Wenn Graphitelektroden angewendet werden, ist die Möglichkeit, dass Kohlenstoff von den Elektroden durch die Schmelze aufgenommen wird, verhältnismässig gering. Kohlenstofffreie Elektroden schließen jedoch jede Möglichkeit einer Kohlenstoff auf nähme aus. Es wird hierzu noch-verwiesen, auf die schwebenden Patentanmeldungen USA 462 559 und 575 897 (deutsche Patentanmeldung P 15 65 534.2), woraus die Bauart und Arbeitsweise von Wechselstromelektroden auf dem bier vorliegenden Gebiet ersichtlich ist. Wenn es gewünscht wird, können auch ISSSL Gleichstrom-Lichtbögen Anwendung finden, anstelle von Wechselstromlichtbögen.

Wenn es wünschenswert ist, mit einer endothermischen Sauerstoff quelle als die erste Quelle für Sauerstoff für die Zwecke der Entkohlung zu arbeiten, beispielsweise durch die Anwendung von Zunder oder anderen festen Oxyden, können die Elektroden 50, 51 und 52 nur eingeschaltet werden, wenn es erforderlich ist, Hitze auf die Schmelze zu übertragen. Von dem Gesichtspunkt der Wirtschaftlichkeit,der Pumpenkapazität und aus Gründen der Bequemlichkeit ist die Anwendung von Zunder als Oxydationsm-ittel vorzuziehen und geeignete Zugaben von Zunder können durch den Zugabetrichter 68 eingebracht werden. Der durch die endothermische Reaktion hervorgerufene Temperaturverlust kann durch eine geeignete Arbeit der !lichtbogen ausgeglichen werden. Bei einer richtigen Regulierung der Menge der Zugabe

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von endothermischem Material und der Arbeit der Lichtbogen wird es möglich sein, dicht an der vorzuziehenden CO-Reaktionstemperatur zu arbeiten. Diese Temperatur kann beispielsweise so niedrig wie 2950° F liegen und bei dieser Temperatur ist die Lebensdauer der Ausmauerung größer als bei den höheren Temperaturen, die bisher im allgemeinen zur Anwendung gebracht werden.

Auf der anderen Seite können auch die wirtschaftlichen oder w Betriebsbedingungen oder die Zeit des Arbeitskreislaufes oder andere Faktoren wie beispielsweise eine nicht ausreichende Stromversorgung für die Lichtbogen es erforderlich machen, daß man eine Sauerstofflanze 42 nach Figur 6 zur Anwendung bringt, oder andere exothermische Quellen eines oxydierenden Mediums auch in "Verbindung mit einer endotherme sch en Quelle eines oxydierenden Mediums wie Zunder, Erz oder Nikkeioxyd.

Ob jedoch nun entweder ein exothermischer, ein endothermischer oder ein kombinierter endothermisch und exothermischer Prozess zur Anwendung gebracht wird, immer ist ein Rühren der Schmelze fc in der Art, daß das noch nicht entkohlte Metall der Einwirkung des oxydierenden Mediums an der Oberfläche der Schmelze ausgesetzt wird, auf jeden Fall wünschenswert. Vie erwähnt, ist die Benutzung von Reinigungsgas als ein ideales Mittel anzusehen, um die kinetischen und thermodynamischen Werte und eine physikalische Unterbrechung der Schlacke-Vakuumzwischenschicht zu erreichen. Trotzdem können andere Sührmittel Anwendung fin·=· den, welche· dieselbe Wirkung-sweise garantieren.» Unter gewissen Bedingungen sind geeignete Rührmittel,erstens der sogenannte Strömungsentgasungsprozeß, in welchem eine im wesentlichen schlackenfreie Schmelze durch eine besondere Entgasumgskammer geführt wird, welche mit einer Quelle für einen SehneIsvorrat vereinigt ist, die üblicherweise verschiedenem Omweltsbedingungen ausgesetzt ist* Zweitens das sogenannte Druckwechsel·»

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system, "bei welchem eine im wesentlichen schlackenfreie Schmelze von einem Aufnahmebehälter zu einer Vakuumkammer fließt entweder durch einen Ortswechsel zwischen dem Aufnahmebehälter und der Vakuumkammer oder durch Druckwechsel in der Vakuumkammer im Verhältnis zum Aufnahmekessel oder in eine Kombination von beiden Maßnahmen, und drittens kann eine spezielle lanzenarbeitsweise Anwendung finden, welche derart ausgeführt wird, daß die Schlackendecke durchdrungen und vermischt wird.

