DE1800087A1 - Verfahren zur Herstellung eines mangan-,phosphor-,schwefel-,titan- und vanadinarmen Roheisens und Einrichtung zu dessen Durchfuehrung - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung eines mangan-, phosphor-, schwefel-, titan- und vanadinarmen Roheisens und Einrichtung su dessen Durchführung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Roheisens mit besonders niedrigen Gehalten an Mangan, Phosphor, Schwefel, Titan und Vanadium, dessen Zusammensetzung im Bereich von 3,5 - 4,6 % Kohlenstoff, 0 - 3 Silizium, unter 0,10 % Mangan, unter 0,040 % Phouphor, unter 0,010 % Schwefel, unter 0,015% Titan und unter 0,008 % Vanadium liegt. Ein derartiges Roheisen erbringt Vorteile besonders bei der Erzeugung von Gußeisen mit Kugelgraphit, da ein weitgehend ferritisches Gefüge aufweisen soll.
• Bei Gußeisen mit Kugelgraphit wurde früher ein ferritisches Gefüge durch eine Glühbehandlung der fertigen-Gußstüoke ersielt.
• In neuerer Zeit ist man schon dazu übergegangen, ausgehend von Roheisendorten mit geringen Gehalten an Mangan und sonstigen perlitiaierenden Begleitelemonten, ein Gußeisen mit Kugelgraphit herzustellen, daß schon im Gußzustand ein ferritinches Gafüge aufweist und das mithin einer teuren Glühbehandlung nicht bedarf (Jürgen Motz und gurt Orths in "Gießereiforschung" 1967, Seiten 109-124). Weiterhin wird gefordert ein niedriger Phoaphorgehalt zur Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit, ein niedriger Schwefelgehalt sur Senkung des Magneuiumverbrauchs und Verbesserung der Kerbschlagzähigkeit eowie ein niedriger Gehalt an Titan, damit die Kugelgraphitbildung ungestürt ablaufen kann.
• Bei der Rohelienherstellung für den genannten Zweck ist mithin die Bedingung gestellt, die Gehalte an Mangan, Phosphor, Schwefel, Titan und Vanadin und sonstigen Begleitelementen möglichst niedrig zu halten. Dementsprechend werden Roheisensorten angeboten mit abgestuftem maximalem Mangangehalt, beispielsweise mit unter 0,14 % Mn oder unter X,10 * Nn oder unter 0,05 % Mn. In ähnlicher Weise abgestuft sind bei diesen bekannten-Roheisensorten auch der Phosphorgehalt und der Schwefelgehalt.
• Roheisensorten mit der in Rede stehenden Zusammensetzung können auch bei Verhüttung äußerst reiner und teurer Erze im Hochofen nicht unmittelbar hergestellt werden.
• Bei einem bekannten Verfahren wird das Hochofen-Roheisen in einen Konverter eingesetzt und dort unter Verwendung einer Blaslanze mit gasfUrmigem Sauerstoff gefrischt. Dabei werden zunächst Silizium und Mangan verschlackt und anschließend Phosphor und unvermeidlich auch Sohlenstoff entfernt. Dementsprechend muß dad Eisen durch Kohlenetoffzugabe wieder aufgekohlt werden.
• Bei einem anderen bekannten Verfahren, dem Sorel-Verfahren, wird hochwertiges Eisenerz im Eiektroofen mit Anthrazitkohle redu-Wert. Aus der Schlacke wird reines Titanoxyd gewonnen und das Roheisen wird anschließend im Induktionsofen,desoxydiert, aufgekohlt und nachfolgend entschwefelt.
