DE1224340B

DE1224340B - Verfahren zur Herstellung praktisch schlackenfreier Staehle im basischen Lichtbogenofen oder im basischen Induktionsofen

Info

Publication number: DE1224340B
Application number: DEB73325A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Mont Otto Krifka
Original assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Current assignee: Gebrueder Boehler and Co AG
Priority date: 1962-09-04
Filing date: 1963-08-30
Publication date: 1966-09-08

Description

Verfahren zur Herstellung praktisch schlackenfreier Stähle im basischen Lichtbogenofen oder im basischen Induktionsofen _ Eines der schwierigsten Probleme bei der Stahlherstellung stellt die Beherrschung der als Folge des Herstellungsverfahrens im Stahl zurückbleibenden nichtmetallischen Einschlüsse dar. Die Menge dieser Einschlüsse, ihre Art und ihre Verteilung können in entscheidender Weise die Stahleigenschaften beeinflussen. Bei der Herstellung von schweren Schmiedestücken, wie z. B. Achsen, Wellen, Läufern für Dampf-, Wasser- und Gasturbinen, Induktorkörper u. dgl., für welche große Blöcke mit über 25 t Gewicht benötigt werden, können die nichtmetallischen Einschlüsse für die Brauchbarkeit dieser Blöcke von entscheidender Bedeutung sein.
Beim Vorliegen derartiger Anforderungen an die Stahlqualität werden von Haus aus ausschließlich Herstellungsverfahren gewählt, die in bezug auf die erzielbare Schlackenreinheit als die aussichtsreichsten angesehen werden müssen. In dieser Hinsicht kommt vor allem der basische Lichtbogenofen und in Sonderfällen der basische Induktionsofen in Betracht. Dennoch ist es aber auch bei Auswahl dieser Herstellungsverfahren nicht immer mit Sicherheit möglich, das gewünschte Ziel zu erreichen, und es liegen bereits zahlreiche Vorschläge vor, welche die Vermeidung von Schlackeneinschlüssen oder allgemein die Vermeidung von nichtmetallischen Einschlüssen ermöglichen sollen.
Die Ausbildung unerwünschter Einschlüsse im Stahl ist bekanntlich auf verschiedene Ursachen zurückzuführen. Solche Einschlüsse können aus den keramischen Teilen stammen, mit denen der flüssige Stahl im Laufe seines Herstellungsverfahrens in Berührung kommt, ferner können solche Einschlüsse Schlackenreste darstellen, die während der Erstarrung des Stahles in der Kokille festgehalten werden, oder sie können Verunreinigungen im Stahl, wie z. B. an Schwefel, zur Ursache haben, die dann wieder nichtmetallische Einschlüsse, z. B. sulfidische Einschlüsse, ergeben. Man ist daher bestrebt, einen möglichst schwefelarmen Stahl herzustellen und das Gießen im Vakuum oder unter Schutzgas vorzunehmen. Auch ist es bekannt, möglichst direkt, also fallend und ohne Zwischengefäße zu gießen.
Eine besondere Einschlußquelle stellen die Vorgänge bei der Desoxydation dar, die ihre Aufgabe m befriedigender Weise nur dann zu erfüllen vermag, wenn es gelingt, die Desoxydationsprodukte, die sowohl gasförmig, flüssig oder fest sein können, in der zur Verfügung stehenden Zeit zur Abscheidung zu bringen.
Insbesondere wurde bisher das bei der Desoxydation mit dem kräftigen Desoxydationsmittel Aluminium stehende feste A1203 als besonders schwer abscheidbar angesehen. Deshalb wird auch das Aluminium bei der Elektrostahlerzeugung im allgemeinen erst nach dem Zusatz der milderen Desoxydationsmittel, wie Mn und Si, also erst am Ende der Feinungsperiode bzw. erst beim Abstich dem Stahlbad zugesetzt, um auf diese Weise durch Abbinden des verhältnismäßig geringen Restsauerstoffgehaltes nur eine geringe Menge von A1203 Einschlüssen zu erhalten. Trotz Beachtung dieser Maßnahmen ist die Schlackenreinheit noch immer unbefriedigend.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, das Aluminium während der Feinungsperiode vor dem Zusatz der Legierungen und der Desoxydationsmittel, wie Ferro-Mangan oder Ferro-Silizium, zuzugeben, um auf diese Weise absichtlich A1203 Einschlüsse im Stahl zu erzeugen und diese Einschlüsse an den Korngrenzen durch Zusammenballung in eine unschädliche Form überzuführen. Für viele Verwendungszwecke sind aber auch diese zusammengeballten Einschlüsse unerwünscht. Es besteht nach wie vor das allgemeine Bedürfnis nach praktisch schlackenfreien Stählen.
Dieses Ziel wird durch die vorliegende Erfindung erreicht. Sie beruht auf der Erkenntnis, daß das flüssige Stahlbad im Lichtbogen- oder Induktionsofen das sich bei der Desoxydation mit A1 bildende A1203 in relativ kurzer Zeit abzuscheiden vermag, wenn eine vollständige Desoxydation mit A1 in dem Zeitpunkt vorgenommen wird, in dem das Stahlbad seinen höchsten Sauerstoffgehalt aufweist, nämlich am Ende der Frischperiode bzw. zu Beginn der Feinungsperiode. Durch die vollständige Desoxydation wird außerdem der Sauerstoffgehalt des Bades auf solche Werte gesenkt, daß sich bei der nachfolgenden Zugabe von Legierungen und anderen Desoxydationsmitteln keine nennenswerten Einschlüsse mehr bilden. Um unerwünschte Reaktionen des Aluminiums mit der Frischschlacke zu vermeiden, erfolgt die Al-Zugabe nach dem Abziehen derselben.