Die Bedeutung eines Rührverfahrens mit diesen Charakteristiken wächst, wenn niedrige Kohlenstoffgehalte erreicht werden sollen. Je niedriger nämlich der Kohlenstoffgehalt ist, desto weniger heftig ist das Kochen der Schmelze durch die Reaktion zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff undjegrösser ist daher die Tendenz,eine Schlackenkruste zu bilden. Wenn man es zulässt, eine derartige Kruste auftreten zu lassen, dann wird die Kohlenstoff-Sauerstoff-Reaktion sofort beendet sein, da sogar eine geringe Menge von Ohromoxydschlacke Schlackenbildungsbedingungen auslösen kann, bei denen sofort ein schneller und wesentlicher Chromverlust und ein vollständiges oder nahezu vollständiges Ende der Verbrennung des Kohlenstoffes stattfindet. Der BOXLE- und OHARLES-Gesetzausdehnungseffekt eines Reinigungsgases wie Argon, Helium, trockene Luft oder andere Gase, welche sich schädlich auf das Endprodukt auswirken, sichert ein verhältnismässiges heftiges Kochen unter allen Bedingungen und daher ein ständiges Aussetzen von blanker kohlenstoffenthaltender Schmelze gegenüber den Oxydationsmedium sogar bei Kohlenstoffgehalten von 0.01 und niedriger. Auch wenn eine gewisse Bildung von Chrom-oxydschlacke infolge der Verarmung an Kohlenstoff und der Verminderung der Kohlenstoff-Sauerstoff-Reaktion eintreten sollte, wird die Entkohlung trotzdem nicht beendet sein, wie es eintreten kann,

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wenn nur ein leichtes Umrühren der Schmelze bei niedrigen Kohlenstoffgehalten erreicht wird. Es sei erwähnt, dass Chrom-oxydschlacke während der gesamten Behandlung vorhanden ist und nicht durch Abziehen entfernt werden sollte, obgleich man annehmen kann, daß ein derartiges Verfahren möglich und durchführbar sei, weil nämlich derartige Schlacke Chrom enthält, welches in die Schmelze zurückkehren kann im allgemeinen durch die Zugabe von Silizium in irgendeiner lorm im Anschluß an den Entkohlungsprozeß.

Im Bereich der Erfindung sind die verschiedensten Abweichungen und Weiterbildungen möglich.

Beispielsweise kann die Erfindung auch Anwendung finden in dem mehr und mehr in Gebr-auch kommenden Verfahren von Stranggießen von rostfreiem Stahl. Der Stahlwerker wird anerkennen, daß die Kapazität einer Stranggießanlage für heiße Schmelzen oft größer ist als ein einzelner Schmelzofen an Material liefern kann.

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Auf jeden Pall ist es praktisch möglich, den Ausstoß eines Elektroofens so zeitlich einzurichten, (wie auch jeder anderenQuel-Ie für Schmelze von der sogenannten Chargentype) daß man immer eine frische Charge von Schmelze verfügbar hat, gerade zu der genauen Zeit, wenn die Stranggußanlage sie benötigt. Bei Anwendung der vorliegenden Erfindung mit einer Stranggußmaschine kann eine Quelle für heiße Schmelze immer bereit gehalten werden für den Augenblick, in dem sie erforderlich ist, da das erfindungsgemässe Verfahren,insbesondere mit Lichtbogenheizeinr-ichtung, angewendet werden, um eine Schmele arbeitsbereit zu halten. Infolgedessen kann die eigentliche Schmelzeinheit wie der Elektroofen benutzt werden nur für seine eigentliche Punktion, nämlich als Schmelzeinheit und das hier geschilderte neue Verfahren der Erfindung kann in Kombination als Entkohlungseinrichtung, Entgasungseinrichtung und wenn gewünscht als Vorratseinrichtung funktionieren. Diese ermöglicht dem Elektroofen eine Lieferung von mehr Tonen pro Stunde und der Gesamtausstoß des gesamten Stahlwerkes wird gesteigert.