• Den bekannten Verfahren haftet vornehmlich der Nachteil an, daß sie derart mehrutufig gestaltet sind, daß nacheinander verschiedene Behandlungseinrichtungen und Arbeitsmittel erforderlich sind, die einen entsprechend hohen Aufwand für die Errichtung und den Betrieb bedingen.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Her-Stellung eines Roheisen mit der bereits eingangs genannten Zusammensetzung zu schaffen1 das ausgehend von einem Hochofen-Roheisen durch eine apparativ einstufige Nachbehandlung in einer Pfanne, vorzugsweise in der Abstichpfanne, zu dem erstrebten Ergebnis hinsichtlich der Roheisensusammensetsung fUhrt.-Die Erfindung besteht darin, daß der aus dem Hochofen in eine rugende Pfanne abgestochenen Roheisenschmelze unter Umrühren in der Grenzzone Roheisenbad-Schlacke zunächst Feinerz zugesetzt wird, bis der erstrebte Mangangehalt erreicht ist, daß alsdann unter fortgesetztem Umrühren in der Grenisone durch Zugabe von Soda und Feinere der Phosphor verschlackt wird und daß anschließend unter fortgesetzten Umrühren in der Grenztone durch Zugabe eines an sich bekannten Entschwefelungsmittels, wie Soda, die Schmelze entschwefelt wird.
• Die Erfindung beruht auf der überraschenden Erkenntnis, daß durch bloßes Umrühren in einer Zone, die sich nur teilweise in den Schlackenraum und insbesondere- bezogen auf die Badtiefe -anteilig nur wenig in das Roheisenbad hinein erstreckt, bei sämtlichen Verfahrensschritten ein äußerst wirksamer Stoffaustausch zwischen dem gesamten Roheisen und der Schlackenphase zu erreichen ist. Obwohl bei dem Verfahren nach der erfindung sehr große Schlackenmengen entstehen, ist die Reaktionsgeschwindigkeit groß und die Schlackenausnutzung sehr gut. Der Kohlenstoffgehalt wird bei der Behandlung nicht nenneswert beeinflußt, so daß eine Aufkohlung des behandelten Roheieens entfällt.
• Das Verfahren nach der Erfindung kann in verschiedener Weise weiter ausgestaltet sein. In der Regel wird unmittelbar anschließend an die Entschwefelung, vorzugsweise ohne vorheriges Abschlakken, ein siliziumhaltiges Begierungsmittel, beispielsweise Perrosilizium, zur Birstellung des erforderlichen Siliziumgehales zugesetzt.Bei der erfindungsgemäßen Behandlung tritt nämlich auch eine weitgehende Siliziumverschlackung ein, so daß eine Silizium-Zulegierung erforderlich sein kann. Auch ohne Abschlacken der oxydierenden Schlaoke wird ein überraschend hohes Silisiumausbringen erzielt.
• Schon bei der Manganverschlackung entsteht eine erhebliche Schlakkenmenge, die vorzugsweise bei Erreichen eines bestimmten Füllstandes in der Pfanne selbsttätig sblaufend abgezogen wird. Diese Schlackenmenge kann durch geregelte Zugabe des Feinerzes so gesteuert werden, daß die Manganverschlackung bis zu dem erstrebten Endgehalt ohne weteres erreicht wird. Alsdann sind zwangsläufig auch Titan und Vanadium in dem erstrebte Umfang breits verschlackt. In ähnlicher Weise empfiehlt es sich, die bei der Phosphorverschlackung entstehende Schlackenmenge durch geregelte Zugabe des Feineres und/ oder der Soda zu steuern und einen bestimmten Füllstand übersteigende Sberschuß mengen selbsttätig ablaufen zu lassen, Das Verfahren nach der Erfindung gestaltet sich dann besonders einfach, wenn eine dahingehende Arbeitsweise bevorzugt wird, daß auch zwischen den einzelnen Verfahrensschritten ein vollständiges Abziehen der jeweiligen Schlacke unterbleibt, Dabei kann die Pfanne durch einen Deckel, an dem das erforderliche Rührgerät und eine Zugabeäffnung angeordnet ist, abgeschlossen und die Temperaturverluate niedrig gehalten werden. Das Gesamtverfahren läuft dann kontinuierlich ab und ist mit entsprechend geringem Zeitaufwand durchzufahren.
• Gegenatand der Erfindung ist weiterhin ein Rührgerät zur verbesseren und beschleunigten Durchführung metallurgischer Reaktionen zwischen flüssigen Metallschmelzen und festen oder flüssigen Reaktionsstoffen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung.
