DE2201388C3 - Anwendung eines Verfahrens der Entkohlung einer eisenhaltigen Schmelze zur Entkohlung von hochgekohltem Forrochrom oder hochgekohltem Ferromangan - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Anwendung des Verfahrens der Entkohlung einer eisenhaltigen Schmelze durch Einblasen von Sauerstoff mit Hilfe von Mantelgasdüsen zur Entkohlung von hochgekohltem Ferrochrom oder von hochgekohltem Ferromangan.

Die Entkohlung eisenhaltiger Schmelzen durch Einblasen von Sauerstoff mit Hilfe von Mantelgasdüsen ist beim Frischen von Stahlschmelzen, insbesondere auch zum Frischen von phosphorreichem oder chromreichem Roheisen bekannt (DT-OS 19 09 779 und 1916 945). Stets wird mindestens em von einem Mantelgasschleier umgebener Strahl einer Sauersioff-Kalkstaub-Suspension in die Schmelze eingeblasen. Als Manielgas eignen sich insbesondere Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffe. Es wird mit reagierender Schlacke gearbeitet — Der Zweck dieser bekannten Verfahrensweisen beim Frischen von Stahlschmelzen ist die Unterdrückung des beim Frischen von Stahlschmelzen üblicherweise anfallenden braunen Rauches und. insbesondere beim Frischen von phosphorreichem Roheisen, die Erzielung einer als Düngemittel verwendbaren Schlacke mit hohem Gehalt an löslicher Phosphorsäure. — Ähnlich wie man die beim Frischen von Stahlschmelzen durch Aufblasen von Sauerstoff bekannten Maßnahmen auf das Entkohlen von hochgekohlten Ferrolegierungen übertragen hat, könnte man daran denken, auch das beschriebene Frischen mit Mantelgasdüsen zur Entkohlung von hochgekohltem Ferrochrom oder hocbgekobJtem Ferromangan einzusetzen. Das führt jedoch nicht ohne weiteres zum Erfolg. Man erzeugt vielmehr Chromoxid oder Manganoxid in Form von Schlacke. Aus der Schlacke kann das oxidierte, chemisch gebundene Chrom bzw. Mangan nur aufwendig wiedergewonnen werden. Die Praxis arbeitet daher anders:

Das; klassische Verfahren zur Verringerung des Kohlenstoffgehaltes von hochgekohlten Ferrolegierungen und insbesondere von hochgekohltem Ferrochrom und Ferromangan ist das Frischen mit arteigenem Erz. Bei Ferrochrom geschieht dies zumeist mit stückigem Erz. Auf diese Weise kann der Kohlenstoff beispielsweise von 7,5 bis auf 2% gefrischt werden. Je tiefer jedoch der Kohlenstoffgehalt der Legierung gesenkt wird, um so höher ist der Chromoxidgehalt der Schlacke, der dann durch Rückführung in den Prozeß wieder nutzbar gemacht wird Auch das ist aufwendig. Im übrigen ist zu bemerken, daß auch beim Aufblasen von Sauerstoff zum Entfernen des Kohlenstoffs aus Ferrolegierungen die Entkohlung im Prinzip über intermediär gebildete oxidreiche Schlacken geschieht. Es sind hier zwei Verfahrensweisen üblich (Techn. Mitt. Krupp. Forsch.-Ber„ Bd. 21. J963, Nr. 4. S. 123 bis 127), nämlich ein zweistufiges Verfahren mit Einblasen von Sauerstoff in einen Konverter und mit nachfolgendem Aufblasen von Sauerstoff auf die Badoberfläche und das einstufige Aufblasen mit der Sauerstofflanze. Auch diese Verfahren haben nicht befriedigt Das zweistufige Verfahren führt zwar zu verhältnismäßig niedrigen Kohlenstoffgehalten, wobei gegebenenfalls in einer dritten Stufe eine Vakuumnachbehandlung notwendig ist. Man benötigt jedoch lange Blaszeiten, und diese bedingen erhebliche Verschlackungen der Begleitelemente, die insbesondere für Chrom mit 30 bis 80% CnCh in der Schlacke angegeben werden. Beim Aufblasverfahren ist außerdem der Auswurf an Schmelze während des Verblasvorganges erheblich. Im übrigen müssen solche Verfahren steuerungstechnisch bzw. regeltechnisch sehr sorgfältig geführt werden (DT-AS 15 33 950), wenn Legierungen mit einem hohen Gehalt an Chrom und einem niedrigen Gehalt an Kohlenstoff, bei vorgegebenem Mengenverhältnis im Endprodukt, hergestellt werden sollen.