Ferner kann das erfindungsgemässe Verfahren hinsichtlich der Temperaturbedingungen so beherrscht werden, dass die Lebensdauer der Ausmauerung im Behandlungskessel und im Schmelzofen wesentlich erhöht wird* Durch die Regulierung des Anteiles der Zugabe von oxydierendem Mfedium und die Anwendung einer Hilfsheizquelle,wenn erwünscht,ist es möglich, eine im wesentlichen konstante Temperatur aufrechtzuerhalten und auf jeden Fall eine genau kontrollierte Temperatur. Es sei hervorgehoben, dass beispielweise in dem besonderen Beispiel, wie es oben angegeben wurde, die Temperatur ständig absank, in keinem Zeitpunkt die Temperatur höher war, als bei einer vorhergehenden Temperaturablesung. Der Fachmann wird anerkennen, dass es sehr gut möglich ist und in der Tat gebräuchlich die Temperatur zum Anstieg zu bringen, wenn gasförmiger Sauerstoff in der oxydieren-.

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den Atmosphäre verhanden ist. Mit anderen Worten, die Temperatur konnte bei dem erfindungsgemässen Verfahren zu jeder Zeit in der Gewalt gehalten werden und eine isothermische Arbeitsweise ist möglich.

Es soll fernerhin hervorgehoben werden, dass das angewandte Vakuumsystem eine Auslegung erhalten SoIl₉ um mit den Verbren-) nungsprodukten, welche bei den Arbeitsdrücken entstehen, fertig zu werden und diese zu verkraften. Die besonderen Vakuumsystemparameter der verschiedenen Hersteller sind verhältnismässig ungleichmässig, da die Charakteristika der einzelnen Vakuumsysteme von einem Hersteller zum anderen stark abweichen.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung fernerhin der Stahlhat
werkeryeine grössere Freiheit und Elastizität hinsichtlich der

Anwendung von Silizum als bisher. Gegenwärtig wird Silizium

-ofen

aus dem Lichtbogen/vor dem Blasen zu niedrigen Kohlenstoffgehalten entfernt um eine Behinderung der Kohlenstoffsauerstoff reaktion zu vermeiden.Bei dem Verfahren nach der Erfin- ^ dung ist es nunmehr möglich, in die einzelnen Behandlungsstationen mit einem beträchtlichen Gehalt an Silizium in der Charge zu gehen, da die wachsende Aktivität der Kohlenstoff-Sauerstoffreaktion unter Vakuum vereint mit dem heftigen Kochen auf der Oberfläche der Schmelze bewirkt»dass der gegenteilige Effekt eines hohen Siliziumgehalts neutralisiert wird. Es mag immerhin noch wünschenswert sein, das Silizium nach dem Schmelzvorgang zu entfernen und wenn dies gewünscht wird, kann dies nach dem gesamten Behandlungsverfahren erfolgen, eine Möglichkeit, die bei dem bisher gebräuchlichen Herstellungsverfahren für rostfreien Stahl nicht gegeben war.

Wenn beispielsweise zwei oder mehr Sauerstofflanzen angewendet werden, - möglicherweise im Zusammenhang mit der Forderung

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einen Oberflächenunterbrechungseffekt zu erhalten - , so ist es wünschenswert, die Lanzen so zueinander anzuordnen, dass die Wirkung der Lanzenarbeit sich nicht gegenseitig überlappt. Ob nun eine einzelne oder mehrere Lanzen angewendet werden, so können die Lanzen von der verbrauchbaren oder nichtverbrauchbaren Bauart sein. Eine verbrauchbare Lanze kann vorzugsweise aus einem Stahl-niedrigen Kohlenstoffgehaltes bestehen und mit einem geeigneten mechanischen Antriebssystem versehen sein, um die Lanze im Vakuum nach vorn zu schieben. Vorzugsweise sollten geeignete Mittel, um die Lage der Lanze in der am meisten Wünschenswerten Stellung zu haiten,Anwendung finden, so beispielsweise Steuerungsmittel zur Messung eines Druckabfalles in der Sauerstoffzufuhrleitung oder eine Messung eines Spannungsabfalles zwischen dem Lanzenende und der Metalloberfläche und eine entsprechende Einregulierung der Lanzenlage. Im letzteren Falle müsste man die Lanze elektrisch isolieren und die Gießpfanne kann sodann durch geeignete Mittel geerdet werden. Andere meßbare Wirkungen, wie Freisetzung von Isotopen, Elektrodentemperatur, Behältardruck, Analyse der austretenden Gase, Schmelztemperatur können in ähnlicher Weise benutzt werden. Ein gleitender Stopfen ist den üblichen Stopfenstangen bei langen Arbeitsphasen vorzuziehen, obgleich dies in der Tat von vielen Faktoren abhängen kann. Verschiedene Deckel können Anwendung finden, ein Typ beispielsweise mit Sauerstofflanzen und ein anderer mit einer elektrischen Liehtbogenheizeinrichtung je nach den Betr&sbedingungen. Fernerhin wird eine elektrische Lichtbogenbeheizung um so mehr erforderlich sein, wenn Stähle mit verhältnismässig niedrigen Kohlenstoffgehalten in der Behandlungsstation behandelt werden, beispielsweise 0,2 Kohle oder geringer, da je niedriger der Kohlenstoffgehalt ist, um so niedriger die Hitze ist, welche durch die Reaktion zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff erzeugt wird.

