DE3739156A1 - Stickstoffhaltiges zusatzmittel fuer stahlschmelzen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stickstoffhaltiges Zusatzmittel auf Basis von Kalkstickstoff.

Stickstoff wird bekanntermaßen als Legierungselement heute in eine Vielzahl von Stahlqualitäten zur Verbesserung der Werkstoffeigenschaften, insbesondere der Festigkeit und Zähigkeit, gezielt eingebracht.

Zu diesem Zweck wird mit gasförmigem Stickstoff legiert, den man in die flüssige Stahlschmelze einleitet, oder man gibt stickstoffhaltige Legierungen oder Verbindungen der Stahlschmelze zu.

In der Praxis ist das Aufsticken mit gasförmigem Stickstoff nur bei kleinen geforderten Stickstoffkonzentrationen möglich, wobei die Treffsicherheit allerdings unbefriedigend ist. Außerdem sind der große Zeitaufwand und auch die Temperaturverluste der Schmelze sehr nachteilig.

Um diese Probleme zu umgehen, werden üblicherweise stickstoffhaltige Verbindungen oder Legierungen eingesetzt.

Übliche Legierungen sind hierbei aufgesticktes Ferromangan oder Ferrochrom mit niedrigen Stickstoffgehalten von 4 bis 6%. Hiermit kann man relativ treffsicher legieren, doch sind die Stickstoffmengen, die in die Stahlschmelze eingebracht werden können, sehr häufig durch die Mangan- bzw. Chromgehalte der Stahlanalyse begrenzt. Außerdem sind diese Legierungen als Aufstickmittel vergleichsweise teuer.

Auch Kalkstickstoff ist als kostengünstiges Aufstickmittel für N-legierte Stähle in der Stahlindustrie bekannt, wobei man den Kalkstickstoff in Säcken oder Eimern beim Abstich in die Pfanne einbringt. Dieses Verfahren weist aber jedoch noch gravierende Nachteile auf. Mit einem Gesamtkohlenstoffgehalt von ca. 20% bringt der Kalkstickstoff beträchtliche Mengen Kohlenstoff in die Stahlschmelze ein, der zu fast 100% von der Schmelze aufgenommen wird.

Da bei diesem Verfahren der Stickstoffwirkungsgrad nur ca. 30% beträgt, kann die zwangsweise erfolgende Kohlenstoffmenge besonders bei niedrig gekohlten Stählen (18/8 rostfrei-Qualitäten bspw.) prohibitiv für den Einsatz von Kalkstickstoff sein.

Ein weiterer Nachteil dieser Zugabemethode sind die starken Schwankungen des Stickstoffausbringens bei der Zugabe des Kalkstickstoffs zum Abstich oder auch in den Spülfleck. Weil Kalkstickstoff ein leichtes spezifisches Gewicht aufweist, schwimmt er auf und zersetzt sich an der Badoberfläche. Die Endanalyse kann mit der üblichen Zugabetechnik nicht sicher eingestellt werden, so daß meistens eine Korrekturzugabe nötig ist.

Die erläuterten Probleme mit Kalkstickstoff hängen im wesentlichen damit zusammen, daß Kalkstickstoff nicht stabil ist, sondern bei längerem Lagern zu Feinkorn zerrieselt und somit - je nach Lagerzeit - immer unterschiedlich hohe Feinanteile enthält. Diese Feinanteile werden dann bei konventioneller Zugabe durch die Thermik ausgetragen, wodurch der niedrige und schwankende Wirkungsgrad des Kalkstickstoffs zustandekommt.

Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, ein stickstoffhaltiges Zusatzmittel auf Basis von Kalkstickstoff zu entwickeln, welches die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern das ein wesentlich höheres und gleichmäßigeres Stickstoffausbringen ermöglicht.

Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß man das Zusatzmittel in Form eines gefüllten Drahtes, bestehend aus einem metallischen Mantel und feinteiligem Kalkstickstoff, einsetzt.

Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, daß damit alle wesentlichen Probleme des Standes der Technik überwunden werden und ein definiertes und gleichmäßiges Ausbringen mit unerwartet hohen Ausbeuten möglich ist, obwohl der eingesetzte Kalkstickstoff ebenfalls in feinverteilter Form vorliegt.

Das stickstoffhaltige Zusatzmittel entsprechend der vorliegenden Erfindung liegt in Form eines Fülldrahtes vor bestehend aus einem metallischem Mantel und feinteiligem Kalkstickstoff, welcher von dem Mantel umhüllt wird.

Der Durchmesser des gesamten Fülldrahtes kann in weiten Grenzen variiert werden, doch hat sich in der Praxis ein Durchmesserbereich von 5 bis 20 mm, vorzugsweise von 9 bis 13 mm, als besonders vorteilhaft erwiesen. Das Füllmaterial des Drahtes besteht aus technischem Kalkstickstoff (N-Gehalt 20-26%), der in möglichst feinverteilter Form vorliegen soll, um eine weitgehend homogene Verteilung des Behandlungsmittels in der Stahlschmelze zu ermöglichen. Die Teilchengröße des verwendeten Kalkstickstoffs sollte deshalb möglichst kleiner als 1 mm sein.