• Dem Rührgerät ist die Aufgabe gestellt, daß es bei möglichst einfachem Aufbau und hoher Gebrauchs dauer einen schnellen Stoffaustausch zwischen den beteiligten Phasen und eine homogene Metallschmelze gewahrleistet.
• Das Rührgerät nach der Erfindung besteht darin, daß ein Antriebsmotor über ein Getriebe eine Welle antreibt, an der ein aus feuerfesten Msssen mit Armierung bestehendes, balkenförmiges Rührorgan'querstehend angeordnet ist. Zwedimäßig ist der untere Teil der Antriebswelle ebenfalls feuerfest umkleidet und bildet mit dem balkenfbrmigen Rührorgan eine bauliche Einheit, die mit dem Oberteil der Antriebswelle auswechselbar verbunden ist.
• Das balkenförmige Rührorgan hat zweckmäßig eine gedrungene Gestalt, indem es im Längsachsenquerschnitt ein Verhältnis seiner Länge zur Höhe zwischen 2,5 und 1,0 aufweist, und die Querschnitte senkrecht sur Längsachse vorzugsweise eine runde oder eine rechteckige kantenabgerundete Form haben. Das balkenförmige Rührorgan kann im Inneren eine Kühileitung als Armierung aufweisen, wenn infolge weiterer Bahandlungen, beispielsweise mehrerer Legierungsmiitolzugaben, eine beuonders lange Behandlungszeit oder eine besonders hohe Roheisentemperatur oder kurze Arbeitspausen vorliegen.
• Das Rührgerät wird in eine Schmelze eingeführt, die sich in einer Pfanne, vorzugsweise eeiner Gießpfanne, befindet. Hierbei empfiehlt es sich, das Rührorgan derart zu gestalten, daß seine Länge zwischen dem 0,25 und 0,65fachen Wert vorzugsweise zwischen dem 0,35 und 0,50fachen Wert des inneren Pfannendurchmessers, liegt.
• Für Sonderfälle, beispielsweise bei sehr großen Pfannen mit hoher Schmelzentemperatur, kann de Länge des Rührorgan auch wesentlich kürzer gewählt werden, wenn die Antriebswelle nicht nur stationär rotierend umläuft, sondern das Rührgerät zusätzlich translatorisch in der Ebene des Natällbades bewegt wird. Das RUhrgerät soll je eine Einrichtung zur Grobverstellung und zur Peinverstellung der Höheniage des balkenförmigen Rührorgan haben.
• Dadurch kann das balkenförmige Rührorgan während des Rührens auf3 eine solche Eintauchtie'e in die Schmelze eingestellt werden, daß es von seiner Unterkante abgemessen höchstens bis zum 1,5fachen seiner eigenen Höhe, vorzugsweise mindestens bis zur Hälftß seiner Höhe eintaucht. Das Rührorgan soll jedoch nicht mehr als gerade vollständig in das Metallbad eintauchen.
• Zur Durchführung ded Verfahrene nach der Erfindung wird ferner mit Vorteil eine Roheisenpfanne benutzt, an deren Wandung eine als Schlackenüberlauf dienende Ausnehmung vorgesehen iat, so daß die Schlacke von selbst abläuft, sobald ein vorgegebener Püllstand überschritten wird. Zusätzlich kann der Schlackenablauf sattels einer Schlackenstauscheibe beeinflußt werden, die in lähe der Ausnehmung der Roheisenpfanne angeordnet ist und beispielsweise am Pfannendeokel verstellbar befestigt sein kann.
• In der Regel wird man die Pfanne durch einen Pfannendeckel abschließen, auf dem das Rührgerät befestigt ist, dessen Rührorgan durch den Deckel geführt ist.
• Nachstehend wird an Ausführungsbeispielen das Verfahren nach der Erfindung erläutert und das Rührgerät zu dessen Durchführung an Hand der Zeichnung näher beschrieben.
• In der nachfolgenden Tabelle sind vier verschiedene Roheisenschmelzen aus dem Hochofen zusammengestellt.