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Wenn bisher die Aiwendung von gasförmigem Sauerstoff als Oxydationsmedium erwähnt wurde, so kann doch irgendein anderes übliches Medium zur Anwendung gelangen, einschliesslich handelsüblicher reiner Sauerstoff In Gasform. Wenn auch allgemein durch Forschung und Betriebserfahrung die verschiedensten Arten und Grösseivon Säuerstofflanzen, welche zur Anwendung gelangen könne.n, und ihre optimalen Strömungsmengen unter atmosphärischem Druck bekannt sind, so verlangt doch die Tatsache der Anwendung von Vakuum mit seinen zusätzlichen Wirkungen wie beispielsweise die Steigerung der Aktivität hinsichtlich der Reaktion zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff im Gegensatz zu der Reaktion zwischen Chrom und Sauerstoff, eine sorgfältige Auswahl und sorgfältige Überlegungen. Die Grosse des Ejektors und die Anzahl der anzuwendenden Ejektoren muss fernerhin gleichfalls bedaht werden. Beispielsweise ist es häufig vazuziehen in der Zuleitung zu der Ejektorpumpeinrichtung Drosselventile yorzusehen, um die Pumpkapazität bei all den verschiedenen Vakuumgrössen gegen die Entstehung von Gas aus der Säuerstoffreaktion anzugleichen.

Für den Prozess des Fei.nens können Zugaben wie Silizium und andere Desoxydationsmittel zu Irgendeiner Zeit in Anschluss an den EntkohlungsVorgang zugegeben werden. Hinsichtlich der Zugabe eines Oxydationsmittels in fester Form als Kühlmittel stehen dem Stahlwerker nicht allein Zunder zur Verfügung, da beispielsweise Eisenerz, Chromerz, Schrott von nichtrostendem Stahl, Nickeloxyde oder Mischungen derselben gleichfalls zur Anwendung gelangen können. Ferner liegt im Rahmen der Erfindung die Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur vom Anfang fris zum Ende des Gesamtprozesses, beispielsweise durch eine geeignete Bemessung der Mengen an oxydierendem Gas und, wenn erforderlich, kann auch Vorsorge für die Herabsetzung der Temperatur, beispielsweise durch die Zumischung eines Kühlgases zum Saue.rstof.f-

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gas oder eine Abstellung der Zuführung des Sauerstoffgeses während des Vakuumprozesses sowie schliesslich eine Zugabe von endotherm!sehen Jkterial oder einer Kombination dieser Maßnahme Anwendung finden»

In dieser und ähnlicher Weise kann durch die Erfindung ein Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von Stahl, insbesondere ELC-Sorten von rostfreiem Stahl geschaffen werden, bei welchem die Ofenzeit herabgemindert wird, der Ofen selbst ausschliessIich oder hauptsächlich für seine hochwirksame Arbeltsweise, nämlich den Schmelzprozess benutzt wird. Ferner wird die übliche Rückgewinnung von Chrom erspart und die Notwendigkeit herabgesetzt oder ausgeschaltet, den Chromverlust durch die teure Zugabe von Perochrom mit niedrigem Kohlenstoffgehalt und anderen Legierungszugaben.auszugleichen.