Die Erfindung geht von der Anwendung des Verfahrens der Entkohlung einer eisenhaltigen Schmelze durch Einblasen von Sauerstoff mit Hilfe von Mantelgasdüsen zur Entkohlung von hochgekohltem Ferrochrom oder hochgekohltem Ferromangan aus.

Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Frischvorgang

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io zu führen, daß eine chromoxidreiche bzw. manganoxidreiche Schlacke, aus der das Chrom bzw. das Mangan chemisch und damit wirtschaftlich aufwendig wiedergewonnen werden müßte, praktisch nicht mehr entsteht. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß die Legierongsschmeize vor dem Einblasen des Sauerstoffs auf eine Temperatur von über 1OO^CC über Schmelzbereich erhitzt und in die zu verblasende Ferrolegierung für je 1% zu entfernenden Kohlenstoff und je Tonne Legierung etwa 15 Nm³ Sauerstoff »o innerhalb von 1 bis 5 Minuten eingeblasen werden.

Arbeitet man in der beschriebenen Weise, so kann die Erhitzung der Legierungsschmelze auf eine Temperatur von über 1OO^CC über Schmelzbereich dadurch herbeigeführt werden, daß vorhandene oder zugesetzte sauer- stoffaffine Metalle oder deren Legierungen. z.B. Siliciummetall Ferrosilicium, Aluminium, zu Beginn der Blasperiode zugesetzt und mit Sauerstoff oxidiert werden. Jedenfalls empfiehlt es sich, die Arbeitsiemperatur der Legierungsschmelze durch Versetzen der Legieningsschmelze mit festem Kühlmateriai. z. B. arteigenem Rücklaufmetall, aneigenem schlackehaltigem Metall Feinerz, vorreduziertem Erz od. dgl, konstant zu halten. Die geringe Menge an Schlacke, die bei der erfindungsgemäßen Anwendung entsteht, ist gleichsam eine trockene Schlacke, die physikalisch gebundene Bestandteile der Ferrolegierung (nicht aber Chromoxid oder Manganoxid in beachtlicher Menge) enthält Dieses physikalisch gebundene Metall kann durch Ausschmelzen ohne weiteres zurückgewonnen werden, und folglich kann auch schlackehaltiges Material gleichsam als Kühlmittel rückgeführt werden. Jedenfalls kann bei der erfindungsgemäßen Anwendung die Arbeitstemperatur so niedrig gehalten werden, daß die feuerfeste Auskleidung des Gefäßes keinen Schaden nimmt