  RE-Menge Erzmenge Sodamenge Nn P 7 Ti V
  (t) (kg/tRE) (kg/tRE) (%) (%) (%) (%) (%)
  46,5 95,8 25,8 0,17 0,052 0,010 0,037 0,015
  48,) 86,2 24,8 0,27 0,052 0,008 0,055 0,018
  52,4 87,8 31,5 0,12 0,055 0,010 0,031 0,015
  52,6 87,5 31,4 0,12 0,059 0,013 0,027 0,016
  unter unter unter unter unter
  Analyse nach der Behande 0,08 0,035 0,008 0,010 0,008
  lun

  Die Tabelle benennt die insgesamt während der Rührbehandlung zugesetzte Erzmenge und Sodamenge, sowie die Ausgangsgehalte an Mangan, Phosphor, Schwefel, Titan und Vanadium. Aus der unteren Spalte ist ersichlich, daß die Endgehalte an diesen Elementen unterhalb der geforderten Maxinalwerte liegen.
• Bei der Roheisenschmelze mit 48,3 t Gewicht, die einen Süizium-Ausgangsgehalt von 0,95 % aufwies, wurde dabei im einzelnen wie folgt vorgegangen: Zunächst wurde auf die aus dem Hochofen in eine ruhende Pfanne abgestochene Schmelze, während diese umgerührt wurde, nach und nach portionsweise etwa 2,5 t hämatitisches Eiseners miteinem Fe-Gehalt (gesamt) von etwa 67 % aufgegeben. Diese Zugabemenge ist in Abhängigkeit von den Ausgangagehalten an Silizium und Mangan 90 gewählt, daß genügend Sauerstoff für die ablaufenden Verschlackungsreaktionen zur Verfügung steht, sie macht etwa 60 ffi der Gesamtzugabe an Eisenerz aus. Das Erz wurde als Feinerz in einer Kürnung # 10 mm zugesetzt. Schon kurz nach dem Beginn der Erzzugabe bildete sich eine volumenöse Schiacke, die bei Überschreiten eines bestimmten Füllstandes in der Pfanne über eine Pfannenausnehiung selbsttätig abläuft. Dabei verschlacken zunächst das Silizium des Roheisens auf einen Wert von etwa 0,4 % Si und sonstige hochsauerstoffaffine Begleitelemente, insbesondere das Titan und das Vanadium.Mit fortgesetzter, auf die jeweils sich bildende Schlackenmenge abgestimmter Erzzugabe verschlackt auch das Mangan, so daß die Roheisenschmelze am Ende dieses Verfahrensschrittes einen Mangangehalt unter 0,08 % erreicht hat. Während dieser Behandlung wurde die Schmelze dauernd in der Grenzzone zwischen Roheisenbad und Schlacke umgerührt, indem ein balkenförmiges Rührorgan etwa zur Hälfte bis zu 2/3 seiner eigenen Höhe in die Roheisenschmelze eintauchend rotierte. Die Länge des Rührorganes betrug 800 mm bei einem Pfannendurchmesser von 2200 mm. Zu Beginn der,Behandlung wurde mit 3 Upm gearbeitet. Nach der Verflüssigung des Eisenerzes wurde die Drehzahl auf 70 Upm erhöht.
• Alsdann wurde unter fortgesetztem Uirühren in der Grenzzone zum Zwecke der Entphospherung Soda und reinen portionsweise und abwechseln zugegeben. Die Sodamenge betrug 75 % der Gesamtmenge aus der Tabelle, unterteilt in drei Einzelsugaben von etwa Je 6,2 kg mit zwischengeschalteten Erssugaben von etwa 8,6 kg (10*) der Gesamtmenge). Anschließend an die letste Sodazugabe schloß sich eine Erzzugabe von 17 kg (rund 20 % der Gesamtmenge) an.
• infolge der Erzzugaben findet auch eine weitere Absenkung des Siliziumgehaltes auf etwa 0,1 % statt, wodurch die Entphosphorung begünstigt wird.Zwischen den einzelnen Zugaben wurde jeweils abgewartet bis sich die aus dem Stoffaustausch resultierende flüssige Schlacke gebildet hatte, die alsdann teilweise ablief.
• Unter weiter fortgestitem Umrühren in der Grenzzone wurde dann zur Entschwefelung eine weitere Sodamenge von 6,2 kg aufgegeben und daran anschließend bei erhöhter Drehzahl (100 Upm), ohne vorheriges besonderes Abschlacken, zur Einstellung des erwünschten Siliziumendgehaltes eine end,sprechende Menge an Ferrosilizium (75 % Si) zugesetzt. Das Siliziumausbringen betrug 92 . Bei einer Behandlung von etwa 60 min betrugen die Temperaturverluste etwa 1500 C.
• Für das Umrühren in der Grenzzone zwischen Roheisenbad und Schlacke wird erfindungsgemäß ein Rührgerit benutzt, bei dem ein Antriebsmotor 1 über ein Getriebe 2 eine Welle 5,4 antreibt, an der ein us feuerfesten Massen mit Armierung bestehendes, balkenförmiges Rührorgan 5 querstehend angeordnet ist. Der untere Teil 3 der Antriebswelle ist feuerfest umkleidet und bildet mit dem balkenförmigen Rührorgan 5 eine bauliche Einheit, die mit dem Oberteil 4. der Antriebswelle auswechselbar verbunden ist.
• Das Rührorgan 5 ist derart gestaltet, daß es im LängsachRenquerschnitt ein Verhältnis der Länge 1 zur Höhe h von 2,3:1 aufweist und im Querschnitt senkrecht zu seiner Längsachse eine runde Form hat.
• Das Rührgerät ist auf liner Querplatte 6 eines Tragegestelles befestigt, an dessen Stütsen 7 die Querplatte höhenverstellbar geführt ist. Zur Höhenverstellung des balkenförmigen Rührorganes 5 greift ein Motor 8 mit Getriebe am oberen Teil 4 der Antriebewelle an.
• In der Arbeitsstellung ist der Pfannendeckel 9 mit dem Rührgerät auf die Pfanne 10 aufgesetzt. Die den Pfannendeabl durchaetzende Antriebswelle mit Rührorgan taucht während des Rührens in die Grenzzone zwischen Roheisenbad und Schlacke ein. An der Wandung der Roheisenpfanne 10 ist eine als Schlackenüberlauf dienende Ausnehmung 13 vorgesehen, in deren Nähe eine Schlackenstauscheibe 14 angeordnet ist, die am Pfannendeckel verstellbar befestigt ißt. Ein Zugabetrichter 15 gestattet, Reaktionsstoffe einzuleiten. P a t e n t a n s p r ü c h e :