Im Rahmen der Erfindung sind die verschiedensten Abwandlungen und Weiterbildungen möglich. Sämtliche in der Zeichnung dargestellten undIn der Beschreibung erläuterten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

ORIGINAL INSPECTED

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Claims (1)

1. Pat entansprüciie

   = s s s ss si s: —

   1. Verfahren zur Herstellung von Stahl mit besonders niedrigem Kohlenstoffgehalt, geke oss'e i chaet durd&tolgende Verfahrensschritte:

   fc 1.) Herstellen einer Schmal»charge ait @ia©m Kohlenstoffgehalt, welcher höher ist als der gewünschte ündgehalt;

   2.) Unterwerfen der Schmelze einer VakuTomeiBwirkungj

   3.) Zugabe eines oxydierenden Mediums zu der Oberfläch® der Charge,während sie der Einwirkung des Yakrams ausgesetzt wird und

   4.) Eühren der Sehmels©,tfäta?ead dies© unter steht, in einer Weis®, in dar die Zw±sch@ngr©nz@ Schmelze - Vakuum oder die Zwisckeagreiaze Schall ze - Schlack© ~ Vakuum unterbrochen und aufgerissen wird_s so daß aisht entkohlte Schmelze der linwirtomg des oxydierenden Mediums ausgesetzt wird.

   2. Verfahren nach Anspruch. 1, dadmrA gekennzeichnet₉ daß das endgültige Vakuum niedriger ist als etwa 100 mm Hg-Saule absolut .

   3. Verfahren nach Anspruch 1 od®r 2,

   daß die Schmelze durch den Durchtritt- eines Esloigungsgases gerührt wird_? wobei das ßas voa «atea jaaeh oben Schmelze zum Durchtritt g@ferac&t wird v©a einer halb der Zwiachenzon®· ■ '

   4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß ein oxydierendes Medium zur Anwendung gelangt, welches aus der Gruppe von Gasen ausgewählt ist, die im wesentlichen aus Sauerstoff, Sauerstoffverbindungen, welche bei den herrschenden Temperaturen und Drücken dissozilerbar sind, einem kohlenstoffreduzierenden Gas und Mischungen hiervon bestehen.

   5. Verfahren nach Anspruch 1,-2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Schmelze geregelt wird, beispielsweise durch Zugabe von Kühlungsmitteln zur Schmelze oder durch Herabsetzung der Zugabe an exothermischem Material.

   6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3? 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Schmelze durch die Zugabe einer Substanz gesteuert wird, welche aus der Gruppe von Materialien ausgewählt ist, die im wesentlichen aus Zunder, Eisenerz, Chromerz, Nickeloxyd, Schrott, einem nicht exothermischem Gas und Mischung hiervon bestehen.

   7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze einer Vakuumwirkung unterzogen wird, welche ausreicht, um eine Entziehung von Wasserstoff aus der Chage zu erreichen.

   8. Verfahren nach Anspruch 1 oder einem oder mehreren der weiteren Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze einem den Wasserstoff entziehenden Vakuum in Abwesenheit des oxydierenden Mediums unterworfen wird.

   9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das den Wasserstoff entziehende Vakuum in der Grössenordnung von 2 mm Hg-Säule absolut oder niedriger ist.

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   10. Verfahren nach. Anspruch 1 oder einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Chrom in der Schlacke, welches beim Ende des Entkohlungsprozesses vorhanden ist, der Schmelze wieder zugegeben ist.

   11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze eine Schmelze von nicht rostendem Stahl ist.

   12. Verfallren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxydidationsmedium zur Schmelze in einer Menge zugegeben wird, welche ausreicht, um einen ganz bestimmten Temperaturendpunkt einzuhalten.

   13· Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einwirkung des Vakuums, die Zugabe von Oxidationsmitteln und das Rühren der Schmelze zu einem Zeitpunkt durchgeführt wird, zu dem die Ober-P fläche der Schmelze im wesentlichen frei von Schlacke ist und der Rührprozess in der Weise zur Anwendung gebracht wird, daß er wirksam ist, um den Austausch zwischen dem Oxidationsmittel und nicht entkohlter Schmelze mit dem Fortgang des Arbeitsprozesses ununterbrochen weiterzuführen.

   14. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Oxidationsmedium (Gas) auf die Zwischenzone Metall/Vakuum von einer bestimmten Stelle oberhalb der Oberfläche der Schmelze gerichtet wird und diese Stelle während des Verfahrens aufrechterhalten wird.