Gegenstand der Erfindung ist also ein Verfahren zur Herstellung praktisch schlackenfreier Stähle als Aufbauschmelzen im basischen Lichtbogenofen oder im basischen Induktionsofen, wobei die Schmelze gefrischt, nach dem Abziehen der Frischschlacke unter einer Feinungschlacke fertiggemacht bzw. legiert wird und im Ofen einen Zusatz von Aluminium erhält, und die Erfindung besteht darin, daß die Schmelze nach dem Abziehen der Frischschlacke, jedoch vor dem gegebenenfalls, erforderlichen Aufkohlen und vor dem Aufbringen der Feinungsschlacke ausschließlich mit 0,05 bis 0,2011/o Al desoxydiert, nach dem Aufbringen der Feinungsschlacke im Ofen bis zur vollständigen Abscheidung des Desoxydationsproduktes A1203 belassen wird und der Schmelze gegebenenfalls nach weiterem Aufkohlen und Legieren beim Abstich ein Zusatz von höchstens 0,1% Ca, z. B. in Form von CaSi oder CaAl, zum Schutz gegen Luftoxydation in die Pfanne aufgegeben wird.
Erfindungsgemäß beginnt also die Reduktionsperiode mit einer vollständigen Desoxydation der Schmelze durch Aluminium, und die Feinungsschlacke bzw. die bekannten Reduktionsmittel für dieselbe haben nur mehr die Aufgabe, das Legieren zu ermöglichen bzw. eine Sauerstoffaufnahme der Schmelze zu verhindern und nicht, wie bisher üblich, den Sauerstoffgehalt laufend zu senken. Dadurch wird die Feinungsperiode wesentlich abgekürzt. Die Ermittlung der notwendigen AI-Menge zur Einstellung eines gewünschten Gleichgewichtssauerstoffgehaltes in Stahlschmelzen war bereits Gegenstand eingehender Untersuchungen. Sie ist bekanntlich abhängig von der Temperatur der Schmelze und vom Kohlenstoffgehalt derselben. Für den Zweck der vorliegenden Erfindung, also zur Erzielung eines möglichst sauerstoffarmen Bades, ist es im allgemeinen ausreichend, mit einer AI-Menge von etwa 0,1% zu desoxydieren.
Erfahrungsgemäß ist nach erfolgtem Aufschmelzen der Feinungsschlacke die Abscheidung des A1203 bereits beendet. Die übliche Schlußdesoxydahon am Ende der Feinungsperiode entfällt somit zur Gänze.
Die Zugabe von Ca in die Pfanne dient dem Zweck, den flüssigen Stahl vor einer neuerlichen Sauerstoffaufnahme durch die Luft zu schützen. In dieser Hinsicht hat sich das Ca als besonders wirksam erwiesen; es kann in Form von CaSi und/oder CaAl zur Anwendung kommen. Eine weitere zusätzliche Möglichkeit zum Schutz gegen Luftoxydation besteht darin, das Vergießen der Schmelze unter Vakuum oder Schutzgas durchzuführen.
Zur Vermeidung der Aufnahme von nichtmetallischen Einschlüssen aus keramischen Massen ist es ferner empfehlenswert, die Schmelze in an sich bekannter Weise unmittelbar aus der Abstichpfanne zu vergießen und die Benutzung von Zwischenpfannen zu vermeiden.
Bei Beachtung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen war es beispielsweise möglich, 50 t schwere; im Vakuum vergossene Schmiedeblöcke aus niedriglegierten Stählen mit einwandfreiem Ultraschallbefund serienmäßig herzustellen und vor allem die bei der üblichen Herstellungsweise unter Verwendung der bekannten Schlußdesoxydation auftretenden Ansammlungen von nichtmetallischen Einschlüssen im Blockfuß, die häufig schlechte Ultraschallbefunde ergeben, zu vermeiden.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung praktisch schlackenfreier Stähle als Aufbauschmelzen im basischen Lichtbogenofen oder im basischen Induktionsofen, wobei die Schmelze gefrischt, nach dem Abziehen der Frischschlacke unter einer Feinungsschlacke fertiggemacht bzw. legiert wird und im Ofen einen Zusatz von Aluminium erhält, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze nach dem Abziehen der Frischschlacke, jedoch vor dem gegebenenfalls erforderlichen Aufkohlen und vor dem Aufbringen der Feinungsschlacke ausschließlich mit 0,05 bis 0,2011/o A1 desoxydiert, nach dem Aufbringen der Feinungsschlacke im Ofen bis zur vollständigen Abscheidung des Desoxydationsproduktes A1203 belassen wird und der Schmelze gegebenenfalls nach weiterem Aufkohlen und Legieren beim Abstich ein Zusatz von höchstens 0,1% Ca, z. B. in Form von CaSi oder CaAl, zum Schutz gegen Luftoxydation in die Pfanne aufgegeben wird.
2. Verfahren zur Herstellung praktisch schlackenfreier Stähle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Schutz gegen Luftoxydation das Vergießen der Schmelze unter Vakuum oder Schutzgas erfolgt.
3. Verfahren zur Herstellung praktisch schlackenfreier Stähle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelze unmittelbar aus der Abstichpfanne unter Vermeidung von einer Zwischenpfanne vergossen wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 939 155; F. Leitner, E. Plöckinger, »Die Edelstahlerzeugung«, Wien, 1950, S. 59, 60, 64 und 80.