Die Menge des eingesetzten Kalkstickstoffs pro Fülldrahtlängeneinheit richtet sich im wesentlichen nach dem Durchmesser des Fülldrahtes und beträgt in der Regel zwischen 50 und 250 g Kalkstickstoff pro Meter Fülldraht.

Das Mantelmaterial sollte so ausgewählt werden, daß es sich in der Stahlschmelze relativ schnell unter Freigabe des Behandlungsmittels auflöst, ohne daß dieses Mantelmaterial bzw. dessen Rückstände unerwünschte Bestandteile in die Stahlschmelze einbringen. In der Praxis haben sich hierbei vor allem unlegierte Stahlumhüllungen bewährt. Die Dicke des Mantels beträgt in der Regel 0,1-1 mm, vorzugsweise 0,2-0,6 mm.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Zusatzmittels ist unproblematisch und erfolgt nach den üblichen Verfahren und Methoden.

Der Kalkstickstoff wird ggf. nach dessen Zerkleinerung auf den gewünschten Korngrößenbereich in die Drähte eingefüllt, welche anschließend durch Falzung oder Schweißung geschlossen und auf Coils aufgewickelt werden.

Die Stahlbehandlung mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Zusatzmittel ist relativ sicher und problemlos durchzuführen. Je nach gewünschter Stickstoffanalyse, die üblicherweise bei 100-1000 ppm liegt, wird 0,1 bis 10 kg Fülldraht pro Tonne zu behandelnder Stahlschmelze eingesetzt, wobei Einspulgeschwindigkeiten von 50-180 m/Min., insbesondere 100 bis 150 m/Min., empfohlen werden. Es sollte außerdem darauf geachtet werden, daß der Fülldraht mindestens 1 bis 1,5 m tief in die Stahlschmelze injiziert wird.

Man kann davon ausgehen, daß sich unter diesen Bedingungen auch feinstkörniger Kalkstickstoff in der Stahlschmelze zersetzt, so daß der Stickstoff in tieferen Badschichten freigesetzt wird und in Lösung geht.

Auf diese Weise wird gewährleistet, daß ein definiertes und hohes Stickstoffausbringen mit 90 bis 95% erzielt wird. Außerdem kann dabei die geforderte Endanalyse des Stahls sicher und gezielt erreicht werden, so daß zeitraubende Nachkorrekturen entfallen. Auch das Problem der Kohlenstoffaufnahme ist wegen des guten Ausbringens weitestgehend gelöst.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie jedoch darauf zu beschränken.

Beispiel 1

80 t einer Stahlschmelze mit der Analyse

C = 0,18%
Si = 0,22%
Mn = 1,34%

mit einem Ausgangsgehalt von 68 ppm [N] sollte auf 180- 220 ppm [N] aufgestickt werden. Zu diesem Zweck wurden in die Charge 270 m eines 13 mm-Drahtes bestehend aus einem unlegiertem Stahlmantel (Dicke 0,4 mm) sowie 178 g feinverteiltem technischen Kalkstickstoff (N-Gehalt 23,5%) (Teilchengröße <1 mm) pro Meter Fülldraht mit einer Geschwindigkeit von 150 m/Min. injiziert. Der Endstickstoffgehalt wurde mit 198 ppm analysiert, was einem Stickstoffausbringen von 91,5% entspricht.

Beispiel 2

Eine 80 t-Charge einer Stahlschmelze mit einer 18/8 Rostfreiqualität sollte von 240 ppm [N] auf 500-600 ppm [N] aufgestickt werden.

Hierzu wurden 560 m eines Fülldrahtes entsprechend Beispiel 1 mit 150 m/Min. in die Stahlschmelze injiziert.

Der Stickstoffgehalt lag bei 520 ppm, was einem Stickstoffausbringen von 95% entsprach. Die Kohlenstoffaufnahme lag bei lediglich 0,02%.

Claims (10)

1. Stickstoffhaltiges Zusatzmittel für Stahlschmelzen auf Basis von Kalkstickstoff, dadurch gekennzeichnet, daß es in Form eines gefüllten Drahtes bestehend aus einem metallischen Mantel und feinteiligem Kalkstickstoff vorliegt.

2. Zusatzmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fülldraht einen Durchmesser von 5 bis 20 mm, vorzugsweise 9 bis 13 mm, aufweist.

3. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kalkstickstoff eine Teilchengröße <1 mm aufweist.

4. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fülldraht 50 bis 250 g Kalkstickstoff pro Meter enthält.

5. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Mantelmaterial aus unlegiertem Stahl besteht.

6. Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Mantel eine Dicke von 0,1 bis 1 mm, insbesondere 0,2 bis 0,6 mm, aufweist.

7. Verfahren zur Behandlung von Stahlschmelzen mit einem Zusatzmittel nach den Ansprüchen 1 bis 6.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man pro Tonne zu behandelnder Stahlschmelze 0,1 bis 10 kg Fülldraht verwendet.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man den Fülldraht mit einer Geschwindigkeit von 50 bis 180 m/Min., insbesondere 100 bis 150 m/Min., in die Stahlschmelze einspult.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß man den Fülldraht 1 bis 1,5 m unter die Oberfläche der Stahlschmelze injiziert.