Claims (9)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e : 1. Verfahren zur Herstellung eines mangan-, phosphor-, schwefel-, titan- und vanadinarmen Roheisen mit Gehalten von 3,5 bis 4,6 % Kohlendtoff , 0 bis j % Silizium, unter 0,10 % Mangan, unter 0,040 % Phosphor, unter 0,010 * Schwefel, unter 0,015 96 Titan und unter 0,008 ß Vanadium, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der aus dem Hochofen in eine ruhende Pfanne abgestochenen Roheisenschmelze unter Umfahren in der Grenzzone Xoheisenbad/Schlacke zunächst Feinerz zugesetzt wird, bis der erstrebte Mangangehalt erreicht ist, daß alsdann unter fortgesetztem Umrühren in der Grenzzone durch Zugabe von Soda und Feinere der Phosphor verschlackt wird und daß anschließend unter fortgesetztem Umrühren in der Grenzzone durch Zugabe eines an sich bekannten Entschwefelungsmittels, wie Soda, die Schmelze entschwefelt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i chn e t, daß unmittelbar anschließend an die Entschwefelung ein siliziumhaltiges Legierungsmittel, vorzugsweise ohne vorheriges Abschlacken, unter Umrühren zugesetzt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die bei der Manganverschlackung und die bei der Phosphorverschlackung jeweils entsprechende Schlackenmenge durch die geregelte Zugabe des Feinerzes und/oder der Soda gesteuert wird.
4. 4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 3, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die einen vorgegebenen Füllstand in der Pfanne übersteigende Schlackenmenge selbsttäig ablaufend abgezogen wird.
5. 5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 4, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß auch zwischen der einzelnen Verfahrensachritten ein vollständiges Abschlakken unterbleibt.
6. 6. Rührgerät, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1- 5, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß ein Antriebsmotor (1) über ein Getriebe (2) eine Welle (5,4) antreibt, an der ein aus feuerfesten Massen mit Armierung bestehendes, balkenförmiges RUhrorgan (5) querstehend angeordnet it3t.
7. 7. Rührgerät nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e ichn e t, daß der untere Teil (5) der Antriebswelle feuerfest umkleidet ist und mit dem balkenförmigen Rührorgan eine Bauliche Einheit bildet, die mit dem Oberteil (4) der Antriebswelle auswechselbar verbunden ist.
8. 8. Rührgerät nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n nz e i c h ne t, daß das balkenförmige Rührorgan (5) im Längsachaenwuerachnitt ein Verhältnis der Länge (1) zur Höhe (h) zwischen 2,5 und 1,G aufweist.
9. 9. R4Lhrgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 - 8, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das balkenförmige Rührorgan im Inneren eine Kühlleitung als Armierung aufweist.