Zwar ist es bekannt daß die Verschlackung von Legierungselementen, wie Chrom und Mangan, bei Frischprozessen an Roheisen mit steigender Temperatur abnimmt (DT-OS 19 16 945), doch ist diese Erfahrung auf Legieningsschmelzen von Ferrolegierungen nicht ohne weiteres anwendbar, weil in solchen Legierungsschmelzen der Kohlenstoff anders gebunden ist Im Rahmen der Erfindung erreicht man durch das Merkmal daß die Legierungsschmelze auf eine Temperatur von über 10O⁰C über Schmelzbereich erhitzt wird, auch einen anderen Effekt, nämlich, daß die Entkohlungsreaktion ohne Bildung einer chromoxidreichen bzw. manganoxidreichen Schlacke schon bei Beginn der erfindungsgemäßen Anwendung definiert und ohne Störungen eintritt Die thermodynamisch und reaktionskinetisch erhebliche Reaktionstemperatur ist bei der erfindungsgemäßen Anwendung die des Brennfleckes, der sich über der Mantelgasdüse bzw. den Mantelgasdüsen ausbildet und in diesem Bereich findet vermutlich auch die Entkohlungsreaktion statt - Die Merkmale, daß in die zu verblasende Ferrolegierung für je 1% zu entfernenden Kohlenstoff und für je Tonne Legierung etwa 15 Nm³ Sauerstoff eingeblasen werden, und zwar innerhalb von 1 bis 15 Minuten, machen offenbar eine Aussage über die Reaktionsgeschwindigkeit, geregelt oder gesteuert über die Menge des in der Zeit angebotenen Sauerstoffs. Arbeitet man mit dieser Reaktionsgeschwindigkeit so tritt überraschenderweise in erheblichem Maße Verschlackung von Chrom bzw. Mangan nicht auf. - Von besonderer Bedeutung ist daß nach der Lehre der Erfindung ohne Bildung einer chromoxidreichen bzw. manganoxidreichen Schlacke gearbeitet wird. Darin liegt daß die Zeitspanne in der angegebenen Grenze von 1 bis 15 Minuten so begrenzt werden kann und soll daß störende Schlacken nicht entstehen, im Ergebnis erhält man einfach zu ermittelnde, leicht einhaltbare und stabile Verfahrensbedingungen, die ohne Schwierigkeiten und reproduzierbar zum Erfolg führen. Es versteht sich von selbst daß im Rahmen der erfindungsgemäßen Anwendung die Zuführung feinkörniger Bestandteile möglich ist Selbstverständlich wird man jedoch nach Möglichkeit keine Schlackenbildner zugeben.

Besonders bewährt haben sich die beschriebenen Maßnahmen, wenn als Ausgangsmaterial ein Ferrochrom mit

40 bis 80% Chrom,

bis zu 9% Kohlenstoff,

bis zu 8% Silicium

und Rest Eisen,

sowie verfahrensbedingte Verunreinigungen an

Phosphor und Schwefel
verwendet wird.

Man kann aber auch als Ausgangsmaterial auch Ferromangan mit 30 bis 90% Mangan, bis zu 8% Kohlenstoff,
bis zu 8% Silicium und
Rest Eisen,
sowie verfahrensbedingte Verunreinigungen an Phosphor und Schwefel

einsetzen.

Bei Ferrochrom soll die Überhitzungstemperatur 1650 bis 175O°C betragen, bei Ferromangan 1450 bis 165O°C Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Beispielen erläutert:

Beispiel 1 Herstellung von Ferrochrom mit 4 bis 6% Kohlenstoff In einem Lichtbogenofen wurden 212 t Ferrochrom

59J0% Cr

7,27% C

1.05% Si

OJ03% S

0,05% P

auf 1670⁰C überhitzt (Schmelzbereich einer solchen Legierung 1400 bis 1450⁰C) und anschließend in Partien von je 5^51 in einem Konverter mit Sauerstoff verblasen. Der Konverter war mit Mtgnesitsteinen ausgekleidet und verfügte i&er eine etwa 200 mm über dem Boden angebrachte doppelwandige Düse, durch deren äußeren Manid das Schutzfluid Butan geblasen wurde. Je Charge wurden innerhalb von 6 bis 12 Minuten 200 Nm³ Sauerstoff eingeblasen- Zu Beginn der Blasperiode wurden gleichzeitig 260 kg Feinkalk mn eingeblasen. Die Temperatur der flüssigen Schmelze wurde durch laufende Zugabe von insgesamt etwa 400 kg Ferrochrom Feinanteil (etwa 8 bis 10%, bezogen auf die Gesamtcharge, sind erforderlich) konstant gehalten. Nach Beendigung der Verblasperiode wurden wiederum 250 kg (etwa 5%, bezogen auf die Gesamtcharge) Ferrochrom Feinanteil zur Legierungsschmelze gegeben, die alsdann sofort in eine ausgekleidete Schale abgegossen wurde.

