DE2333937B1

DE2333937B1 - Verfahren zur Herstellung hochchromhaltiger Staehle mit niedrigstem Kohlenstoffgehalt

Info

Publication number: DE2333937B1
Application number: DE2333937A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl-Ing Berve; Eberhard Prof Dr-Ing Steinmetz
Original assignee: Fried Krupp Huettenwerke AG
Current assignee: Fried Krupp Huettenwerke AG
Priority date: 1973-07-04
Filing date: 1973-07-04
Publication date: 1974-12-05
Also published as: NL7408838A; BE817256A; AT340975B; FR2236007A1; US3907548A; JPS5038617A; LU70449A1; IT1015605B; CA1015169A; SE7408783L; FR2236007B3; GB1432290A; DK356774A; ATA544874A; DE2333937C2

Description

Blaswinkel, Form, Durchmesser und Abstand der Düsen vermieden. Besondere Bedeutung kommt dem Düsendurchmesser zu. Man sollte vor allem mit einem großen Düsendurchmesser arbeiten, der auf Grund eines weichen Gasstrahles möglichst wenig Tropfen aus der Oberfläche herausreißt. Grundlegende Untersuchungen über die Beeinflussung der Tropfenbildung durch obige Parameter gehören durch R. G a r d ο η und J. C. A k f i r a t, Int. J. Heat. Transfer, 8 (1965), S. 1261/72, zum Stand der Technik.

Die zur Vermeidung der Tropfenbildung ergriffenen Maßnahmen beruhen auf der durch Versuche gewonnenen Erkenntnis, daß vor allem die beim Sauerstoffaufblasen entstehenden Tröpfchen bei gleicher Kohlenstoffabnahme einen . höheren Chromverlust aufweisen als die übrige Schmelze im Bad. Mit anderen Worten, das Verhältnis Chrom zu Kohlenstoff verändert sich zu Ungunsten des Chroms stärker in den Tröpfchen als im Bad. Das Ausmaß des Unterschiedes geht aus den nachfolgend aufgeführten Massenverhältnissen Chrom/Kohlenstoff — Mittelwerte aus Versuchsergebnissen — hervor.

Massenverhältnis Chrom/Kohlenstoff

Im Tropfen
Im Bad

180
260

170
300

250
370

Aus diesen Ergebnissen leitet sich erfindungsgemäß die Lehre ab, die Tropfenbildung weitgehend zu vermeiden. Dies gilt besonders für das Ende des Frisch-Vorganges, wenn das Chrom-Kohlenstoff-Verhältnis im Bad den Wert 200, z. B. bei einem Gehalt von 18 % Chrom also bei 0,09 % Kohlenstoff überschreitet. Von diesem Zeitpunkt ab wäre das Angebot an Sauerstoff auf die Badoberfläche zu reduzieren. Bei gleichbleibendem Sauerstoffdurchfluß wird das gesetzte Ziel durch Vergrößerung des Abstandes zwischen Blaslanze und Bad erreicht.

Ein weiteres Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Entkohlung bei gleichem Sauerstoffangebot verstärkt wird. Dies wird durch Maßnahmen wie das Einführen von Fremdgasen, die das CO ausspülen bewirkt. Zu diesem Zweck können auch Gase, gasabgebende oder vergasende Stoffe eingeblasen werden. Es ist auch möglich, die Gasblasenbildung durch das Einbringen von Feststoffen über Keimbildung anzuregen.

Vorzugsweise werden zusätzlich gasabgebende Stoffe, insbesondere pulverförmiges CaCO₃, injektorartig eingedüst. Es ist von besonderem Vorteil, wenn die CaCO₃- und Aluminiumzugabe so aufeinander abgestimmt sind, daß nach der Oxydation das Verhältnis zwischen CaO und Al₂O₃ zwischen 0,5 und 1,6 liegt.

Vorzugsweise wird das Verfahren unter Vakuum durchgeführt. Besondere Vorteile ergeben sich für den gewünschten Badumlauf, wenn unter Verwendung elektromagnetischer oder mechanischer Rührvorrichtungen der gewünschte gleichgerichtete Badumlauf gefördert wird.

Ein Schwerpunkt der Erfindung ist darin zu sehen, daß beim Frischprozeß, also praktisch gleichzeitig über die wesentliche Zeit des Prozesses zur gleichen Zeit Sauerstoff bzw. sauerstoffabgebende Gase und reduzierende Stoffe aufgegeben oder eingeblasen werden. Örtlich erfolgt die Zugabe an verschiedenen Stellen, wobei die reduzierenden Stoffe am Rande des Sauerstoff-Auftrefffleckes in Richtung der Strömung in einem Abstand von mindestens 5 cm, vorzugsweise bis 100 cm, zugeführt werden. Dieses Prinzip wird durch die Figur verdeutlicht. Auf Grund des Inertgassprudels 1 rotiert das Bad um eine gedachte, durch die Badmitte verlaufende, horizontale Achse. Im Mittelpunkt der Schmelzoberfläche trifft unter einem geneigten Winkel der Sauerstoff 2 auf und verstärkt den gewünschten, gleichsinnigen Badumlauf. An den mit 3 bezeichneten Stellen wird das Reduktionsmittel zugegeben.