   10. Rührgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 - 9, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Drehzahl der Antriebswelle (3,4) im Bereich von 50 bis 150 Upm regelbar ist.

   11. Rührgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 - 10, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Länge (1) des balkenförmigen Rührorganes zwischen dem 0,25 und 0,65 fachen Wert, vorzugsweise zwischen dem 0,35 und 0,50 fallen Wert des inneren Pfznnendurchmeesers (D)(in Höhe des Rührorganes)liegt.

   12. Rührgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 - 11, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß je eine Einrichtung zur Grobverstellung und zur Feinveratellung der Höhenlage des balkenförmigen Rührorganes (5) vorgesehen ist.

   15. Rührgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 6- 12, d ad u r c h g e k e n n ze i c h ne t, daß das balkenförmige Rührorgan (5) von seiner Unterkante abgemessenen während des Rührens eine Eintauchtiefe in die Schmelze von höchstens dem 1,5fachen seiner eigenen Höhe hat.

   14. Rührgerät nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 - 1f, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das balkenförmige Rührorgan (5) mindestens bid zur Hälfte seiner eigenen Höhe, jedoch nicht mehr als gerade vollständig in das Schmelzbad eintaucht.

   15. Xoheisenpfanne zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 - 5, d a d u r ch g ek en n ze i c h n e t, daß an deren Wandung eine als Schlackenüberlauf dienende Auonehladung (13) vorgesehen ist.

   16. Roheisenpfannenach Anspruch 15, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß in der Nähe der Ausnehmung (13) der Pfanne eine verstellbare Schlackenutauscheibe (14) angeordnet ist.

   17. Roheisenpfanne nach Anspruch 15 oder 16, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß sie durch einen Pfannendeckel(9) abschließbar ist, auf dem das Rührgerät befestigt ist, dessen Rührorgan (5) durch den Deckel geführt ist.

   L e e r s e i t e