Erhalten wurden insgesamt 198 1 Ferrochrom mit 623% Cr

4^% C
<0,10% Si

0,015% S

0.015% P.

Die Chromausbeute betrug ohne Berücksichtigung des Feinanteiles 973%.

Beispiel

Herstellung von Ferrochrom mit 1 bis 2% Kohlenstoff

65 t Ferrochrom mit 59,70% Cr 7,18% C 1.49% Si 0,03% S

0,06% P wurden, wie im Beispiel 1 beschrieben, in Partien von je 53 t - nach Überhitzen auf 1700 bis 1750⁰C - mit Sauerstoff verblasen. Je Charge wurden 520Nm³ Sauerstoff innerhalb 15 bis 25 Minuten eingeblasen. Wie auch im Beispiel 1 wurden Feinkalk eingeblasen und etwa 20% Ferrochrom Feinanteil in die Schmelze gegeben.

Erhalten wurden insgesamt 57 t Ferrochrom mit 6Zl % Cr
1,11% C
<0,10% Si
0,012% S
0,025% P.

Die Chromausbeute betrug ohne Berücksichtigung des Feinanteils 91,2%.

Claims (7)

22 Ol Patentansprüche:

1. Anwendung des Verfahrens der Entkohlung einer eisenhaltigen Schmelze durch Einblasen von Sauerstoff mit H^:jfe von Mantelgasdüsen zur Entkohlung von hochgekohltem Ferrochrom oder hochgekohltem Ferromangan ohne nennenswerte Bildung einer chromoxidreichen bzw. manganoxidreichei? Schlacke, wobei die Legierungsschmelze vor dem Einblasen des Sauerstoffs auf eine Temperatur von über 100⁰C über Schmeizbereich erhitzt und in die zu verblasende Ferrolegierung für je 1% zu entfernenden Kohlenstoff und je Tonne Legierung etwa 15Nm³ Sauerstoff innerhalb von 1 bis 5 Minuten eingeblasen werden.

2. Anwendung nach Anspruch 1. wobei die Erhitzung über Schmelzbereich durchgeführt wird, indem vorhandene oder zugesetzte sauerstoffaffine Metalle oder deren Legierungen, z. B. Siliciummetall, Ferrosilicium, Aluminium, zu Beginn der Blasperiode zugesetzt und mit Sauerstoff oxidiert werden, für den angegebenen Zweck.

3. Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei die Arbeitstemperatur der Legierungsschmelze durch Versetzen der Legierungsschmelze mit festen Kühlmaterialien, z. B. arteigenem Rücklaufmetall, arteigenem schlackenhaltigen Metall, Feinerz, vorreduziertem Erz od. dgl, konstant gehalten wird für den angegebenen Zweck.

4. Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial ein Ferrochrom mit

40 bis 80% Chrom,

bis zu 9% Kohlenstoff, bis zu 8% Silicium
und Rest Eisen,

sowie verfahrensbedingte Verunreinigungen an Phosphor und Schwefel
verwendet wird.

5. Anwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial Ferromangan mit 30 bis 90% Mangan,
bis zu 8% Kohlenstoff,
bis zu 8% Silicium und
Rest Eisen,

sowie verfahrensbedingte Verunreinigungen an Phosphor und Schwefel
verwendet wird.

6. Anwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ferrochrom die Überhitzungstemperatur 1650 bis 1750°C beträgt

7. Anwendung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ferromangan die Überhitzungstemperatur 1450bis 1650° C beträgt.

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