Diese Lehre widerspricht zunächst den metallurgischen Erfahrungen, wonach Oxydation und Reduktion getrennt voneinander durchzuführen sind. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß die unerwünschte Chromoxydbildung eingeschränkt werden kann, wenn bei Verwendung eines Reaktionsgefäßes ein gleichsinniger Badumlauf bewirkt wird und der badlich engbegrenzten Zugabe des Sauerstoffes unmittelbar eine Reduktionszumittelgabe nachgeschaltet wird.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß eine sofortige wirtschaftliche Chromreduktion erzielt wird, wobei man gleichzeitig einen Stahl mit hohem Reinheitsgrad erhält. Dieser hohe Reinheitsgrad ist insbesondere dann gewährleistet, wenn die gleichzeitige Kalksteinzugabe und Aluminiumzugabe in der angegebenen Bemessung aufeinander abgestimmt sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu hochchromhaltigen Stählen mit extrem niedrigen Kohlenstoff- und Stickstoffgehalten.

Eine weitere vorteilhafte Anwendungsform ist das Einbringen von verflüssigenden Komponenten für die Endschlacke. So ist es möglich, einen Teil oder auch ganz den als Kalkstein eingebrachten CaO-Anteil in Form von gebranntem Kalk örtlich nahe bei der Aluminium-Zugabe aufzugeben, wodurch sich CaO — Al₂O₃-SChIaCkCn mit niedrigen Schmelzpunkten ergeben.

Voraussetzung für das erfindungsgemäße Verfahren ist der gleichgerichtete Badumlauf, der durch folgende Maßnahmen, einzeln oder kombiniert, erzielt werden kann:

1. Ein- oder Aufblasen von:

1.1. gasförmigem Sauerstoff,
1. 2. Inertgasen, wie Argon,

1. 3. gasabgebende Feststoffe, welche gleichzeitig eine Spülwirkung (Gasabscheidungsmöglichkeit ausüben. Als gasförmige Bestandteile sind H₂O, insbesondere CO₂ (Zugabe von CaCO₃) zu nennen.

2. Verwendung bekannter elektromagnetischer oder mechanischer Rührvorrichtungen.

3. Zugabe von Komponenten zur Verflüssigung der Schlacke.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen beschrieben, wobei insbesondere die Bedeutung der gleichzeitigen, abgestimmten Kalkstein- und Aluminiumzugabe erläutert wird.

Während des Vakuumfrischprozesses wurden folgende Bedingungen bezüglich der Zugabe des Kalksteins und Aluminiums eingestellt:

Beispiel 1 (End-Kohlenstoffgehalt: 0,03%)

Blaszeit (min)	Zugabe in CaCO₃	kg/t · min Al
1. bis 15. 15. bis 22. 22. bis 30.	0,040 0,090 0,100	0,020 0,045 0,050

Beispiel 2 (End-Kohlenstoffgehalt: 0,012%)

Blaszeit
(min)

1. bis 15.
15. bis 22.
22. bis 30.
30. bis 45.

Zugabe in kg/t · min CaCO₃ I Al

0,040 0,090 0,100 0,120

0,020 0,045 0,050 0,066

Das kombinierte Einblasen von Kalkstein und Aluminium stellt eine vorteilhafte Anwendungsform dar. Je nach Betriebsbedingungen kann man jedoch die Verhältnisse noch erheblich variieren und jeweils auch nur mit einer Komponente arbeiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Plasmainduktionsofen gleichzeitig induktiv und durch Patentansprüche· ^en Plasmabogen beheizt wird. Bei all den bekannten Verfahren wird entsprechend den Gleichgewichten zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff sowie Chrom

1. Verfahren zur Herstellung eines hochchrom- 5 und Sauerstoff eine weitgehende Absenkung des haltigen Stahles mit niedrigstem Kohlenstoffgehalt, Kohlenstoffgehaltes ohne wesentliche Chromverwobei in oder auf den flüssigen Stahl Sauerstoff schlackung erreicht. Je tiefer man jedoch mit dem geblasen und gegebenenfalls zur Senkung des Kohlenstoffgehalt kommt, um so stärker macht sich CO-Partialdruckes im Vakuum oder bei gleich- die gleichzeitige Reaktion zwischen Chrom und Sauerzeitigem Einblasen von Inertgasen gefrischt wird, io stoff und damit die Chromverschlackung bemerkbar, dadurch gekennzeichnet, daß zur Er- Aus diesem Grunde arbeiten die bekannten Verfahzwingung eines gleichgerichteten Badumlaufs der ren zum Herstellen hochchromhaltiger Stähle mit anSauerstoff und gegebenenfalls andere Stoffe in schließender Chromrückgewinnung. Für die Herbestimmter Richtung injektorartig in oder auf den stellung von legiertem Stahl ist in der österreichischen flüssigen Stahl gedüst werden und daß in den gleich- 15 Patentschrift 249 714 ein derartiges zweistufiges Vergerichteten Badumlauf gleichzeitig mit der Sauer- fahren beschrieben. Bei diesem Verfahren werden stoffzugabe, aber örtlich im Verlauf im Anschluß zeitlich nach Beendigung des Blasvorgangs Redukan den Eintreff- oder Auftreffbereich stark redu- tionsmittel, wie Aluminium-Granalien oder Ferrozierende Stoffe, insbesondere Aluminium, einge- silizium, auf die Schlacke gegeben, wodurch eine blasen werden. ao Rückreduktion der Legierungselemente aus der