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   15· Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze der Einwirkimg eines elektrischen Lichtbogens ausgesetzt wird.

   16. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze vor, während oder nach dem Entkohltingsvorgang legiert wird.

   17- Verfahren zur Entkohlung von Stahl oder Stahllegierungsschmelzen, (fedurch gekennzeichnet, daß die Schmelze einem Vakuum von ausreichender Höhe ausgesetzt wird, unter dem die Preferenz der Heaktion 0 + O » OO gegenüber der Heaktion Or + 0 » OrO erhöht wird, der Kohlenstoffgehalt der Schmelze dadurch herabgesetzt wird, daß die blanke Schmelze bzw. ihre noch nicht entkohlten Teile mit einem Oxidationsmedium in Berührung gebracht werden und die Temperatur der Schmelze und das Vakuum derart eingeregelt werden, daß die Preferenz der Heaktion C + 0 = CO gegenüber der Heaktion Sauerstoff /Chrom aufrechterhalten bleibt, während der Kohlenstoffgehalt von einem höheren Gehalt zu weniger als 0,03 % vermindert wird.

   18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Endvakuum in der Größenordnung von uqpfähr 100 mm Hg-Säule und darunter aufrechterhalten wird.

   19. Vorrichtung zur Entkohlung einer Schmelze, gekennzeichnet durch die Kombination folgender konstruktiver Merkmale:

   1.) Mittel, mit denen di· Schmelz· einem Vakuum unterworfen ist, das ausreichend niedrig ist, um die Reaktion Kohlenstoff plus Sauerstoff zu 00 als eine bevorzugte Heaktion im Vergleich zu d«r Bsaktion Chrom plus Sauerstoff - CrO

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   zu erleichtern;

   '2.) Mittel, mit deren Hilfe die Schmelze unter Vakuum mit einem entkohlendem Medium in Berührung gebracht wird, um hierdurch die Schmelze zu entkohlen und

   ^ 3.) Mittel, mit deren Hilfe blanke Seil© d©r Sehmsl&e mit dem entkohlenden Medium in Berührung gebracht werden, zumindest über einen Seil der Zeit₉ in der di© Schmelze unter Vakuum entkohlt wird«.

   20. Vorrichtung nach Anspruch 19₉ dadurch gskennz®lehnet, daß die Mittel, mit deren Hilfe die Schmelz® ait ©in©a Eatkohlimgsmedium in Berührung gebracht werd©a₉ eiae oä©r aehr©r@ Lanzen umfassen,-welche einen Btroa voa Sauerstoff g©g©n di© Oberfläche oder die feenssson© Schlack©/Schael^© richten α

   21. Vorrichtung nach Anspruch 19_s dadurch g@k@nnzeichn©t, daß

   sie Eührmittel aufweist, die nnter anderem Mittel für die Zu- ψ fuhr eines Reinigungsgases aur Seime la© iron ©iaem Punkt unterhalb der Obafläeh© der Schmelz© aufweisen«.

   22. Vorrichtung nach Anspruch

   Mittel und Vorrichtung xj-orgesehea SiEd₉ di@ ©ine Zugab© iron Kühlungsmitteln zur Schnell©

   2J. Vorrichtusg nach

   VorrichtuHgea Torges©fe@a sijaä_s alt αθγθει Hilf© einem Wechsel stroal

   24. Vorrichtun

   die Heizeiiarich-tg

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   über der Badoberfläche angeordnete Elektroden auf wist, die derart angeordnet sind, daß ein Lichtbogen zwischen der Oberfläche des Bades und den Elektroden während der Vakuumeinwirkung aufrechterhalten wird.

   25. Vorrichtung nach -Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen vorgesehen sind, welche die Zugabe von Legierungselementen zur Schmelze vor, während oder nach der Entkohlung ermöglichen.

   26. Vorrichtung nach Anspruch 19» dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, mit deren Hilfe die Schmelze mit einem entkohlenden Medium in Berührung gebracht werden, eine wassergekühlte Lanze oder mehrere derartige Lanzen aufweisen.

   27· Vorrichtung nach Anspruch 26 oder einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen vorgesehen sind, um die Lanzen in einer bestimmten Stellung zurBadoberfläche einzustellen und zu halten.

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