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- Schlacke in das Bad stattfindet.

zeichnet, daß die Gase und gegebenenfalls die Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, Maßanderen Stoffe unter weitgehender Vermeidung nahmen für ein Verfahren anzugeben, das in einer einer Tropfenbildung eingedüst werden. Arbeitsstufe zu niedrigst gekohlten hochchromhaltigen

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn- 35 Stählen führt.

zeichnet, daß die Tropfenbildung durch Abstim- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch

mung der Parameter Blasdruck, Blaswinkel, Form, gelöst, daß zur Erzwingung eines gleichgerichteten Durchmesser und Abstand der Düsen verringert Badumlaufs der Sauerstoff und gegebenenfalls andere wird. Stoffe in bestimmter Richtung injektorartig in oder auf

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 30 den flüssigen Stahl gedüst werden und daß in den dadurch gekennzeichnet, daß gasabgebende Stoffe, gleichgerichteten Badumlauf gleichzeitig mit der Sauerinsbesondere pulverförmiges CaCO₃ injektorartig stoffzugabe, aber örtlich im Verlauf im Anschluß an eingedüst werden. den Eintreff- oder Auftreffbereich stark reduzierende

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn- Stoffe, insbesondere Aluminium, eingeblasen werden, zeichnet, daß die CaCO₃- und Aluminiumzugabe 35 Der gleichgerichtete Badumlauf wird durch den so aufeinander abgestimmt sind, daß nach der Impuls des Gasstrahles bzw. der eingedüsten Stoffe Oxydation das Verhältnis zwischen CaO und bewirkt. Durch die österreichische Patentschrift 225 212 Al₂O₃ zwischen 0,5 und 1,6 liegt. ist es bekannt, einen gleichgerichteten Badumlauf zu

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, einer Vergleichmäßigung des Frischvorgangs zu nutzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren im 40 Zu diesem Zweck sind in einem Frischgefäß gleich-Vakuum durchgeführt wird. mäßig über den Umfang verteilte, tangential ausge-

7. Verwendung elektromagnetischer oder mecha- richtete Düsen angeordnet, die einen schraubenliniennischer Rührvorrichtung zur Förderung des Bad- förmigen Badumlauf bewirken. Diese Rotation des Umlaufes für die Verfahren nach einem der An- Bades führt zu einer gleichmäßigeren und intensiveren Sprüche 1 bis 6. 45 Durchmischung mit einem ständigen Wechsel an der

Grenzfläche Bad/Schlacke.

Beim Erfindungsgegenstand wird der gleichgerichtete Badumlauf mit dem Ziel erzwungen, in demselben Reaktionsgefäß klar definierte Zugabestellen für das

50 Oxydationsmittel und daran anschließend für ein

Reduktionsmittel zu erhalten. Die Zugabe des Sauerstoffs darf daher nicht über den gesamten Gefäßumfang verteilt erfolgen.

Der Badumlauf kann sowohl um eine gedachte 55 vertikale oder auch um eine horizontale Achse erfolgen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur So kann z. B. unter einem Winkel geneigt auf die Bad-Herstellung hochchromhaltiger Stähle mit niedrigstem oberfläche und/oder durch den Boden oder die Wand Kohlenstoffgehalt, wobei in oder auf den flüssigen des Schmelzgefäßes unterhalb der Badoberfläche unStahl Sauerstoff geblasen und gegebenenfalls zur mittelbar in das Bad eingeblasen werden; wesentlich Senkung des CO-Partialdruckes im Vakuum oder bei 6a ist, daß durch den gleichgerichteten Badumlauf Begleichzeitigem Einblasen von Inertgasen gefrischt wird, dingungen geschaffen werden, die zur gleichen Zeit Es gehört zum Stand der Technik, durch Senkung aber örtlich in getrennten Bereichen einmal die Zugabe des CO-Partialdruckes die Bildung von CO zu be- des Oxydationsmittels und zum anderen die Zugabe günstigen. Zu diesen Verfahren, die nach dem Le- des Reduktionsmittels ermöglichen.
Chatelierschen-Prinzip arbeiten, gehört das Vakuum- 65 Vorzugsweise werden die Gase und gegebenenfalls frischen und das Argon-Sauerstoff-Entkohlungsver- die anderen Stoffe unter weitgehender Vermeidung fahren. Ein neueres Verfahren ist aus der DT-AS einer Tropfenbildung eingedüst. Die Tropfenbildung 063 532 bekannt, wobei die Stahlschmelze in einem wird durch Abstimmung der Parameter Blasdruck,